CN101714607B - 金属铝电极压电陶瓷元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属铝电极压电陶瓷元件及其制备方法,该金属铝电极压电陶瓷元件包括PZT陶瓷和在PZT陶瓷上下表面烧结的金属电极;金属电极至少有一个是铝电极面;铝电极面采用铝电极浆料在PZT陶瓷上烧结形成,以质量百分比计,所述铝电极浆料原料配方为55~60%的金属铝粉,12~15%的低熔点无铅玻璃粉,14~18%的乙基纤维素粘合剂,1.0%抗氧化助剂,余量为有机溶剂。其制备方法包括铝电极浆料配制、在PZT陶瓷表面印刷铝电极浆料、烧结和电场极化。本发明通过调节铝电极浆料中的无机粘结剂的化学成分和比例,提高铝电极面与PZT压电陶瓷间的结合强度。采用铝电极代替银电极可以大大降低压电陶瓷元件的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷元件,特别涉及金属铝电极压电陶瓷元件及其制备方法,具体涉及在锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷芯片上制作金属铝电极,制成金属铝电极压电陶瓷元件的制备方法。
背景技术
压电陶瓷材料大量用于制造压电电声元器件(包括压电蜂鸣片、压电蜂鸣器、压电扬声器),压电超声元器件(包括超声清洗元器件、超声雾化元器件、超声探测元器件等)。采用高温烧结处理的方法在烧结好的PZT陶瓷片两端面制作导电金属电极,再经强电场极化可制作出具有压电性能的压电陶瓷片,压电陶瓷片是上述各种压电陶瓷元器件的核心。
压电陶瓷元件表层需要制作导电性金属电极,现有技术普遍采用金属银制作压电陶瓷元件电极,一般是采用丝网印刷的方法将银电极浆料印刷在压电陶瓷片表面,也可采用喷雾方法将银电极浆料喷涂在压电陶瓷片表面,然后在600~800℃烧结处理制成银电极面,再经直流电场极化以获得压电性能。
由于金属银价格昂贵,制作银电极所需成本占压电陶瓷元器件生产成本相当大一部分,如能采用廉价金属制作成压电陶瓷元件的电极将可使电陶瓷元器件生产成本大大降低。
为了改善电极材料与基底材料的欧姆接触性能,铝电极浆料已广泛用于制作钛酸钡基正温度系数热敏电阻(PTC)的电极和太阳能电池的背电极。
申请号为200610048681.4的中国发明专利申请公开了一种PTC热敏电阻用铝电极浆料的组成及制备方法,该浆料的组成包括质量百分比45-65%的铝粉,20-35%的无机粘结剂,15-30%的有机粘结剂。无机粘结剂为含铅玻璃粉或无铅玻璃粉;有机粘结剂为松香乙基纤维素有机粘合剂。该铝导电浆料经丝网印刷、烧结在掺杂钛酸钡半导体基片上,形成良好欧姆接触的金属铝电极。
申请号为200710032939.6的中国发明专利申请书公开了一种PTC热敏电阻用无铅铝电极浆料及其制备方法,与前述申请号为200610048681.4的中国发明专利申请相比,该专利申请公开的铝电极浆料不含铅,有利于环保。
申请号为200810047523.6的中国发明专利申请公开了一种用于硅太阳能电池背电场的环保型铝浆的制造方法。该铝浆的组分及含量(重量百分比)为:铝导电粉50-80%、无铅玻璃粘结剂1-10%、三价金属有机化合物0.05-5%、有机树脂2-15%、溶剂10-25%、添加剂2-10%。该铝浆应用于硅太阳能电池背场电极,经隧道炉热处理后,附着力强,欧姆接触好,电池转换效率高。
但是上述专利申请只涉及改善PTC热敏电阻或太阳能电池基底材料与电极的欧姆接触特性方面的应用。至今为止没有在压电陶瓷芯片上制作铝电极的报道。由于压电陶瓷在正常工作时由于正、逆压电效应会产生机械振动、形变,容易造成电极脱落;而且烧结好的压电陶瓷材料表面比较光滑,电极材料容易脱落;同时,PZT压电陶瓷材料与钛酸钡基PTC陶瓷材料或太阳能电池基底材料的成分不同,电极材料与基底材料的结合情况也会有差别。因此,作为压电陶瓷的电极,没有像PTC热敏电阻或者太阳能电池那样需要解决电极与基底材料的欧姆接触问题,上述用于PTC热敏电阻或者太阳能电池的铝电极浆料不能直接用于制作压电陶瓷铝电极。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,降低压电陶瓷元器件的制造成本,提供一种电极与基底材料结合紧密的金属铝电极压电陶瓷元件及其制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现:
