疊堆壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)特點是怎樣的

1 疊堆型壓電陶瓷

疊堆型壓電陶瓷又被稱為壓電致動器、壓電執(zhí)行器、壓電促動器等。疊堆型壓電陶瓷是將壓電陶瓷基片，通過疊層粘結(jié)共燒工藝形成的（單層壓電陶瓷基片的厚度為100μm左右），這種工藝制備的壓電陶瓷可以承受很大的壓力，剛度大，但所承受的拉力有限。

疊堆型壓電陶瓷包括大量的陶瓷薄片。其結(jié)構(gòu)特點是供電電極被設(shè)計在陶瓷薄片的兩側(cè)，陶瓷整個截面積均可參加致動，出力很大，性能可以完好展現(xiàn)，而且不存在局部電場變形，不易出現(xiàn)點應(yīng)力。圖2.1展示了一個由PZT（鋯鈦酸鉛）陶瓷層疊堆形成的壓電陶瓷，多層陶瓷薄片連接形成了多層電容器結(jié)構(gòu)。對陶瓷施加電壓后，壓電陶瓷在Z軸方向會做伸長運動（伸長量的最大典型值是陶瓷長度的0.1%-0.2%）。出力是通過上下端面輸出給外部機械結(jié)構(gòu)的。

圖2.1

壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的最大位移，取決于所加電場強度和陶瓷材料的磁化飽和度。陶瓷的擊穿電壓限制了最大電場強度。對應(yīng)使用不同厚度的單層陶瓷基片，場強值可對應(yīng)不同的電壓值。而對于更小厚度的薄片，最大電壓會有所降低?，F(xiàn)在疊堆型壓電陶瓷組成陶瓷薄片的厚度一般為100μm，典型的使用電壓為150V。

2疊堆型壓電陶瓷的分類

疊堆型壓電陶瓷分為低壓和高壓兩種類型，這兩種類型陶瓷的生產(chǎn)工藝是完全不同的：

●低電壓壓電陶瓷的電壓使用范圍為0-150V，陶瓷層及內(nèi)部的金屬電極層在高溫燒結(jié)之前被層疊在一起，然后進行高溫燒結(jié)。內(nèi)部電極是非常薄的金屬膜（厚度約1μm）。這種制作陶瓷的工藝通常被稱為“單片共燒工藝”。

●高電壓壓電陶瓷的電壓使用范圍為0~500V或1000 V，在疊堆前就已經(jīng)完全燒結(jié)并制成PZT板/片。插入電極是由單獨的薄金屬箔制成。整個結(jié)構(gòu)用一種特殊的高品質(zhì)膠粘劑來固定在一起。因此，高壓疊堆陶瓷不是一個整塊陶瓷，而是一種復合材料。

3疊堆型壓電陶瓷使用的注意事項

由于疊堆型壓電陶瓷是將壓電陶瓷薄片，通過疊層粘結(jié)共燒工藝形成的，這種工藝特點使得其抗壓強度遠遠大于其拉伸強度。當陶瓷動態(tài)應(yīng)用時，由于陶瓷材料本身的加速度，壓縮力和拉伸力同時產(chǎn)生。 為了避免損壞壓電陶瓷，可以采用給陶瓷加預載力的方式來保護陶瓷，一般情況下，預載力的大小為最大負載的十分之一。

以下情況下，建議使用有預載力的致動器：

l?拉力會作用于致動器

l?動態(tài)應(yīng)用

l?剪切力（垂直于運動方向以外的力）作用于致動器

壓電陶瓷不能承受剪切力、側(cè)向力以及扭轉(zhuǎn)力。加載于陶瓷移動端的力應(yīng)盡量作用于陶瓷運動方向的中心。陶瓷的四周應(yīng)盡量保持不受夾持。

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