Прынцып, структура і характарыстыкі п'езаэлектрычнага керамічнага прывада PZT

П'езаэлектрычны керамічны прывад - гэта прылада, якая выкарыстоўвае адваротны п'езаэлектрычны эфект п'езаэлектрычнай керамікі для прымянення электрычнага поля ў адпаведным кірунку п'езаэлектрычнай керамікі для стварэння адпаведнага зрушэння і сілы. Калі на палярызаваную п'езаэлектрычную кераміку падаецца напружанне, яна выцягваецца ў кірунку палярызацыі (падоўжны эфект) і скарачаецца ў кірунку вертыкальнай палярызацыі (бакавы эфект). П'езаэлектрычны керамічны прывад мае ламінаваны тып з выкарыстаннем п'езаэлектрычных падоўжных эфектаў і выгнуты тып з падвойнай дыяфрагмай з выкарыстаннем п'езаэлектрычных папярочных эфектаў.

Паколькі п'езаэлектрычны актуатар з'яўляецца прыладай для кантролю перамяшчэння і крыніцай энергіі, матэрыял, які выкарыстоўваецца, павінен мець магчымасць ствараць вялікую дэфармацыю і напружанне пад невялікім электрычным полем, а эфектыўнасць пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную энергію высокая, таму самае галоўнае - выкарыстоўваць п'езакруглы дыскавы пераўтваральнік . Мяккі матэрыял з вялікай сталай d, такім як нарастаючае электрычнае поле (каля 1 МВ/м), стварае вялікую дэфармацыю (Δl/l каля 10 -2 ) і напружанне (каля 9,8 МПа). З іншага боку, зменная рэакцыі вялікая, і патрабаванні да электрычнай трываласці і механічнай трываласці таксама высокія. У цяперашні час матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў п'езаэлектрычных керамічных прывадах, у асноўным з'яўляюцца п'езаэлектрычнымі керамічнымі матэрыяламі на аснове тытаната цырканата свінцу (PZT).

3.1 Ламінаваны п'езаэлектрычны керамічны драйвер

Нягледзячы на ​​тое, што п'езаэлектрычны драйвер з керамікі мае вышэйзгаданую выдатную прадукцыйнасць, цяжка наладзіць контур кіравання, таму што кіруючае напружанне дасягае 1 кВ і больш. Калі некалькі слаёў складзены паралельна, адлегласць паміж унутранымі электродамі можа быць усяго каля 10 мкм. Кіруючае напружанне можа быць зніжана да менш чым 100 В. Для дэфармацыі, выкліканай п'езаэлектрычным падоўжным эфектам, п'езакераміка мае дэфармацыю каля 0,3 мкм, а шматслаёвы ламінат можа быць дэфармаваны на некалькі дзясяткаў мікраметраў.

3.2 п'езаэлектрычны керамічны драйвер з падвойнай дыяфрагмай

Ламінаваны тып пераўзыходзіць характарыстыкі водгуку і генеравальную сілу, і п'езакерамічнага дыска з матэрыялу PZT заключаецца ў невялікім аб'ёме зрушэння. Недахоп Такім чынам, каб атрымаць зрушэнне ў некалькі сотняў мікраметраў, неабходна выкарыстоўваць двайны тып выгібу дыяфрагмы. Тып выгібу падвойнай дыяфрагмы - гэта прыцісканне двух п'езаэлектрычных керамічных вырабаў. Калі адзін кавалак расцягваецца, другі кавалак скарачаецца, і дэфармацыя прапарцыйная прыкладзенаму электрычнаму полю. Двайны тып выгібу дыяфрагмы дзеліцца на два тыпу: паслядоўны і паралельны. параўноўваюцца асноўныя рысы двух. З табліцы відаць, што паралельны п'езаэлектрычны тып выгібу з падвойнай дыяфрагмай мае вялікую велічыню зрушэння для таго ж напружання.

Перавага прадукцыйнасці п'езаэлектрычнага керамічнага драйвера 3.3

1) Выкарыстанне тэхнікі ламінавання тоўстай плёнкі, цвёрдае рэчыва п'езаэлектрычны крышталь дыска , які цэласна спечаны, атрымліваецца без злучнага рэчыва.
2) Укараняючы працэс IC і тэхналогію ізаляцыі, унутраныя электроды адпавядаюць папярочнаму перасеку кампанента, а размеркаванне напружання з'яўляецца раўнамерным, што павялічвае мяжу пашкоджання.
3) Слой п'езаэлектрычнай керамікі вытанчаецца, і крок электрода можа быць зменшаны прыкладна да 10 мкм, што дазваляе кіраваць нізкавольтным кіраваннем.
4) Укараненне тэхналогіі HIP (тэхналогія спякання ізастатычнага гарачага прэсавання) дазваляе дасягнуць высокай шчыльнасці, а механічная трываласць павялічваецца прыкладна на 30% у параўнанні са звычайнымі спечанымі целамі.
5) Прывад напругі, без электрамагнітнага шуму.
6) Змена перамяшчэння з цягам часу, невялікі дрэйф і добрая тэмпературная стабільнасць) Яго можна масава вырабляць, а кошт прымянення п'езаэлектрычнага керамічнага драйвера нізкі

4.1 Механічныя прыкладанні

Была атрымана практычная друкуючая галоўка для ўдарнага матрычнага прынтара, якая ўяўляе сабой камбінацыю ламінаванага п'езаэлектрычнага прывада і механізму ўзмацнення зрушэння. Гэтая галоўка друкаркі мае напружанне сілкавання 90 В, павелічэнне зрушэння прыкладна ў 30 разоў і зрушэнне клемы каля 600 мкм. Ён можа дасягаць высокай хуткасці друку 100 слоў/с або больш, і мае нізкае энергаспажыванне і нізкае вылучэнне цяпла. Акрамя таго, ён таксама выкарыстоўваецца ў звышдакладных прыладах пазіцыянавання для вытворчасці паўправаднікоў і звышдакладнай апрацоўкі. Зрушэнне ў асноўным знаходзіцца ў субмікронным дыяпазоне. З улікам гістэрэзісу і лінейнасці трэба звярнуць увагу на кіраванне замкнёным контурам.

4.2 Ужыванне ва ўладзе

Прымяненне ў сілавых блоках, такіх як п'езаэлектрычныя вентылятары, п'езаэлектрычныя клапаны, п'езаэлектрычныя помпы і ультрагукавыя рухавікі, у асноўным звязана з нізкім энергаспажываннем і дакладным кіраваннем п'езаэлектрычнымі прывадамі. Зрушэнне гэтых прылад павінна складаць некалькі сотняў мікраметраў, і часта выкарыстоўваецца тып выгібу падвойнай дыяфрагмы, а п'езаэлектрычны клапан, які выкарыстоўваецца для кантролю патоку, блізкі да практычнага.

4.3 Аптычныя прыкладанні

У цяперашні час шырока выкарыстоўваецца прымяненне п'езаэлектрычных керамічных актуаторов ў такіх новых галінах, як аптычныя сістэмы сувязі, такія як вызначэнне малюсенькага становішча лазернага люстэрка, валаконна-аптычны док-стыкавальнік і кантролер палярызацыі валакна.

4.4 Прымяненне ў датчыках

У параўнанні з агульным датчыкам ціску, ламінаваны п'езаэлектрычны актуатар можа атрымліваць вялікую выхадную напругу пры малым ціску і, такім чынам, можа выкарыстоўвацца ў якасці высокаадчувальнага датчыка ціску і датчыка паскарэння.