Oxidkeramik – Piezokeramik

Keramik als elektromechanischer Wandler

Piezokeramiken dienen der Umwandlung von mechanischen Größen, wie Druck und Beschleunigung in elektrische Größen, oder umgekehrt von elektrischen Signalen in mechanische Bewegung oder Schwingungen.

Neueste Meldung

Durch die Akquise der Sparte „UK Electro-Ceramics“ von Morgan Advanced Materials hat CeramTec seine Expertise sowie Materialien- und Produktpalette im Bereich der Piezokeramik ausgebaut. Bitte besuchen Sie die neue Produktpalette. (Diese Produktinformationen befinden sich in Übersetzung und liegen derzeit nur auf Englisch vor.)

Oxidkeramik – Piezokeramik

Piezokeramische Werkstoffe werden den Funktionskeramiken zugeordnet und ermöglichen in Sensoren die Umwandlung von Kräften, Drücken und Beschleunigungen in elektrische Signale und bei Schall- und Ultraschallgebern sowie Aktoren die Umwandlung von elektrischen Spannungen in Schwingungen oder Deformationen. Die Klassifikation der piezokeramischen Werkstoffe basiert auf der chemischen Zusammensetzung einerseits und den spezifischen Leistungsprofilen andererseits. Bei CeramTec werden folgende Werkstoffkategorien unterschieden:

  • Werkstoffe für Leistungswandler (Ultraschallanwendungen)
  • Werkstoffe für Sensoren (Ultraschall-Sender und Empfänger)
  • Werkstoffe für Aktoren (Präzisionverstellungen oder Einspritzsysteme)
  • Werkstoffe für Sonderanwendungen

Die Kontaktierung der metallisierten Piezokeramik kann sowohl über Leitkleber, Leitgummi- oder Federkontakte als auch durch Anlöten erfolgen.

Gut zu wissen:

Auswahl von Piezokeramik-Eigenschaften

  Leistungswandler Sensoren Aktoren
Relative Dielektrizitätszahl ε33 τ/ε0 1000 - 1300 1500 - 1850 1800 - 3800
Verlustfaktor tan δ 2x10-3 -
3x10-3
12x10-3 -
20x10-3
15x10-3 -
16x10-3
Frequenzkonstante NP,
KHz⋅mm
2210 - 2280 2020 - 2050 1960 - 2010
Kopplungsfaktor kP 0,55 - 0,57 0,59 - 0,62 0,65
Ladungskonstante d33,
10-12 C/N
240 - 310 390 - 450 475 - 680
Spannungskonstante g33,
10-3 Vm/N
26,9 - 27,1 26,9 - 33,1 20,2 - 28,5
Elastische Nachgiebigkeit S11ε,
10-12 m2/N
11,4 - 14,9 16,3 - 18,5 15,8 - 17,9
Elastische Steifigkeit C33D,
1010N/m2
15,9 - 16,2 14,5 - 15,8 14,7 - 15,2
Dichte g/cm2 7,65 - 7,70 7,65 - 7,80 7,70 - 7,83
Gütefaktor Qm 500 - 1000 60 - 90 75 - 80
Alterungsrate Cε, % -4,5 bis -3,0 -2,3 bis -0,3 - 1,6 bis -0,8

Piezokeramik ist vielseitig einsetzbar. In der Fahrzeugindustrie wird Piezokeramik zum Beispiel als Klopf- und Ölstandssensor eingesetzt oder als Aktor zur präzisen Steuerung des Einspritzprozesses in Motoren. In der Medizintechnik sind piezokeramische Bauteile in Nierensteinzertrümmerern, Zahnsteinentfernern und Inhalatoren zu finden. Im Maschinenbau bekannte Anwendungen mit Piezokeramik sind die Ultraschallreinigung und das Ultraschallschweißen sowie die aktive Schwingungsdämpfung. Tonabnehmer für Musikinstrumente oder Einbruchmelder sind Beispiele für den Einsatz von Piezotechnik in Anwendungen für den Endverbraucher.