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1 疊堆型壓電陶瓷

疊堆型壓電陶瓷又被稱為壓電致動(dòng)器、壓電執(zhí)行器、壓電促動(dòng)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(diǎn)是供電電極被設(shè)計(jì)在陶瓷薄片的兩側(cè)，陶瓷整個(gè)截面積均可參加致動(dòng)，出力很大，性能可以完好展現(xiàn)，而且不存在局部電場(chǎng)變形，不易出現(xiàn)點(diǎn)應(yīng)力。圖2.1展示了一個(gè)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(duì)陶瓷施加電壓后，壓電陶瓷在Z軸方向會(huì)做伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)（伸長(zhǎng)量的大典型值是陶瓷長(zhǎng)度的0.1%-0.2%）。出力是通過上下端面輸出給外部機(jī)械結(jié)構(gòu)的。

圖2.1

壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的大位移，取決于所加電場(chǎng)強(qiáng)度和陶瓷材料的磁化飽和度。陶瓷的擊穿電壓限制了大電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)應(yīng)使用不同厚度的單層陶瓷基片，場(chǎng)強(qiáng)值可對(duì)應(yīng)不同的電壓值。而對(duì)于更小厚度的薄片，大電壓會(huì)有所降低。現(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*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?zé)Y(jié)之前被層疊在一起，然后進(jìn)行高溫?zé)Y(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)*燒結(jié)并制成PZT板/片。插入電極是由單獨(dú)的薄金屬箔制成。整個(gè)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(gè)整塊陶瓷，而是一種復(fù)合材料。

 3疊堆型壓電陶瓷使用的注意事項(xiàng)

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(diǎn)使得其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其拉伸強(qiáng)度。

當(dāng)陶瓷動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí)，由于陶瓷材料本身的加速度，壓縮力和拉伸力同時(shí)產(chǎn)生。 為了避免損壞壓電陶瓷，可以采用給陶瓷加預(yù)載力的方式來保護(hù)陶瓷，一般情況下，預(yù)載力的大小為大負(fù)載的十分之一。

以下情況下，建議使用有預(yù)載力的致動(dòng)器：

• 拉力會(huì)作用于致動(dòng)器
• 動(dòng)態(tài)應(yīng)用
• 剪切力（垂直于運(yùn)動(dòng)方向以外的力）作用于致動(dòng)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(dòng)端的力應(yīng)盡量作用于陶瓷運(yùn)動(dòng)方向的中心。陶瓷的四周應(yīng)盡量保持不受夾持。