Principiul, structura și caracteristicile actuatorului ceramic piezoelectric PZT

Un actuator ceramic piezoelectric este un dispozitiv care utilizează efectul piezoelectric invers al unei ceramici piezoelectrice pentru a aplica un câmp electric într-o direcție adecvată a ceramicii piezoelectrice pentru a genera o deplasare și o forță corespunzătoare. Când se aplică o tensiune ceramicii piezoelectrice polarizate, aceasta este alungită în direcția de polarizare (efect longitudinal) și scurtată în direcția de polarizare verticală (efect lateral). Actuatorul ceramic piezoelectric are un tip laminat care utilizează efecte longitudinale piezoelectrice și un tip curbat cu diafragmă dublă care utilizează efecte transversale piezoelectrice.

Deoarece actuatorul piezoelectric este un dispozitiv pentru controlul deplasării și sursa de energie, materialul utilizat trebuie să poată genera deformații și tensiuni mari sub un câmp electric mic, iar eficiența conversiei energiei electrice în energie mecanică este mare, deci cel mai important lucru este să utilizați traductor piezo rotund cu disc . Un material moale cu o constantă mare d, un astfel de câmp electric în creștere (aproximativ 1 MV/m), produce o deformare mare (Δl/l aproximativ 10 -2 ) și o tensiune (aproximativ 9,8 MPa). Pe de altă parte, variabila de răspuns este mare, iar cerințele pentru rezistența dielectrică și rezistența mecanică sunt, de asemenea, mari. În prezent, materialele utilizate în actuatoarele ceramice piezoelectrice sunt în principal materiale ceramice piezoelectrice pe bază de titanat de zirconat de plumb (PZT).

3.1 Driver ceramic piezoelectric laminat

Deși driverul din ceramică piezoelectrică are performanța excelentă menționată mai sus, este dificil să setați bucla de control, deoarece tensiunea de antrenare este de 1 kV sau mai mult. Dacă mai multe straturi sunt stivuite în paralel, distanța dintre electrozii interni poate fi de aproximativ 10 μm. Tensiunea de antrenare poate fi redusă la mai puțin de 100V. Pentru deformarea cauzată de efectul longitudinal piezoelectric, piezoceramica are o deformare de aproximativ 0,3 μm, iar un laminat multistrat poate fi deformat cu câteva zeci de micrometri.

Driver ceramic piezoelectric tip 3.2 cu diafragmă dublă

Tipul laminat este superior ca caracteristici de răspuns și forță generatoare și Discul piezo-ceramic din material PZT are un dezavantaj prin aceea că cantitatea de deplasare este mică. Prin urmare, pentru a obține o deplasare de câteva sute de micrometri, este necesar să se folosească un tip de îndoire cu diafragmă dublă. Tipul de îndoire cu diafragmă dublă este de a presa două ceramice piezoelectrice împreună. Când o piesă este întinsă, cealaltă piesă este scurtată, iar deformarea este proporțională cu câmpul electric aplicat. Tipul de îndoire cu diafragmă dublă este împărțit în două tipuri: în serie și paralel. sunt comparate principalele caracteristici ale celor doi. Din tabel se poate observa că tipul de îndoire cu dublă diafragmă piezoelectrică paralelă are o deplasare mare pentru aceeași tensiune.

Superioritatea performanței driverului ceramic piezoelectric 3.3

1) Folosind o tehnică de laminare cu peliculă groasă, un solid Cristalul de disc piezoelectric care este sinterizat integral este obținut fără un liant.
2) Prin introducerea procesului IC și a tehnologiei de izolație, electrozii interni sunt în conformitate cu secțiunea transversală a componentei, iar distribuția tensiunii este uniformă, crescând astfel limita de deteriorare.
3) Stratul ceramic piezoelectric este subțire, iar pasul electrodului poate fi redus la aproximativ 10 μm, permițând antrenarea la joasă tensiune.
4) Introducerea tehnologiei HIP (tehnologia de sinterizare izostatică prin presare la cald) poate obține o densitate ridicată, iar rezistența mecanică este crescută cu aproximativ 30% în comparație cu corpurile sinterizate obișnuite.
5) Unitate de tensiune, fără zgomot electromagnetic.
6) Schimbarea deplasării în timp, derive mică și stabilitate bună la temperatură) Poate fi produs în masă, iar costul este scăzut pentru aplicarea driverului ceramic piezoelectric

4.1 Aplicații mecanice

A fost obținut un cap de imprimare practic pentru o imprimantă cu matrice de puncte de impact, care este o combinație între un actuator piezoelectric laminat și un mecanism de amplificare a deplasării. Acest cap de imprimantă are o tensiune de alimentare de 90 V, o mărire a deplasării de aproximativ 30 de ori și o deplasare a terminalelor de aproximativ 600 μm. Poate atinge performanțe de imprimare de mare viteză de 100 de cuvinte/s sau mai mult și are un consum redus de energie și o generare scăzută de căldură. În plus, este utilizat și în dispozitive de poziționare de ultra-precizie pentru fabricarea semiconductoarelor și prelucrarea de ultra-precizie. Deplasarea este în mare parte în intervalul sub-micron. Ținând cont de histerezis și liniaritate, trebuie acordată atenție controlului în buclă închisă.

4.2 Aplicare la putere

Aplicațiile în unitățile de putere, cum ar fi ventilatoarele piezoelectrice, supapele piezoelectrice, pompele piezoelectrice și motoarele cu ultrasunete se datorează în principal consumului redus de energie și controlului precis al actuatoarelor piezoelectrice. Deplasarea acestor dispozitive trebuie să fie de câteva sute de micrometri, iar tipul de îndoire cu diafragmă dublă este adesea folosit, iar supapa piezoelectrică utilizată pentru controlul debitului este aproape practică.

4.3 Aplicații optice

În prezent, se desfășoară pe scară largă aplicarea actuatoarelor ceramice piezoelectrice în domenii noi, cum ar fi sistemele de comunicații optice, cum ar fi determinarea poziției mici a oglinzii laser, cuplajul de andocare pentru fibră optică și controlerul de polarizare a fibrei.

4.4 Aplicarea în senzori

În comparație cu un senzor de presiune general, un actuator piezoelectric laminat poate obține o tensiune mare de ieșire cu o presiune mică și, astfel, poate fi utilizat ca senzor de presiune foarte sensibil și senzor de accelerație.