压电陶瓷换能器和压电陶瓷材料的应用与发展
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翻韧
鳃
憩
压缪 陶瓷电 换能 器 和 压 电 瓷陶料材 的 应用 与 展
发陶 瓷换 能器广电 应泛用于 数据处 理信 处理息、 、
、、 、
压
工
、通
讯 声 纳 陀螺
、
声水
器
、、
步器
、记
、
激 光器
、
、喷 打墨印 超声 洗
清超
声焊 接
报警
以
及燃气设
备等 业行 和 术技领域
中。
压
陶电换 瓷能 器的造 是经制 配料
、过
烧 结
机 加
。械
、
表
面属金
、化
、
用
直 电场流进行极化 处理而 得
到
压
电 瓷陶的理物
化学
和 压 电 特性 适合 为殊特 的用 可应 以
通 过
计设相应 压 电陶瓷的材料配 方辅 并以 定的一工艺技
术
实现
而。
压
电陶换瓷器能的 特是点 密致 度高机 械 强度高 加容易 工适 大合 量批产生、
。
、
、
经 过 一些容 易实
现加的
。
手工段就 制成 任何给可定形的 状和 几尺何
, 寸
,它们的 化学
图 的 中极 为前化
,
为
极后化,
,
为
陶瓷
。
性质不 活泼 不易 化受学侵 蚀不 受 湿 汽和其他 恶气候
劣件条 的 影响。
片厚的 即极度化 电 极 间的之 寸尺,
为瓷陶片的极电
此外
这 些陶的瓷械机向定 和电 学向定
。
,可
压
陶瓷 片电化极 后 给若陶瓷片施 加 个低 一极于 化压电的交 流 电信 号 陶瓷 就片 会 产生形 如变 示图。
,
,
陶与瓷的形状 确取准 向这些 定 向是
。,
“
极
化 过程 中固
。
”
所
定 ,下 的 该过来程 使 瓷 陶出 现 电特压 比直流 极化场 的 方向定 决机械了和 电 定 学向的 向方对极 化后的 电压
陶果如 加外的交流 电 号与信极化 压 电的性极 相同 就
会
使陶沿着极瓷 化 即
轴方 向继 续胀 而 在膨直 于垂,
瓷换, 能可器各个 方向或在几组个 方合 向上 现压 电展响
应化极轴的方 向 即 方 向收 缩 如
图中的
所示
。
性特
。
压 陶瓷换电能 的形器 状主要如图
所示
。
图
陶
换瓷 能 器主 的要 状形
油 墨
印 刷头 换 喷能可器用 于无 噪声的 速高 信打电
印头
独地控立
制、
,
根陶瓷 利管 内径 的用收
。缩
,
厚 面壤嗽 淑 切 凰酬 变 渡
潘
把 墨 油约从为
脚 直 径的 喷 中射 口出,
压电 微位 器移利 换 用能的快器速动作 反向 用 于
,
行
程 高时 间 为
。哪
作
用力达
的阀门
开
放
,
频 视 触发 器用
,于
设
中备调视重频头位置 的
冲 上以的高灵 敏度
。
弯 曲振动的压 电 瓷陶换能器 有
压电 转回仪它是 利 与振 动面用
,
轴保
垂直持
的
轴一 贴面 压 电元上件 用可 于 出检
,
,
轴旋方转 向的
一
科・里奥尔力 这 种 电压 振动 转 仪被回应 于用 防止 像摄机
的振手
已取得实
用
,
一。
饰
沁外 加力无
变器换日 电本工程 公气司利 压用 陶瓷
一
变电 压器做 成了 输 入 电 为压一
变换
器该 变换器 的要主能比为 ,
、 乞,
负载 电流 。
。
,・
可 稳输定 出直流
输
出 电压图
性 与极性极元 件 相反的 出电输压
压为电丫 最高 率效达
,,
根据 入端子输 反间射 噪
声
试 结测 果噪极小声 可 充分足 满极限值 。
级组
的许允
给陶瓷 片 加 力 或张 压产 生力一 定 电压 的流交电 信号
压
陶瓷继 电器 压 电陶瓷贴电元合的位件移 振幅大
,
若在 陶瓷片 施加 上交的流 号呈信 性相反 极就会产时生 相 的作 反 用极沿化 轴
利用
