Definitionen und Terminologie

Piezoelektrische Keramiken bestehen nach dem Brennen aus kleinen Körnern (Kristalliten), die jeweils Domänen enthalten, in denen die elektrischen Dipole ausgerichtet sind. Diese Körner und Domänen sind zufällig orientiert, so dass der elektrische Nettodipol null ist, dh die Keramiken zeigen keine piezoelektrischen Eigenschaften. Durch Anlegen eines ausreichend starken Gleichstromfeldes werden die Domänen in Feldrichtung so ausgerichtet, wie es die Orientierung der Kristallachsen zulässt. Diese Fähigkeit, die Orientierung der Domänen zu ändern und eine Nettopolarisation zu erreichen, wird Ferroelektrizität genannt. In ferroelektrischen Keramiken kann durch Polarisation eine remanente Polarisation erzeugt werden. Nachdem der Polungsvorgang abgeschlossen ist, bewirkt eine Spannung mit derselben Polarität wie die Polungsspannung eine Ausdehnung entlang der Polungsachse und eine Kontraktion senkrecht zur Polungsachse. Auf das Keramikelement ausgeübte Druck- oder Zugkräfte erzeugen eine Spannung.

Bei piezoelektrischen Keramiken hängen die Materialeigenschaften von der Richtung des angelegten Felds, der Verschiebung, der Spannung und der Dehnung ab. Daher werden den Symbolen hochgestellte und tiefgestellte Zeichen hinzugefügt, die die Richtung angeben. Die Polarisationsrichtung wird allgemein als z-Achse eines orthogonalen kristallographischen Systems bezeichnet. Die Achsen x, y und z werden jeweils als 1, 2 und 3 Richtungen dargestellt, und die Scherung um diese Achsen wird als 4, 5 und 6 dargestellt. Dies ist schematisch in der Symbol- und Terminologietabelle dargestellt. Die verschiedenen Konstanten des piezoelektrischen Materials werden im Allgemeinen unter Verwendung dieser Notation mit Indizes ausgedrückt. Darüber hinaus werden planare Moden manchmal mit einem tiefgestellten 'p' ausgedrückt. Hochgestellte Zeichen weisen auf eine konstante mechanische oder elektrische Randbedingung hin. Die folgende Tabelle enthält eine allgemeine Beschreibung der hochgestellten Zeichen.

Parameter Symbol Bedingung
Stress T Mechanisch frei
Feld E Elektrischer Kurzschluss
Verschiebung D Elektrischer offener Stromkreis

Belastung S Mechanisch geklemmt

Curie-Temperatur
Die Kristallstruktur eines Materials ändert sich bei der Curie-Temperatur Tc von einer piezoelektrischen (nicht symmetrischen) zu einer nicht piezoelektrischen (symmetrischen) Form. Diese Phasenänderung wird von einer Spitze der Dielektrizitätskonstante und einem vollständigen Verlust aller piezoelektrischen Eigenschaften begleitet.

Symboltabelle
A Fläche (m2)
c Steifigkeitskoeffizient (N/m2)
C-Kapazität (F)
d Piezoelektrischer Ladungskoeffizient (C/N)
D-Durchmesser (m)
f1, f2 -3dB Punkte von der Resonanzfrequenz fr
fa Antiresonanzfrequenz (Hz)
fr Resonanzfrequenz (HZ)
g Piezoelektrischer Spannungskoeffizient (Vm/N)
k Kopplungsfaktor
K Relative Dielektrizitätskonstante
L Länge (m)
N Frequenzkonstante (Hz*m)
Qm Mechanischer Q-Faktor
s Elastische Nachgiebigkeit (m2/N)
T Dicke (m)
Tc Curie-Temperatur (oC)
W Breite (m)
Y Young1s-Modul (N/m2)
Zm Mindestimpedanz bei fr (Ohm)
tan δ Verlustfaktor
εo Permittivität des freien Raums (8.854x10-12F/m)
εT Permittivität (W/M)
ν Schallgeschwindigkeit (m/s)
ρ Dichte (kg/m3)
σE Poisson-Zahl