一种金属铝电极压电陶瓷元件,包括PZT陶瓷和在PZT陶瓷上下表面烧结的金属电极;所述金属电极至少有一个是铝电极面;所述铝电极面采用铝电极浆料在PZT陶瓷上在温度为600-650℃条件下烧结形成,以质量百分比计,所述铝电极浆料原料配方为55~60%的金属铝粉,12~15%的低熔点无铅玻璃粉,14~18%的乙基纤维素粘合剂,1.0%抗氧化助剂,余量为有机溶剂;
以质量比计,所述低熔点无铅玻璃粉的化学组成为B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=25~30∶18~22∶30~35∶14~16∶4~6;所述乙基纤维素粘合剂的组成为乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶6~8;
所述有机溶剂为丁基卡必醇和/或松油醇;
所述抗氧化助剂由等质量比的红磷和硼粉组成。
为进一步实现本发明目的,所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指PZT陶瓷上下表面中一个表面为铝电极面,另一个表面为银电极面,引出线与银电极面焊接。
对于激励电信号经弹性金属构件接入压电陶瓷元件电极,所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指两面电极为铝电极面。
所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指PZT陶瓷上下表面中一个表面为铝电极面,另一表面由第二铝电极面和和银电极小区域组成,银电极小区域与第二铝电极面连接,引出线与银电极小区域焊接。
银电极小区域是指该表面既有铝电极面又有银电极面,其中银电极面的面积比铝电极面面积小很多。
金属铝电极压电陶瓷元件的制备方法,包括如下步骤:
(1)铝电极浆料配制:以质量百分比计,铝电极浆料原料配方为55~60%的金属铝粉,12~15%的低熔点无铅玻璃粉,14~18%的乙基纤维素粘合剂,1.0%抗氧化助剂,余量为有机溶剂;以质量比计,所述低熔点无铅玻璃粉的化学组成为:B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=25~30∶18~22∶30~35∶14~16∶4~6;所述乙基纤维素粘合剂的组成为:乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶6~8;所述有机溶剂为丁基卡必醇和/或松油醇;所述抗氧化助剂由等质量比的红磷和无定型硼粉组成;将铝电极浆料原料混合搅拌,再经三辊研磨机轧制,获得均匀的铝电极浆料;
(2)丝网印刷与烧结:在PZT陶瓷两个平行表面上,将铝电极浆料印刷在一个平行表面,另一个平行表面印刷银电极浆料或者铝电极浆料,在温度为600-650℃条件下烧结形成;
(3)电场极化:PZT陶瓷两个平行表面上的两个电极之间施加电压,使电场强度达到2~3kV/mm,极化后即获得了具有压电效应的金属铝电极压电陶瓷元件。
于所述银电极浆料为用于瓷介电容器、压敏电阻、热敏电阻电子元件的银电极浆料中的一种。所述烧结形成为一次烧成或两次烧成。
相对于现有技术,本发明具有如下优点和有益效果:
(1)采用铝电极代替银电极可以大大降低压电陶瓷元件的制造成本。采用现有技术制造压电陶瓷片时银电极成本占很大比例,例如生产压电陶瓷蜂鸣片的银电极浆料成本占总生产成本三分之一左右,如采用本发明方法在压电陶瓷单面或双面制作铝电极面代替银电极面,压电陶瓷蜂鸣片的生产成本可以降低10%~20%。
(2)采用本发明的铝电极浆料在压电陶瓷芯片上制作铝电极附着强度高,导电性能好。本发明通过调节铝电极浆料中的无机粘结剂(低熔点无铅玻璃粉)的化学成分和比例,提高铝电极面与PZT压电陶瓷间的结合强度,使铝电极面在压电陶瓷元件工作时振动、形变过程中不易剥离;本发明还通过在铝电极浆料中引入适当的抗氧化添加剂以抑制金属铝在高温处理过程中的氧化反应,使制作的铝电极面具有良好导电性。
附图说明
图1a为实施例1压电陶瓷蜂鸣片俯视图;
图1b为图1a的A-A向剖视图。
图2a为实施例2压电陶瓷蜂鸣片俯视图;
图2b为图2a的B-B向剖视图。
图3a为实施例3压电陶瓷蜂鸣片俯视图;
