疊層型壓電陶瓷電極結構及其制造工藝的(de)制作方法

疊層型壓電陶瓷電極結構及其制造工藝的(de)制作方法

具體涉及一種疊層型壓電陶瓷電極結構及其制造工藝。

多(duō)層及疊層壓電陶瓷材料将在未來(lái)一段時(shí)間成爲重要的(de)*材料。ZJ-5型疊層壓電測試儀是一款專用(yòng)于疊層壓電性質測試的(de)儀器。爲科研和(hé)發展提供重要的(de)支持。

背景技術：

2.疊堆型壓電陶瓷是将壓電陶瓷基片，通(tōng)過疊層粘結共燒工藝形成的(de)，這(zhè)種工藝制備的(de)壓電陶瓷可(kě)以承受很大(dà)的(de)壓力，但所承受的(de)拉力和(hé)剪切力有限，由于壓電陶瓷材料薄膜内部電極結構剛度和(hé)附著(zhe)力非常小，正極銀钯層以及負極銀钯層會在壓電陶瓷材料薄膜的(de)棱角位置分(fēn)布，當壓電陶瓷材料薄膜的(de)棱角有輕微劃痕時(shí)，會導緻正極銀钯層以及負極銀钯層出現短路現象而無法使用(yòng)，此外，由于堆疊式的(de)裝配方式，導緻疊層型壓電陶瓷能夠承受壓應力，且不容易出現應力點，但是不能承受剪切力，由于壓電陶瓷材料薄膜之間通(tōng)過正極銀钯層或負極銀钯層連接，附著(zhe)力比較小，當内部壓電結構承受剪切力時(shí)，正極銀钯層或負極銀钯層容易出現裂痕。


