CN102208528B - 一种多层压电元件电极表面保护层的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
Description
—种多层压电元件电极表面保护层的制造工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种压电元件中电极表面保护层的制造工艺，特别是涉及一种多层压电元件表层电极表面保护层的制造工艺。
背景技术
[0002] 与单层压电元件相比，多层压电元件可以利用较小的电压获得更大的弯曲或直线变形，因此被广泛地应用于压电马达、压电执行器、压电变压器、压电扬声器等多种压电器件，是一种重要的压电元件。对多层压电换能元件来说，除了压电材料和电极浆料的配方和烧结工艺外，多层压电元件的电极绝缘保护是决定压电元件性能的重要方面。目前，对于多层压电元件来说，公知的电极表面的保护不外乎以下几种形式:
[0003] ( I )、无保护层，即表面电极直接与外部环境接触。目前，大部分做弯曲振动的多层压电元件(其厚度小于1mm，长度、宽度与厚度之比在1:5以上)基本都处于这种无保护层的状态，这是由于表面电极保护层会给多层压电元件带来附加质量并且会增加元件的抗弯刚度，使元件的灵敏度和变形能力降低。这样，此类多层压电元件的上下表面电极仍是裸露状态，存在寿命短和可靠性低的缺点。
[0004] ( 2 )、最外层无电极面，直接使用最外层压电薄膜作为保护层。其优点是压电元件可以一次烧成型。然而，由于表面压电薄膜厚度大，会明显地增加多层压电元件的质量和抗弯刚度，对于做弯曲振动的多层压电元件来说，根本无法适用。而对于做直线振动的多层压电元件(其厚度一般在3〜20mm之间)来说，该类型元件由于本身质量大，其对附加质量的变化不敏感，也不需要考虑元件的抗弯刚度，因此，这种形式的表面保护是有效的。同时，由于该种表面压电薄膜是与内部压电薄膜同时切割成型的，因此不能在元件表面接出电极，内部电极的接出只能在元件侧面进行。
[0005] ( 3 )、采用玻璃体或树脂材料进行表面电极的保护，这几种形式的保护层可以参考参考专利文献CN100356816 C参考专利文献CN1197179C。该方案由于保护材料的固化温度与压电薄膜的烧结温度不同，因此必须在压电薄膜烧结完成后才能进行保护层的涂覆或印刷，然后再进行固化或二次烧结，工艺比较复杂。工艺的复杂性主要表现在两个方面:一是多层压电元件的刚度大、韧性差，保护层印刷过程中有可能会造成元件的破坏，降低产品成品率。二是压电陶瓷材料对温度非常敏感，高温固化或二次烧结会对压电元件性能产生影响，从而影响产品的质量。
[0006] 由于以上原因，如何在多层压电元件的表面电极上形成绝缘保护层，又能够保证元件本身性能不受影响是本领域技术人员一直研究的课题。
发明内容
[0007] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种多层压电元件的上下表面电极绝缘保护层的制造工艺，以便于在上述产品上下表层的电极面上形成保护层，为其提供有效的绝缘保护，同时，保证多层压电元件本身性能不受影响。[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009] 一种多层压电元件电极表面保护层的制造工艺，在多层压电元件制备中，在由陶瓷生片、层间电极及表面电极叠加形成的未烧结的多层结构的表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆，之后对该多层结构和该陶瓷浆一体烧结，使该多层结构一体成型并在该多层结构的表面电极上形成陶瓷保护膜。
[0010] 本发明技术方案还可做如下改进:
[0011] 作为上述技术方案的进一步改进，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆的陶瓷浆与多层结构中陶瓷生片的成分相同。
[0012] 作为上述技术方案的进一步改进，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆的陶瓷浆与形成所述表面电极及层间电极的电极浆料溶剂粘合剂体系相同。
[0013] 作为上述技术方案的进一步改进，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆的陶瓷浆部分覆盖所述表面电极。
