Pobierz prezentację
Pobieranie prezentacji. Proszę czekać
OpublikowałJędrzej Czubaj Został zmieniony 10 lat temu
1
CERAMIKA FUNKCJONALNA Prof. dr hab. M.Szafran
2
Zastosowanie ceramiki funkcjonalnej Około 70% obrotów rynku ceramicznego skupia się wokół wyrobów spełniających głównie funkcje elektryczne (ceramika elektroniczna) Do najważniejszych wyrobów z zakresu elektroceramiki zalicza się: kondensatory, filtry, przetworniki, termistory, warystory, izolatory, podłoża do układów scalonych, świece zapłonowe. optoceramika – materiały laserowe, okienka optyczne, przetworniki elektrooptyczne
3
Funkcje termiczne izolacje termiczne promienniki IR Funkcje mechaniczne wirniki komory spalania łożyska dysze palników narzędzia skrawające Funkcje biologiczne sztuczne korzenie zębów endoprotezy kości i stawy sztuczne zastawki serca nośniki katalizatorów katalizatory elektrody nośniki enzymów czujniki gazów detektory węglowodorów układy alarmowe przecieku gazu Funkcje chemiczne Funkcje nuklearne paliwa nuklearne materiały na osłony i ekrany Funkcje optyczne świetlówki wysokociśnieniowe lampy sodowe lasery Funkcje magnetyczne głowice magnetofonowe rdzenie pamięci magnesy silniki miniaturowe Funkcje elektryczne kondensatory podłoża elektroniczne elementy czujników temperatury ogniwa słoneczne Funkcje tworzyw ceramicznych
4
Efekt piroelektryczny w turmalinie (klasa 3m, [3PL 3 p ]. Na przeciwległych zwrotach biegunowej osi symetrii trójkrotnej powstają podczas szybkiej zmiany temperatury przeciwne ładunki elektryczne.
5
Struktura perowskitu Perowskit CaTiO 3 A (Ca 2+, Ba 2+, Sr 2+ ) B (Ti 4+, Zr 4+ ) www.fz-juelich.de
6
Mechanizmy transportu elektrycznego w perowskitach:
7
Zapalnik piezoceramiczny Materiały piezoelektryczne typu PZTPbZr x Ti 1-x O 3 dodatki: SrO, BaO, Nb 2 O 5, La 2 O 3, Sb 2 O 3, CaO, HfO 2, Cr 2 O 3 i in. typuPb x Ba 1-x Nb 2 O 6
8
Ceramiczne materiały piezoelektryczne o największym znaczeniu to: --tytanian baru (BaTiO3) - jest materiałem ferromagnetycznym o temperaturze Curie wynoszącej 120 -130 stopni Celsjusza. Moduł piezoelektryczny d33 wynosi, a współczynnik sprzężenia elektromechanicznego około 0,5. -- tytanian ołowiu (PbTiO3) - posiada właściwości ferroelektryczne w temperaturach niższych od Tc = 490 stopni Celsjusza. Przemiana ferroelektryczna wywołuje odkształcenia prowadzące do pękania materiału. W celu zmniejszenia tego zjawiska stosuje się domieszkowanie Ca, Sr, Ba, Sn i W. - - cyrkonian - tytanian ołowiu (PZT) jest roztworem stałym PbZrO 3 i PbTiO 3. Domieszkowania ceramika PZT znana jest jako twarda (domieszkowana K+ i Na+ w pozycji A lub Fe3+, Al3+, Mn3+ w pozycji B) lub miękka (La3+ w pozycji A lub Nb5+ lub Sn5+ w pozycji B). -- nioban ołowiu i magnezu - PMN (PbMg1/3Nb2/3O3)
9
Typowe zastosowania ceramiki piezoelektrycznej Wykorzystane zjawisko Zakres zastosowań Efekt piezoelektryczny prostyOdbiorniki dźwięku, mikrofony, hydrofony, generatory energii elektrycznej, generatory iskry, sensory (ciśnienia akustycznego, drgań) Efekt piezoelektryczny odwrotnyNadajniki dźwięku, silniki piezoelektryczne, piezoelektryczne transformatory, serwomechanizmy, aktuatory Rezonans piezoelektrycznyRezonansowe stabilizatory częstotliwości, rezonansowe sensory ciśnienia, wilgoci i temperatury, filtry piezoelektryczne ElektrostrykcjaFiltry piezoelektryczne, wzmacniacze
10
silnik piezoelektryczny www.designnews.pl/img/091bde38.jpg do implantowanych do organizmu pomp dozujących leki pozwala na realizowanie funkcji zbliżania i autoogniskowania w telefonach komórkowych wyposażonych w kamery.
