CN102290527A - 一种弯曲形压电单晶片的制备方法 - Google Patents

一种弯曲形压电单晶片的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102290527A
CN102290527A CN2011102835401A CN201110283540A CN102290527A CN 102290527 A CN102290527 A CN 102290527A CN 2011102835401 A CN2011102835401 A CN 2011102835401A CN 201110283540 A CN201110283540 A CN 201110283540A CN 102290527 A CN102290527 A CN 102290527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
piezoelectric
sheet according
crooked
crooked shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011102835401A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102290527B (zh
Inventor
罗豪甦
许春东
王东
任博
赵祥永
徐海清
林迪
王升
狄文宁
李晓兵
梁柱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN 201110283540 priority Critical patent/CN102290527B/zh
Publication of CN102290527A publication Critical patent/CN102290527A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102290527B publication Critical patent/CN102290527B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种弯曲形压电单晶片的制备方法，该方法是首先选取基底材料，按所需尺寸切割；然后制作弯曲模具，采用冲压加工工艺，制得具有所需弯曲度和弯曲形状的基底材料；采用粘结剂将已极化的压电材料粘接在弯曲的基底材料的凸面上；将样品放入四角带定位孔的两平行金属板之间，施加压力，使弯曲基底材料的下表面与金属板完全接触，再用螺钉固定金属板；放入烘箱中固化；最后自然冷却至室温后取出即可。本发明的制备方法可以在低温下操作，最高制备温度只有100℃，且不需要对压电材料进行二次极化，还可以根据需要改变基底材料的弯曲度和弯曲形状。

