multi-layer piezoelectric ceramics

Многослойные пьезокерамические актуаторы: руководство по применению

Пьезоэлектрические стековые актуаторы являются наиболее распространенным типом пьезоактуаторов. Они имеют широкий спектр применений. Однако многие люди до сих пор не имеют полного понимания того, как использовать и эксплуатировать пьезоэлектрические стековые актуаторы. Прочитайте эту статью, чтобы узнать больше о том, как использовать пьезоэлектрические стековые актуаторы.

1. Что такое пьезоэлектрические стековые актуаторы (многослойная пьезокерамика)?

Пьезоэлектрические актуаторы — это пьезоэлектрические преобразователи, изготовленные из пьезоэлектрических материалов с исполнительными функциями. Они используют обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлемента и могут генерировать различную величину смещения при разных напряжениях питания.

Пьезоэлектрические стековые актуаторы формируются путем соединения пьезокерамических подложек посредством технологии совместного спекания (толщина однослойной пьезокерамической подложки составляет около 100 мкм). Пьезокерамические элементы, изготовленные по этой технологии, могут выдерживать высокое давление, обладают высокой жесткостью, но имеют ограниченную прочность на растяжение.

Пьезоэлектрические стековые актуаторы состоят из множества керамических пластин. Их конструктивной особенностью является то, что силовые электроды расположены по обеим сторонам керамической пластины, и вся площадь поперечного сечения керамики может участвовать в работе, что обеспечивает большую выходную мощность, превосходные характеристики и отсутствие локальной деформации электрического поля, делая их менее восприимчивыми к точечным нагрузкам.

2. Классификация пьезоэлектрических стековых актуаторов

В зависимости от рабочего напряжения пьезоэлектрические стековые актуаторы можно разделить на два типа: низковольтные и высоковольтные. Технологии производства этих двух типов керамики полностью различны:

Диапазон напряжений для низковольтной пьезокерамики составляет 0-150В. Слой керамики и внутренний слой металлического электрода складываются вместе перед высокотемпературным спеканием. Внутренний электрод представляет собой очень тонкую металлическую пленку (толщиной около 1 мкм). Этот процесс производства керамики обычно называют «технологией совместного спекания единого изделия».

Диапазон напряжений для высоковольтной пьезокерамики составляет 0-500В или 1000В. Пластина/элемент PZT полностью спекается и изготавливается перед укладкой. Вставляемый электрод изготавливается из отдельных тонких металлических фольг. Вся конструкция скрепляется с помощью специального высококачественного адгезива. Следовательно, высоковольтная стековая керамика не является единым керамическим элементом, а представляет собой композитный материал.

3. Применение пьезоэлектрических стековых актуаторов

Пьезоэлектрические стековые актуаторы имеют очень широкую область применения и могут охватывать практически каждую отрасль, такую как полупроводниковая технология, аэрокосмическая отрасль, обработка изображений, низкотемпературные и вакуумные среды, биотехнология и науки о жизни, астрономия, адаптивная оптика, микроскопия и визуализация, измерения/лазерные технологии/оптическое детектирование/трибология, технология хранения данных, прецизионная обработка (металлов, оптики, лазерная резка, алмазная полировка), нанотехнологии, нанопроизводство и наноавтоматика, оптоэлектроника, связь и интегральная оптика, разработка новых лекарств и медицинские технологии и т.д.

Промышленное применение пьезоэлектрических стековых актуаторов включает инструменты для промышленной обработки, требующие точного перемещения. Нанопозиционирование используется в лазерной юстиции, лабораторном оборудовании (пипетки и насосы) и полупроводниковом оборудовании. Другим распространенным промышленным применением является активное виброподавление для ветряных турбин, двигателей и другого оборудования, чувствительного к вибрациям. Пьезоэлектрические стековые актуаторы управляют вибрацией, генерируя обратное движение, тем самым подавляя нежелательные вибрации в механических конструкциях. Струйные принтеры также полагаются на пьезоэлектрический стековый эффект для инициирования печати. При подаче напряжения пьезоэлектрический стековый актуатор производит достаточно энергии для печати.

4. Меры предосторожности при использовании пьезоэлектрических стековых актуаторов

Поскольку стековая пьезокерамика формируется путем послойного соединения и совместного спекания пьезокерамических пластин, прочность на сжатие керамики значительно превышает ее прочность на растяжение.

Когда керамика используется в динамическом режиме, из-за ускорения самого материала керамики возникают как силы сжатия, так и силы растяжения. Чтобы избежать повреждения пьезокерамики, может быть применена предварительная нагрузка для защиты керамики. Как правило, величина предварительной нагрузки составляет одну десятую от максимальной нагрузки.

4.1

Актуатор может выдерживать только осевые силы и не может выдерживать поперечные и сдвигающие усилия.

4.2

Прикладывайте усилие ко всей поверхности, чтобы обеспечить равномерное распределение силы и избежать точечной нагрузки.

4.3

Во избежание короткого замыкания не прикрепляйте металлические пластины непосредственно к верхней и нижней поверхностям. Вместо этого нанесите пленку на металлическую поверхность или добавьте изолирующую прокладку между поверхностью керамики и металлической пластиной.

4.4

Стековая пьезокерамика очень чувствительна к растягивающим напряжениям. Для повышения надежности рекомендуется использовать предварительное натяжение.

4.5

Эпоксидный клей очень подходит для склеивания пьезокерамики с другими поверхностями. Чтобы избежать повреждения характеристик керамики, в процессе установки следует избегать механического зажима и попадания клея на боковую сторону.

4.6

Пьезокерамика не выдерживает сдвигающих, поперечных или крутящих усилий. Сила, прикладываемая к подвижному концу керамики, должна быть как можно ближе к центру направления движения керамики, а края пьезокерамики должны быть свободны от зажимных усилий.

4.7

Пьезокерамика не выдерживает точечной нагрузки. Во время установки и использования избегайте сдавливания краев и causing damage к керамике.

4.8 Общие правила эксплуатации:

• 4.81 Не используйте актуатор вне диапазона напряжений, указанного в таблице параметров.
• 4.82 Не соскабливайте боковое покрытие стековой керамики.
• 4.83 Стековая керамика без предварительного натяжения не выдерживает растягивающих сил. Рекомендуется прикладывать предварительное натяжение, равное одной десятой от выходного усилия.
• 4.84 Среда, в которой находится стековая керамика, должна оставаться сухой.
• 4.85 Изменения температуры или нагрузки могут вызвать накопление заряда внутри керамики. Перед использованием керамики рекомендуется разрядить ее с помощью резистора в несколько сотен Ом.
• 4.86 Не допускайте контакта поверхности стековой керамики с проводящими или коррозионными веществами. Для очистки поверхности используйте изопропиловый спирт, избегайте контакта с изопропиловым спиртом при высоких температурах и чрезмерной ультразвуковой очистки.
• 4.87 Красный провод подключается к положительному полюсу источника питания. Сторона пьезокерамики без выводов и с точкой на электроде является положительным полюсом.
• 4.88 Избегайте рывков или натягивания проводов, и не перемещайте керамику, потянув за нее. Вместо этого перемещайте ее аккуратно.
• 4.89 Не прикасайтесь руками непосредственно к смоле керамики, так как это может снизить стабильность керамики.
• 4.9 Если вы используете клей для фиксации керамики, убедитесь, что слой клея между керамикой и склеиваемой поверхностью очень тонкий, и аккуратно прижмите для фиксации.

5. Примеры пьезоэлектрических стековых актуаторов от компании HE-SHUAI