[发明专利]一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，PMN‑PNN‑PZN‑PZT为基体陶瓷粉体，Sm₂O₃、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Pb(Fe_2/3W_1/3)O₃为陶瓷材料配方中的辅料，本发明的压电陶瓷致动器解决了现有产品制备技术中陶瓷材料烧结温度高、耐驱动电压低的问题。可将陶瓷片的烧结温度降低至900～950℃，并将致动器的驱动电压提升至最高500V。

技术领域

本发明属于压电陶瓷器件技术领域，具体涉及一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法。

背景技术

压电致动器是利用陶瓷的纵向伸缩，即d33模式在一定方向上施加电场而产生相应位移和力的器件。由于它具有尺寸小、线性度好、位移分辨率高、响应速度快、能耗低、发热小、出力大等优点，已经成为一种理想的微位移驱动器件，非常适合在精密定位、纳米加工、光学器件、航空航天等领域中应用。

由于单片的压电陶瓷片的输出位移比较小，故常采用一定的工艺将多片压电陶瓷晶片和电极叠合而成压电陶瓷叠堆以提高输出位移。叠堆驱动器采用叉指式内电极结构，实现了在力学上串联，电学上并联，总的位移输出量为各层位移之和。

叠堆式压电驱动器具有驱动电压下限较低、响应时间短、输出压力高以及位移可重复性好、控制操作简便等优点。但其缺点也较为明显：根据压电效应的基本性质，要取得大量程的位移必须提高驱动电压，而叠堆的结构特点又限制了陶瓷材料的耐高压性能(目前市面上销售的同类产品驱动电压一般不超过150V)，继而限制了该类结构产品的位移上限。且传统的压电陶瓷配方需经历1200℃以上的高温烧结，此过程中发生的铅气化会对环境造成污染。以上种种原因，都对此类产品的进一步推广应用造成了障碍。为了满足日益增长的市场需求，叠堆式压电驱动器的耐高压性能需改进提高，而其所采用的压电陶瓷材料烧结温度需进一步降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，解决了现有产品制备技术中陶瓷材料烧结温度高、耐驱动电压低的问题。可将陶瓷片的烧结温度降低至900～950℃，并将致动器的驱动电压提升至最高500V。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：

一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，所述低温烧结压电陶瓷的化学通式为aPb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃-bPb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-cPb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-dPb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃+e％Sm₂O₃+f％Fe₂O₃+g％Cr₂O₃+h％Pb(Fe_2/3W_1/3)O₃，其中a+c＝0.1、0.07≤b≤0.15、0.75≤d≤0.83、1.5≤e≤3、f+g＝1、0.05≤h≤0.1；PMN-PNN-PZN-PZT为基体陶瓷粉体，Sm₂O₃、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Pb(Fe_2/3W_1/3)O₃为陶瓷材料配方中的辅料，e％、f％、g％、h％分别表示对应的化合物占基体陶瓷粉体的质量百分比。