Prinzip, Struktur und Eigenschaften von PZT Piezoelektrisch Keramikantriebsantrieb

Ein piezoelektrischer Keramikantrieb ist ein Gerät, das den inversen piezoelektrischen Effekt einer piezoelektrischen Keramik verwendet, um ein elektrisches Feld in eine geeignete Richtung der piezoelektrischen Keramik anzuwenden, um eine entsprechende Verschiebung und Kraft zu erzeugen. Wenn eine Spannung auf die polarisierte piezoelektrische Keramik angewendet wird, ist sie in der Polarisationsrichtung (Längswirkung) verlängert und in der vertikalen Polarisationsrichtung (lateraler Effekt) verkürzt. Der piezoelektrische Keramikaktuator hat einen laminierten Typ, der piezoelektrische Längswireeffekte und einen doppelten Membrankrümmungstyp unter Verwendung von piezoelektrischen transversalen Effekten verwendet.

Da der piezoelektrische Stellantrieb ein Gerät für Verdrängungsregelung und Stromquelle ist, muss das verwendete Material in der Lage sein, eine große Belastung und Spannung unter einem kleinen elektrischen Feld zu erzeugen, und die Effizienz der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie ist daher hoch, daher das Wichtigste ist zu verwendenPiezo -Rundscheibe -Wandler. Ein weiches Material mit einer großen konstanten D, ein solches zunehmendes elektrisches Feld (etwa 1 m V/m), erzeugt einen großen Dehnungsstamm (ΔL/l ca. 10 -2) und eine Spannung (ca. 9,8 MPa). Andererseits ist die Antwortvariable groß und die Anforderungen an die dielektrische Festigkeit und die mechanische Festigkeit sind ebenfalls hoch. Gegenwärtig sind die in piezoelektrischen Keramikantriebsantrieb verwendeten Materialien hauptsächlich piezoelektrische Keramikmaterialien, die auf Bleizirkonat -Titanat (PZT) basieren.

3.1 laminierte piezoelektrische Keramikfahrer

Obwohl der piezoelektrische Keramik-Treiber die oben genannte hervorragende Leistung hat, ist es schwierig, die Kontrollschleife festzulegen, da die Fahrspannung bis zu 1 kV oder mehr beträgt. Wenn mehrere Schichten parallel gestapelt sind, kann der Abstand zwischen den inneren Elektroden bis zu 10 μm liegen. Die Fahrspannung kann auf weniger als 100 V reduziert werden. Für die durch den piezoelektrische Längswirkung verursachte Deformation hat Piezokeramik eine Deformation von etwa 0,3 μm und ein Mehrschichtlaminat kann durch mehrere Zehnmikrometer deformiert werden.

3.2 Piezoelektrische Keramikfahrer vom doppelten Membran Typ

Der laminierte Typ ist als Reaktionseigenschaften und Erzeugung von Kraft überlegen, undPZT Material Piezo Keramikscheibehat einen Nachteil darin, dass die Verschiebungsmenge gering ist. Um eine Verschiebung von mehreren hundert Mikrometern zu erhalten, ist es daher erforderlich, einen doppelten Membran -Biegertyp zu verwenden. Der doppelte Zwerchfellbiegertyp besteht darin, zwei piezoelektrische Keramik zusammen zu drücken. Wenn ein Stück gedehnt wird, wird das andere Stück verkürzt und die Verformung proportional zum angelegten elektrischen Feld. Der Doppelmembran -Biegertyp ist in zwei Arten unterteilt: Serien und parallel. Die Hauptmerkmale der beiden werden verglichen. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass der parallele piezoelektrische Doppelmembranbiegertyp eine große Verschiebungsmenge für die gleiche Spannung aufweist.

3.3 Piezoelektrische Keramik -Fahrerleistung Überlegenheit

1) Verwenden einer dicken Filmlaminierungstechnik, eine festepiezoelektrische ScheibenkristallDas ist integral gesintert, ohne einen Ordner.
2) Durch die Einführung des IC-Prozesses und der Isolierungstechnologie stimmen die internen Elektroden mit dem Komponentenquerschnitt überein, und die Spannungsverteilung ist einheitlich, wodurch die Schadensgrenze erhöht wird.
3) Die piezoelektrische Keramikschicht wird verdünnt, und die Elektrodenablage kann auf etwa 10 & mgr; m reduziert werden, wodurch das Fahren mit niedrigem Volksbetrag ermöglicht wird.
4) Die Einführung der HIP -Technologie (isostatische heiße Sintertechnologie) kann eine hohe Dichte erreichen, und die mechanische Festigkeit wird im Vergleich zu gewöhnlichen Sinterkörpern um etwa 30% erhöht.
5) Spannungsantrieb, kein elektromagnetisches Geräusch.
6) Die Änderung der Verschiebung im Laufe der Zeit, der geringen Drift und der guten Temperaturstabilität) kann massenhaft erzeugt werden und die Kosten für die Anwendung Piezoelektrischer Keramik -Treiber sind niedrig

4.1 Mechanische Anwendungen

Es wurde ein praktischer Druckkopf für einen Impact Dot -Matrixdrucker erhalten, der eine Kombination aus einem laminierten piezoelektrischen Aktuator und einem Verschiebungsmechanismus darstellt. Dieser Druckerkopf hat eine Stromversorgungsspannung von 90 V, eine Verschiebungsvergrößerung von etwa 30 Mal und eine terminale Verschiebung von etwa 600 μm. Es kann eine Hochgeschwindigkeitsdruckleistung von 100 Wörtern/s oder mehr erzielen und einen geringen Stromverbrauch und eine geringe Wärmeerzeugung aufweist. Zusätzlich wird es auch in Ultra-Präzisionspositionierungsgeräten für die Herstellung von Halbleiter und die ultra-Präzisionsbearbeitung verwendet. Die Verschiebung liegt hauptsächlich im Sub-Micron-Bereich. In Anbetracht der Hysterese und Linearität muss der Kontrolle der geschlossenen Schleife geschenkt werden.

4.2 Anwendung in Stromversorgung

Anwendungen in Leistungseinheiten wie piezoelektrischen Lüftern, piezoelektrischen Ventilen, piezoelektrischen Pumpen und Ultraschallmotoren sind hauptsächlich auf den geringen Stromverbrauch und die vorbereite Kontrolle der piezoelektrischen Aktuatoren zurückzuführen. Die Verschiebung dieser Geräte muss mehrere hundert Mikrometer betragen, und häufig wird der doppelte Zwerchfellbiegertyp verwendet, und das für die Durchflussregelung verwendete piezoelektrische Ventil ist nahezu praktisch.

4.3 Optische Anwendungen

Gegenwärtig wird die Anwendung von piezoelektrischen Keramikaktuatoren in neuen Feldern wie der Bestimmung der winzigen Position des Laserspiegels, der faseroptischen Docking -Koppler und der Faserpolarisationsregler weit ausgeführt.

4.4 Anwendung in Sensoren

Im Vergleich zu einem allgemeinen Drucksensor kann ein laminierter piezoelektrischer Aktuator eine große Ausgangsspannung mit kleinem Druck erhalten und daher als hochempfindlicher Drucksensor und Beschleunigungssensor verwendet werden.