压电陶瓷的特性及应用举例

压电陶瓷的特性及应用举例

芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。

芯明天压电陶瓷

Δ压电效应

压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，又缓慢恢复到不带电的状态；逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，电场撤去后，形变会随之消失。

Δ纳米级分辨率

压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于1%，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。

压电陶瓷是高精度致动器，它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中，压电陶瓷的分辨率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。

Δ大出力

压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，对于小尺寸的压电陶瓷，出力通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。

Δ响应时间快

压电陶瓷随驱动电压的变化而快速伸缩，它的响应时间即为压电陶瓷的充电的时间，可达毫秒至亚毫秒量级。最快响应时间取决于压电陶瓷的谐振频率，一般为谐振时间的1/3。压电陶瓷被广泛应用于阀门与快门技术中。

Δ迟滞

尽管压电陶瓷具有非常高的分辨率，但它也表现出迟滞现象，即压电陶瓷升压曲线和降压曲线之间存在位移差。在同一个电压值下，上升曲线和下降曲线上的位移值有明显的位移差，且这个位移差会随着电压变化范围的改变而改变，驱动电压越小则位移差也会相应越小，压电陶瓷的迟滞一般在给定电压对应位移值的10%-15%左右。

Δ蠕变

蠕变是指当施加在压电陶瓷的电压值不再变化时，位移值不是稳定在一固定值上，而是随着时间缓慢变化，在一定时间之后才会达到稳定值，如右图所示。一般10s内蠕变量约为伸长量的1%~2%。

Δ开环与闭环控制

开环压电陶瓷具有迟滞及蠕变现象，可通过配置定位传感器进行闭环控制，消除压电陶瓷的迟滞与蠕变现象。

通过使用位置传感器和反馈控制回路消除压电陶瓷的迟滞及滞后现象，使得压电陶瓷的形变量与驱动电压成线性关系。

开环控制

闭环控制

压电陶瓷的应用案例

光纤拉伸

利用压电陶瓷的高精度位移形变，拉伸光纤，从而改变光脉冲。

F-P腔调谐

压电陶瓷的形变位移，可高精度的改变反射镜或棱镜的位置，从而精确调整光路径。

压电点胶阀

压电陶瓷的高频往复运动，改变压电喷射阀阀门的开合，流量及点胶速度可控。

焊线机

压电陶瓷可控制压电钳，从而控制引线夹的开合，配合高速精密工作台和键合头运动，夹持引线并使在工作空间中完成复杂高速运动，以形成能够满足不同封装所需的线弧，最终实现电互连。