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)，即通過對壓電陶瓷施加電場，壓電陶瓷產(chǎn)生納米級精度的致動位移。 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，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)是指在對壓電陶瓷的極化方向上施加電壓，壓電陶瓷會隨之發(fā)生形變位移，電場撤去后，形變會隨之消失。納米級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，但可通過改變電場強(qiáng)度非常精確地控制形變量。壓電陶瓷是高精度致動器，它的分辨率可達(dá)原子尺

2、度。在實際使用中，壓電陶瓷的分辨率通常受到產(chǎn)生電場的驅(qū)動控制器的噪聲和穩(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，而對于大尺寸的壓電陶瓷，出力可達(dá)幾萬牛頓。響應(yīng)時間快<ms壓電陶瓷隨驅(qū)動電壓的變化而快速伸縮，它的響應(yīng)時間即為壓電陶瓷的充電的時間，可達(dá)毫秒至亞毫秒量級。最快響應(yīng)時間取決于壓電陶瓷的諧振頻率，一般為諧振時間的1/3。壓電陶瓷被廣泛應(yīng)用于閥門與快門技術(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，且這個位移差會隨著電壓變化范圍的改變而改變，驅(qū)動電壓越小則位移差也會相應(yīng)越小，壓電陶瓷的遲滯一般在給定電壓對應(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，位移值不是穩(wěn)定在一固定值上，而是隨著時間緩慢變化，在一定時間之后才會達(dá)到穩(wěn)定值，如右圖所示。一般10s內(nèi)蠕變量約為伸長量的1%2%。開環(huán)與閉環(huán)控制開環(huán)壓電陶瓷具有遲滯及蠕變現(xiàn)象，可通過配置定位傳感器進(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)動電壓成線性關(guān)系。開環(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。壓電點膠閥壓電陶瓷的高頻往復(fù)運動，改變壓電噴射閥閥門的開合，流量及點膠速度可控。焊線機(jī)壓電陶瓷可控制壓電鉗，從而控制引線夾的開合，配合高速精密工作