CN103094270A - 磁电复合结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁电复合结构，所述磁电复合结构包括压电陶瓷片、置于压电陶瓷片上的银电极、磁致伸缩材料层以及置于压电陶瓷片与磁致伸缩材料层之间用于隔离压电陶瓷片与磁致伸缩材料层的油墨层。本发明的磁电复合结构可以提高磁电输出信噪比。

Description

磁电复合结构及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种磁电结构，具体指一种磁电复合结构及其制作方法。

【背景技术】

磁电材料具有磁能与电能的转化功能，即在外加磁场作用下产生介电极化或在外加电场作用下产生磁化。将磁电材料制备成磁电功能器件，可应用于磁场和电场传感、磁电信息存储、电流检测、微波泄漏等技术领域，具有体积小、磁能与电能转换效率高、易于集成、易于多功能化设计等特点，因此，开发具有大磁电效应的磁电材料及器件得到人们的重视。其中，将压电材料与磁致伸缩材料通过层状复合的方式结合在一起的层状磁电复合材料具有磁电效应高，结构设计简单，制备工艺成熟，易于电极化的特点。

但是，传统的磁电复合结构中，压电材料层与磁致伸缩层是按纵-纵(L-L)结构或横-横(T-T)结构粘接在一起的，并且压电材料层与磁致伸缩层之间是采用环氧树脂作为隔离层。

此种结构的磁电复合结构虽然磁电输出信号足够大，但材料噪声也很大，故信噪比并不理想；并且采用环氧树脂作为隔离层，其平整均匀性较差，并且应力的传导作用不佳。

因此，有必要提供一种新的磁电复合结构来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种可以提高磁电输出信噪比的磁电复合结构。

本发明的技术方案如下：一种磁电复合结构，所述磁电复合结构包括压电陶瓷片、置于压电陶瓷片上的银电极、磁致伸缩材料层以及置于压电陶瓷片与磁致伸缩材料层之间用于隔离压电陶瓷片与磁致伸缩材料层的油墨层。

优选的，所述银电极包括位于压电陶瓷片上方的第一银电极以及位于压电陶瓷片下方的第二银电极，所述油墨层包括位于第一银电极上方的第一油墨层以及位于第二银电极下方的第二油墨层，所述磁致伸缩材料层包括位于第一油墨层上方的第一磁致伸缩材料层以及位于第二油墨层下方的第二磁致伸缩材料层。

优选的，所述银电极包括第一电极组以及与第一电极组形成叉指结构的第二电极组，第一电极组与第二电极组各自的叉指互相插入对方叉指间的空隙，且相互绝缘。

一种磁电复合结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(2)切割压电陶瓷片，将每个压电片单元分离；

(3)将压电片单元烧结；

(4)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(5)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(6)将第一连接电极与第一纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第一连接电极与第一纵向电极连接；将第二连接电极与第二纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第二连接电极与第二纵向电极连接；

(7)在压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(8)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

优选的，在步骤(1)中，压电片单元的正反两面都印刷银电极。

优选的，在步骤(3)中，烧结温度为130℃。

优选的，在步骤(4)中，压电片单元极化时外部电源的电压为2000～2500V。

一种磁电复合结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，将所述压电陶瓷片切割成若干个压电片单元，将压电片单元进行烧结；

(2)在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(3)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(4)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(5)将第一连接电极与第一纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第一连接电极与第一纵向电极连接；将第二连接电极与第二纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第二连接电极与第二纵向电极连接；

(6)将压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(7)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

优选的，在步骤(2)中，压电片单元的正反两面都印刷银电极。

一种磁电复合结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，将所述压电陶瓷片切割成若干个压电片单元，将压电片单元进行烧结；

(2)在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间并且与第一纵向电极连接的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间并且与第二纵向电极连接的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(3)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(4)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(5)将压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(6)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

本发明的有益效果在于：由于借助叉指电极在压电片单元上实现了相邻部分间沿相反方向极化，并通过叉指电极引出磁电信号，使得所述磁电复合结构压电片单元内的共模噪声得到了更有效地抑制，保证了磁电复合结构输出的高信噪比；同时，该结构可以通过增大敏感轴方向几何尺度的方式，提高输出信号各向异性，有利于将磁电传感器做成高灵敏度的单轴传感器；采用油墨隔离层将压电陶瓷片与磁致伸缩层隔离，油墨隔离层不仅可以做得很薄，起到良好的粘接、导力作用，同时可以有效防止叉指电极与磁致伸缩层间的短接漏电现象，提高磁电输出信噪比。

