Piezokeramiken
Piezokeramiken nach Maß
Piezokeramiken sind aus modernen Sensortechnologien nicht mehr wegzudenken. Ihre hohe Präzision, Vielseitigkeit und Energieeffizienz machen sie unverzichtbar für Anwendungen in Industrie, Medizintechnik und Automobilbereich. Dank maßgeschneiderter Designs lassen sie sich optimal an spezifische Anforderungen anpassen – von Ultraschallsensoren bis hin zu Umweltsensoren und Mikroskopie-Anwendungen.
Die Entdeckung des piezoelektrischen Effektes vor 145 Jahren startete eine wegweisende Entwicklung in den unterschiedlichsten Bereichen der aktorischen und sensorischen Anwendungen. Durch gezielte Werkstoffforschung entstanden die heute bekannten Piezomaterialien. Im Laufe der Zeit entwickelte sich daraus eine Vielzahl an unterschiedlichen Piezokeramik-Designs. Diese Piezokeramiken wurden ein fester Bestandteil in Anwendungen der Industrie, dem Automobilbereich, der Medizintechnik, der Halbleiterindustrie und der Photonik. Aufgrund der hohen Variabilität in Form und Größe sowie der Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Spezifikationen findet man piezoelektrische Sensorkomponenten in verschiedenen Alltagsgeräten wie Wasserzählern oder Smartphones. Mit typischen Eigenschaften wie Energieeffizienz, Reaktionen im Mikrosekundenbereich und der Möglichkeit zur miniaturisierten und kompakten Bauweise machen Piezokeramiken auch den Einsatz in komplexen, therapeutischen bis hin zu lebensnotwendigen Geräten möglich. Dazu gehören Umweltsensoren in Autos, die Strukturüberwachung von Brücken oder Pipelines sowie die Luftblasendetektion in medizinischen Infusionsgeräten.
Präzise Sensorik mit dem Piezoeffekt
Piezokeramiken sind in verschiedenen Designs und aus unterschiedlichen Materialmischungen erhältlich. Egal ob als Ring, Scheibe, Rohr oder Halbschale, die Sensorelemente agieren nach demselben Prinzip: Wird mechanischer Druck in Form von akustischen oder haptischen Einwirkungen auf die piezoelektrische Keramik ausgeübt, führen die piezoelektrischen Eigenschaften des Materials zur Erzeugung einer elektrischen Spannung. Diese kann mittels Detektors wahrgenommen und im Ausgabegerät in ein Signal transferiert werden. Typische Anwendungsbeispiele sind Druck- und Füllstandsensoren im Industriebereich, aber auch Durchflussmessgeräte sowie die diagnostische Bildgebung per Ultraschall in der Medizintechnik und die Erkennung von Strukturen in der Mikroskopie. Oft kommen in diesen Geräten zwei Piezokomponenten zum Einsatz: Eine Komponente agiert als Aktor und generiert durch Anlegen einer elektrischen Spannung akustischen Schall, meist im Ultraschallbereich. Die zweite Komponente dient als Sensor und detektiert bspw. die Laufzeit des akustischen Signals oder den Ultraschall, welcher je nach Körpergewebe oder Struktur unterschiedlich reflektiert wird. Aber auch ein bi-direktionaler Einsatz ist möglich. Hier agiert eine Piezokeramik sowohl als Aktor als auch als Sensor.
Um den Piezoeffekt bestmöglich zu nutzen, stehen unterschiedliche Materialien zur Verfügung. PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) ist das wohl bekannteste Piezomaterial, mit hervorragenden piezoelektrischen Eigenschaften. Durch unterschiedliche Werkstoffmischungen entstehen piezokeramische Komponenten für extreme Einsatzmöglichkeiten, wie Hochtemperatursensoren oder Sensoren in Ultrahochvakuum-Umgebungen.
Zur kundenspezifischen Piezokeramik
Das Unternehmen mit Sitz im thüringischen Lederhose ist seit mehr als 30 Jahren auf die Fertigung von Piezokeramiken nach kundenspezifischen Wünschen spezialisiert. Von der eigenen Materialherstellung bis zur Höherveredelung und der Entwicklung von Ultraschallwandlern – die komplette Wertschöpfungskette liegt in einer Hand. Auf 20 000 m2 Nutzfläche sind momentan über 420 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt – über 100 davon sind Ingenieurinnen und Ingenieure. Neben den typischen Piezokomponenten wie Platten, Scheiben, Ringen oder Rohren werden sowohl miniaturisierte Varianten als auch spezielle Designs, wie kegelförmige Elemente, Halbschalen und Kugeln gefertigt. Anwendungsspezifische Kontaktierungen, Metallisierungen und piezoelektrische Komposite, eine Komposition aus Piezokeramik und Polymer, erweitern die technischen Fertigungsmöglichkeiten rund um das Thema Piezokeramik.
Für die Entwicklung von Ultraschall-Sensorbauteilen, wie einem Luftblasendetektor, stehen Animations- und Analyseprogramme zur Verfügung, wodurch Prototypen schnell und zielgerichtet angepasst werden können. Hierbei steht der enge Kontakt zum Kunden im Vordergrund, um die gewünschten Spezifikationen bestmöglich zu erreichen.
Neben dem Aufbau von Piezokeramiken und Ultraschallwandlern mit PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) bietet PI Ceramic die individuelle Entwicklung mit bleifreien Piezokeramiken an. Im Bereich der Sensor-Bauelemente liegen bereits erste positive Ergebnisse vor.
PI Ceramic bietet jedoch nicht nur die Entwicklung und Einzelstückfertigung kundenspezifischer Piezoelemente, sondern auch die automatisierte Serienfertigung von Millionen Stückzahlen an. Damit zählt das Unternehmen mit seiner weltweiten Präsenz zu den wachstumsstärksten und zukunftsfähigsten HighTech-Unternehmen in Ostthüringen.
Bilder: PI Ceramic
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