技術實現要素：

3.針對(duì)上述背景技術所提出的(de)問題，本發明(míng)的(de)目的(de)是：旨在提供一種疊層型壓電陶瓷電極結構及其制造工藝。
4.爲實現上述技術目的(de)，本發明(míng)采用(yòng)的(de)技術方案如下(xià)：
5.疊層型壓電陶瓷電極結構，包括内部壓電結構、包裹内部壓電結構的(de)外部保護結構；
6.所述内部壓電結構包括壓電陶瓷材料薄膜、正極銀钯層以及負極銀钯層，所述正極銀钯層和(hé)負極銀钯層呈交替分(fēn)布，所述正極銀钯層和(hé)負極銀钯層的(de)中間介質爲壓電陶瓷材料薄膜；
7.所述正極銀钯層和(hé)負極銀钯層的(de)一端向外凸出分(fēn)别形成正引出電極和(hé)負引出電極，所述内部壓電結構中正極銀钯層和(hé)負極銀钯層的(de)分(fēn)布方向相反，按正引出電極和(hé)負引出電極相對(duì)一百八十度分(fēn)布，所述正引出電極之間并聯形成正電極接口面，所述負引出電極之間并聯形成負電極接口面，正電極接口面和(hé)負電極接口面同樣相對(duì)一百八十度；
8.所述外部保護結構包括上絕緣層、下(xià)絕緣層以及中間絕緣層，所述中間絕緣層包裹住正極銀钯層或負極銀钯層的(de)外圓周，并暴露出正電極接口面或負電極接口面，所述上絕緣層、下(xià)絕緣層分(fēn)别與内部壓電結構的(de)兩端面連接。
9.進一步限定，所述正極銀钯層和(hé)負極銀钯層的(de)層數均大(dà)于等于九十層，這(zhè)樣的(de)結構設計，通(tōng)過一定的(de)正極銀钯層或負極銀钯層的(de)層數來(lái)使壓電效應産生足夠的(de)微小形變。
10.進一步限定，所述正引出電極凸出正極銀钯層端邊的(de)二分(fēn)之一，所述負引出電極凸出負極銀钯層端邊的(de)二分(fēn)之一，所述正引出電極和(hé)負引出電極的(de)長(cháng)度、寬度和(hé)厚度相等，這(zhè)樣的(de)結構設計，使正引出電極或負引出電備足夠的(de)強度。
11.進一步限定，所述壓電陶瓷材料薄膜的(de)材料爲锆钛酸鉛，這(zhè)樣的(de)結構設計，易于改
變锆钛酸鉛介質層厚度大(dà)小，提高(gāo)壓電常數d33,易摻雜(zá)其它材料,提高(gāo)壓電陶瓷的(de)居裏溫度點和(hé)介電常數性能且結構穩定性好。
12.本發明(míng)還(hái)提供疊層型壓電陶瓷電極結構的(de)制造工藝，包括下(xià)述步驟：
13.s1:選用(yòng)合适厚度的(de)壓電陶瓷材料薄膜；
14.s2:采用(yòng)絲網印刷将正極銀钯層印刷至壓電陶瓷材料薄膜上表面；
15.s3:采用(yòng)熱(rè)壓粘接的(de)方式，粘接第二層壓電陶瓷材料薄膜，正極銀钯層位于兩層壓電陶瓷材料薄膜之間；
16.s4:在第二層壓電陶瓷材料薄膜的(de)另一側，絲網印刷負極銀钯層，并熱(rè)壓粘接第三層壓電陶瓷材料薄膜；
17.s5:根據需要的(de)壓電陶瓷材料薄膜層數，重複步驟二到步驟四，直至層數滿足需求；
18.s6:滿足層數後，進行溫等靜壓；
19.s7:溫等靜壓完成後，對(duì)壓電陶瓷材料薄膜、正極銀钯層以及負極銀钯層的(de)結合體，進行切割，切割完成後的(de)形狀爲方形；
20.s8:切割完成後，結合體放入高(gāo)溫爐按一定梯度進行燒結；
21.s9:燒結完成後，将正引出電極和(hé)負引出電極的(de)端面用(yòng)絲網印刷銀層,經高(gāo)溫燒結後,使正引出電極并聯形成正電極接口面，負引出電極并聯形成負電極接口面；
22.s10:中間絕緣層高(gāo)溫燒接後，結合成一體，上絕緣層粘接在結合體的(de)上端面、下(xià)絕緣層粘接在結合體的(de)下(xià)端面。
23.本發明(míng)的(de)有益效果：
24.1.通(tōng)過中間絕緣層包裹住壓電陶瓷材料薄膜，僅暴露出正引出電極或負引出電極，來(lái)提高(gāo)疊層型壓電陶瓷的(de)抗剪切力，由于增加了(le)中間絕緣層，提高(gāo)了(le)結構強度，因此抗剪切力也(yě)随著(zhe)提高(gāo)；
25.2.通(tōng)過壓電陶瓷材料薄膜四周的(de)中間絕緣層，避免壓電陶瓷材料薄膜的(de)棱角出現劃痕；
26.3.通(tōng)過設置正極銀钯層和(hé)負極銀钯層中正引出電極和(hé)負引出電極的(de)朝向相反，且正引出電極和(hé)負引出電極均向外凸出，來(lái)保證疊層型壓電陶瓷一側存在正引出電極，另一側存在負引出電極，從而提高(gāo)疊層型壓電陶瓷的(de)抗剪切力。
附圖說明(míng)