【附图说明】

图1为本发明磁电复合结构的立体图；

图2至图5为本发明磁电复合结构制作方法的第一种实施方式的流程图；

图6至图8为本发明磁电复合结构制作方法的第二种实施方式的流程图；

图9为本发明磁电复合结构制作方法的第三种实施方式的流程图；

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，为本发明的磁电复合结构1，其包括压电陶瓷片10、置于压电陶瓷片10上的银电极、磁致伸缩材料层60以及置于压电陶瓷片10与磁致伸缩材料层60之间用于隔离压电陶瓷片10与磁致伸缩材料层60的油墨层50。其中，所述银电极包括位于压电陶瓷片10上方的第一银电极以及位于压电陶瓷片10下方的第二银电极，所述油墨层50包括位于第一银电极上方的第一油墨层51以及位于第二银电极下方的第二油墨层52，所述磁致伸缩材料层60包括位于第一油墨层51上方的第一磁致伸缩材料层61以及位于第二油墨层52下方的第二磁致伸缩材料层62。另外，所述银电极包括第一电极组以及与第一电极组形成叉指结构的第二电极组，第一电极组与第二电极组各自的叉指互相插入对方叉指间的空隙，且相互绝缘。

第一种实施方式，一种磁电复合结构1的制作方法，一并参照图1至图4所示，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片100，所述压电陶瓷片100包括由若干压电片单元10形成的阵列，在所述压电片单元10的正反两面印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极31、与第一纵向电极31平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极32、置于相邻的第一纵向电极31之间的若干第一连接电极21以及置于相邻的第二纵向电极32之间的若干第二连接电极22，所述第一纵向电极31的前端与第二连接电极22相对，所述第一纵向电极31的后端连接在一起，所述第二纵向电极32的后端与第一连接电极21相对，所述第二纵向电极32的后端连接在一起，然后将压电陶瓷片100烘干；

(2)切割压电陶瓷片100，将每个压电片单元10分离；

(3)将压电片单元10烧结，烧结温度为130℃，烧结就是压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度；

(4)将压电片单元10沿压电片单元10的长度方向极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极31接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极32接外部电源的负极，并且外部电源的电压为2000～2500V；

(5)将压电片单元10切割为所需尺寸，具体的，将第一纵向电极31中连接在一起的部分切除，将第二纵向电极32中连接在一起的部分切除，如图所示，分别沿A1-A1线、A2-A2线、B1-B1线、B2-B2切割；

(6)将第一连接电极21与第一纵向电极31之间的间隙用银胶40填充，使第一连接电极21与第一纵向电极31连接以形成第一电极组；将第二连接电极22与第二纵向电极32之间的间隙用银胶40填充，使第二连接电极22与第二纵向电极32连接以形成第二电极组。由此，第一电极组与第二电极组形成叉指电极，第一电极组与第二电极组的叉指相对，各自的叉指互相插入对方叉指间的空隙，且相互绝缘；

(7)在压电片单元10的正反表面印刷油墨隔离层50，并且压电片单元10的四个角部形成让位部11，所述让位部11连接引线70；

(8)利用环氧胶将磁致伸缩层60粘接在油墨隔离层50上。

第二种实施方式，所述磁电复合结构1的制作方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元10′形成的阵列，将所述压电陶瓷片切割成若干个压电片单元10′，将压电片单元10′进行烧结，烧结温度为130℃；

(2)在所述压电片单元10′的正反两面印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极31′、与第一纵向电极31′平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极32′、置于相邻的第一纵向电极31′之间的若干第一连接电极21′以及置于相邻的第二纵向电极32′之间的若干第二连接电极22′，所述第一纵向电极31′的前端与第二连接电极22′相对，所述第一纵向电极31′的后端连接在一起，所述第二纵向电极32′的后端与第一连接电极21′相对，所述第二纵向电极32′的后端连接在一起，然后将压电片单元10′烘干；

(3)将压电片单元10′沿压电片单元10′的长度方向极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极31′接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极32′接外部电源的负极，并且外部电源的电压为2000～2500V；

(4)将压电片单元10′切割为所需尺寸，具体的，将第一纵向电极31′中连接在一起的部分切除，将第二纵向电极32′中连接在一起的部分切除，如图所示，分别沿A1-A1线、A2-A2线、B1-B1线、B2-B2切割；

(5)将第一连接电极21′与第一纵向电极31′之间的间隙用银胶40′填充，使第一连接电极21′与第一纵向电极31′连接以形成第一电极组；将第二连接电极22′与第二纵向电极32′之间的间隙用银胶40′填充，使第二连接电极22′与第二纵向电极32′连接以形成第二电极组。由此，第一电极组与第二电极组形成叉指电极，第一电极组与第二电极组的叉指相对，各自的叉指互相插入对方叉指间的空隙，且相互绝缘；