Description

一种弯曲形压电单晶片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种压电单晶片的制备方法，具体说，是涉及一种弯曲形压电单晶片的制备方法，属于压电换能器技术领域。
背景技术
近些年来随着压电驱动器和压电能量收集技术的发展，人们设计制作了各种结构的压电换能器，比如悬臂梁结构、叠层结构以及近些年出现的铙钹结构，THUNDER结构，RAINBOW结构等，其中THUNDER结构在众多的压电换能器结构中表现出了比较优越的性能。
THUNDER是1992年NASA(美国国家航空航天局)开发的一种单晶片压电换能器结构，它是金属(不锈钢、铜、铝)，压电陶瓷PZT和热塑性树脂LaRC-SI组成的复合材料；它的制作过程是：首先将金属和压电陶瓷PZT通过热塑性树脂LaRC-SI粘接在一起，放入真空炉中加热到热塑性树脂LaRC-SI的玻璃化温度以上(325℃)；然后自然冷却至室温，由于金属与压电陶瓷PZT的热膨胀系数不同，冷却过程中金属与压电陶瓷PZT组成的复合材料就会发生弯曲形，形成具有一定拱高的弯曲形弧度。由于325℃的高温已经超过压电陶瓷PZT的退极化温度(180℃)，需要对其进行二次极化。这种结构的压电换能器结构表现出比较优异的性能，主要有两个方面的原因：一是拱状弯曲形使压电陶瓷PZT内部产生预应力，一般为压应力(陶瓷的热膨胀系数比金属小)，这使得它可以产生比普通压电单晶片更大的形变量，而不会导致压电陶瓷片产生断裂；另一个原因是压电陶瓷内部的预应力使平行于压电陶瓷片方向的a畴增多，压电应变常数d31变大，单晶片的性能提高。但这种工艺需要高温操作和压电陶瓷片的二次极化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以在低温下操作，且不需要对压电材料进行二次极化，还可以根据需要改变基底材料的弯曲度和弯曲形状的弯曲形压电单晶片的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种弯曲形压电单晶片的制备方法，包括如下步骤：
a)选取基底材料，按所需尺寸切割；
b)制作弯曲模具，采用冲压加工工艺，制得具有所需弯曲度和弯曲形状的基底材料；
c)采用粘结剂将弯曲的基底材料粘接在已极化的压电材料的凸面上；
d)将样品放入四角带定位孔的两平行金属板之间，施加压力，使弯曲基底材料的下表面与金属板完全接触，再用螺钉固定金属板；
e)放入烘箱中固化；
f)自然冷却至室温后取出即可。
所述基底材料为铍铜、锰钢、不锈钢、玻璃钢或弹性聚乙烯。
所述弯曲模具可以设计成具有圆形或球形或“S”形弯曲弧面。
所述弯曲模具的拱高推荐为0.1～5mm。
所述粘结剂是由环氧树脂固化剂与环氧树脂配制而成。
所述压电材料推荐为压电陶瓷材料、压电单晶材料或有机压电材料。
所述的压电陶瓷材料优选为压电陶瓷PZT。
所述压电单晶材料优选为压电单晶PMNT。
所述有机压电材料优选为聚偏二氟乙烯(PVDF)。
步骤d)中的压力推荐为0.1～10.0MPa。
步骤e)中的固化条件推荐为在10℃～100℃固化0.5～24小时。
与现有技术相比，本发明提供的弯曲形压电单晶片的制备方法，可以在低温下操作，最高制备温度只有100℃，而且不需要对压电材料进行二次极化，还可以根据需要改变基底材料的弯曲度和弯曲形状。
附图说明
图1为本发明所制得的弯曲形压电单晶片的结构示意图；
图2为本发明中的压电材料的结构示意图；
图3为本发明中的基底材料的结构示意图；
图4为本发明中的压电材料与弯曲基底材料的粘接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
选择长度×宽度×高度为78mm×18mm×0.5mm的铍铜片；设计制作1.0mm拱高的具有圆形弯曲弧面的模具，采用冲压加工工艺，制作出拱高为1.0mm的圆形弯曲铍铜片；选择长度×宽度×高度为70mm×15mm×0.5mm的压电陶瓷PZT5H，采用由环氧树脂固化剂593与柔性环氧树脂LER-0350按重量比为1∶5配制而成的粘接剂将压电陶瓷片粘接在弯曲铍铜片的凸面上，然后将样品放入尺寸为320mm×170mm×6mm四角带定位孔的两平行不锈钢板之间，施加1.0～2.0MPa的压力，使弯曲基底材料的下表面与金属板完全接触，用螺钉固定金属板，放入烘箱中于60℃固化5小时；自然冷却至室温后取出压电单晶片，基底材料发生回弹，带动压电材料弯曲，产生内应力。
实施例2
选择直径×高度为Φ45mm×0.5mm的铍铜圆片，设计制作0.2mm拱高的具有球形弯曲弧面的模具，采用冲压加工工艺，制作出拱高为0.2mm的球形弯曲铍铜圆片；选择直径×高度为Φ35mm×0.5mm的压电陶瓷圆片PZT5H，采用由环氧树脂固化剂593与柔性环氧树脂LER-0350按重量比为1∶5配制而成的粘接剂将压电陶瓷圆片粘接在弯曲铍铜圆片的凸面上，然后将样品放入尺寸为200mm×200mm×6mm四角带定位孔的两平行不锈钢板之间，施加1.0～2.0MPa的压力，使弯曲铍铜圆片的下表面与金属板完全接触，用螺钉固定金属板，放入烘箱中于60℃固化5小时；自然冷却至室温后取出压电单晶片，铍铜圆片发生回弹，带动压电材料弯曲，产生内应力。