这一 点可以 进 行接 的 开点
闭,
,
。如图
所示
在
,
方向 现出缩收垂 直于 极化轴
,
小型。继 电器范 围 内 在需 要用 大约 为电 磁式 继电器所能
方向行 方 向 出 现膨胀,
如
图
的中 所
,
示
。
在制控的 电功率 的
为驱 功率动来 行进制控 的况情下
,
,
和留清 况下 当 陶瓷 在电极上片 除电撤 信时 号陶瓷片就
回复到原来的 化 尺极寸如图中
由 压 电陶于继瓷电 器只 有直 损耗流 因 能够而使正 常 状
态 下必须 的 功电率大为 降低。
所示
。
压陶瓷电片 的膨胀 和收作 缩用使陶瓷 片发生变
形
。
,两
种作 用的 合产组 一生种总体 形变 形性变取 决于 陶质 瓷 形的 状和 组
分
、 贴元合件
接
极点化轴 的取 向和电 的取 向
极、
。
图
、
表示一 陶些瓷片 的些形一变 式 度模胀膨 和收
缩。
度和 厚表面切 厚变
。一 般有两 种或多 种作 同时存用
,
在极过 程化完成之后 给 瓷陶加片上 个压力一和力张 就产会一生 个具一有 定压的电流 电信交 号 见图, ,
。
, 如图所
示 如
所果加的压力平行 于 极化轴或所 加张力 直于垂 化轴 就 极会生一产极个性与 极电化压反相 的电压
,
伍 压 陶 电瓷 换能 器 型 典 应用
图 压电 继器电、
电压 开关压 陶瓷电能器换用在各种 殊特件条 下 压做 电关开 制控各种升降
、机
专
精用密控制表 设仪备,
。
用
超
波清洗声机 现各在种业土 广泛用 到声波超 清机
,洗
医疗。
、
用设家中备
触 的后发产 一 个生 电压脉 通 过冲一 特个殊线 路
能
声波 超清洗 是在洗机 液中生产
。
激励
瓷换陶 器和能
电路产生机 电一换
转。
超声波振 动把洗被物 浸在种洗液 这的物件中洗
净
清
鬓
效 还与 果洗液清的种 类 温 和等度因 素关
有
,
。
过 去在 低频
范围
内大多使 用 磁致伸缩 子 但振 由于杆 夹螺紧式 朗芝
万 振 子普的 压 及电 陶换瓷能 开始器 广泛使
用,。
随着频
率 增 的加可
以 采用 朗 芝 振子万
,
、
纵
振子
向、
厚 度
子振
等
。
小型化在 方面 还有 用采圆 片子 的振径向振 和 动
弯
。
,振 曲 动的
是 超声图波清洗 机 结的构 略图
。
超
声 加波 机工 声 超加工波 可用于机工 加各种硬而
脆
的 材料
。
把 同水混
合一 在起金 的刚 等微细 磨砂 料超
随
, 加声工模 一具起以 定一 压 力加在被 加物体 上 就工能加 工成 为模具与 相 的形状 下 产同
, 。
生
加 时工在
需
。
一 千频赫率
微一米 的振位 移动
,
为振使幅增 一大 般将 压电陶瓷 振子与 锥体圆 并用
,
组成 换能器 ,
。
种这 圆锥 体 大多 纯指是数 线型 的曲根据
,
铁, 电 体唯象论
压 理电 电致伸缩 材料 研的究及其 在动 制器面方的 应 用高居 里压 点陶电瓷材料
用途 应 用目的的不 同其它 种各异型 圆体也 锥得到实 际用
。应
超
声 波加工 的机 意示 见 图
图
。在超波声 加工机中 可也用 螺杆夹朗芝万型 实紧现 大 率 功例如 制
,成 ,
千
赫
、千瓦的 换能子振
。
除打孔和
, 各异性 向 压电陶材瓷料 的研究之
,
切等割加 外 工普在通加削 工具 上 加 超波振声 动时 也可
以 到起 提 高度和 精 效 率的作用
。
山
之
一
加 甘
,
决,
。
之
,
能
,
另外性 集成电路 的搭接
,
,
异特料 材妮即酸 铅研究 点重是
和砂
。 单晶 体材 主料
要
料塑熔接 工艺也等都可 以采 用 有圆 锥体 带压的 电子来 进振
行。
固溶体
兼