11
Wtryskiwacz piezoelektryczny do silników wysokoprężnych http://www.autotechnika.com.pl/img/ 07_08_07/technika%20silniki.pdf http://www.pan-ol.lublin.pl/wydawnictwa/Motrol8/Idzior.pdf http://toyota-bytom.pl/newsy/20050605-nowy-avensis2.htm
12
Głowice ultradźwiękowe
13
Przyciski piezoelektryczne http://www.vandal-proof.com/inc/nowosci.html http://www.euroelektronika.pl/nowosci.php
14
Piezoelektryczne kadridże w drukarkach atramentowych http://www.voodooguild.com/2339
15
Diamagnetyki –każdy atom ma zerowy moment magnetyczny (np. Cu) Paramagnetyki –momenty magnetyczne są zorientowane przypadkowo i się znoszą (np. Cr) Ferromagnetyki–momenty magnetyczne są uporządkowane wewnątrz każdej domeny (np. Fe) Ferrimagnetyki–istnieją podstruktury posiadające zorientowane jednakowo i zróżnicowane momenty magnetyczne (np. spinele) Materiały magnetyczne
16
Ruch magnesu ferrytowego Ferryty materiały tlenkowe zawierające jony Fe +3 posiadające właściwości ferrimagnetyków Typy struktur: -Spinelu –MeFe 2 O 4 (reg.) izomorficzne z minerałem spinelem (MgAl 2 O 4 ) np. Fe II Fe 2 O 4, MnFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, ZnFe 2 O 4, MgFe 2 O 4 -Granatu – np. 3YFeO 3 ·5Fe 2 O 3 -MagnetoplumbituMeO·6Fe 2 O 3 (heksag.) Pb(Fe,Mn,Ti,Al) 12 O 10 np. BaO·6Fe 2 O 3 BaFe 12 O 19 SrO·6Fe 2 O 3 SrFe 12 O 19 Materiały magnetyczne
17
FERRYTY MIĘKKIE: Ściany domenowe łatwo się przemieszczają, dlatego pętla histerezy jest wąska, a straty małe. Stosowane tam, gdzie potrzebna jest szybka reakcja na zmianę pola zewnętrznego. FERRYTY TWARDE: Ściany domenowe nie są ruchliwe, przez co pętla jest szeroka. www.mif.pg.gda.pl małe wartości µ rp i wysokie wartości H C wysokie wartości µ rp i małe wartości H C PORÓWNANIE PĘTLI HISTEREZY FERRYTÓW TWARDYCH i MIĘKKICH
18
FERRYTY MIĘKKIE MANGANOWO - CYNKOWE Roztwory stałe niemagnetycznego ferrytu cynku i magnetycznego ferrytu manganu. Sieć krystaliczna typu spinelu. Posiadają rezystywność ok.1m (najmniejsza spośród wszystkich tworzyw ferrytowych) Wymagają bardzo subtelnych warunków technologicznych Stanowią materiały na rdzenie cewek o dużej dobroci stosowanych w obwodach rezonansowych i w filtrach telekomunikacyjnych. Mogą być stosowane w zakresie częstotliwości do 2MHz. Duża µ rp <40000 Duża B s (do 600mT) Małe straty magnetyczne w zakresie stosowanych częstotliwości. S. Gąsiorek, R. Wadas Ferryty, zarys własności i technologii
19
Ferryt Pb nie jest w praktyce stosowany, ponieważ własności jego są podobne do ferrytu Ba, który jest tańszy i technologicznie łatwiejszy. Ferryt Ba i Sr krystalizują w układzie heksagonalnym. Wielkość: charakteryzuje jakość materiału magnetycznie twardego, zależy od B r i w dużej mierze od H c. Indukcja remanencji zależy od zagęszczenia materiału i osiąga swą wartość maksymalną przy gęstości pozornej równej teoretycznej gęstości materiału Pole koercji zależy od energii anizotropii ferrytu (dla ferrytu Sr jest znacznie większa niż dla ferrytu Ba) oraz od struktury polikrystalicznej materiału (musi się składać z ziaren jednodomenowych, co osiąga się dla wymiarów ziaren mniejszych od wielkości krytycznej). www.magnesy.eu FERRYTY TWARDE BARU I STRONTU
20
MAGNESY FERRYTOWE Magnesy anizotropowe – w procesie wytwarzania przed spiekaniem są prasowane w polu magnetycznym orientującym ziarna. Posiadają znacznie wyższe wartości parametrów magnetycznych – energii i remanencji B r. Magnesy izotropowe – podczas prasowania nie stosuje się zewnętrznego pola, niższe wartości parametrów magnetycznych. www.magnesy.eu
21
ZASTOSOWANIE FERRYTÓW Radiotechnika Technika wysokich częstotliwości Technika ultradźwięków Technika prowadzenia mikrofal w falowodach Ferryty o prostokątnej pętli histerezy jako elementy magnetycznej pamięci cyfrowej Jako rdzenie cewek, dławików, transformatorów, anten magnetycznych Ferryty magnetyczne twarde do budowy magnesów twardych.
