Materiali Piezoceramici

PI Ceramic offre un’ampia selezione di materiali piezoelettrici modificando materiali di base quale PZT (Piombo-Zirconio-Titanio) o BaTiO3 (Titanato di Bario) customizzati per diverse applicazioni.
I materiali PIC sono paragonabili ai migliori materiali oggi disponibili con proprietà specificate in accordo con lo standard Europeo EN 50324.
I materiali piezo ceramici vengono suddivisi i due categorie “soft” e “hard” PZT, questa suddivisione si riferisce alle proprietà ferroelettriche (mobilità dei dipoli o domini) e al comportamento di polarizzazione/depolarizzazione dei cristalli PZT.

I materiali “soft” sono caratterizzati dalla elevata mobilita dei domini con il risultato di un comportamento “ferromagnetico soft” e sono facilmente polarizzabili. I materiali con comportamento “ferroelettrico hard” possono essere sottoposti ad elevati stress elettrici e meccanici, la stabilità delle loro proprietà li rendono efficaci per un utilizzo dove si richiede elevata potenza.

Tecnologia di produzione dei componenti Piezo

PI Ceramic utilizza diverse tecniche di produzione al fine di soddisfare le innumerevoli richieste di customizzazione ed è in grado di organizzare in pochissimo tempo piccole-medie produzioni così come quelle in larga scala.
La tecnologia base per la realizzazione di componenti piezoceramici è la compressione di materiale granulare spruzzato a secco (spray-drying) all’interno di stampi costruiti con estrema precisione che ne determineranno la forma.

La geometria degli stampi è realizzata tenendo conto della fase di sinterizzazione/costrizione del materiale piezo ceramico (da 1000 a 1300°C). Le presse utilizzata hanno capacità di compressione fino a 1 MN. Una sega diamantata ad alto rendimento facilità la produzione di dischi, anelli e piastrine piezo con spessori fino a 0.2 mm. Le dimensioni dei componenti piezo ceramici sono dettate dalla geometria degli stampi. PI Ceramic utilizza anche la tecnica ad ultrasuoni per la realizzazione di tubi piezo con spessore parete fino a 0.5 mm.

Applicazione degli elettrodi

Una volta realizzata la forma del componente piezo, si passa all’applicazione degli elettrodi, PI Ceramic utilizza la tecnologia per deposizione (sputterig) o per stampa (screen printing). L’elettrodo depositato per evaporazione avrà uno spessore nell’ordine di 1 µm utilizzando leghe metalliche, preferibilmente rame e nichel (CuNi) o metalli nobili come l’oro (Au).

Processo di assemblaggio PI Ceramic

PI Ceramic non realizza solo componenti piezo ceramici, ma è in grado di realizzare la connessione dei fili elettrici tramite il processo di saldatura ( manuale e automatica) eseguito da personale esperto ed altamente qualificato. I punti di saldatura vengono poi controllati attraverso dispositivi ottici come lo stero microscopio o sistemi di ispezione visivi quali camere CCD. I componenti piezo possono essere anche assemblati tra di loro al fine di costruire, per esempio, attuatori piezoelettrici o dispositivi speciali composti da elementi attivi e passivi. La scelta degli adesivi, insieme ad un controllato processo di essicazione (curing), viene ottimizzata in funzione del tipo di componente che si vuole realizzare tenendo in considerazione le proprietà dei materiali e le condizioni di utilizzo. Sistemi di dosaggio delle colle e micro posizionatori sono realizzati da PIC al fine di procedere all’assemblaggio di componenti speciali e garantire qualità e uniformità di produzione.

Attuatori PICA ®

Applicando una tensione agli elettrodi, il componente “disco piezoelettrico” è ora pronto per deformarsi lungo il proprio asse di polarizzazione (d33: espansione parallela al vettore di polarizzazione della ceramica e quindi dello spessore TH).
Poiché il singolo disco piezo con spessore di 1 mm è in grado di spostarsi di circa 1 µm a seguito di una tensione applicata di 1 KV, per spostamenti maggiori, si necessita di impilare più dischi (collegati elettricamente in parallelo) al fine di realizzare l’attuatore piezoelettrico.
Gli attuatori piezoelettrici possono muoversi ad alta frequenza e con risoluzione nanometrica, sono in grado di spostare carichi elevati (fino a 78.000 N) ed essendo privi di parti mobili, non si usurano. Il numero di dischetti utilizzati determinerà l’espansione dell’attuatore piezoelettrico, espansioni fino a 300 µm sono possibili.

Attuatori PICMA ®

Per la produzione di componenti multi strato (serie PICMA®) si utilizza la tecnologia co-firing (cottura).
Una volta scelti i componenti piezoceramici più adatti alla realizzazione degli attuatori, si passa alla loro macinatura. La polvere finemente ottenuta viene trasformata in liquame e depositata su nastro (tape casting).

A questo punto verranno aggiunti, con il processo di stampa (screen printing), gli elettrodi ottenuti da metalli nobili quali argento e palladio (AgPd). Questo processo, definito “laminazione”, viene ripetuto più volte alternando gli elettrodi ai diversi strati di materiale piezoceramico  il quale, grazie alla tecnolgia “tape casting”, avrà uno spessore di soli 25 µm.
Il “sandwich” ottenuto, chiamato anche “multistrato” (materiale piezo/elettrodo), viene a questo punto sinterizzato. Questa operazione è simultanea sia per il materiale piezo che per l’elettrodo ed è per questo che é conosciuta come “co-firing”.
Il numero di stati piezoceramici determineranno il tipo di attuatore che si vuole costruire, con diverse espansioni (corsa) e diversi valori di forza di spinta, di rigidezza e di capacità elettrica.

Gli attuatori PICMA® interamente progettati da PI Ceramic, e per i quali ne detiene il brevetto, sono completamente ricoperti in materiale ceramico ed offrono molti vantaggi rispetto ai comuni attuatori ricoperti di film polimerico.

L’isolamento ceramico degli attuatori PICMA® previene la penetrazione delle molecole di acqua e garantisce una adeguata protezione agli elettrodi proteggendoli da graffi o urti meccanici accidentali.

Test eseguiti dai nostri ricercatori hanno dimostrato che il tempo di vita di un attuatore PICMA®  alimentato a 120 V DC supera abbondantemente le 178.000 di ore.