©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net压电陶瓷微位移驱动器概述中科院上海硅酸盐研究所陈大任摘要利用压电陶瓷的逆压电效应,可制成徽位移驱动器。对该类器件的性能特点、分类、应用概况,压电陶瓷材料本质对该器件性能的影响,材料的选择及发展趋势等方面进行了介绍。关键词压电陶瓷徽位移驱动器应用发展卜,,浏,,,前言利用压电陶瓷的逆压电效应,可方便地实现精密的位置控制或输出较大的力,制成微位移驱动器。近年来这类器件的研究和应用发展很迅速,已在功能陶瓷中形成了一重要的分支。由于位移和力是自然界和技术上最基本的两个物理量,它又是一种集电子元件和结构元件于一体的新型固态器件,所以该类器件已经或者即将在精密机械、精密机械加工等方面获得广泛应用。应用涉及到激光通讯、生物工程、纳米加工、自动控制、机器人等高新技术领域,它在国民经济中将发挥越来越重要的作用。我国在压电微位移驱动器的研制和应用方面均较后进。且国内从事上述两方面研究的工作者缺乏应有的相互了解与联系。撰写此文,希望在材料、器件与应用之间起一桥梁作用,以促进这类器件在我国广泛应用。压电陶瓷微位移驱动器的特点和分类压电陶瓷微位移驱动器具有一系列优点,归纳如下不需传动机构,位移控制精度高,可达·拼。响应速度快,约为娜,无机械吻合间隙,可实现电压随动式位移控制。有较大的力输出,约为。功耗低,比电磁马达式的微位移器低个数量级,并且当使物体保持一定位置高度时,器件几乎无功耗。它是一种固体器件,易与电源、测位传感器、微机等实现闭环自控。且比磁控合金和温控形状记忆合金等其它微位移器的体积要小得多。压电陶瓷微位移器从其应变形式而言,收稿日期一一©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net年月电子元件与材料可分为伸缩型即直线型和弯曲型两大类交变三种。进而他们又可再分成刚性和谐振性表列出了应用最广泛和较成熟的伸缩两种。若从压电陶瓷微位移器型压电微位移器的分类情况、典型的应用以驱动电压施加形式来看,则有随动、开关和及使用的压电陶瓷类型。表压电陶瓷微位移驱动器分类情况按应变和驱动电压应·变类型驱动电压形式典型材料典型应用直线型刚性随动驱动“硬性”压电陶瓷精密光学干涉仪,变形镜〔伸缩位移或电致伸缩陶瓷精密机加工、微动工作台开关驱动“软性”压电陶瓷冲击式打印机头,压电继电器尺歧形线性马达共振型交变驱动“硬性”压电陶瓷超声马达表面波、体波弯曲型共振型交变驱动“软性”压电陶瓷压电风扇、压电泵按结构形式器件可分为简单型和复合型两大类,其中包括片状、管状、多层结构和夹心式双晶片、杠杆式、步进式等等见图。简单型复合型单片式多层式圆管式夹心式杠杆式步进式群《不戛瑟尹图应用于天文望远镜图像修正的压电陶瓷微位移器阵—变形镜的示意仁簇篡》基板咧矍白图压电陶瓷微位移驱动器的不同结构形式也有人从器件的应用功能将它们分为三类传感器位移传感器压力传感器动力学传感器。微孔针微孔针夹—】质量块压电陶瓷微位移驱动器应用简况该类器件的应用分作三类列于表。类为随动驱动精密位置控制,在三类应用中,它的发展应用最成熟。其中包括一维位置控制如精密光学干涉仪,变形镜,精机加工等,二维控制如光刻曝光工作台,生物显微镜载物台和三维控制如光纤对准、扫描隧道显微镜顶针装置等。由于受篇幅所限,现仅对几种应用例作粗略介绍。图为由一维压电微位移驱动器组成阵列构成的变形镜示意图。图压电陶瓷微操作手的示意它可根据接收光讯号自动调节镜面的形状,使夭文望远镜接收到的畸变图像得到矫正。图是一维型微机械操作手示意。它可用于生物工程等,如对个别细胞内注射、纳米级加工等。图为二维精控大规模集成电路光刻曝光台的示意图。由于使用了高线性度的压电陶瓷微位移器,实现了亚微米级的位置控制,使集成度大大提高。表中类应用为脉冲驱动器件,或称为压力、运动传感器、器械、装置的应用。它们一般是在第类器件基础上采用使位移或力能大幅度放大的机构,如杠杆机构,使微©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicP...
