Aktuator piezoelektryczny wykonany z włókna ceramicznego

Współcześnie stosowane w szeroko pojętej automatyce i mechatronice urządzenia wykonawcze (aktuatory) stawiają duże wymagania inżynierii materiałowej. Materiałom przeznaczonym na aktuatory stawia się wysokie wymagania dotyczące ich twardości, sztywności oraz wytrzymałości i lekkości. Umożliwia to zwiększenie dokładności obróbki i miniaturyzację produktów. Największe zastosowanie w tego typu urządzeniach znalazły materiały piezoelektryczne. Aktuatory na bazie ceramiki piezoelektrycznej między innymi są wykorzystywane jako części układów napędowych w motoryzacji (piezoelektryczne wtryskiwacze paliwa), w automatyzacji procesów przemysłowych jako siłowniki do precyzyjnych robotów, w awionice do zmiany geometrii skrzydeł samolotów [1,2]. Największą ich zaletą jest wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża odporność na trudne warunki oraz bardzo krótki czas reakcji poniżej 1 ms. Aktuatory tego typu wykonywane są najczęściej z litej ceramiki piezoelektrycznej, która jest materiałem kruchym o dużej gęstości. W artykule została zaproponowana innowacyjna metoda wytwarzania piezoceramicznych materiałów do aplikacji aktuatorowych w formie włókien ceramicznych pozwalającą na ominięcie ograniczeń związanych z naprężeniami wewnętrznymi ceramiki w formie objętościowej.

The materials, from which present-day actuators are produced, are increasingly harder, stiffer and more durable, and lighter at the same time. This makes it possible to increase processing accuracy, and miniaturisation of products. Piezoelectric materials have found the widest application in this type of devices. Piezoelectric actuators are widely used nowadays as automotive drives (piezoelectric fuel injectors), in automation as servomotors for precise robots, as well as in airplanes to change the wings geometry. Their greatest advantage is high mechanical strength and high resistance to difficult conditions, and very short response time, less than 1 ms. Actuators of this type are usually made of solid piezoelectric ceramic, which is a brittle material with high density. This article proposes an innovative method of producing piezoceramic materials for actuator applications, in the form of ceramic fibers, which allows to bypass the limitations related to internal stresses in ceramic in volume (standard) form.