CN1029511C

CN1029511C - 镍电极超声雾化压电换能器及其制造工艺

Info

Publication number: CN1029511C
Application number: CN 93102713
Authority: CN
Inventors: 咸寿荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2013-03-16
Also published as: CN1085829A

Abstract

一种通过改变锆钛酸铅压电陶瓷材料中的铜锶比例，采用先极化后机械加工、掩膜，并经过化学镀、电镀工艺镀覆镍电极和高温老化工艺而制成的超声雾化压电换能器。其不仅阻抗低、机电偶合系数高，雾化量大、使用寿命长，而且容易制造，成品率高、生产周期短、衰减幅度小。可广泛应用于医用雾化，超声波加湿，超声波喷雾消毒，盆景雾化，鱼缸增氧等方面。

Description

本发明属于一种超声雾化压电换能器及其制造工艺。

超声雾化压电换能器用于超声波雾化器和超声波加湿器等，判断其质量的关键，①是喷雾量的大小;②是使用寿命的长短。一般来说喷雾量越大，使用寿命越长则质量越好，反之则质量不好。而要使其喷雾量大，则要求有高的机电耦合系数，低的阻抗，低的介质损耗。要使其寿命延长，则要求电极表面抗空化腐蚀能力强，陶瓷不易老化。从目前国内外情况看，目前国内较好的超声雾化换能器是使用传统的锆钛酸铅陶瓷材料，采用传统定型工艺制造的。即：按照传统配方，称取原料，对原料进行混合、磨细、预烧处理、成型、烧结、机械加工、上银电极、极化、室温老化而成。

所选材料尽管有较高的机电耦合系数，较低的介质损耗，但阻抗高，因而雾化量小，而且不易极化，致使极化成品率下降。其采用先机械加工再上银电极然后极化的工艺使极化时产生的形变不能消除。由于产品是在室温条件下进行240-720小时的自然老化，所用时间太长，影响产品性能参数的稳定性，因而在实际使用中会出现性能参数衰减幅度大的缺点。另外，由于银电极本身的原因，其抗腐蚀能力差，因而使用寿命亦受到限制，很难达5000小时。

日本TDK公司曾用钯银电极来代替银电极，尽管延长了产品的寿命，但成本高未能推广使用，日本森村公司曾采用在银电极上贴镍膜的方法来延长产品电极寿命，但银电极与镍膜之间存在有胶本，造成介质损耗大，雾化量减少，而且压电陶瓷易发热，影响陶瓷的使用寿命。

本发明的目的在于制造出雾化量较大，使用寿命较长价格合理的超声雾化压电换能器。通过对锆钛酸铅材料的研究，得到较为理想的铅锶比例，使产品的阻抗降低，雾化量增加，而且容易极化。通过对生产工艺的研究，得到比较理想的生产工艺，消除极化变形，提高机电偶合系数，降低介质损耗，提高使用寿命和产品性能的稳定性，从而获得雾化量大、使用寿命长、性能稳定的镍电极超声雾化压电换能器。

本发明的目的是这样实现的（一）、改变锆钛酸铅材料铅锶的传统比例，将铅的比例由原来的95%变为93-94%，锶的比例由原来的5%变为7-6%。所得新材料的化学表达式为：Pb_1-xSr_x（Zr0.54Ti0.46）+0.1克分子%Ni₂O₃+0.1克分子%Cr₂O₃，其中X为0.07至0.06，这样的配方比例可使阻抗由最大值2.2欧姆;降至1.5欧姆;雾化量由350毫升/小时，提高到500毫升/小时;极化成品率由原来的75-80%提高到90-96%。（二）、本发明的制造工艺是这样的：按照化学组成计量，称取各种相应的化学原料，将其在振动磨机中混合3小时。在900℃的条件下对粉料进行预烧2小时。将预烧块破碎后在振磨机中粉碎5小时，而后加入占料重4%，浓度为5%的水溶树脂溶液作为粘合剂，以每平方厘米1000公斤的压力成型。在1260℃至1310℃下保温1至2小时烧成压电陶瓷片。对其烧渗银电极，极化后再进行机械加工而成预定尺寸的压电陶瓷片1。然后再按如下程度镀覆镍电极2：（1）、在预制的陶瓷基体上贴上塑料胶带（即掩膜），并用专用工装加工出所要求的形状和尺寸。（2）、用化学镀方法在掩膜后的压电陶瓷片上镀覆镍电极基底。（3）用人工方法揭掉掩膜。（4）、在150℃-200℃烘箱中对镍电极基底进行3小时的热处理，以增加附着力。（5）、用电镀方法在镍电极基底上镀覆镍层。（6）、在150℃-200℃烘箱中对镀覆的镍层进行3小时的热处理。上述加工后的压电陶瓷片，经过检测谐振频率、谐振阻抗、机电耦合系数、静态电容后，筛选出合格的半成品，对其进行焊线3，装密封橡胶圈而成。