27.本發明(míng)可(kě)以通(tōng)過附圖給出的(de)非限定性實施例進一步說明(míng)；
28.圖1爲疊層型壓電陶瓷電極結構實施例的(de)結構示意圖；
29.圖2爲疊層型壓電陶瓷電極結構實施例中去除上絕緣層和(hé)下(xià)絕緣層後的(de)結構示意圖；
30.圖3爲疊層型壓電陶瓷電極結構實施例中的(de)爆炸圖；
31.主要元件符号說明(míng)如下(xià)：
32.内部壓電結構1、壓電陶瓷材料薄膜11、正極銀钯層12、負極銀钯層13、正引出電極121、負引出電極131；
33.外部保護結構2、上絕緣層21、下(xià)絕緣層22、中間絕緣層23。
具體實施方式
34.爲了(le)使本領域的(de)技術人(rén)員(yuán)可(kě)以更好地理(lǐ)解本發明(míng)，下(xià)面結合附圖和(hé)實施例對(duì)本發明(míng)技術方案進一步說明(míng)。
35.如圖1
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3所示，本發明(míng)的(de)疊層型壓電陶瓷電極結構，包括内部壓電結構1、包裹内部壓電結構1的(de)外部保護結構2；
36.内部壓電結構1包括壓電陶瓷材料薄膜11、正極銀钯層12以及負極銀钯層13，正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13呈交替分(fēn)布，正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13的(de)中間介質爲壓電陶瓷材料薄膜11；
37.正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13的(de)一端向外凸出分(fēn)别形成正引出電極121和(hé)負引出電極131，内部壓電結構1中正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13的(de)分(fēn)布方向相反，按正引出電極121和(hé)負引出電極131相對(duì)一百八十度分(fēn)布，正引出電極121之間并聯形成正電極接口面，負引出電極131之間并聯形成負電極接口面，正電極接口面和(hé)負電極接口面同樣相對(duì)一百八十度；
38.外部保護結構2包括上絕緣層21、下(xià)絕緣層22以及中間絕緣層23，中間絕緣層23包裹住正極銀钯層12或負極銀钯層13的(de)外圓周，并暴露出正電極接口面或負電極接口面，上絕緣層21、下(xià)絕緣層22分(fēn)别與内部壓電結構1的(de)兩端面連接。
39.本案實施中，通(tōng)過在正電極接口面和(hé)負電極接口面施加電壓，從而通(tōng)過正引出電極121和(hé)正極銀钯層12将正電荷均布在壓電陶瓷材料薄膜11的(de)一側，通(tōng)過負引出電極131和(hé)負極銀钯層13将負電荷均布在壓電陶瓷材料薄膜11的(de)另一側，當壓電陶瓷材料薄膜11的(de)兩側形成電場(chǎng)後，壓電陶瓷材料薄膜11内部發生逆壓電效應，根據電壓的(de)不同，壓電陶瓷材料薄膜11發生大(dà)小不同的(de)形變；
40.由于壓電陶瓷材料薄膜11内部的(de)電極結構剛度非常小，正極銀钯層12以及負極銀钯層13會在壓電陶瓷材料薄膜11的(de)棱角位置分(fēn)布，當壓電陶瓷材料薄膜11的(de)棱角有輕微劃痕時(shí)，會導緻正極銀钯層12以及負極銀钯層13出現短路現象而無法使用(yòng)，此外，由于堆疊式的(de)裝配方式，導緻疊層型壓電陶瓷能夠承受壓應力，且不容易出現應力點，但是不能承受剪切力，由于壓電陶瓷材料薄膜11之間通(tōng)過正極銀钯層12或負極銀钯層13連接，附著(zhe)力比較小，當内部壓電結構1承受剪切力時(shí)，正極銀钯層12或負極銀钯層13容易出現裂痕；
41.爲了(le)改善劃痕造成的(de)短路問題，通(tōng)過在壓電陶瓷材料薄膜11四周粘接中間絕緣層23，從而避免壓電陶瓷材料薄膜11的(de)棱角出現劃痕；
42.爲了(le)改善疊層型壓電陶瓷不能承受剪切力的(de)問題，通(tōng)過設置正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13中正引出電極121和(hé)負引出電極131的(de)朝向相反，且正引出電極121和(hé)負引出電極131均向外凸出，來(lái)保證疊層型壓電陶瓷一側存在正引出電極121，另一側存在負引出電極131，從而提高(gāo)疊層型壓電陶瓷的(de)抗剪切力，以及正引出電極121和(hé)負引出電極131自身的(de)剛度，此外，通(tōng)過中間絕緣層23包裹住壓電陶瓷材料薄膜11，僅暴露出正引出電極121或負引出電極131，來(lái)提高(gāo)疊層型壓電陶瓷的(de)抗剪切力，由于增加了(le)中間絕緣層23，提高(gāo)了(le)結構強度，因此抗剪切力也(yě)随著(zhe)提高(gāo)；
