pzt基多层压电陶瓷的制备及作动器件

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1、中图分类号：TM282论文编号：102870615-S107学科分类号：080503硕士学位论文PZT基多层压电陶瓷的制备及作动器件研究生姓名范抗抗学科、专业材料加工工程研究方向压电材料及器件指导教师王一平教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyFabricationofPZT-based

2、MultilayerPiezoelectricCeramicandActuatorsAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyFanKangkangAdvisedbyProf.WangYipingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要压电作动器具有控制精度高、响应速度快、线性度好、功耗低等优点，已被广泛应用于电子、通信、医学等诸多领域。与此同时，随着科学的发展，单层压电作动器驱

4、动电压高、位移太小，已经没法满足当前低电压下大位移、大推力的需要。为了克服这一缺点，多层压电作动器受到了越来越多的关注。本文采用了两种方法来制备PZT基多层压电作动器，对其性能进行了研究，并探索了其在新型器件中的应用。采用先进的低温共烧陶瓷（LTCC）技术制备了0.90Pb(Zr0.48Ti0.52)O3-0.05Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-0.05Pb(Zn1/3Nb2/3)O3（0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN）为压电层、Ag为内电极导电层的多层压电陶瓷作动器，重点研究了其低电压

5、下大位移性能。结果表明：烧结致密的多层压电陶瓷作动器层与层之间界面清晰，有很少的缺陷，压电层和内电极层的厚度分别为40μm和6μm。一个含有60个活动层的压电陶瓷作动器在80V的直流驱动电压下能产生2.7μm的纵向位移，应变量得到了0.1%。同时，采用改进的陶瓷片粘接的方法成功制备出含有100层、每层0.2mm厚的PZT-5压电陶瓷叠堆，并重点探究了其大位移、大推力特性。结果表明：自由状态的压电叠堆在200V直流电压下，能输出19.4μm的纵向位移，应变量接近0.1%；当施加负载时，最大能推动1.5kN

6、2的负载产生20.2μm的纵向位移，单位推力达到了3kN/cm。以0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN多层压电陶瓷为基础，通过ANSYS软件建立三维有限元模型，CAD软件进行结构设计，开发了一种触觉反馈应用的多层压电陶瓷振动马达。测试结果表明，其在30Vp-p稳态、脉冲电压激励下分别能输出1N、0.8N的力，最佳工作频率在185~195Hz之间，与单层压电陶瓷振动马达相比，具有更低的驱动电压和更稳定的工作频率。关键词：PZT基压电陶瓷，多层压电陶瓷作动器，低温共烧陶瓷，陶瓷片粘接，压电振动马达

7、本学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室（南京航空航天大学）完成。本课题得到科技部973计划项目（2012CB619406）的资助。IPZT基多层压电陶瓷的制备及作动器件ABSTRACTPiezoelectricactuatorshavebeenlargelyappliedinlotsofareas,whichincludecommunication,electronicindustry,andmedicalscienceetal,becauseoftheirseveralofexcellentpe

8、rformances,suchashighcontrolprecision,fastresponse,goodlinearityandlowpowerconsumption.Meanwhile,withthedevelopmentofscience,monolayerpiezoelectricactuatorscannotmeetthecurrentrequirementsoflargedisplacementandgeneratingfo