新型無(wú)鉛壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器工藝與性能研究.pdf

1、壓電材料作為一類重要的、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)極為激烈的高新技術(shù)材料，以壓電材料尤其是壓電陶瓷制成的微位移器、驅(qū)動(dòng)器和傳感器，廣泛用于航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域及民用生活中，是不可缺少的現(xiàn)代化關(guān)鍵材料和器件?，F(xiàn)今廣泛投入使用的壓電陶瓷材料多是鉛基材料，在生產(chǎn)、利用和報(bào)廢處理過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生污染，給自然環(huán)境和人類健康帶來(lái)巨大傷害。研究開發(fā)無(wú)鉛基壓電陶瓷器件取代含鉛壓電陶瓷器件是一項(xiàng)迫切，具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的課題，但無(wú)鉛壓電陶瓷較含鉛壓電陶瓷，壓電性能較弱

2、，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)低，本文通過(guò)制備0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5 TiO3（以下簡(jiǎn)稱 NKBT）無(wú)鉛壓電陶瓷，研究其極化工藝以提升其壓電性能，制作 NKBT基壓電器件，對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器做出了探索與研究。另外開發(fā)了適用于無(wú)鉛器件的小型化驅(qū)動(dòng)電路。
　　首先使用固態(tài)反應(yīng)法制備了 NKBT陶瓷片，采用單因素方差與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，優(yōu)化 NKBT無(wú)鉛壓電陶瓷的極化工藝參數(shù)，結(jié)合不同條件下的極化工藝實(shí)驗(yàn)，獲

3、得了最佳極化工藝條件是6kv/mm，極化溫度為70℃，極化時(shí)間為50min，保壓時(shí)間21min，通過(guò)極化工藝參數(shù)的優(yōu)化，使鈦酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電材料的壓電活性進(jìn)一步提升，d33達(dá)到108pC/N。
　　基于壓電陶瓷疊層驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性，采用有限元法結(jié)合鈦酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電材料的物理特性，對(duì)新型壓電陶瓷疊層驅(qū)動(dòng)器的工作性能進(jìn)行了模擬計(jì)算與仿真，重點(diǎn)研究驅(qū)動(dòng)電壓與微位移，輸出力與微位移之間的關(guān)系，獲得了其最大位移、輸出力及響應(yīng)頻率特性參數(shù)。

4、結(jié)果表明鈦酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電材料適用于制作結(jié)構(gòu)振動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件的研發(fā)；為擴(kuò)大該疊層驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用范圍，為其設(shè)計(jì)制作了菱形位移放大機(jī)構(gòu)，測(cè)試顯示外置放大機(jī)構(gòu)的疊層驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)位移達(dá)到了25μm,分辨率達(dá)到0.17μm，在高精密定位領(lǐng)域有巨大發(fā)展?jié)摿Α?br>　　使用有限元法建立環(huán)形超聲電機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用動(dòng)力學(xué)分析優(yōu)化超聲電機(jī)關(guān)鍵部件參數(shù)，研究定子內(nèi)外徑對(duì)超聲電機(jī)工作頻率的影響，為研制超聲電機(jī)樣機(jī)奠定理論基礎(chǔ)。通過(guò)建立驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng),主要是設(shè)計(jì)放大電路，