[0014] 相对于现有技术，本发明的有益效果是:由于陶瓷浆与陶瓷生片、电极浆料的烧结温度相近，通过本发明所提供的方法，可以在多层压电元件的表面电极上一体烧结形成陶瓷保护膜，且其厚度可根据印刷或涂覆工艺控制，从而可以得到厚度极薄的保护层，该保护膜所产生的附加质量小，对元件抗弯刚度的影响也很小，在给多层压电元件表面电极提供有效的绝缘保护的同时，又不影响元件本身的性能，适用于各种不同用途的压电元件，当然，其亦适用于单层压电元件。
[0015] 此外，由于本工艺一次烧结成型，不仅降低了能耗，还使得工艺更加简单，同时也保证了成品率。
[0016] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0017] 图1是多层压电元件的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0018] 参照图1，一种典型的多层压电元件的制备工艺流程图，其包括以下步骤:
[0019] 1、制陶瓷生片:用流延或其他工艺制成陶瓷生片；
[0020] 2、叠印:在陶瓷生片表面印刷电极浆料，形成电极层，并把印好电极层的陶瓷生片逐层叠加，形成多层结构；
[0021] 3、生片致密化:在一定温度和压力条件下，将多层生片变为一体，是生片致密化；
[0022] 4、电极连接:通过各种已知的方法完成层间电极连接，本步骤可以在切片完成后进行内电极连接，也可以在烧结后进行内电极连接；
[0023] 5、印刷或涂覆保护陶瓷浆:用陶瓷浆将陶瓷生片的外电极面包封起来，此时的多层结构由于尚未烧结，有较好的韧性，不容易因印刷陶瓷浆而造成陶瓷生片的破坏；
[0024] 6、生片冲切:陶瓷浆印刷或涂覆完成后，按照设计要求将由多个陶瓷生片组成的生坯切割成单个的产品生坯；
[0025] 7、排胶/烧结:在高温条件下，排出电极浆料和陶瓷浆中的有机粘合物，同时对产品进行烧结；
[0026] 8、极化:完成烧结后，在电极面间施加直流高压电场进行极化；
[0027] 9、老化:对完成极化的多层压电元件进行老化处理。
[0028] 10、检测:检测产品性能，合格品入仓。
[0029] 本发明的多层压电元件电极表面保护层的制造工艺，可具体参考步骤5，是在上述制备工艺过程中，在由陶瓷生片、层间电极及表面电极叠加形成的未烧结的多层结构的表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆，之后对该多层结构进行烧结，使之一体成型。
[0030] 由于陶瓷浆与陶瓷生片、电极浆料的烧结温度相近，通过本发明所提供的方法，可以在多层压电元件的表面电极上一体烧结形成陶瓷保护膜，且其厚度可根据印刷或涂覆工艺控制，从而可以得到厚度极薄的保护层，该保护膜所产生的附加质量小，对元件抗弯刚度的影响也很小，在给多层压电元件表面电极提供有效的绝缘保护的同时，又不影响元件本身的性能，适用于各种不同用途的压电元件，当然，本工艺亦适用于单层压电元件。
[0031] 此外，由于本工艺一次烧结成型，不仅降低了能耗，还使得工艺更加简单，同时也保证了成品率。
[0032] 在本实施例中，作为陶瓷浆的选择，有两种工艺路线可选:
[0033] 其一，表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆与多层结构中陶瓷生片的成分相同。同样，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆与电极浆料溶剂粘合剂体系可以相同。
[0034] 其二，陶瓷浆可以与陶瓷生片的成分不同，但烧结工艺条件应当接近。同样，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆与电极浆料溶剂粘合剂体系也可以不相同。
[0035] 在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆陶瓷浆可以是一次完成，也可以分多次完成。
[0036] 本实施例中，在表面电极所在的陶瓷生片上印刷或涂覆的陶瓷浆部分覆盖所述表面电极。另根据工艺需要，可以只覆盖一个面，也可以覆盖两个面。
[0037] 此外，通过控制上述工艺过程，在印刷或涂覆陶瓷浆形成表面保护层时，其图案可以根据需要进行设计，因此可以很方便地实现不同的表面电极引出方式。
[0038] 应当注意到，本发明的保护范围不应受到上述多层压电元件的制备工艺的限制，本发明的技术方案可以应用到各种现有的多层压电元件的制备工艺中，从而实现本发明的目的。
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