[发明专利]一种基于压电结构的陶瓷制备高精度压机系统

说明书

本发明公开了一种基于压电结构的陶瓷制备高精度压机系统，包括压机机构和驱动控制电路，压机机构包括压机机构本体和压电叠堆，压电叠堆设置在压机机构本体上，用于为压机系统提供压力来源，压机机构本体将压电叠堆形变产生的压力通过辅助机构作用于被施加机构处；驱动控制电路利用SPWM占空比调节施加在压电叠堆的电压大小，进一步控制压电叠堆的位移大小，实现将电压转换为压电叠堆形变位移，同时，压电叠堆形变产生的压力施加到陶瓷上。本发明采用单极性单边阶梯式SPWM电路驱动压电叠堆，通过调节SPWM波占空比的方式以改变施加在压电叠堆上的等效电压幅值，能有效解决压电叠堆的迟滞问题，可靠性与精度较高，且效率较高。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备加工设备的高精度压制装置，特别是涉及一种基于压电结构的陶瓷制备高精度压机系统。

背景技术

现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成分与生产工艺控制而制造出来的高性能材料，是新材料技术发展最活跃的领域之一。现代技术陶瓷包含三个主要领域：结构陶瓷、陶瓷基复合材料与功能陶瓷。结构陶瓷与常用金属材料相比具有优异的高温机械特性，耐化学腐蚀耐高温氧化，且耐磨损比重小，近年以来已逐步取代超高合金钢被应用于金属材料无法胜任的场合；陶瓷基符合材料改善了陶瓷韧性，在陶瓷切削刀具方面得到广泛应用；功能陶瓷具有光、热、电等物理特性，在激光技术、超声技术、半导体行业等高新领域都具有广阔的应用前景。

现代陶瓷加工精度要求高，同时制作流程长，其制备基本流程主要包括干压、烧结、CNC、调试与装机等多个步骤。干压成型是将造粒好的粉料放入模具与机台中，通过压头施加压力，压头在模腔内位移，传递压力，使模腔内粉体颗粒重排变形而被压实，形成具有一定强度和形状的陶瓷素坯。影响因素主要包括粉体性质、粘结剂和润滑剂的选择、模具设计、压制过程中的压制力、加压方式、加速度与保压时间等。陶瓷素坯的致密性会影响到陶瓷的性能，因此干压成型的压力和保压时间参数选择很关键。

现有的传统压机结构多采用液压等机械式结构，通过多种机械的协调作用提供压制作用力。由于传统机械的技术瓶颈存在，机械式压机结构自身的精度难以得到较大幅度的提高，且随着长时间使用所导致的结构磨损等问题，压制作用力误差会逐渐累积影响到机构的使用寿命。此外，传统机械式压机由于压力控制精度较低，在一次压制后无法直接成型，还需要进行研磨等后处理工艺，加工成本高，加工周期长。采用压电叠堆结构代替传统机械结构可以有效解决这些问题。

由于压电叠堆通常为多片压电陶瓷晶片与电极叠合并通过一定的加工工艺制作而成。通常情况下，压电陶瓷的升压曲线与降压曲线存在位移差，在同一个电压值作用下，上升曲线和下降曲线的位移幅值有明显差异，这一现象称为“迟滞效应”。压电叠堆会进一步加剧压电陶瓷晶片的输出位移与驱动电压之间的迟滞现象，进而影响到压机的动态输出性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于压电结构的陶瓷高精度压机系统，利用压电材料高精度高可靠性的优点，通过对压电陶瓷叠堆施加电压，从而使机构产生形变输出作用力，利用压电叠堆的压机装置可以实现微米级形变控制，从而满足压制工艺的需求，且该机构结构简单，可靠性高，使用寿命较长。

技术方案：本发明的基于压电结构的陶瓷制备高精度压机系统，包括压机机构和驱动控制电路，其中，压机机构包括压机机构本体和压电叠堆，压电叠堆设置在压机机构本体上，用于为压机系统提供压力来源，压机机构本体将压电叠堆形变产生的压力通过辅助机构作用于被施加机构处；驱动控制电路利用SPWM占空比调节施加在压电叠堆的电压大小，进一步控制压电叠堆的位移大小，实现将电压转换为压电叠堆形变位移，同时，压电叠堆形变产生的压力施加到陶瓷上。