43.外部保護結構2中的(de)上絕緣層21和(hé)下(xià)絕緣層22作爲與外接設備安裝的(de)固定面，可(kě)隔絕内部壓電結構1與安裝位置設備的(de)導電，中間絕緣層23還(hái)作爲正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13的(de)密封，避免了(le)相鄰的(de)正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13直接裸露在空氣中，導緻電壓
過高(gāo)時(shí)，氣生電弧，燒毀壓電陶瓷材料薄膜11，中間絕緣層23還(hái)可(kě)提升内部壓電結構1整體剛度和(hé)抗拉性。
44.優選，正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13的(de)層數均大(dà)于等于九十層，這(zhè)樣的(de)結構設計，通(tōng)過一定的(de)正極銀钯層12或負極銀钯層13的(de)層數來(lái)使壓電效應産生足夠的(de)微小形變。實際上，也(yě)可(kě)以根據具體情況具體考慮正極銀钯層12和(hé)負極銀钯層13其它的(de)層數選擇。
45.優選，正引出電極121凸出正極銀钯層12端邊的(de)二分(fēn)之一，負引出電極131凸出負極銀钯層13端邊的(de)二分(fēn)之一，正引出電極121和(hé)負引出電極131的(de)長(cháng)度、寬度和(hé)厚度相等，這(zhè)樣的(de)結構設計，使正引出電極121或負引出電極131具備足夠的(de)強度。實際上，也(yě)可(kě)以根據具體情況具體考慮正引出電極121和(hé)負引出電極131其它的(de)結構形狀。
46.優選，壓電陶瓷材料薄膜11的(de)材料爲锆钛酸鉛，這(zhè)樣的(de)結構設計，易于改變锆钛酸鉛介質層厚度大(dà)小，提高(gāo)壓電常數d33,易摻雜(zá)其它材料,提高(gāo)壓電陶瓷的(de)居裏溫度點和(hé)介電常數性能且結構穩定性好。實際上，也(yě)可(kě)以根據具體情況具體考慮壓電陶瓷材料薄膜11其它的(de)材料。
47.本發明(míng)還(hái)提供疊層型壓電陶瓷電極結構的(de)制造工藝，包括下(xià)述步驟：
48.s1:選用(yòng)合适厚度的(de)壓電陶瓷材料薄膜；
49.s2:采用(yòng)絲網印刷将正極銀钯層印刷至壓電陶瓷材料薄膜上表面；
50.s3:采用(yòng)熱(rè)壓粘接的(de)方式，粘接第二層壓電陶瓷材料薄膜，正極銀钯層位于兩層壓電陶瓷材料薄膜之間；
51.s4:在第二層壓電陶瓷材料薄膜的(de)另一側，絲網印刷負極銀钯層，并熱(rè)壓粘接第三層壓電陶瓷材料薄膜；
52.s5:根據需要的(de)壓電陶瓷材料薄膜層數，重複步驟二到步驟四，直至層數滿足需求；
53.s6:滿足層數後，進行溫等靜壓；
54.s7:溫等靜壓完成後，對(duì)壓電陶瓷材料薄膜、正極銀钯層以及負極銀钯層的(de)結合體，進行切割，切割完成後的(de)形狀爲方形；
55.s8:切割完成後，結合體放入高(gāo)溫爐按一定梯度進行燒結；
56.s9:燒結完成後，将正引出電極和(hé)負引出電極的(de)端面用(yòng)絲網印刷銀層,經高(gāo)溫燒結後,使正引出電極并聯形成正電極接口面，負引出電極并聯形成負電極接口面；
57.s10:中間絕緣層高(gāo)溫燒接後，結合成一體，上絕緣層粘接在結合體的(de)上端面、下(xià)絕緣層粘接在結合體的(de)下(xià)端面。
58.上述實施例僅示例性說明(míng)本發明(míng)的(de)原理(lǐ)及其功效，而非用(yòng)于限制本發明(míng)。任何熟悉此技術的(de)人(rén)士皆可(kě)在不違背本發明(míng)的(de)精神及範疇下(xià)，對(duì)上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中具有通(tōng)常知識者在未脫離本發明(míng)所揭示的(de)精神與技術思想下(xià)所完成的(de)一切等效修飾或改變，仍應由本發明(míng)的(de)權利要求所涵蓋。