(6)在压电片单元10′的正反表面印刷油墨隔离层，并且压电片单元10′的四个角部形成让位部11′，所述让位部11′连接引线；

(7)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

第三种实施方式与第二种实施方式不同之处在于：在步骤(2)中，第一连接电极21″与第一纵向电极31″是连接在一起的，第二连接电极22″与第二纵向电极32″也是连接在一起的，因而，勿需再进行步骤(5)的操作。

在上述三种实施方式中，由于借助叉指电极在压电片单元上实现了相邻部分间沿相反方向极化，并通过叉指电极引出磁电信号，使得所述磁电复合结构压电片单元内的共模噪声得到了更有效地抑制，保证了磁电复合结构输出的高信噪比；同时，该结构可以通过增大敏感轴方向几何尺度的方式，提高输出信号各向异性，有利于将磁电传感器做成高灵敏度的单轴传感器；采用油墨隔离层将压电陶瓷片与磁致伸缩层隔离，油墨隔离层不仅可以做得很薄，起到良好的粘接、导力作用，同时可以有效防止叉指电极与磁致伸缩层间的短接漏电现象，提高磁电输出信噪比。

本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁电复合结构，其特征在于：所述磁电复合结构包括压电陶瓷片、置于压电陶瓷片上的银电极、磁致伸缩材料层以及置于压电陶瓷片与磁致伸缩材料层之间用于隔离压电陶瓷片与磁致伸缩材料层的油墨层。

2.根据权利要求1所述的磁电复合结构，其特征在于：所述银电极包括位于压电陶瓷片上方的第一银电极以及位于压电陶瓷片下方的第二银电极，所述油墨层包括位于第一银电极上方的第一油墨层以及位于第二银电极下方的第二油墨层，所述磁致伸缩材料层包括位于第一油墨层上方的第一磁致伸缩材料层以及位于第二油墨层下方的第二磁致伸缩材料层。

3.根据权利要求1所述的磁电复合结构，其特征在于：所述银电极包括第一电极组以及与第一电极组形成叉指结构的第二电极组，第一电极组与第二电极组各自的叉指互相插入对方叉指间的空隙，且相互绝缘。

4.一种磁电复合结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(2)切割压电陶瓷片，将每个压电片单元分离；

(3)将压电片单元烧结；

(4)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(5)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(6)将第一连接电极与第一纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第一连接电极与第一纵向电极连接；将第二连接电极与第二纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第二连接电极与第二纵向电极连接；

(7)在压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(8)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

5.根据权利要求3所述的磁电复合结构的制作方法，其特征在于：在步骤(1)中，压电片单元的正反两面都印刷银电极。

6.根据权利要求3所述的磁电复合结构的制作方法，其特征在于：在步骤(3)中，烧结温度为130℃。

7.根据权利要求3所述的磁电复合结构的制作方法，其特征在于：在步骤(4)中，压电片单元极化时外部电源的电压为2000～2500V。

8.一种磁电复合结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，将所述压电陶瓷片切割成若干个压电片单元，将压电片单元进行烧结；

(2)在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(3)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(4)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(5)将第一连接电极与第一纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第一连接电极与第一纵向电极连接；将第二连接电极与第二纵向电极之间的间隙用银胶填充，以使第二连接电极与第二纵向电极连接；

(6)将压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(7)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

9.根据权利要求7所述的磁电复合结构的制作方法，其特征在于：在步骤(2)中，压电片单元的正反两面都印刷银电极。

10.一种磁电复合结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)提供一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括由若干压电片单元形成的阵列，将所述压电陶瓷片切割成若干个压电片单元，将压电片单元进行烧结；

(2)在所述压电片单元上印刷银电极，所述银电极包括若干第一纵向电极、与第一纵向电极平行并且相互间隔设置的若干第二纵向电极、置于相邻的第一纵向电极之间并且与第一纵向电极连接的若干第一连接电极以及置于相邻的第二纵向电极之间并且与第二纵向电极连接的若干第二连接电极，所述第一纵向电极的前端与第二连接电极相对，所述第一纵向电极的后端连接在一起，所述第二纵向电极的后端与第一连接电极相对，所述第二纵向电极的后端连接在一起；

(3)将压电片单元极化，具体的，将连接在一起的第一纵向电极接外部电源的正极，将连接在一起的第二纵向电极接外部电源的负极；

(4)将压电片单元的第一纵向电极中连接在一起的部分切除，将压电片单元的第二纵向电极中连接在一起的部分切除；

(5)将压电片单元的表面印刷油墨隔离层，并在压电片单元上连接引线；

(6)利用环氧胶将磁致伸缩层粘接在油墨隔离层上。

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