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Piezoelektrischer Effekt Ultraschall

Piezoelektrischer Effekt für das Ultraschall-Waschen

Dieses Phänomen wurde 1880 von den Brüdern Jacques und Pierre Curie an bestimmten kristallinen Mineralien, wie z. B. Quarz, entdeckt. Der Name leitet sich vom griechischen „piezein“ ab, was „drücken“ bedeutet. Dieser Effekt fand sofort zahlreiche Anwendungen, aber die wichtigste ist die Umwandlung oder Übertragung von elektrischer Energie in mechanische Schwingungen. Indem man an den Polen der piezoelektrischen Elemente eine sinusförmige Spannung erzeugt, d. h. eine Spannung, die kontinuierlich von positiv zu negativ und umgekehrt wechselt, dehnen und schrumpfen die Elemente mit sehr hohen Frequenzen (in unserem Fall 33.000 Hz).

Im Bereich der Ultraschallreinigung werden sehr hohe Leistungen benötigt. Dies ist nur dank der Entwicklung spezieller keramischer Materialien möglich, die durch die Zusammensetzung feiner Metalloxidpulver, in der Regel Titan oder Zirkonium mit Blei oder Barium (PbTiO2 -PbZrO3-BaTiO3), in genau definierten Anteilen erhalten und dann erhitzt werden, damit sie sich gleichmäßig vermischen.

Dieses wird mit organischem Bindematerial gemischt und in Formen mit unterschiedlichen Formen gegeben, um die verschiedenen Modelle zu erhalten: Scheiben, Ringe, Platten, Rohre usw. Das Material wird für eine bestimmte Zeit erhitzt, wobei das Pulver sintert und eine sehr kompakte Struktur annimmt. Schließlich werden die abgekühlten Teile mechanisch bearbeitet, um die gewünschten präzisen Abmessungen zu erhalten, und schließlich werden die Elektroden auf die Oberflächen aufgebracht (in der Regel Silber, das durch Vakuummetallisierung aufgebracht wird).

An diesem Punkt haben wir ein Produkt, das bei einer Temperatur oberhalb des Curie-Punktes eine einfache kristalline Struktur mit kubischer Symmetrie und Dipolen ohne elektrische Ladung aufweist. Knapp unterhalb des Curie-Punktes hingegen nimmt die Struktur eine tetragonale oder rhomboide Symmetrie an und die Dipole sind elektrisch geladen.

Als nächstes müssen die geladenen, aber zufällig angeordneten Dipole in der Gitterstruktur in dieselbe Richtung ausgerichtet (polarisiert) werden, um den maximalen piezoelektrischen Effekt zu erzielen. Dann wird das Material bis knapp unter den Curie-Punkt erhitzt und gleichzeitig einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, so dass die Dipole in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, behalten die meisten Dipole ihre angenommene Ausrichtung bei, d. h. der piezoelektrische Effekt ist maximal wirksam.