Conceptos básicos de la tecnología piezocerámica

Principios de Funcionamiento Piezoeléctrico, Perovskita y Polarización

La piezoelectricidad se basa en la capacidad que tienen ciertos cristales para generar una carga eléctrica al ser cargados mecánicamente con presión o tensión, lo cual se denomina el piezoefecto directo. A la inversa, estos cristales también sufren una deformación controlada al ser expuestos a un campo eléctrico, un comportamiento denominado piezoefecto inverso. La polaridad de la carga depende de la orientación del cristal relativa a la dirección de la presión.

Este proceso es denominado el piezoefecto directo. A la inversa, estos cristales también sufren una deformación controlada al ser expuestos a un campo eléctrico, un comportamiento denominado piezoefecto inverso. La polaridad de la carga depende de la orientación del cristal relativa a la dirección de la presión.

Efecto piezoeléctrico directo

Efecto piezoeléctrico directo

Efecto piezoeléctrico inverso

Efecto piezoeléctrico inverso

La estructura de la Perovskita

La cerámica que muestra propiedades piezoeléctricas pertenece al grupo de materiales ferroeléctricos. Los sistemas actuales se basan casi exclusivamente en el titanato circonato de plomo (PZT); esto quiere decir que consisten en cristales mixtos de circonato de plomo (PbZrO3) y titanato de plomo (PbTiO3). Los componentes piezocerámicos tienen una estructura policristalina que comprende numerosos cristalitos (dominios), cada uno de los cuales consisten en una pluralidad de células elementales. Las células elementales de estas cerámicas ferroeléctricas muestran una estructura cristalina de perovskita, lo cual se puede describir generalmente mediante la fórmula estructural A2+B4+O32-.

Diagrama esquemático de la estructura de perovskita ideal, sin tener en cuenta las distorsiones debidas a la polarización espontánea por debajo de la temperatura Curie. El catión bivalente se localiza en el centro del cubo, mientras que los cationes tetravalentes forman las esquinas del cubo. Los aniones bivalentes se localizan en el centro del eje de cada cubo en esta ilustración. Respecto al cristal mixto de PZT (titanato circonato de plomo), la fórmula es Pb2+, B: Ti4+ / Zr4+

Propiedades piezoeléctricas mediante polarización

Inmediatamente después de sinterizar, los dominios del cuerpo de cerámica (las áreas que consisten en células elementales de dirección uniforme dipolar) muestran una orientación distribuida estadísticamente de forma arbitraria; esto es, el cuerpo macroscópico es isotrópico y no muestra ninguna propiedad piezoeléctrica.

Las cerámicas ferroeléctricas antes, durante y después de la polarización.n

Estas propiedades piezoeléctricas deben ser originadas por "polarización". En este proceso, el cuerpo cerámico queda expuesto a un intenso campo eléctrico de corriente continua (CC) para quedar alineado en dirección al campo. Éstos mantienen esta orientación en gran proporción, incluso después de que el campo CC haya dejado de aplicarse (polarización remanente), lo cual es una condición necesaria para el comportamiento piezoeléctrico de las cerámicas ferroeléctricas.

Si desea más información sobre los fundamentos de la tecnología piezocerámica, el comportamiento dinámico de la piezocerámica y las modalidades de resonadores piezoeléctricos, le recomendamos que consulte nuestro folleto "Cerámica de Alto Rendimiento en Piezoaplicaciones" y el suplemento "Activadores Monolíticos de Multicapa -Operación y Aplicaciones".

  • Piezoceramic Technology

    Advanced Ceramics in Piezo Applications

    • Idiomas: PDF, 2.6 MB

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