Principio, estructura y características del accionador cerámico piezoeléctrico PZT.

Un accionador cerámico piezoeléctrico es un dispositivo que utiliza el efecto piezoeléctrico inverso de una cerámica piezoeléctrica para aplicar un campo eléctrico en una dirección eléctrica de la cerámica piezoeléctrica para generar un desplazamiento y fuerza correspondiente. Cuando se aplica un voltaje a la cerámica piezoeléctrica polarizada, se alarga en la dirección de polarización (efecto longitudinal) y se reduce en la dirección de polarización vertical (efecto lateral). El accionador cerámico piezoeléctrico tiene un tipo laminado que utiliza efectos longitudinales piezoeléctricos y un tipo curvado de diafragma doble que utiliza efectos transversales piezoeléctricos.

Dado que el accionador piezoeléctrico es un dispositivo para el control de desplazamiento y la fuente de alimentación, el material utilizado debe poder generar una tensión y estrés grande bajo un pequeño campo eléctrico, y la eficiencia de convertir la energía eléctrica en energía mecánica es alta, por lo que lo más importante es usarTransductor de disco redondo piezo. Un material suave con una gran constante D, tal campo eléctrico creciente (aproximadamente 1 m v / m), produce una cepa grande (ΔL / L alrededor de 10 -2) y una tensión (aproximadamente 9,8 MPa). Por otro lado, la variable de respuesta es grande, y los requisitos para la resistencia dieléctrica y la resistencia mecánica también son altos. En la actualidad, los materiales utilizados en los actuadores cerámicos piezoeléctricos son principalmente materiales cerámicos piezoeléctricos basados ​​en el titanato de circonncia de plomo (PZT).

3.1 Conductor de cerámica piezoeléctrica laminada

Aunque el controlador de cerámica piezoeléctrico tiene el excelente rendimiento mencionado anteriormente, es difícil establecer el bucle de control porque la tensión de accionamiento es tan alta como 1 kV o más. Si se apilan múltiples capas en paralelo, la distancia entre los electrodos internos puede ser tan corta como aproximadamente 10 μm. El voltaje de accionamiento se puede reducir a menos de 100 V. Para la deformación causada por el efecto longitudinal piezoeléctrico, la cerámica piezoe tiene una deformación de aproximadamente 0,3 μm, y se puede deformar un laminado multicapa por varias decenas de micrómetros.

3.2 Doble diafragma Tipo Piezoeléctrico Ceramic Driver

El tipo laminado es superior en las características de respuesta y la fuerza de generación, yMaterial PZT Piezo Ceramic DiscTiene una desventaja en que la cantidad de desplazamiento es pequeña. Por lo tanto, para obtener un desplazamiento de varios cientos de micrómetros, es necesario utilizar un tipo de flexión de diafragma doble. El tipo de doblado de diafragma doble es presionar dos cerámicas piezoeléctricas juntas. Cuando una pieza se estira, la otra pieza se acorta y la deformación es proporcional al campo eléctrico aplicado. El tipo de doblado de diafragma doble se divide en dos tipos: serie y paralelo. Las características principales de las dos se comparan. Puede verse en la tabla que el tipo de doblado de diafragma doble piezoeléctrico paralelo tiene una gran cantidad de desplazamiento para el mismo voltaje.

3.3 Superioridad de rendimiento del conductor de cerámica piezoeléctrica

1) Usando una técnica de laminación de película gruesa, un sólidoCristal de disco piezoeléctricoque se obtiene integralmente sinterizado sin un aglutinante.
2) Al introducir el proceso IC y la tecnología de aislamiento, los electrodos internos están en línea con la sección transversal del componente, y la distribución de estrés es uniforme, lo que aumenta el límite de daño.
3) La capa cerámica piezoeléctrica se adelgaza y el paso del electrodo se puede reducir a aproximadamente 10 μm, lo que permite la conducción de bajo voltaje.
4) La introducción de la tecnología de cadera (tecnología de sinterización de presión en caliente isostática) puede lograr una alta densidad, y la resistencia mecánica aumenta en aproximadamente un 30% en comparación con los cuerpos sinterizados ordinarios.
5) Voltaje, sin ruido electromagnético.
6) El cambio de desplazamiento a lo largo del tiempo, la pequeña deriva y la buena estabilidad de la temperatura) puede producirse en masa y el costo es bajo para la aplicación de conductor de cerámica piezoeléctrico

4.1 Aplicaciones mecánicas.

Se ha obtenido un buen cabezal de impresión para una impresora de matriz de puntos de impacto, que es una combinación de un accionador piezoeléctrico laminado y un mecanismo de amplificación de desplazamiento. Esta cabeza de impresora tiene una tensión de alimentación de 90 V, una ampliación de desplazamiento de aproximadamente 30 veces, y un desplazamiento terminal de aproximadamente 600 μm. Puede lograr un rendimiento de impresión de alta velocidad de 100 palabras / s o más, y tiene un bajo consumo de energía y una generación de bajo calor. Además, también se usa en dispositivos de posicionamiento de ultracisión para la fabricación de semiconductores y el mecanizado de ultracisión. El desplazamiento se encuentra principalmente en el rango de la submicrona. En consideración de la histéresis y la linealidad, se debe prestar atención al control de bucle cerrado.

4.2 Aplicación en el poder.

Las aplicaciones en unidades de energía, como los ventiladores piezoeléctricos, las válvulas piezoeléctricas, las bombas piezoeléctricas y los motores ultrasónicos se deben principalmente al bajo consumo de energía y el control preciso de los actuadores piezoeléctricos. El desplazamiento de estos dispositivos debe ser de varios cien micrómetros, y se usa a menudo el tipo de doblado de diafragma doble, y la válvula piezoeléctrica utilizada para el control de flujo está cerca de la práctica.

4.3 Aplicaciones ópticas

En la actualidad, la aplicación de actuadores cerámicos piezoeléctricos en nuevos campos, como los sistemas de comunicación óptica, como la determinación de la pequeña posición del espejo láser, el acoplador de acoplamiento de fibra óptica y el controlador de polarización de fibra, se están llevando a cabo ampliamente.

4.4 Aplicación en sensores.

En comparación con un sensor de presión general, un accionador piezoeléctrico laminado puede obtener un voltaje de salida grande con una pequeña presión, y por lo tanto se puede usar como un sensor de presión altamente sensible y un sensor de aceleración.