壓電陶瓷彎曲片在光纖切割、探針掃描、微型旋轉臺中的應用
更新時間： 2018-08-22
壓電陶瓷彎曲片是可以產生彎曲運動的壓電陶瓷片，它的構成材料是PZT鋯鈦酸鉛，它的運動利用的是逆壓電效應，通過施加電壓使其產生微形變，即施加電壓使壓電陶瓷彎曲片產生彎曲運動。壓電陶瓷彎曲片內部結構復雜，是由非常薄的陶瓷層及電極層交替疊層構成，層厚約幾十微米，結構如下圖所示。在將陶瓷層及電極層疊層后，將內部電極引到壓電陶瓷彎曲片的表面，再進行整體共燒，成形后再印刷外部電極、極化，只有極化好的壓電陶瓷彎曲片才具有產生彎曲運動的特性能力。除了壓電陶瓷彎曲片一端引出的外部電極外，整個壓電陶瓷彎曲片的外表面都是陶瓷絕緣的。
壓電陶瓷彎曲片內部結構圖
壓電陶瓷彎曲片的一端為運動端，在施加電壓后產生向上及向下的彎曲運動，壓電陶瓷彎曲片的運動范圍可達±1.27mm（代表雙向都是1.27mm位移）；在壓電陶瓷彎曲片的另一端有外部電極，將引線焊接于此用于電連接，標準引線顏色為紅（+極）、黑（-極）、藍（可調電壓端）。
壓電陶瓷彎曲片
芯明天壓電陶瓷彎曲片的驅動電壓為-100V~+100V或0~200V，兩種驅動電壓產生的運動效果是不同的。當使用-100V~+100V驅動電壓控制壓電陶瓷彎曲片時，壓電陶瓷彎曲片可產生向上及向下兩個方向的彎曲運動，其中引線紅、黑、藍分別應連接+100V、-100V、-100~+100V電壓端，其中藍色引線上的正負電壓的大小決定了壓電陶瓷彎曲片的彎曲方向及彎曲幅度大小。當使用0~200V驅動電壓控制壓電陶瓷彎曲片時，壓電陶瓷彎曲片可產生單方向的彎曲運動，向下的彎曲運動，其中引線紅、黑、藍分別應連接0~+200V、0V、0V電壓端，其中紅色引線上的電壓大小決定了壓電陶瓷彎曲片的彎曲幅度大小。
電壓的大小與壓電陶瓷彎曲片彎曲的位移幅度基本成線性關系。
-100V~+100V驅動時，雙向彎曲
0~200V驅動時，單方向彎曲
壓電陶瓷彎曲片的固定端即是引線端，在固定時，固定的區域在距離邊緣0.5mm至3.5mm范圍處。可使用機械夾持或膠粘接的方式，使用機械夾持時，要采用較軟的機械夾持材料，如特氟龍，且夾持力不宜過大，約壓電陶瓷彎曲片出力的5倍；在使用膠粘接時，膠線一定要薄，且涂抹區域不要超出要求的固定區域。
方形壓電陶瓷彎曲片的出力一般很小，約0.4N~5.5N左右。
壓電陶瓷彎曲片的體積非常小，尺寸小的約21*7.8*0.7mm，尺寸大一些的約50*7.8*1.8mm。
壓電陶瓷彎曲片的靜電容量非常小，約為幾百納法。因此，壓電陶瓷彎曲片工作中充放電的時間就很短，因此它的運動速度會非常快，響應時間可達亞毫秒。
芯明天方形壓電陶瓷彎曲片尺寸、位移及出力參數
CMBP01：尺寸21×7.8×0.7mm，位移±195μm，出力1.2N
CMBP02：尺寸21×7.8×1.3mm，位移±120μm，出力3.7N
CMBP03：尺寸21×7.8×1.8mm，位移±85μm，出力5.5N
CMBP04：尺寸32×7.8×0.7mm，位移±475μm，出力0.75N
CMBP05：尺寸32×7.8×1.3mm，位移±345μm，出力2.25N
CMBP06：尺寸32×7.8×1.8mm，位移±210μm，出力4.3N
CMBP07：尺寸50×7.8×0.7mm，位移±1270μm，出力0.4N
CMBP08：尺寸50×7.8×1.3mm，位移±850μm，出力1.6N
CMBP09：尺寸50×7.8×1.8mm，位移±635μm，出力2.9N
壓電陶瓷彎曲片的應用案例
壓電陶瓷彎曲片可用作光纖切割的工具
光纖是由玻璃或塑料纖維制成，主要用于光的傳輸，利用的原理是光的全反射。它的直徑非常小，約頭發絲的粗細。光纖切割必須保證不損壞光纖的結構，從而不影響光的傳輸。因此，對切割刀具及切割速度就有非常高的要求，金剛石是光纖的理想切割刀具。壓電陶瓷彎曲片可帶動金剛石刀具完成切割動作，且切割速度快，可保證切割面的平整。并且，壓電陶瓷彎曲片的體積非常小巧，長度約20~50mm，寬度為7.8mm，厚度僅0.7~1.3mm，可有效縮小光纖切割設備的體積。
壓電陶瓷彎曲片可用作焊線機的引線
焊線機包括金線機、鋁線機、超聲波焊線機，它是利用鍵合技術，將引線的兩端分別與芯片及管腳鍵合，形成電氣連接。焊線機主要用于LED、激光管、中小型功率三極管、集成電路及一些特殊半導體器件的引線焊接。
壓電陶瓷彎曲片可用作焊線機中的引線線夾，配合高速精密工作臺和鍵合頭運動，夾持引線并使其在工作空間中完成復雜高速運動，以形成能夠滿足不同封裝所需的線弧，終實現電互連。
壓電陶瓷彎曲片的彎曲與否，決定了引線線夾的開合，且壓電陶瓷彎曲片開合的速度可達亞毫秒級，可滿足引線線夾的快速開合，另外，壓電陶瓷彎曲片的體積非常緊湊，非常適合焊線機上緊湊的空間要求。
壓電陶瓷彎曲片可用作探針掃描
可將探針固定于壓電陶瓷彎曲片的運動端，壓電陶瓷彎曲片的彎曲可控制探針針尖接近待測樣品表面。壓電陶瓷彎曲片的彎曲幅度與所施加的電壓基本成線性關系，可通過電壓控制壓電陶瓷彎曲片的彎曲位移，控制精度可達納米量級，從而使得控制壓電陶瓷彎曲片帶載的探針的位置，非常適于操作空間非常受限的應用。壓電陶瓷彎曲片控制探針掃描的方法應用非常廣泛，如電化學刻蝕加工、原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等。
壓電陶瓷彎曲片可用作驅動微型壓電旋轉臺
壓電陶瓷彎曲片可產生彎曲運動，經過特殊的結構設計，使壓電陶瓷彎曲片的彎曲運動傳遞至平臺，并使得平臺產生旋轉運動。通過驅動電壓的大小同時控制4片壓電陶瓷彎曲片的彎曲的幅度，壓電陶瓷彎曲片的運動端與轉動平臺的支桿鉸鏈相連，壓電陶瓷彎曲片的彎曲運動傳遞至支桿鉸鏈，從而控制微型旋轉臺的轉動，轉動角度約幾度，轉動的精度可達納弧度級。
