分享一下壓電陶瓷驅動器的應用

　　1 超精密測量

　　隨著科學技術的迅速發展 ,對儀器精度的要求出現了數量級的變化。從精密測量 (0. 5～0.005μm) ,發展到超精密測量(0.05～0.005 nm) ,近又提出納米精度測量(5～0. 05nm)的要求。在一定范圍內 ,PZT 伸長量和施加的電壓近似成線形關系 ,故此利用其精度高的特點 ,可在超精密測量中得以應用。

　　例如 ,1982 年 ,IBM 蘇黎世研究所等成功地研制出世界上臺新型的表面分析儀器 ,即掃描隧道顯微鏡(scanning Tunneling Microscope ,STM) ,其掃描頭便由三個相互垂直的壓電陶瓷組成 ,可用于三維掃描。STM 具有*的空間分辨能力(平行方向的分辨率為 0. 04nm ,垂直方向的分辨率達到 0.01 nm) 。

　　2 超精密定位

　　在定位技術中 ,利用傳統的定位裝置 ,如滾動或滑動導軌、精密螺旋楔塊機構、渦輪 —凹輪機構齒輪 —杠桿式機構等機械傳動式微位移驅動器構成定位機構 ,由于存在著較大的間隙和摩擦 ,所以無法實現超精密定位。而采用壓電驅動器結合柔性鉸鏈放大機構 ,可以克服上述缺點而實現微納米級的超精密定位。此類技術中 ,精密微動工作臺的研制開發已經成為當今國內外研究的熱點問題之一 ,不斷地出現新的形式 ,它們大多以柔性鉸鏈為導向機構 ,由壓電驅動器進行驅動。此類工作臺己被廣泛用于能束加工、超精密檢測、微操作系統等要求具有納米級定位分辨率的技術領域中。

　　3 超精密機械加工

　　超精密加工技術在航天產品和現代化精密制造中占有非常重要的地位 ,近十幾年來世界各國都十分重視超精密加工技術的研究和發展 ,美國早成立了 Nano 研究中心 ,英國制定了 ERATO(Ex2ploratory Research for Advanced Technology) 規劃等。微進給機構在超精密加工領域獲得廣泛應用 ,一般被用來作為微進給或補償工具 ,目前使用多的便是以壓電陶瓷為驅動器的基于彈性鉸鏈支撐位移機構。日本東京工業大學用壓電陶瓷微進給機構補償氣浮導軌運動直線度 ,可將直線度提高到0. 14μm/600mm。美 國 的 光 學 金 剛 石 車 床(LODTM) 上用的快速道具伺服機構(FTS) 在 ±1127μm 范圍內分辨率達 2. 5nm ,頻率響應達100Hz ,可進行主軸回轉誤差的補償 (轉速在 1.50r/ min 以下) 。隨著超大規模集成電路的發展及微型機械的要求 ,超精密加工技術正從亞微米級向納米級發展。

　　4 微型機械

　　作為驅動部件 ,壓電陶瓷在微型機械當中應用非常廣泛。廣東工業大學與日本筑波大學合作 ,已研制出一維、二維聯動壓電驅動器 ,其位移范圍為10 ×10μm ,位移分辨率為 0.01μm ,精度為 0.1μm ,用于微型機器人的驅動;長春光學精密機械研究所研制出的直徑 <3mm 的壓電超聲馬達;日本東京大學工科研究所研制出利用壓電陶瓷快速變形的沖擊驅動機構(IDM) ,并通過 IDM 制成了兩種類型的微型機器人(一種為三自由度 ,另一種為四自由度) 。在機器人的端部小步進運動小于 0. 1nm ,大速度大于 2mm/ s,并將它們成功地用在對細胞的操作中。