图3b为图3a的C-C向剖视图。
具体实施方式
为更好理解本发明,下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
本实施例以压电陶瓷发声元件(压电蜂陶瓷鸣片)为例。利用压电陶瓷材料的电能转化为机械能的效应-逆压电效应,制作发声元件,这类发声元件已广泛用于各种电子仪器设备、家用电器、电子玩具等。其制备方法是在烧结好的锆钛酸铅基(PZT)陶瓷两个端面印刷银电极浆料,经高温还原制好电极,再经极化、粘贴金属振动片即可制成压电体陶瓷蜂鸣片,压电陶瓷蜂鸣片可直接用作发声元件,亦可将压电陶瓷蜂鸣片装入塑料共鸣腔,制成压电蜂鸣器。
如图1所示,压电蜂陶瓷鸣片包括烧结后的PZT陶瓷1、铝电极面3、银电极面2、环氧树脂4和黄铜片5。在烧结后的PZT陶瓷1上端烧结有铝电极面3,下端烧结有银电极面2,铝电极面3和银电极面2的上下表面面积小于烧结后的PZT陶瓷1上下表面的面积,银电极面2外周通过环氧树脂4将烧结后的PZT陶瓷1与黄铜片5粘结在一起。
本实施例在上述压电陶瓷蜂鸣片的制造过程中,采用银电极浆料制作一面焊接引出线的银电极,采用铝电极浆料代替银电极浆料制作压电陶瓷片的另一面电极。银电极浆料选用上海大洲电子材料有限公司生产的DS-PF-7170VR浆料,制作银电极。
制作铝电极浆料采用下列方法制备:按占配方原料的质量百分比计,将55%的金属铝粉,15%的低熔点无铅玻璃粉,1%的抗氧化助剂(其中无定型硼粉和红磷各半),14%的乙基纤维素粘合剂和15%的有机溶剂混合搅拌,再经三辊研磨机轧制,获得均匀的铝电极浆料。以质量比计,低熔点无铅玻璃粉的化学组成为:B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=27∶18∶35∶15∶5;乙基纤维素粘合剂的组成为:乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶6;有机溶剂的组成为:丁基卡必醇∶松油醇=1∶1。
采用上述银电极浆料和铝电极浆料制作压电陶瓷蜂鸣片的方法为:图1中,在直径为14.0mm,厚度为0.10mm的PZT陶瓷体1上面印刷铝电极浆料,经烘干并经620℃处理获得铝电极面3,在PZT陶瓷体1的另一面印刷银电极浆料,经560℃处理获得银电极面2,制得的两面金属电极的直径为12.5mm。将制作好电极的陶瓷片放入120℃烘箱进行极化:在两电极之间施加电压,使电场强度达到2.5kV/mm,保持施加电压5分钟。极化后即获得了具有压电效应的压电陶瓷片。
采用环氧树脂4将极化后的压电陶瓷片和直径、厚度分别为20mm和0.11mm的黄铜片5粘结,固化后即获得了压电蜂鸣片。
按上述方法制作好一组压电蜂鸣片,采用电容测试仪(Agilent 4288A)和阻抗分析仪(TH-2828S)测试样品电性能,为了对比,同时测试了按现有方法在本例PZT陶瓷1上下表面两面采用上述银电极浆料制作的样品(对比样品A)。制作对比样品A所采用的材料除了铝电极浆料外,其它与前述本实施例制作样品的材料相同,制作方法为:在直径为14.0mm,厚度为0.10mm的PZT陶瓷体的两面都印刷银电极浆料,经560℃处理,制得两面直径约为12.5mm的银电极层,再经加电场极化、粘贴铜片制得本是实例对比试验用的压电蜂鸣片样品。
测试结果如表1所示。测试两组样品的谐振频率、谐振阻抗、静电容量特性,测试结果接近,可见采用本发明制作的金属铝电极的导电性能较好,符合应用要求。由于本发明方法采用铝电极浆料代替银电极浆料制作压电陶瓷片的一面电极,可降低产品制造成本。
表1
电极材料的附着强度关系到压电陶瓷元件的使用寿命,压电陶瓷元件使用时会产生机械振动、形变,如果电极材料附着不好,使用时会脱落使元件失效。为了快速检验铝电极面的附着强度,本实施例采用超声清洗机对样品进行电极剥落试验,将样品放入装有适量水的500W超声清洗机中,振动清洗10分钟,检查样品表面电极附着情况,若电极被剥离超过10%,则判定该只样品试验结果为失效。
为了对比试验,除了本实施例前述两组样品(只制作出压电陶瓷片,不粘贴金属铜片),即实施例1样品和对比样品A,其中对比样品A为双面银电极面。另制作一组样品(对比样品B),制作方法为:采用购买的用于太阳能电池背电极制造的铝电极浆料(上海大洲电子材料有限公司:DS-PF-0030),代替本实施例前述铝电极浆料,制作方法同实施例1,制作出20片对比试验样品B。