实施例3
选择长度×宽度×高度为78mm×18mm×0.5mm的环氧玻璃钢片，设计制作1.0mm拱高的具有圆形弯曲弧面的模具，采用冲压加工工艺，制作出拱高为1.0mm的圆形弯曲环氧玻璃钢片；选择长度×宽度×高度为70mm×15mm×0.5mm的压电陶瓷PZT5H，采用由环氧树脂固化剂593与柔性环氧树脂LER-0350按重量比为1∶5配制而成的粘接剂将压电陶瓷片粘接在弯曲环氧玻璃钢片的凸面上；然后将样品放入尺寸为320mm×170mm×6mm四角带定位孔的两平行不锈钢板之间，施加1.0～2.0MPa的压力，使弯曲环氧玻璃钢片的下表面与金属板完全接触，用螺钉固定金属板，放入烘箱中于60℃固化5小时；自然冷却至室温后取出压电单晶片，环氧玻璃钢片发生回弹，带动压电材料弯曲，产生内应力。
实施例4
选择长度×宽度×高度为78mm×18mm×0.5mm的铍铜片，设计制作拱高为0.3mm的“S”形弯曲模具，采用冲压加工工艺，制作出拱高为0.3mm的“S”形弯曲铍铜片，选择长度×宽度×高度为70mm×15mm×0.5mm的压电陶瓷PZT5H，采用由环氧树脂固化剂593与柔性环氧树脂LER-0350按重量比为1∶5配制而成的粘接剂将压电陶瓷片粘接在“S”形弯曲铍铜片上，然后将样品放入尺寸为320mm×170mm×6mm四角带定位孔的两平行不锈钢板之间，施加1.0～2.0MPa的压力，使弯曲铍铜片的下表面与金属板完全接触，用螺钉固定金属板后，放入烘箱中于60℃固化5小时；自然冷却后取出压电单晶片，弯曲铍铜片发生回弹，带动压电材料弯曲，产生内应力。
本发明采用预先弯曲的基底材料与压电材料在一定压力下牢固粘接，然后去除压力，基底材料在预先弯曲应力的作用下回弹，带动压电材料弯曲，在压电材料内部产生应力。这种工艺不仅达到了与传统工艺相同的效果，而且可以在低温下操作，最高制备温度只有100℃，不需要对压电材料进行二次极化，还可以根据需要改变基底材料的弯曲度和弯曲形状。
最后应当说明的是：以上实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)选取基底材料，按所需尺寸切割；
b)制作弯曲模具，采用冲压加工工艺，制得具有所需弯曲度和弯曲形状的基底材料；
c)采用粘结剂将弯曲的基底材料粘接在已极化的压电材料的凸面上；
d)将样品放入四角带定位孔的两平行金属板之间，施加压力，使弯曲基底材料的下表面与金属板完全接触，再用螺钉固定金属板；
e)放入烘箱中固化；
f)自然冷却至室温后取出即可。
2.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述基底材料为铍铜、锰钢、不锈钢、玻璃钢或弹性聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述弯曲模具具有圆形或球形或“S”形弯曲弧面。
4.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述弯曲模具的拱高为0.1～5mm。
5.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述粘结剂是由环氧树脂固化剂与环氧树脂配制而成。
6.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述压电材料为压电陶瓷材料、压电单晶材料或有机压电材料。
7.根据权利要求6所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述压电陶瓷材料为压电陶瓷PZT。
8.根据权利要求6所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：所述压电单晶材料为压电单晶PMNT。
9.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：步骤d)中的压力为0.1～10.0MPa。
10.根据权利要求1所述的弯曲形压电单晶片的制备方法，其特征在于：步骤e)中的固化条件是在10℃～100℃固化0.5～24小时。
CN 201110283540 2011-09-22 2011-09-22 一种弯曲形压电单晶片的制备方法 Expired - Fee Related CN102290527B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110283540 CN102290527B (zh) 2011-09-22 2011-09-22 一种弯曲形压电单晶片的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110283540 CN102290527B (zh) 2011-09-22 2011-09-22 一种弯曲形压电单晶片的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102290527A true CN102290527A (zh) 2011-12-21
CN102290527B CN102290527B (zh) 2013-03-20