本发明镍电极超声雾化压电换能器的具体结构可由附图给出

图1为其主视图，

图2为图1的A-A剖视图。

本产品的加工工艺还有如下特征：在上述两热处理的过程中，压电陶瓷同时得到充分老化，不再需自然老化，这样既可缩短生产周期，又可减少产品在实际运用中的衰减幅度。

纵向压电应变常数衰减方面，我们曾对同一产品作过高温老化和室温老化比较，见表1。

由表可见，高温老化产品较室温老化产品的纵向压电应变常数的衰减幅度小，性能稳定。

本发明镍电极超声雾化压电换能器与目前我国山东淄博无线电瓷件厂的银电极超声雾化压电换能器比较，耐腐蚀能力明显提高，如表2所示。

由表可见，本发明镍电极超声雾化压电换能器的电极腐蚀剥落率较山东淄博无线电瓷件厂银电极超声雾化压电换能器明显低，使用寿命提高一倍以上，可达10000小时。

本发明镍电极超声雾化压电换能器具有较大的雾化量，与目前我国山东淄博无线电瓷件厂银电极超声雾化压电换能器及日本森村公司的超声波加湿器用压电换能器相比优点是显著的，见表3。

由表可见，本发明镍电极超声雾化压电换能器雾化量不仅比山东淄博无线电瓷件厂的高，而且也比日本森村公司的超声波加湿器用压电换能器高，阻抗比他们的产品低，机电偶合系数比他们的产品高，电容与他们的产品大致相同。显而易见，本发明镍电极超声雾化压电换能器的主要性能好，雾化量大，在实际运用中效果亦很显著。

本发明镍电极超声雾化压电换能器，不仅性能优异，而且具有容易制造，成品率高，生产周期短，雾化量大，使用寿命长，性能衰减幅度小等特点。

表1

时间起始 7天 15天 30天 60天 120天 360

纵向压电应变常数高温老化 325 323 321 320 320 320 315

（10^-12/N）室温老化 382 354 330 320 301 280 270

表2

使用时间（千小时） 0.1 0.5 1 3 5 7 9 10

腐蚀剥落率镍电极 0 0 0 2 3.8 5 6 8

（%）银电极 0 15 44 80 99 - - -

表3

山东淄博无线电瓷件厂日本森村公司本发明

雾化量（ml/h） 420 440 500

谐振阻抵（Ω） 1.5 1.2 0.8

机电偶合系数（kt） 43.2 45.9 48.8

电容（PF） 1925 1932 1753

Claims

1、一种镍电极超声雾化压电换能器，包括锆钛酸铅压电陶瓷片(1)，镀覆电极(2)，焊线(3)，其特征是，所述电极(2)为镍电极；构成所述的锆钛酸铅压电陶瓷片(1)的压电材料，其中含铅的比例为93-94%，含锶的比例为7-6%，所述压电材料的化学表达式为Pb_1-xSr_x(Zr0.54Ti0.46)+0.1克分子%Ni₂O₃+0.1克分子%Cr₂O₃，其中X为0.07-0.06。

2、一种制造如权利要求1所述换能器的工艺，其特征是：

（一）制作所述的压电陶瓷片（1）的工艺步骤如下：

按照化学组成计量，称取各种相应的化学原料，将其在振动磨机中混合3小时;

对粉料在900℃温度条件下预烧2小时;

将预烧块破碎后在振磨机中粉碎5小时，之后再加入占料重4%，浓度为5%的水溶树脂溶液作为粘合剂，再以每平方厘米1000公斤的压力成型;

对成型料在1260℃-1310℃温度条件下保温1-2小时，烧制成压电陶瓷片;

对烧制的压电陶瓷片烧渗银电极，极化后再进行机械加工成所述的压电陶瓷片（1），

（二）在所述压电陶瓷片上镀覆电极的步骤：

在预制的陶瓷基体上贴上塑料胶带，即掩膜，

用化学镀覆方法在经掩膜的陶瓷片上镀覆镍电极基底，然后揭掉掩膜;

在150℃-200℃温度下对镍电极基底进行3小时热处理;

用电镀方法在镍电极基底上镀覆镍层，并在150℃-200℃温度下对镀覆镍层进行3小时热处理;

（三）对经上述两步骤制成的压电陶瓷片进行焊线，并封装制成所述的换能器。