三组压电陶瓷片的超声振动实验结果列于表2。结果表明按本发明方法在PZT瓷材料上制作的铝电极附着强度接近现有银电极效果,符合使用要求,而使用现有技术的铝电极浆料在PZT压电陶瓷片上制作铝电极面附着强度不足。由于金属铝的延展性较金属银为差,且在高温处理过程中易于氧化,因此要将金属铝烧附在基体上形成牢固结合和良好导电性,发明人经过反复试验,发现在浆料中掺入低熔点无铅玻璃粉和抗氧化剂能有效解决该问题,而采用的无机粘结剂不仅要有合适的软化温度,而且要与基底材料配合。本发明制作铝电极浆料经高温处理,在加入的无机粘结剂和抗氧化剂的作用下,能在PZT压电陶瓷表面形成较牢固结合的、导电性良好的金属铝电极膜。而现有铝电极浆料其材料设计也具有针对性,其所含成分不适合在PZT压电陶瓷表面形成牢固的导电金属铝电极膜。
表2
实施例2
有些规格的压电陶瓷蜂鸣器内部的压电蜂鸣片与引出线之间不采用焊接方法连接,而是采用金属件弹性接触方法,即外部激励电信号经弹性金属构件接入蜂名片电极,使蜂鸣器发声。
为了降低成本,这类蜂鸣器的压电陶瓷片电极可单面或双面采用铝电极浆料制作。单面采用铝电极时压电蜂鸣片外观较好,即将与金属振动片粘贴的一面电极制成铝电极,与金属弹性构件接触的一面采用银电极,单面制作铝电极的方法在实施例1中已叙述。双面都采用铝电极时,虽然制作的压电蜂鸣片外观稍差,但是可进一步降低产品制造成本。
本实施例采用的铝电极浆料制作方法与实施例1相同,但是铝电极浆料化学组成稍有区别。按占配方原料的总质量百分比计,铝电极浆料组成为:60%的金属铝粉,12%的低熔点无铅玻璃粉,1%的抗氧化助剂(其中无定型硼粉和红磷各半),15%的乙基纤维素粘合剂,12%的有机溶剂丁基卡必醇低熔点无铅玻璃粉的化学组成的质量比为:B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=25∶22∶33∶16∶4;乙基纤维素粘合剂的组份质量比为:乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶7。
在压电陶瓷片双面制作铝电极的方法如下:如图2所示,在直径为14.0mm,厚度为0.20mm的PZT陶瓷体1的一面印刷直径约为12.5mm的铝电极浆料,形成第一铝电极面2,烘干后在另一面按图2形状印刷铝电极浆料,该面的铝电极浆料形成的面包括第二铝电极面3和反馈电极6,反馈电极6成钟型,位于圆形的中心线一侧,关于中心线对称,第二铝电极面3和反馈电极6通过没有印刷铝电极浆料的空白处分开。PZT陶瓷体1的两面印刷铝电极浆料,烘干后经650℃一次烧结成型。将制作好电极的陶瓷片放入120℃烘箱进行极化:在第一铝电极面2和第二铝电极面3之间以及第一铝电极面2和反馈电极6之间同时施加电压,使电场强度达到2.5kV/mm,保持施加电压5分钟。极化后即获得了具有压电效应的代反馈电极的压电陶瓷片。
采用环氧树脂4将极化后的压电陶瓷片的铝电极面2和直径、厚度分别为20mm和0.20mm的不锈钢片5粘结,固化后即获得了压电蜂鸣片。
按上述方法制作好带反馈电极的压电蜂鸣片5片,采用电容测试仪(Agilent 4288A)和阻抗分析仪(TH-2828S)测试样品电性能,测试结果列于表3。为了对比,同时测试了按现有方法采用银电极浆料制作的带反馈电极压电蜂鸣片样品5片(对比样品C),制作这5片对比样品所采用的材料除了铝电极浆料外,其它与前述本实施例制作样品的材料相同,制作方法为:在直径为14.0mm,厚度为0.20mm的PZT陶瓷体的两面都印刷银电极浆料,电极面图形与本实施例前述制作样品相同,经560℃处理,制得一面直径约12.5mm的圆形电极面,另一面带反馈电极,再经加电场极化、粘贴不锈钢片,即制得本实施例对比测试用的压电蜂鸣片样品。两组样品的测试结果一同列于表3。
表3
测试两组样品的谐振频率、谐振阻抗、静电容量特性,测试结果接近,可见采用本发明制作的金属铝电极的导电性能较好。由于本发明方法采用铝电极浆料代替银电极浆料制作压电陶瓷片的电极,可大大降低产品制造成本。
实施例3
在压电陶瓷元件两面都采用铝电极浆料制作电极可以进一步降低产品成本。铝电极虽然可以类似银电极起导电作用,但是铝电极上不能采用锡焊方法焊接蜂鸣器的激励信号引线,因此,本实施例在压电陶瓷片需要焊接引线的一面留下一个小区域制作银电极,其余部分制作铝电极,见图3。
