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Procesos de la Fabricación de cerámica piezoeléctrica
Las cerámicas piezoeléctricas son uno de los elementos piezoeléctricos ―que son el elemento activo en la mayoría de los dispositivos y transductores ultrasónicos― más importantes, siendo los otros los cristales de cuarzo, los cristales hidrosolubles, los monocristales, los semiconductores piezoeléctricos, los polímeros y los compuestos piezoeléctricos.
Las cerámicas piezoeléctricas pertenecen al grupo que da mayor flexibilidad de formato y de propiedades, siendo ellas ampliamente utilizadas en la fabricación de equipos industriales, específicamente en sistemas de limpieza, equipos de soldadura por ultrasonido, para ensayos no destructivos y equipos para monitorear vibraciones.
Por su capacidad de poder convertir la deformación mecánica en energía eléctrica y la energía eléctrica en deformación mecánica, los cristales piezoeléctricos encuentran una gran variedad de aplicaciones en transductores de presión, agujas para reproductores de discos de vinilo, micrófonos, cristales resonadores para los relojes, sensores de presión, aceleración, tensión o fuerza, en osciladores electrónicos de alta frecuencia, etc.
Funcionamiento
El efecto piezoeléctrico es un fenómeno físico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal cuando éste se somete a una deformación mecánica y se denomina efecto piezoeléctrico directo (si ocurre al contrario, se trata del efecto piezoeléctrico inverso).
Cuando se aplica una tensión mecánica sobre el cristal, los átomos ionizados (cargados) presentes en la estructura de cada celda de formación del cristal se desplazan, provocando la aparición de cargas en las superficies del material. Debido a la regularidad de la estructura cristalina, y como los efectos de deformación de la celda suceden en todas las celdas del cuerpo del cristal, estas cargas se suman y se produce una acumulación de la carga eléctrica, produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre determinadas caras del cristal que puede ser muchos voltios.
Clasificación
Los materiales que presentan propiedades piezoeléctricas se dividen en dos grupos: los que presentan esas propiedades de forma natural y los que necesitan ser polarizados (que son los cerámicos piezoeléctricos).
Proceso de Fabricación
La fabricación de cerámicas piezoeléctricas es muy similar sea cual sea la cerámica que se quiere obtener. El proceso consta de los siguientes pasos: 1) Se selecciona el material y se pesa acorde a las proporciones para ser manufacturado. 2) Se muele en un molino de bolas para conseguir un grano muy fino 3) La mezcla se calienta hasta el 75 % de la temperatura de síntesis para acelerar la reacción de los componentes. 4) El polvo calcinado es molido de nuevo para incrementar su reactividad. 5) Se prensa y se elimina el sobrante. 6) Se calienta hasta la síntesis entre 1250 °C y 1350 °C. 7) Se corta, se pule y se le da la forma final. 8) Se somete al proceso de polarización.
Aplicaciones
Las principales aplicaciones de las cerámicas piezoeléctricas son:
· Equipos médicos de imagen por ecografía
· Medidores de nivel y distancia por pulso-eco (los sensores de estacionamiento auto motivos son ultrasónicos).
· Equipos de limpieza por ultrasonidos
· Sensores de vibraciones y acelerómetro
· Máquinas de soldadura por ultrasonidos
· Transductores por ultrasonidos para ensayos no destructivos (END).
· Actuadores y motores piezoeléctricos