Principe, structure et caractéristiques de l'actionneur en céramique piézoélectrique PZT

Un actionneur en céramique piézoélectrique est un appareil qui utilise l'effet piézoélectrique inverse d'une céramique piézoélectrique pour appliquer un champ électrique dans une direction appropriée de la céramique piézoélectrique pour générer un déplacement et une force correspondants. Lorsqu'une tension est appliquée à la céramique piézoélectrique polarisée, elle est allongée dans la direction de polarisation (effet longitudinal) et raccourcie dans le sens de polarisation verticale (effet latéral). L'actionneur en céramique piézoélectrique a un type laminé en utilisant des effets longitudinaux piézoélectriques et un type incurvé à double diaphragme utilisant des effets transversaux piézoélectriques.

Étant donné que l'actionneur piézoélectrique est un dispositif de commande de déplacement et de source d'alimentation, le matériau utilisé doit être capable de générer une forte déformation et une contrainte dans un petit champ électrique, et l'efficacité de la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique est élevée, donc la chose la plus importante est à utilisertransducteur à disque rond piézo. Un matériau doux avec une grande constante D, un champ électrique aussi croissant (environ 1 m v / m), produit une grande souche (ΔL / L environ 10 -2) et une contrainte (environ 9,8 MPa). D'un autre côté, la variable de réponse est importante et les exigences de résistance diélectrique et de résistance mécanique sont également élevées. À l'heure actuelle, les matériaux utilisés dans les actionneurs en céramique piézoélectrique sont principalement des matériaux en céramique piézoélectrique basés sur le titanate de zirconate de plomb (PZT).

3.1 Conducteur en céramique piézoélectrique laminés

Bien que le conducteur de la céramique piézoélectrique ait l'excellente performance susmentionnée, il est difficile de régler la boucle de commande car la tension de conduite est aussi élevée que 1 kV ou plus. Si plusieurs couches sont empilées en parallèle, la distance entre les électrodes internes peut être aussi courte que 10 μm. La tension de conduite peut être réduite à moins de 100 V. Pour la déformation provoquée par l'effet longitudinal piézoélectrique, la céramique piézotique a une déformation d'environ 0,3 μm, et un stratifié multicouche peut être déformé par plusieurs dizaines de micromètres.

3,2 Double diaphragme de type piézoélectrique conducteur en céramique

Le type laminé est supérieur dans les caractéristiques de réponse et la force de génération, etPZT MATÉRIAUX PIEZO DISC CERAMIQUEa un inconvénient en ce que la quantité de déplacement est faible. Par conséquent, afin d'obtenir un déplacement de plusieurs centaines de micromètres, il est nécessaire d'utiliser un type de flexion à double diaphragme. Le type de flexion à double diaphragme consiste à appuyer ensemble deux céramiques piézoélectriques. Lorsqu'une pièce est étirée, l'autre pièce est raccourcie et la déformation est proportionnelle au champ électrique appliqué. Le type de flexion à double diaphragme est divisé en deux types: série et parallèle. Les principales caractéristiques des deux sont comparées. On peut voir dans le tableau que le type de flexion à double diaphragme parallèle à double diaphragme a une grande quantité de déplacement pour la même tension.

3.3 Piezoelectric Ceramic Driver Performance Performance Subérité

1) en utilisant une technique de stratification de film épais, un solidecristal à disque piézoélectriquequi est intégralement fritté est obtenu sans liant.
2) En introduisant le processus IC et la technologie d'isolation, les électrodes internes sont conformes à la section transversale des composants, et la distribution des contraintes est uniforme, augmentant ainsi la limite de dégâts.
3) La couche de céramique piézoélectrique est éclaircie et le pas d'électrode peut être réduit à environ 10 μm, permettant une conduite à basse tension.
4) L'introduction de la technologie de la hanche (technologie de frittage à chaud isostatique) peut atteindre une densité élevée, et la résistance mécanique est augmentée d'environ 30% par rapport aux corps frittés ordinaires.
5) entraînement de tension, pas de bruit électromagnétique.
6) Le changement de déplacement dans le temps, la petite dérive et la bonne stabilité de la température) Il peut être produit en masse et le coût est faible pour l'application de conducteur en céramique piézoélectrique

4.1 Applications mécaniques

Une tête d'impression pratique pour une imprimante à matrice de points d'impact a été obtenue, ce qui est une combinaison d'un actionneur piézoélectrique laminé et d'un mécanisme d'amplification de déplacement. Cette tête d'imprimante a une tension d'alimentation de 90 V, un grossissement de déplacement d'environ 30 fois et un déplacement terminal d'environ 600 μm. Il peut atteindre des performances d'impression à grande vitesse de 100 mots / s ou plus, et a une faible consommation d'énergie et une faible génération de chaleur. En plus, il est également utilisé dans les dispositifs de positionnement ultra-précision pour la fabrication de semi-conducteurs et l'usinage ultra-précision. Le déplacement est principalement dans la plage de sous-micron. Compte tenu de l'hystérésis et de la linéarité, l'attention doit être accordée au contrôle de la boucle fermée.

4.2 Application en puissance

Des applications dans des unités d'alimentation telles que les ventilateurs piézoélectriques, les valves piézoélectriques, les pompes piézoélectriques et les moteurs à ultrasons sont principalement dus à la faible consommation d'énergie et à un contrôle précis des actionneurs piézoélectriques. Le déplacement de ces dispositifs doit être de plusieurs centaines de micromètres, et le type de flexion à double diaphragme est souvent utilisé, et la valve piézoélectrique utilisée pour le contrôle du débit est proche de la pratique.

4.3 Applications optiques

À l'heure actuelle, l'application d'actionneurs en céramique piézoélectrique dans de nouveaux champs tels que les systèmes de communication optique, tels que la détermination de la minuscule position du miroir laser, le coupleur d'amarrage à fibre optique et le contrôleur de polarisation des fibres, sont largement réalisés.

4.4 Application dans les capteurs

Comparé à un capteur de pression général, un actionneur piézoélectrique laminé peut obtenir une grande tension de sortie avec une petite pression, et peut donc être utilisée comme capteur de pression très sensible et un capteur d'accélération.