什么是压电陶瓷，主要有哪些特性？
什么是压电陶瓷
压电陶瓷是可以将电能转换成位移或出力的功能性材料。
当压电晶体在外力的作用下发生形变时，在晶体表面可以产生与外力成比例的电荷，这种由于机械力的作用而使晶体表面出现极化电荷的现象，称为正压电效应。同时，当压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，晶体会发生变形，形变的大小和外电场强度的大小成正比，这种由于电场的作用而使压电晶体发生形变的现象称为逆压电效应。
压电陶瓷的特性
1、迟滞特性
压电陶瓷升压曲线和降压曲线之间存在位移差。在同一个电压值下，上升曲线和下降曲线上的位移值有明显的位移差，且这个位移差会随着电压变化范围的改变而改变，驱动电压越小则位移差也会相应越小，压电陶瓷的迟滞一般在给定电压对应位移值的10%-15%左右。（如下图所示）。我们将局部迟滞曲线的切换点之间的斜率定义为压电大信号形变系数d (GS) :
2、蠕变特性
蠕变是指当施加在压电陶瓷的电压值不再变化时，位移值不是稳定在一固定值上，而是随着时间缓慢变化，在一定时间之后才会达到稳定值，如左图所示。一般10s内蠕变量约为伸长量的1%~2%。
3、线性与非线性
陶瓷的迟滞与蠕变可以通过闭环控制有效的消除，可以选择“芯明天”的闭环促动器以及闭环控制器产品。
4、温度特性
温度变化是影响压电陶瓷纳米定位精度的一个非常重要的因素，压电陶瓷的性能会随着温度的改变而产生明显的变化。叠堆共烧型压电陶瓷的居里温度为155℃，其使用温度为-25℃~+80℃。出100℃以上使用，陶瓷的性能会大幅下降，高温压电陶瓷的居里温度为360℃，操作温度可达200℃。温度升高压电陶瓷的位移会受到一定的影响，取决于距离居里温度差值。
如果将陶瓷加热到居里温度点，将会产生退极化，压电效应将会随之消失，且不可恢复。当与室温相比温度降低时，压电效应随之降低。在液态氮的环境下，陶瓷的伸长度约为室温环境下的10%左右。此时可以通过双极性驱动以获得室温环境下20%的位移量。
热膨胀系数：
低压叠堆陶瓷轴向热膨胀系数为-5ppm/℃
高压叠堆陶瓷轴向热膨胀系数为+2ppm/℃
5、预载力和负载能力
压电陶瓷的抗拉强度非常的低，大约在5Mpa左右, 所以在安装使用的过程中建议加一定的预载力，从经验来看，7Mpa即可以补偿高动态产生的拉力。如果是恒力的情况下，好不要过20MPa。预载力一般为促动器大负载的十分。
对于高度较小的陶瓷来说侧向力产生剪切力，相对较高的陶瓷会产生弯曲力，在使用过程中需要尽量的避免这两种力给陶瓷造成损害。
预载力限制：当陶瓷承受大于几十兆帕的压力的时候，开始出现机械退极化，可以通过大的电压信号重新极化，但损失了有效能，对于元件的使用寿命会产生不利的影响。
预载也会产生张力，所以当很高的负载作用于陶瓷的时候，过了张力强度，会降低使用寿命或者损坏陶瓷。
6、刚度
压电陶瓷的刚度是计算出力、谐振频率以及其他工作状态的一个重要参数。压电陶瓷刚度大可达几百牛顿/微米。
7、位移与出力的关系
位移ΔL 0 ： 是压电陶瓷产生的位移，这个数值是在空载条件下测得，即在压电陶瓷产生位移过程中不受任何阻力。对陶瓷施加电压后，测得相应位移。出力F max ：是压电陶瓷产生的大出力，这个数值是压电陶瓷在驱动电压大、位移为0时测得的出力，即抵抗大刚度负载的推力。
8、谐振频率
压电陶瓷的谐振频率反映的是陶瓷的响应时间，不能作为陶瓷使用频率。谐振频率通常是在两端均不固定且在很小的驱动信号下测得，当一端固定后，谐振频率可以通过公式算得：
9、动态力
在动态应用中，压电陶瓷的推力与拉力同时存在，推力远远大于拉力，拉力对压电陶瓷影响很大。当压电陶瓷在动态应用时，两种力交替出现。即使没有外部负载，依然要考虑动态力。因此在动态应用中需要选择有预载力的陶瓷。
10、真空兼容性
压电效应适用于真空环境，对于真空及真空使用，可选择相应的型号。
11、居里温度
压电陶瓷达到居里温度点的时候，压电陶瓷将会产生退极化。所以在使用压电陶瓷的过程中，保持在远低于居里温度点以下使用。低压压电陶瓷的居里温度点大概是150~200℃、高温陶瓷居里温度为360℃、高压陶瓷的居里温度点大概是215~340℃。
12、压电驱动
在谐振频率以下工作，压电陶瓷性能相当于一个电容，位移大小取决于压电陶瓷内储存的电荷量。静电容量的大小取决于横截面积、厚度以及压电材料。
参数表中的静电容量值是在很小的电压、低频率、20℃、无负载的条件下测得的，它会随着电压幅值、温度以及机械负载变化而变化。当温度升高到80℃时，静电容量比室温时增加40%。压电陶瓷在小信号下可以被视作电容，
13、分辩率
压电陶瓷具有非常高的分辨率，激光干涉仪测得压电陶瓷分辨率为0.01nm,因此压电陶瓷所能表现出的分辨率取决于驱动电源的小输出信号，我公司生产的E00/E01系列压电陶瓷控制器可以达到满幅值十万分的分辨率。
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