22
Warystory Warystor (ang. VARiable resISTOR) – inaczej VDR (ang. Voltage Dependent Resistor) to półprzewodnikowy opornik, którego rezystancja zależy od wartości i polaryzacji napięcia elektrycznego.
23
Warystory są stosowane przede wszystkim jako ograniczniki napięcia (w układach zabezpieczających przed przepięciami lub do zabezpieczania styków), jako elementy stabilizujące napięcie, w filtrach, w układach przetworników częstotliwości. Warystory
25
Iskiernikowy zaworowy Ogranicznik przepięć klasy A typu OZI Stosowany do ochrony od przepięć piorunowych urządzeń elektroenergetycznych niskiego napięcia prądu przemiennego o częstotliwości od 48 do 60 Hz szczególnie w izolowanych samonośnych sieciach napowietrznych z przewodami gołymi. Ogranicznik jest zbudowany z iskiernika z warystorem ZnO w szczelnej obudowie ceramicznej. Warystory
26
Typy światłowodów
27
Kable optotelekomunikacyjne -podstawowe właściwości światłowodów Parametry geometryczne światłowodów Parametry transmisyjne światłowodów wielomodowych
28
R.Pampuch Typowe sensory
29
Typowe aktywatory R.Pampuch
30
Linie rozwoju materiałów R.Pampuch
31
ProcesProdukt Rozdzielczość najmniejszych elementów produktu [ m] Sitodruk2D100 Wyciskanie zawiesin proszku przez dyszę 3D100-250 Nanoszenie zawiesin za pomocą drukarki atramentowej 3D70 Laserowe spiekanie proszku2D/3D200 Niskotemperaturowe spiekanie wielowarstwowej ceramiki (LTCC-ML) 3D25-100 Mikroformowanie2D/3D10-100 Litografia niskoenergetyczna2D/3D1-5 Samoorganizacja atomów/cząstek koloidalnych 2D< 1 Niektóre metody mikrofabrykacji
32
a)Sposób działania atramentowej piezoelektrycznej drukarki dla nanoszenia zawiesin proszków ceramicznych na podłoże celem utworzenia na nim wzoru 2D lub 3D b)Przykładowy produkt naniesienia zawiesiny zawierającej 14%obj. ZrO 2 – trójwymiarowy wzór z ZrO 2 M.Heule et al., Advanced Materials, 15,2003, 1237
33
Przykłady układów mikroeletromechanicznych na podłożu Si
34
ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA Z WYKORZYSTANIEM STOPIONYCH WĘGLANÓW ANODA MATRYCA + ELEKTROLIT KATODA GAZY RESZTKOWEPOWIETRZE + CO 2 H 2 + CO e-e- e-e- CO 3 = H 2 +CO 3 H 2 O+CO 2 +2e CO+H 2 O CO 2 +H 2 ½O 2 +CO 2 +2e CO 3 2- PRZEPŁYW PRĄDUPRZEPŁYW PRĄDU SUMARYCZNE REAKCJE ZACHODZĄCE W OGNIWIE H 2 + ½O 2 H 2 O CO + ½O 2 CO 2
35
Zastosowanie ceramicznych tworzyw porowatych (CTP) Nośniki leków Aeracja cieczy i materiałów proszkowych ozonowanie wody pitnej drobnopęcherzykowe napowietrzanie ścieków Ekrany zabezpieczające przed skutkami nieprzewidzianych eksplozji Elementy aktywne i matryca elektrolityczna ogniw paliwowych Nośniki katalizatorów
36
Magnes lewitujący nad nadprzewodnikiem – demonstracja efektu Meissnera Nadprzewodniki ceramiczne Zerowa rezystancja (całkowity zanik oporu stałoprądowego)
37
Powiększenie - 1000 × Nadprzewodniki ceramiczne = Nadprzewodniki wysokotemperaturowe ang. High – Temperature Superconductors (HTS) T c > 30 K
38
Nadprzewodniki ceramiczne Lewitujące pociągi - MAGLEV Silne magnesy Zastosowanie w elektronice: –Pomiary słabych pól magnetycznych (efekt Josephsona) –Przyspieszanie sygnału w układach scalonych (efekt tunelowy) Lewitujące magnesy –Wyznaczenie położenia magnetycznego MRI - Magnetyczny Rezonans Jądrowy Akcelerator
Podobne prezentacje
© 2024 SlidePlayer.pl Inc.
All rights reserved.