Family

ID=45336758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110283540 Expired - Fee Related CN102290527B (zh) 2011-09-22 2011-09-22 一种弯曲形压电单晶片的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102290527B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346253A (zh) * 2013-06-08 2013-10-09 西安交通大学 铁电单晶/环氧2-2结构及应力板加固的2-2结构复合材料
CN105140386A (zh) * 2015-07-03 2015-12-09 重庆大学 Pvdf夹层材料压电片和该夹层材料压电片的制备方法
CN106887517A (zh) * 2017-03-24 2017-06-23 海鹰企业集团有限责任公司 一种曲面压电复合材料的制备方法
CN106954120A (zh) * 2016-12-21 2017-07-14 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 一种基于压电单晶材料的低频大功率发射换能器实现方法
CN107210358A (zh) * 2015-01-21 2017-09-26 阿尔卑斯电气株式会社 压电设备
CN113315415A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 上海应用技术大学 一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1780010A (zh) * 2004-11-19 2006-05-31 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩器件
JP2007161534A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体結晶基板の製造方法
US20070182594A1 (en) * 2004-06-19 2007-08-09 Face Bradbury R Self-powered switch initiation system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070182594A1 (en) * 2004-06-19 2007-08-09 Face Bradbury R Self-powered switch initiation system
CN1780010A (zh) * 2004-11-19 2006-05-31 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩器件
JP2007161534A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体結晶基板の製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346253A (zh) * 2013-06-08 2013-10-09 西安交通大学 铁电单晶/环氧2-2结构及应力板加固的2-2结构复合材料
CN107210358A (zh) * 2015-01-21 2017-09-26 阿尔卑斯电气株式会社 压电设备
US10770644B2 (en) 2015-01-21 2020-09-08 Alps Alpine Co., Ltd. Piezoelectric device
CN105140386A (zh) * 2015-07-03 2015-12-09 重庆大学 Pvdf夹层材料压电片和该夹层材料压电片的制备方法
CN106954120A (zh) * 2016-12-21 2017-07-14 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 一种基于压电单晶材料的低频大功率发射换能器实现方法
CN106954120B (zh) * 2016-12-21 2019-07-05 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种基于压电单晶材料的低频大功率发射换能器实现方法
CN106887517A (zh) * 2017-03-24 2017-06-23 海鹰企业集团有限责任公司 一种曲面压电复合材料的制备方法
CN113315415A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 上海应用技术大学 一种基于激光面减薄的阶梯式压电能量采集器及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102290527B (zh) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102290527B (zh) 一种弯曲形压电单晶片的制备方法
KR101445213B1 (ko) 마그네슘합금 허니콤 패널 및 그 생산 공정
CN101673880B (zh) 一种铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面的制造方法
BRPI0501081A (pt) Processo para fabricação de corpos moldados de grafite expandida
JP2014523132A5 (zh)
JP2010513060A5 (zh)
CN204167367U (zh) 一种钹式压电装置
WO2009045538A3 (en) Fabrication of nanowire array composites for thermoelectric power generators and microcoolers
CN107234837B (zh) 一种波纹点阵金属夹芯圆柱壳及其制备方法
TW201208872A (en) Method for making a curved glass-resin laminate
US20170325864A1 (en) Pzt transducer-horn integrated ultrasonic driving structure
JP2010268467A5 (zh)
TWM461779U (zh) 複合散熱片
EP2087951A3 (en) Segmented mandrel for high temperature bonding of metallic axisymmetric shells having complex curvatures
CN112757657A (zh) 一种耐水压的轻质高强复合材料多孔浮力材料及其制备方法
CN105365325B (zh) 一种纸蜂窝夹芯结构复合板材及其制备方法
CN102495438B (zh) 一种轻质反射镜镜坯的制备方法
CN104065303B (zh) 压电双稳态能量收集器
CN101698467B (zh) Mems圆片级封装的划片方法
CN205376113U (zh) 小尺寸球形发射换能器
CN201210651Y (zh) 一种压电发电装置
CN104079208B (zh) 一种在低速水流冲击下压电发电装置及方法
CN114211787A (zh) 一种多层空间结构的碳纤维层合板的制备方法
CN202305855U (zh) 一种轻质反射镜镜坯
EP2756951A1 (en) Continuous production process for polytetrafluoroethylene functional film for electro-mechanical energy conversion

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130320

Termination date: 20160922

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee