在精密制造与自动化控制领域，对运动精度和响应速度的要求日益严苛。压电陶瓷基于逆压电效应，当外部电场施加于压电陶瓷材料时，其晶格结构会发生微观变形，能将电能高效转换成机械能。多层压电陶瓷叠堆基于多层结构的协同作用，能实现在相对较低的驱动电压下，输出远超传统单层压电陶瓷的位移量和驱动力，为高精度控制系统提供着前所未有的技术解决方案。
邦瓷科技 多层叠堆压电陶瓷
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多层叠堆压电陶瓷分类及其制备工艺
多层叠堆压电陶瓷采用独特的多层热压粘接共烧工艺制造，将数十甚至上百层极薄的压电陶瓷薄膜精密堆叠并集成于一体，使得在工作电压下每一层陶瓷薄膜产生的微位移能够有效累积，从而实现整体可观的位移输出。
多层叠堆压电陶瓷按叠堆结构、极化方向与驱动方式，可分为纵向型、横向型和切向型：
a.横向型b.纵向型c.切向型
● 纵向型：压电陶瓷层和电极层按一定规则交替组合，电极层采用叉指型的方式将压电陶瓷层的正负电极分别引到两个端面的外电极上；极化处理后相邻陶瓷层的极化方向相反，在外电压的驱动下，每一层陶瓷产生纵向的形变，进而多层形变叠加在一起实现对外的位移输出；
● 横向型：结构相对简单，所有的压电层的极化方向都是横向的，且取向一致，驱动电压直接加载于器件的两个端面，实现横向与纵向的同步形变，对外输出的位移为压电陶瓷层垂直于电场方向的横向位移量的叠加；
● 切向型：多层压电驱动器的结构与纵向型类似，只是陶瓷层的极化方向为横向方向，在垂直于极化方向的外电场驱动下，产生切向方向的位移输出。
按照应用需求，其形状可设计成圆形、圆环形、方形；带中孔/不带中孔等类型。
从制备工艺来看，多层叠堆压电陶瓷主要分为粘接法（又叫分立堆叠/堆栈式）和共烧法。粘接法将多个压电陶瓷片分别烧结、切割、被电极、极化，然后再使用环氧树脂和玻璃珠，将已极化的压电陶瓷片和内电极交叉粘接起来；共烧型多层压电陶瓷是基于一体化烧结工艺，通过多层PZT陶瓷片与叉指电极交替叠堆并共烧成型，无粘结、无胶层。 分立堆栈式支持更大位移输出，共烧式机械强度更高。
粘接法工艺流程简单，对设备的依赖性较低，通过几十上百层的粘接可以得到位移大、推力大的多层压电驱动器。成本低、供货时间短。
共烧法将压电陶瓷粉体与一定比例的有机溶剂混合制备出黏度适中的浆料，然后利用流延工艺将陶瓷浆料制备成薄膜坯体，之后利用丝网印刷等工艺将金属内电极涂布在薄膜 坯体层上，再经过叠层、压制、排胶、烧结等一系列工艺最终制得。整体烧结结构大幅提升活性材料占比与接触面积，显著降低内部应力，便于大规模生产，适用于纳米定位、微操作、光学调谐等高精度场景。
共烧型压电陶瓷执行器，图源万合精密
压电陶瓷堆栈的两个表面贴有陶瓷端帽，可选平面端帽或半球端帽，平面端帽和半球端帽有不同的优点。当负载沿着驱动器的平移轴方向时，平面端帽因具有较大的接触面积能实现大的力传递。而半球端帽使驱动器可以接合离轴负载，因为曲面使作用力沿着驱动器平移轴移动。陶瓷端帽不仅有利于使负载施加的力分布在堆栈的安装表面上，而且有助于引导力沿着驱动器的移动轴。每个堆栈的四个侧面上都有绝缘陶瓷层，用于隔离湿气。
贴有陶瓷端帽的多层叠堆压电陶瓷，图源Thorlabs
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多层叠堆压电陶瓷特点
（1）微米级的高精度位移控制：多层叠堆压电陶瓷能够实现纳米级至微米级的高分辨率位移控制，通过精密的闭环控制策略，系统可以实现优于0.1%的定位精度，为微加工、光学调整等应用提供了可靠的技术保障。
（2）毫秒级的快速响应能力：多层压电叠堆的响应时间可达毫秒级别，特别适合应用于需要高频往复运动或快速调节的动态系统，显著提升了设备的作业效率和控制带宽。
（3）紧凑尺寸下的强大出力：多层结构设计使压电叠堆在保持微小体积的同时，能够输出高达数百甚至数千牛顿的驱动力，为设备小型化与性能提升的平衡提供了完美解决方案，特别在空间受限的集成场景中展现出明显优势。
（4）宽广的工作温度范围：压电叠堆能够在-20℃至80℃的宽温度范围内稳定工作，且通过特殊设计和材料优化，还可进一步拓展其温度适应性，满足了工业、科研乃至航空航天等特殊领域的严苛要求。
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多层叠堆压电陶瓷应用领域
精密阀门控制：多层叠堆压电陶瓷能提供远超传统电磁阀的控制精度和动态性能，可以应用在燃油喷射系统、化工精密配料、医药微流量控制等领域；
微位移平台：多层叠堆压电陶瓷精确的步进控制和稳定的保持力，能实现微纳级操作，是光电子封装、半导体检测、生物医学操作等装备的核心驱动元件。
主要具体应用于半导体光刻/晶圆台、MFC 质量流量控制器、压电点胶阀、柴油/汽油直喷、自适应光学（快反镜/变形镜）、主动隔振/减振、手机触觉反馈/屏幕发声、医疗超声/微创手术机器人等。
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