Cifras clave de un vistazo
- Las piezocerámicas sin plomo de CeramTec (BNT-BT) son una alternativa conforme con la directiva RoHS que elimina la necesidad de recurrir a exenciones.
- Especialmente adecuadas para sensores de caudal industriales, sistemas ultrasónicos de alta potencia y dispositivos médicos.
- Proceso de fabricación a base de agua y sin disolventes, con una huella ambiental considerablemente reducida.
- Geometrías y propiedades del material personalizadas disponibles, desarrolladas en estrecha colaboración con los ingenieros de los fabricantes de equipos originales (OEM).
Nuestros componentes cerámicos sin plomo a base de BNT-BT pueden fabricarse en diversas formas y geometrías. Según sus requisitos, también pueden integrarse en conjuntos ultrasónicos diseñados y fabricados por CeramTec, por ejemplo, como sensores o transductores para aplicaciones de caudalímetros o aplicaciones médicas. Creamos valor añadido para los fabricantes de productos industriales y médicos mediante soluciones altamente personalizadas que responden a sus necesidades.
Debido a sus propiedades materiales específicas, las piezocerámicas sin plomo pueden constituir una alternativa viable a los materiales que contienen plomo; son especialmente adecuadas para una gran variedad de aplicaciones que utilizan el modo de espesor. CeramTec combina capacidades únicas de desarrollo de materiales con décadas de experiencia en la fabricación de componentes cerámicos piezoeléctricos y se ofrece como socio de desarrollo fiable para soluciones piezocerámicas sin plomo destinadas a aplicaciones industriales y médicas exigentes.
CeramTec también puede ofrecer un proceso de diseño y desarrollo para la fabricación de sensores y transductores completamente ensamblados, conforme a sus requisitos.
Medio ambiente y regulación:
- Materias primas no tóxicas: elimina hasta un 60 % del contenido de óxido de plomo (PbO) en comparación con el PZT estándar.
- Fabricación conforme con la directiva RoHS, en apoyo de las hojas de ruta de conformidad de los productos en el marco del Pacto Verde Europeo.
- Proceso de producción a base de agua y sin disolventes: no se requieren disolventes a base de alcohol.
Ventajas técnicas:
- Mayor anisotropía → menor coeficiente de acoplamiento planar (kₚ), ideal para transductores en modo de espesor.
- Pérdidas mecánicas significativamente reducidas → menor calentamiento propio en aplicaciones ultrasónicas de alta potencia. En condiciones de excitación comparables, se ha medido hasta un 30 % menos de generación de calor que con PZT duro.
- Alta consistencia del material entre los lotes de producción, un factor crítico para la producción en serie de aplicaciones médicas e industriales.
Donde las soluciones sin plomo superan al PZT convencional
Uno de los resultados más destacados de la investigación y el desarrollo continuos de CeramTec en el ámbito de las piezocerámicas sin plomo: en determinadas condiciones de funcionamiento, nuestros materiales BNT-BT no solo igualan el rendimiento del PZT, sino que lo superan.
Durante las pruebas realizadas con un transductor Langevin a 40 kHz, nuestro material sin plomo para altas temperaturas LF162 demostró un desplazamiento notablemente superior al del PZT807, tanto en el estado inicial como después de repetidos ciclos a alta temperatura de hasta 135 °C. Tras 10 ciclos térmicos a 135 °C, el LF162 mostró un aumento del desplazamiento de +9 µm y terminó superando al PZT807 en todos los niveles de potencia.
Al mismo tiempo, las imágenes térmicas revelaron un autocalentamiento entre 15 y 20 °C inferior en los materiales BNT-BT sin plomo en comparación con el PZT estándar, bajo condiciones de excitación equivalentes y sin aplicar refrigeración activa. Una menor generación de calor se traduce en ciclos de funcionamiento más prolongados, una menor carga térmica sobre los componentes circundantes y una mayor fiabilidad del sistema.
| Material | Estado | Desplazamiento a 5 W | Vs. PZT807 |
|---|---|---|---|
| LF162 (High D33) | Después de 10 ciclos a 135 °C | ~66 µm | +30 % mejor |
| PZT807 (referencia) | Después de 10 ciclos a 135 °C | ~51 µm | Valor de referencia |
| LF110 (High Temp) | Después de 10 ciclos a 135 °C | ~41 µm | −19 % |
Los valores medidos mencionados anteriormente se determinaron en probetas de ensayo y son aplicables como valores orientativos. Los valores se determinaron sobre la base de las normas DIN/DIN-VDE o, si estas no estaban disponibles, sobre la base de las normas de CeramTec. Los valores indicados no deben transferirse a formatos cualesquiera y/o diferentes, ni a componentes o piezas con calidades superficiales distintas. No constituyen una garantía de determinadas propiedades. Nos reservamos expresamente el derecho a realizar modificaciones técnicas.
Dos materiales para dos estrategias: LF162 frente a LF110
CeramTec ofrece dos sistemas diferentes basados en formulaciones BNT-BT, cada uno optimizado para requisitos de diseño específicos. Actualmente, los dos más importantes son:
- LF162: el material de alto rendimiento - Especialmente adecuado para aplicaciones ultrasónicas de alta potencia en las que el desplazamiento máximo y la eficiencia son esenciales. El LF162 presenta un coeficiente d_{33} medio más elevado, así como un valor Qₘ superior, lo que lo convierte en la primera opción para su evaluación en transductores ultrasónicos de potencia, bisturíes quirúrgicos, homogeneizadores y sistemas de soldadura. Cabe destacar especialmente que, en los experimentos de CeramTec, el rendimiento del LF162 mejora después de un acondicionamiento térmico; una propiedad única que lo diferencia del PZT convencional.
- LF110: el material para altas temperaturas - Diseñado para aplicaciones que requieren estabilidad a temperaturas elevadas. Además de un d_{33} más alto, el LF110 ofrece una temperatura de despolarización superior y una permitividad más elevada, lo que lo hace potencialmente adecuado para dispositivos médicos esterilizables en autoclave, instrumentos quirúrgicos esterilizables y aplicaciones de sensores en entornos térmicamente exigentes. Las investigaciones de CeramTec han demostrado que conserva su rendimiento tras varios ciclos repetidos de autoclave a 126 °C y 135 °C.
Ejemplos de aplicaciones sin plomo
| Aplicación | Sector | Ventaja clave de las soluciones sin plomo |
|---|---|---|
| Medición ultrasónica del caudal de líquidos | Automatización industrial, gestión del agua | Bajo acoplamiento planar → señal más limpia |
| Transductores ultrasónicos de alta potencia | Limpieza industrial, soldadura | Menor autocalentamiento y ciclos de funcionamiento más prolongados |
| Instrumentos quirúrgicos de un solo uso | Fabricación de dispositivos médicos | Seguridad para aplicaciones de un solo uso |
| Detección de burbujas de aire y del nivel de llenado | Sistemas de seguridad médica, industria farmacéutica | Alta sensibilidad en modo de espesor |
| Mic bomb as piezoeléctricas | Lab-on-a-chip, diagnóstico | Mayor biocompatibilidad en comparación con el PZT |