备无机 有和 机 电材压 料 能性 的压 电瓷一 高陶
子电血 压 电子计压计血是利用 个一压 电 换器接能 聚 复合材料
。物
受 管血压的 力当气囊加压 紧 压管血时 因 外加 压力高 血管 于张舒 力 压 压换电能 器感 受不到 管血的 压力而 当 气 囊逐 泄渐 气 压换 电器能血对 的压管力 之随减 小 减到
,小,
,,
,
电陶 瓷压 换 能 发展器 趋势
利用 压 电 陶换瓷 能器产生 超的 声波理处 废水及 有 水毒
某
一值数 时二的者 压力达到平 衡此时压 电换 器能受 管血的 压 力个这 力压 即心为脏 的 收缩 压通过放 器发 大出
指 示号信
。,
,具
有径向尺 寸 小的点声 超机电防
盗、
、
输 出力矩大
、可性控 强特等
,
,
电子 压血 由于 计取消 听了诊器可 减轻医务
。
,
测高
、
汽
车防
、
遥撞控 开 关 和机器 人
测人
员 劳动强 的
度其
所用 的压 电换器能的结构 见图
,
。
离 距超等 声传 感
器以
上举仅 几例压 电 陶换能瓷 的器应 实用 际上压电
伺 服位 移制 器动 精 密导向机
、 构、
、
光学 变镜
应、
、
应
变 光栅
超、。
瓷换陶能器 应的 远不用止于 如 此
表个领 域应用
的
。,
细列 详出它各
切在磨误差补偿致 动
器
压油伺 阀服
等压
电 陶瓷能 换用器于 清洗 的望展
中
国 科学院 声研究所 研学究 员仲林 教授在茂 其《 高
压电陶 瓷 换器 能 压 和陶瓷 电 材 发料 趋 势展
频超 、精 声清细洗》 文一 中 出 指微电 子和 计算机 制 过造程 中 清洗的 象对如 集成电路 芯片 光 掩
、膜、
压
陶电 材瓷料 展发前瞻 ,
。
硅片
薄膜
、、
、
为
一步 改进 压 善电瓷 陶能器换的电性 能纳米 强介 电材 料和压 电 陶瓷 材 料的 研究成 为技科 的重界 点之一其 中 有艺 纳
米
,
盘磁
、
动驱器
、
读头写 液 玻璃及 平晶面 示显器
、
微组
、,
件 抛光金和 属 件用于 学医和宇 方航向的精 细部零 件
,
等
材、 的纳料米化控 制 米
纳。
,
料材 的制备工
,
这些
对象 要求清洗过 程 不受到 任中何微小的 伤 要 损能
料 特比的材价方法评 等此 压 外陶瓷电
,。
洗掉微 亚微米米的微 小污物 这就 要用 到 高频超 精声细清
洗
。,
看
薄膜
材的研料 发展较 决究其实 际应用也得 到 很 决的开发,
精
细高清 洗所用频 的频 为率
、
,
清
近年
各来 都 在积极国 究开研新发 的 电功能 压陶瓷 主要包 括粒晶取 向陶 瓷压 纤维电状 陶 瓷合复压 电 料和
, ,材
洗方
式有 频扫
多
频 声超 清洗,
。
原市场来销售 的超 声清 史
左
洗机工作频率 为
右 左工该作频 低率时
, 电陶铁瓷
。等
句,
,
空则化强 度高而密度 低 若用于精 细清洗则 易 坏损
国。外内同 为行了 改善 环 条件 保投也入 巨 大 精的力 财 力和 研究低
、铅
清
洗 件
而高频
,
洗时 空化密度高清穿
、
达
,
,,
无
压 铅陶电瓷材料特 别 是 美国和
、
日
微, 结细构 好 又于清洗易 组微 件精密零件 高不于致损坏
零 件所 以 将 研来究适合 于高频超声清 洗 的 电压瓷
陶
。本
发等达 国家
。
目前
低铅
、无
铅压电陶 种 类瓷如有下几 、
钦类酸钡 铁电陶 瓷酸妮钙盐钦矿 含型钙钦秘矿 型钨青 铜结构
小、
、
换
能是器一 很有个前途 课的题
到。
、
秘含层状结构
、
。
这
面里 有些料材介 电常
、
数 机藕合 系电数
频大率数常高
强
大
度、
有利 于做
高频 电压陶瓷换 器能
。
压
电瓷陶料材研究 方向有的
世
产界 品与技