Piezokeramika (anglicky ferroelectric ceramic) je umělý materiál s piezoelektrickými a feroelektrickými vlastnostmi, mající polykrystalickou strukturu.
Piezokeramika nepatří ke klasickým typům keramiky, protože neobsahuje jílový materiál. Piezokeramické materiály jsou syntetizovány z oxidů kovů. Použití techniky charakteristické pro keramickou technologii - vypalování při vysoké teplotě - však ospravedlňuje zařazení piezokeramických materiálů do keramické rodiny. "Piezo" (z řeckého "piezo" - lisovat) naznačuje, že tento typ keramiky má zvláštní vlastnost - piezoelektrický efekt.
Ve srovnání s monokrystalovými piezoelektrikami se piezokeramika vyznačuje vyrobitelností, nízkou cenou a výraznými piezoelektrickými a dielektrickými vlastnostmi. Z piezokeramiky je možné vyrábět výrobky libovolného tvaru - destičky, kotouče, válečky, trubičky, koule atd., které je extrémně obtížné nebo nemožné vyrobit z monokrystalů. Piezokeramika je široce používána k vytváření senzorů zrychlení a tlaku, piezometrů rázových vln, výkonných emitorů ultrazvuku a rázových vln, piezotransformátorů, piezorezonančních filtrů a zpožďovacích linek. Piezokeramika je odolná proti vlhkosti, mechanickému namáhání a atmosférickým vlivům.
Z hlediska fyzikálních vlastností je piezokeramika polykrystalické feroelektrikum, což je chemická sloučenina nebo pevný roztok (prášek) zrn (krystalitů). Velikosti krystalitů jsou obvykle od 2 do 100 µm . Každý krystalit je feroelektrický krystal . Piezokeramika má všechny vlastnosti vlastní krystalické feroelektrice. Z hlediska chemického složení je piezokeramika komplexním oxidem, obvykle obsahujícím dvojmocné ionty olova nebo barya , jakož i čtyřmocné ionty titanu nebo zirkonia . Změnou poměru výchozích materiálů a zavedením různých přísad se syntetizují piezokeramické kompozice, které mají určité elektrofyzikální a piezoelektrické vlastnosti. Většina kompozic piezokeramiky je založena na chemických sloučeninách s krystalovou strukturou perovskitového typu se vzorcem ABO 3 (například ВаТiO 3 , РbTiO 3 , LiNbO 3 ) a různých pevných roztocích na nich založených (například systémy ВаТiO 3 - СаТiO 3 ; ВаТiO 3 - СаТiO 3 - CoCO 3 ; _ Zvláště široce používané jako piezoelektrika jsou kompozice systému zirkoničitan-titanát olovnatý (PZT nebo PZT) PbTiO 3 - PbZrO 3 ( "Piezokeramika" v univerzální encyklopedii Cyrila a Metoděje ).
Základem většiny moderních piezokeramických materiálů jsou tuhé roztoky titaničitanu - zirkoničitanu olovnatého (PZT, PZT), modifikované různými složkami a přísadami. Piezokeramické materiály se vyrábí také na bázi titaničitanu barnatého (TB), titaničitanu olovnatého (TS), metaniobátu olovnatého (MNS), titaničitanu vizmutitého (TV) atd.
Poprvé byl piezokeramický materiál syntetizován v roce 1944 sovětským vědcem B. M. Vulem , který objevil feroelektrické vlastnosti titaničitanu barnatého ВаТiO 3 . Téměř současně byly tyto vlastnosti titaničitanu barnatého objeveny americkými a japonskými výzkumníky.
V Rusku byly vyvinuty a vyrobeny následující třídy piezokeramiky:
V počátečním stavu je polarizace piezokeramických prvků nulová, protože každý krystalit je rozdělen na domény a má náhodný směr krystalografické osy. Když je aplikováno vnější elektrické pole , které přesahuje určitou hodnotu, nazývanou koercitivní pole, směry polarizace krystalitů se seřadí ve směru co nejblíže směru polarizačního pole. Polarizovaná piezokeramika má výrazné piezoelektrické vlastnosti.
Zahraniční výrobci jej v závislosti na piezoelektrických vlastnostech rozdělují na ferro-hard a ferro-soft. V domácí praxi existuje další dělení - keramika střední ferorigidity. Izolují se také vysoce stabilní, vysokoteplotní atd. materiály.
Hodnota piezoelektrického modulu d33 dosahuje několika stovek pC/N. Piezokeramika se vyznačuje vysokými hodnotami relativní permitivity .
Kvalitu piezokeramiky charakterizují tyto hlavní parametry akceptované v zahraničí:
K T 33 (e T 33 /e 0 ) - relativní permitivita;
tg d je tangens dielektrické ztráty při frekvenci 1 kHz ve slabých polích;
T c (T k ) je teplota Curieho bodu ;
K p K 33 K 31 K 15 - elektromechanické vazební koeficienty;
d 33 -d 31 d 15 - piezoelektrické moduly;
g 33 g 31 g 15 - koeficienty elektrického napětí;
Y E 11 Y E 33 - Youngovy moduly ;
N L N T N R jsou frekvenční konstanty;
S E 11 S E 33 - parametr pružnosti;
r je hustota;
Q m - mechanický činitel jakosti.