Princip, struktur og karakteristika for PZT piezoelektrisk keramisk aktuator

En piezoelektrisk keramisk aktuator er en enhed, der udnytter den omvendte piezoelektriske effekt af en piezoelektrisk keramik til at påføre et elektrisk felt i en passende retning af den piezoelektriske keramiske for at generere en tilsvarende forskydning og kraft. Når en spænding påføres den polariserede piezoelektriske keramik, forlænges den i polarisationsretningen (længdeeffekt) og forkortes i den lodrette polarisationsretning (lateral effekt). Den piezoelektriske keramiske aktuator har en lamineret type, der anvender piezoelektriske langsgående effekter og en dobbelt membran-buet type, der anvender piezoelektriske tværgående effekter.

Da den piezoelektriske aktuator er en enhed til forskydningskontrol og strømkilde, skal det anvendte materiale være i stand til at generere store belastninger og spændinger under et lille elektrisk felt, og effektiviteten af ​​at konvertere elektrisk energi til mekanisk energi er høj, så det vigtigste er at bruge piezo rund skive transducer . Et blødt materiale med en stor konstant d, et sådant stigende elektrisk felt (ca. 1 MV/m), frembringer en stor deformation (Δl/l ca. 10 -2 ) og en spænding (ca. 9,8 MPa). Til gengæld er responsvariablen stor, og kravene til dielektrisk styrke og mekanisk styrke er også høje. På nuværende tidspunkt er materialerne, der anvendes i piezoelektriske keramiske aktuatorer, hovedsageligt piezoelektriske keramiske materialer baseret på blyzirkonattitanat (PZT).

3.1 Lamineret piezoelektrisk keramisk driver

Selvom den piezoelektriske keramiske driver har den ovennævnte fremragende ydeevne, er det vanskeligt at indstille kontrolsløjfen, fordi drivspændingen er så høj som 1 kV eller mere. Hvis flere lag stables parallelt, kan afstanden mellem de interne elektroder være så kort som omkring 10 μm. Drivspændingen kan reduceres til mindre end 100V. For deformationen forårsaget af den piezoelektriske langsgående effekt har piezokeramik en deformation på omkring 0,3 μm, og et flerlagslaminat kan deformeres med flere titus af mikrometer.

3.2 dobbelt membran type piezoelektrisk keramisk driver

Den laminerede type er overlegen i responsegenskaber og genererende kraft, og PZT-materiale piezokeramisk skive har en ulempe ved, at forskydningsmængden er lille. Derfor, for at opnå en forskydning på flere hundrede mikrometer, er det nødvendigt at bruge en dobbelt membranbøjningstype. Den dobbelte membranbøjningstype er at presse to piezoelektriske keramik sammen. Når det ene stykke strækkes, forkortes det andet stykke, og deformationen er proportional med det påførte elektriske felt. Den dobbelte membranbøjningstype er opdelt i to typer: serie og parallel. hovedtræk ved de to sammenlignes. Det kan ses af tabellen, at den parallelle piezoelektriske dobbeltmembranbøjningstype har en stor forskydningsmængde for samme spænding.

3.3 piezoelektrisk keramisk driver ydeevne overlegenhed

1) Ved hjælp af en tyk film lamineringsteknik, et fast stof piezoelektrisk skivekrystal , der er integreret sintret, opnås uden bindemiddel.
2) Ved at introducere IC-processen og isoleringsteknologien er de indvendige elektroder på linje med komponenttværsnittet, og spændingsfordelingen er ensartet, hvilket øger skadesgrænsen.
3) Det piezoelektriske keramiske lag fortyndes, og elektrodeafstanden kan reduceres til omkring 10 μm, hvilket muliggør lavspændingsdrift.
4) Indførelsen af ​​HIP-teknologi (isostatisk varmpressende sintringsteknologi) kan opnå høj densitet, og den mekaniske styrke øges med omkring 30% sammenlignet med almindelige sintrede legemer.
5) Spændingsdrev, ingen elektromagnetisk støj.
6) Ændringen af ​​forskydning over tid, lille drift og god temperaturstabilitet) Det kan masseproduceres, og prisen er lav for piezoelektrisk keramisk driverapplikation

4.1 Mekaniske anvendelser

Der er opnået et praktisk printhoved til en anslagsmatrixprinter, som er en kombination af en lamineret piezoelektrisk aktuator og en forskydningsforstærkende mekanisme. Dette printerhoved har en strømforsyningsspænding på 90 V, en forskydningsforstørrelse på omkring 30 gange og en terminalforskydning på omkring 600 μm. Den kan opnå højhastighedsudskrivning på 100 ord/s eller mere og har lavt strømforbrug og lav varmegenerering. Derudover bruges den også i ultrapræcisionspositioneringsenheder til halvlederfremstilling og ultrapræcisionsbearbejdning. Forskydningen er for det meste i sub-mikron-området. Af hensyn til hysterese og linearitet skal man være opmærksom på lukket sløjfestyring.

4.2 Anvendelse ved magt

Anvendelser i kraftenheder som piezoelektriske ventilatorer, piezoelektriske ventiler, piezoelektriske pumper og ultralydsmotorer skyldes hovedsageligt det lave strømforbrug og præcise styring af piezoelektriske aktuatorer. Forskydningen af ​​disse enheder skal være flere hundrede mikrometer, og den dobbelte membranbøjningstype bruges ofte, og den piezoelektriske ventil, der bruges til flowkontrol, er tæt på praktisk.

4.3 Optiske applikationer

På nuværende tidspunkt udføres anvendelsen af ​​piezoelektriske keramiske aktuatorer på nye områder såsom optiske kommunikationssystemer, såsom bestemmelsen af ​​den lille position af laserspejlet, den fiberoptiske dockingkobler og fiberpolarisationscontrolleren, i vid udstrækning.

4.4 Anvendelse i sensorer

Sammenlignet med en generel tryksensor kan en lamineret piezoelektrisk aktuator opnå en stor udgangsspænding med et lille tryk og kan dermed bruges som en meget følsom tryksensor og en accelerationssensor.