壓電陶瓷的特性及應(yīng)用舉例

1、壓電陶瓷的特性及應(yīng)用舉例芯明天壓電陶瓷以PZT鋯鈦酸鉛材料為主，主要利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，即通過(guò)對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)，壓電陶瓷產(chǎn)生納米級(jí)精度的致動(dòng)位移。 芯明天壓電陶瓷壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是指壓電陶瓷受到特定方向外力的作用時(shí)，在壓電陶瓷的正負(fù)極上產(chǎn)生相反的電荷，當(dāng)外力撤去后，又緩慢恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；逆壓電效應(yīng)是指在對(duì)壓電陶瓷的極化方向上施加電壓，壓電陶瓷會(huì)隨之發(fā)生形變位移，電場(chǎng)撤去后，形變會(huì)隨之消失。納米級(jí)分辨率壓電陶瓷的形變量非常小，一般都小于1%，雖然形變量非常小，但可通過(guò)改變電場(chǎng)強(qiáng)度非常精確地控制形變量。壓電陶瓷是高精度致動(dòng)器，它的分辨率可達(dá)原子尺

2、度。在實(shí)際使用中，壓電陶瓷的分辨率通常受到產(chǎn)生電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)控制器的噪聲和穩(wěn)定性的限制。大出力壓電陶瓷產(chǎn)生的最大出力大小取決于壓電陶瓷的截面積，對(duì)于小尺寸的壓電陶瓷，出力通常達(dá)到數(shù)百牛頓的范圍，而對(duì)于大尺寸的壓電陶瓷，出力可達(dá)幾萬(wàn)牛頓。響應(yīng)時(shí)間快<ms壓電陶瓷隨驅(qū)動(dòng)電壓的變化而快速伸縮，它的響應(yīng)時(shí)間即為壓電陶瓷的充電的時(shí)間，可達(dá)毫秒至亞毫秒量級(jí)。最快響應(yīng)時(shí)間取決于壓電陶瓷的諧振頻率，一般為諧振時(shí)間的1/3。壓電陶瓷被廣泛應(yīng)用于閥門(mén)與快門(mén)技術(shù)中。遲滯盡管壓電陶瓷具有非常高的分辨率，但它也表現(xiàn)出遲滯現(xiàn)象，即壓電陶瓷升壓曲線和降壓曲線之間存在位移差。在同一個(gè)電壓值下，上升曲線和下降曲線上的位移值有

3、明顯的位移差，且這個(gè)位移差會(huì)隨著電壓變化范圍的改變而改變，驅(qū)動(dòng)電壓越小則位移差也會(huì)相應(yīng)越小，壓電陶瓷的遲滯一般在給定電壓對(duì)應(yīng)位移值的10%-15%左右。蠕變?nèi)渥兪侵府?dāng)施加在壓電陶瓷的電壓值不再變化時(shí)，位移值不是穩(wěn)定在一固定值上，而是隨著時(shí)間緩慢變化，在一定時(shí)間之后才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值，如右圖所示。一般10s內(nèi)蠕變量約為伸長(zhǎng)量的1%2%。開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)壓電陶瓷具有遲滯及蠕變現(xiàn)象，可通過(guò)配置定位傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，消除壓電陶瓷的遲滯與蠕變現(xiàn)象。通過(guò)使用位置傳感器和反饋控制回路消除壓電陶瓷的遲滯及滯后現(xiàn)象，使得壓電陶瓷的形變量與驅(qū)動(dòng)電壓成線性關(guān)系。開(kāi)環(huán)控制閉環(huán)控制壓電陶瓷的應(yīng)用案例光纖拉伸利用壓電陶瓷的高精度位移形變，拉伸光纖，從而改變光脈沖。F-P腔調(diào)諧壓電陶瓷的形變位移，可高精度的改變反射鏡或棱鏡的位置，從而精確調(diào)整光路徑。壓電點(diǎn)膠閥壓電陶瓷的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變壓電噴射閥閥門(mén)的開(kāi)合，流量及點(diǎn)膠速度可控。焊線機(jī)壓電陶瓷可控制壓電鉗，從而控制引線夾的開(kāi)合，配合高速精密工作