Princip, struktur och egenskaper för PZT piezoelektriska keramiska ställdon

Ett piezoelektriskt keramiskt manöverdon är en anordning som använder den omvända piezoelektriska effekten av en piezoelektrisk keram för att applicera ett elektriskt fält i en lämplig riktning av den piezoelektriska keramen för att generera en motsvarande förskjutning och kraft. När en spänning appliceras på den polariserade piezoelektriska keramen förlängs den i polarisationsriktningen (längdeffekt) och förkortas i den vertikala polarisationsriktningen (lateral effekt). Det piezoelektriska keramiska manöverdonet har en laminerad typ som använder piezoelektriska längsgående effekter och en dubbelböjd typ som använder piezoelektriska tväreffekter.

Eftersom det piezoelektriska ställdonet är en anordning för förskjutningskontroll och kraftkälla, måste materialet som används kunna generera stor spänning och spänning under ett litet elektriskt fält, och effektiviteten för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi är hög, så det viktigaste är att använda piezo rund skiva givare . Ett mjukt material med en stor konstant d, ett sådant ökande elektriskt fält (ca 1 MV/m), ger en stor töjning (Δl/l ca 10-2 ) och en spänning (ca 9,8 MPa). Å andra sidan är svarsvariabeln stor, och kraven på dielektrisk styrka och mekanisk styrka är också höga. För närvarande är materialen som används i piezoelektriska keramiska ställdon huvudsakligen piezoelektriska keramiska material baserade på blyzirkonattitanat (PZT).

3.1 Laminerad piezoelektrisk keramisk drivenhet

Även om den piezoelektriska keramiska drivenheten har ovan nämnda utmärkta prestanda, är det svårt att ställa in styrslingan eftersom drivspänningen är så hög som 1 kV eller mer. Om flera lager staplas parallellt kan avståndet mellan de interna elektroderna vara så kort som cirka 10 μm. Drivspänningen kan reduceras till mindre än 100V. För deformationen som orsakas av den piezoelektriska längsgående effekten har piezokeramik en deformation på cirka 0,3 μm, och ett flerskiktslaminat kan deformeras med flera tiotals mikrometer.

3.2 dubbelmembran typ piezoelektrisk keramisk drivenhet

Den laminerade typen är överlägsen i svarsegenskaper och genererande kraft, och PZT-material piezokeramisk skiva har en nackdel i att förskjutningsmängden är liten. Därför, för att få en förskjutning på flera hundra mikrometer, är det nödvändigt att använda en dubbelböjningstyp. Den dubbla membranböjningstypen är att pressa ihop två piezoelektriska keramer. När en bit sträcks förkortas den andra biten och deformationen är proportionell mot det pålagda elektriska fältet. Böjningstypen med dubbla membran är uppdelad i två typer: serie och parallell. huvuddragen hos de två jämförs. Det kan ses från tabellen att den parallella piezoelektriska dubbelmembranböjningstypen har en stor förskjutningsmängd för samma spänning.

3,3 piezoelektriska keramiska drivrutiner överlägsen prestanda

1) Med hjälp av en tjockfilmslamineringsteknik, ett fast material piezoelektrisk skivkristall som är integrerat sintrad erhålls utan bindemedel.
2) Genom att introducera IC-processen och isoleringstekniken ligger de interna elektroderna i linje med komponentens tvärsnitt, och spänningsfördelningen är enhetlig, vilket ökar skadegränsen.
3) Det piezoelektriska keramiska lagret tunnas ut och elektrodstigningen kan reduceras till cirka 10 μm, vilket möjliggör lågspänningsdrift.
4) Införandet av HIP-teknik (isostatisk varmpressningssintringsteknik) kan uppnå hög densitet, och den mekaniska hållfastheten ökas med cirka 30% jämfört med vanliga sintrade kroppar.
5) Spänningsdrift, inget elektromagnetiskt brus.
6) Förändringen av förskjutning över tid, liten drift och bra temperaturstabilitet) Den kan massproduceras och kostnaden är låg för piezoelektrisk keramisk drivenhet

4.1 Mekaniska tillämpningar

Ett praktiskt skrivhuvud för en anslagsmatrisskrivare har erhållits som är en kombination av ett laminerat piezoelektriskt manöverdon och en förskjutningsförstärkningsmekanism. Detta skrivarhuvud har en strömförsörjningsspänning på 90 V, en förskjutningsförstoring på cirka 30 gånger och en terminalförskjutning på cirka 600 μm. Den kan uppnå höghastighetsutskriftsprestanda på 100 ord/s eller mer, och har låg strömförbrukning och låg värmegenerering. Dessutom används den även i ultraprecisionspositioneringsenheter för halvledartillverkning och ultraprecisionsbearbetning. Förskjutningen är mestadels i submikronområdet. Med hänsyn till hysteres och linjäritet måste uppmärksamhet ägnas åt styrning med sluten slinga.

4.2 Tillämpning vid makt

Tillämpningar i kraftenheter som piezoelektriska fläktar, piezoelektriska ventiler, piezoelektriska pumpar och ultraljudsmotorer beror främst på den låga strömförbrukningen och exakta styrningen av piezoelektriska ställdon. Förskjutningen av dessa anordningar måste vara flera hundra mikrometer, och den dubbla membranböjningstypen används ofta, och den piezoelektriska ventilen som används för flödeskontroll är nästan praktisk.

4.3 Optiska tillämpningar

För närvarande genomförs i stor utsträckning tillämpningen av piezoelektriska keramiska ställdon inom nya områden såsom optiska kommunikationssystem, såsom bestämningen av laserspegelns lilla position, den fiberoptiska dockningskopplaren och fiberpolarisationsstyrenheten.

4.4 Användning i sensorer

Jämfört med en allmän trycksensor kan ett laminerat piezoelektriskt ställdon få en stor utspänning med ett litet tryck och kan därför användas som en mycket känslig trycksensor och en accelerationssensor.