本实施采用购买的银电极浆料(上海大洲电子材料有限公司生产的DS-PF-7170VR浆料)制作银电极。采用的铝电极浆料制作方法与实施例1及实施例2相同,按占配方原料的总质量百分比计,铝电极浆料组成为:58%的金属铝粉,13%的低熔点无铅玻璃粉,1%的抗氧化助剂(其中无定型硼粉和红磷各半),18%的乙基纤维素粘合剂,10%的有机溶剂松油醇。低熔点无铅玻璃粉的化学组成质量比为:B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=30∶20∶30∶14∶6;乙基纤维素粘合剂的组成质量比为:乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶8;采用银电极浆料和铝电极浆料制作压电陶瓷蜂鸣片的方法为:如图3所示,在直径为14.0mm,厚度为0.10mm的PZT陶瓷体1上面印刷铝电极浆料,烘干,在另一面留出直径为5mm的小区域外,其他部分印刷铝电极浆料,烘干。在陶瓷片上对应留空的直径为5mm的小区域印刷银电极浆料,为了保证银电极与其周围铝电极的良好连接,银电极印刷区域直径为7mm,烘干后经630℃处理即可一次烧结获得铝电极面2、铝电极面3和银电极小区域7。将制作好电极的陶瓷片放入120℃烘箱进行极化:在两电极之间施加电压,使电场强度达到2.5kV/mm,保持施加5分钟。极化后即获得了具有压电效应的压电陶瓷片。采用环氧树脂4将极化后的压电陶瓷片的铝电极面2和直径、厚度分别为20mm和0.11mm的黄铜片5粘结,固化后即获得了压电蜂鸣片。
按上述方法制作好压电蜂鸣片5片,采用电容测试仪(Agilent4288A)和阻抗分析仪(TH-2828S)测试样品电性能,测试结果列于表4。
表4
从表4所示结果可知,本发明方法制得的样品与采用现有方法制得的样品电性能相当(请参见实施例1的对比样品a1~a5测试结果),谐振频率、谐振阻抗、静电容量参数指标符合应用要求。由于本发明方法采用铝电极浆料代替银电极浆料制作压电陶瓷片的电极,可大大降低产品制造成本。
上述实施例提供了应用本发明制作三种压电蜂鸣片的例子,其他种类的压电陶瓷元器件也可以采用类似方法制作,但是,从节约产品制造成本角度考虑,本发明最适合应用于压电陶瓷蜂鸣片的制造,其他种类的压电陶瓷元器件,例如压电超声元件,其电极制造成本占总生产成本比例较小。
Claims (7)
1.一种金属铝电极压电陶瓷元件,包括PZT陶瓷和在PZT陶瓷上下表面烧结的金属电极;其特征在于,所述金属电极至少有一个是铝电极面;所述铝电极面采用铝电极浆料在PZT陶瓷上在温度为600-650℃条件下烧结形成,以质量百分比计,所述铝电极浆料原料配方为55~60%的金属铝粉,12~15%的低熔点无铅玻璃粉,14~18%的乙基纤维素粘合剂,1.0%抗氧化助剂,余量为有机溶剂;以质量比计,所述低熔点无铅玻璃粉的化学组成为B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶TiO2=25~30∶18~22∶30~35∶14~16∶4~6;所述乙基纤维素粘合剂的组成为乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶6~8;
所述有机溶剂为丁基卡必醇和/或松油醇;
所述抗氧化助剂由等质量比的红磷和硼粉组成。
2.根据权利要求1所述的金属铝电极压电陶瓷元件,其特征在于:所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指PZT陶瓷上下表面中一个表面为铝电极面,另一个表面为银电极面,引出线与银电极面焊接。
3.根据权利要求1所述的金属铝电极压电陶瓷元件,其特征在于:对于激励电信号经弹性金属构件接入压电陶瓷元件电极,所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指两面电极为铝电极面。
4.根据权利要求1所述的金属铝电极压电陶瓷元件,其特征在于:所述的金属电极至少有一个是铝电极面是指PZT陶瓷上下表面中一个表面为铝电极面,另一表面由第二铝电极面和和银电极小区域组成,银电极小区域与第二铝电极面连接,引出线与银电极小区域焊接。
