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压电驱动器

专利权人:北京大学

压电驱动器具有体积小、位移驱动精度高、响应速度快、驱动力大、驱动功率低以及工作频率宽等优点,在精密机械领域得到了广泛的应用前景。目前,工业领域的主流压电驱动器用材料为锆钛酸铅固溶体(PZT)陶瓷。但是该材料居里温度低,例如未改性准同型相界组分PZT陶瓷的居里温度为386 ℃,用其制备的压电驱动器难以在超过200 ℃的苛刻环境中应用,如内燃机控油系统、石油勘探、航空航天、原子能、冶金等研究领域。我们最近的研究发现,钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)固溶体陶瓷不仅具有高达460℃的居里温度,同时展示出与PZT固溶体

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压电驱动器具有体积小、位移驱动精度高、响应速度快、驱动力大、驱动功率低以及工作频率宽等优点,在精密机械领域得到了广泛的应用前景。目前,工业领域的主流压电驱动器用材料为锆钛酸铅固溶体(PZT)陶瓷。但是该材料居里温度低,例如未改性准同型相界组分PZT陶瓷的居里温度为386 ℃,用其制备的压电驱动器难以在超过200 ℃的苛刻环境中应用,如内燃机控油系统、石油勘探、航空航天、原子能、冶金等研究领域。我们最近的研究发现,钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)固溶体陶瓷不仅具有高达460℃的居里温度,同时展示出与PZT固溶体相当的压电性能,因此有望应用于200-300 ℃高温苛刻环境。北京大学工学院压电器件实验室最近研制了基于钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)固溶体的多层压电陶瓷驱动器,如图一中的插图所示。该驱动器在电场给定情况下所产生的位移量与驱动器长度成正比:如在电场为12 kV/cm时所产生的位移量为5.5 μm/cm,而且从室温到250 ℃的温度范围内位移量基本不变。当驱动器的设计长度为10cm时,产生的位移量可达55微米。而压电驱动器单位面积产生的驱动力一般可高达数十公斤/cm2。此外,可以通过调整压电驱动器的制造工艺,该驱动器有望在更高温度(350 ℃)苛刻环境中得到应用。