Materiales 1º de mecanica

Tema 1: introducción a los materiales trabajos propuestos
TRABAJO DE MATERIALES, TEMA: CERÁMICAS PIEZOELÉCTRICAS

Índice
1. Introducción
2. Historia de las cerámicas piezoeléctricas
3. Funcionamiento de estos materiales
4. Clasificación de las distintas cerámicas piezoeléctricas
5. Constantes piezoeléctricas
6. Aplicaciones de este tipo de materiales
7. Formas y dimensionesdisponibles
8. Bibliografía

Introducción
El elemento activo en la mayoría de los dispositivos y transductores ultrasónicos es un elemento piezoeléctrico que puede pertenecer a uno de estos grupos: cristales de cuarzo, hidrosolubles, monocristales, semiconductores piezoeléctricos y polímeros. Las cerámicas piezoeléctricas. Las cerámicas piezoeléctricas pertenecen al grupo que da mayor flexibilidad deformato 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.


Historia

El efecto piezoeléctrico o piezoelectricidad fue descubierto en 1880 por los hermanos Curie y P. Langevin lo puso en practica porprimera vez en sonares durante la 1ª Guerra Mundial. Langevin, por aquellos entonces utilizo cuarzo asociado a masas metálicas para generar ultrasonidos en el rango de algún KHz.
Tras la 1ª Guerra Mundial debido a la dificultad para excitar transductores construidos con cuarzo, debido a su demanda de alta tensión, comenzaron las investigaciones con materiales sintéticos piezoeléctricos. El lasdécadas del 40 al 50,estos esfuerzos llevaron a la fabricacoin de las primeras cerámicas piezoeléctricas de titanio de bario por la antigua URSS y Japon y de titanio y zirconato de plomo por la EUA.
El desarrollo de las cerramicas piezoeléctricas fue revolucionario. Ellas, además de presentas mejores propiedades que los cristales después de polarizadas, también presentaban geometrías y dimensionesmas flexibles, ya que son fabricadas a través de la sintonización de polvos cerámicos, conformados mediante prensado o esturión. Actualmente los materiales piezoeléctricos predominantes en el mercado son las cerámicas piezoeléctricas tipo PZT con sus diversas variaciones. Otras como las compuestas por PT (PbTiO3) y el PMN (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3) son utilizadas en dispositivos con característicasespeciales, como los transductores para alta temperatura.


Funcionamiento

Las cerámicas piezoeléctricas son cuerpos macizos semejantes a las utilizadas en aisladores eléctricos, ellas están constituidas por innumerables cristales ferroelectricos microscópicos llegando a denominarse como policristalinas. Particularmente en las cerámicas de tipo PZT, esos pequeños cristales poseen estructurascristalinas tipo Perovskita, pudiendo presentar geometría tetragonal, romboédrica o cubica simples, teniendo en cuenta la temperatura en la que el material se encuentre.
Estando por debajo de una temperatura crítica, conocida como temperatura de Curie, la estructura Perovskita presentará la simetría tetragonal donde el centro de simetría de las cargas eléctricas positivas no coincide con el centro desimetría de las cargas negativas, dando origen a un dipolo eléctrico. La existencia de este tipo dipolo provoca que la estructura cristalina se deforme en presencia de un campo eléctrico y genere un desplazamiento eléctrico cuando es sometida a una deformación mecánica, caracterizando el efecto piezoeléctrico inverso y directo respectivamente. La deformación mecánica o la variación del dipoloeléctrico de la estructura cristalina de la cerámica no necesariamente implica efectos macroscópicos, ya que los dipolos se distribuyen en dominios, que a su vez se distribuyen aleatoriamente en el material policristalino.
Para que ocurran manifestaciones macroscópicas es necesaria una orientación preferencial de estos dominios, conocida como polarización. Inclusive esta polarización se desvanece...