5.权利要求1-4任一项所述的金属铝电极压电陶瓷元件的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)铝电极浆料配制:以质量百分比计,铝电极浆料原料配方为55~60%的金属铝粉,12~15%的低熔点无铅玻璃粉,14~18%的乙基纤维素粘合剂,1.0%抗氧化助剂,余量为有机溶剂;以质量比计,所述低熔点无铅玻璃粉的化学组成为:B2O3∶ZnO∶Bi2O3∶BaO∶SiO2=25~30∶18~22∶30~35∶14~16∶4~6;所述乙基纤维素粘合剂的组成为:乙基纤维素∶乙二醇丁醚=1∶6~8;所述有机溶剂为丁基卡必醇和/或松油醇;所述抗氧化助剂由等质量比的红磷和无定型硼粉组成;将铝电极浆料原料混合搅拌,再经三辊研磨机轧制,获得均匀的铝电极浆料;
(2)丝网印刷与烧结:在PZT陶瓷两个平行表面上,将铝电极浆料印刷在一个平行表面,另一个平行表面印刷银电极浆料或者铝电极浆料,在温度为600-650℃条件下烧结形成;
(3)电场极化:PZT陶瓷两个平行表面上的两个电极之间施加电压,使电场强度达到2~3kV/mm,极化后即获得了具有压电效应的金属铝电极压电陶瓷元件。
6.根据权利要求5所述的金属铝电极压电陶瓷元件的制备方法,其特征在于所述银电极浆料为用于瓷介电容器、压敏电阻、热敏电阻电子元件的银电极浆料中的一种。
7.根据权利要求5所述的金属铝电极压电陶瓷元件的制备方法,其特征在于所述烧结形成为一次烧成或两次烧成。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6265139B1 (en) * | 1998-12-30 | 2001-07-24 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for fabricating piezoelectric/electrostrictive ceramic micro actuator using photolithography |
CN1870180A (zh) * | 2006-06-28 | 2006-11-29 | 华东微电子技术研究所合肥圣达实业公司 | Ptc陶瓷用环保无铅表层银浆及其制备方法 |
CN1925070A (zh) * | 2006-09-19 | 2007-03-07 | 谭富彬 | 正温度系数热敏电阻器用铝导电浆料的组成及制备方法 |
CN101217067A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-09 | 广州市儒兴科技开发有限公司 | Ptc热敏电阻器用无铅铝电极浆料及其制备方法 |
CN101425545A (zh) * | 2008-04-30 | 2009-05-06 | 范琳 | 一种环保型硅太阳能电池背电场铝浆及其制造方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6265139B1 (en) * | 1998-12-30 | 2001-07-24 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for fabricating piezoelectric/electrostrictive ceramic micro actuator using photolithography |
CN1870180A (zh) * | 2006-06-28 | 2006-11-29 | 华东微电子技术研究所合肥圣达实业公司 | Ptc陶瓷用环保无铅表层银浆及其制备方法 |
CN1925070A (zh) * | 2006-09-19 | 2007-03-07 | 谭富彬 | 正温度系数热敏电阻器用铝导电浆料的组成及制备方法 |
CN101217067A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-09 | 广州市儒兴科技开发有限公司 | Ptc热敏电阻器用无铅铝电极浆料及其制备方法 |
CN101425545A (zh) * | 2008-04-30 | 2009-05-06 | 范琳 | 一种环保型硅太阳能电池背电场铝浆及其制造方法 |
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