CN104600190A - 一种新型压电复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型压电复合材料，用以解决目前市场上螺旋结构压电材料通电后形变量较小，伸长方向不在轴心位置等问题。本发明特征为：材料形状为N型双螺旋结构，通电后延展方向与轴线方向一致，延展最高位置与最低位置连线过轴心，通过双层螺旋结构将压电陶瓷的每层微小位移放大，增加位移长度。
Description
技术领域
本发明为一种新型压电复合材料，尤其是一种N型双螺旋结构，延展路径沿轴线方向且通过轴心位置，能放大微小位移，有效扩大压电陶瓷行程的压电复合材料。
背景技术
压电材料是一种可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形的功能陶瓷材料，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用，可制成压电换能器、压电驱动器、传感器等。然而在电场作用下，压电陶瓷的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，由于行程受限，很多领域无法使用。目前人们将压电材料制成各种形状，希望通过累积微小形变的方法增加压电材料行程。
公布号为CN200979890Y的专利公开了一种螺旋结构的压电陶瓷(如图1所示)，这种结构的压电材料有一个很明显的缺点，该材料延伸方向为轴线方向，但最高和最低点连线却不通过轴心，使得在通电后压电陶瓷的延展面不与轴线垂直，造成材料作用点偏移，形状发生角度变化，固定困难等问题。
另外，该发明中增加压电陶瓷的行程方法只是将每层的形变量单纯累积，行程仍然较小。
由于压电材料的功能性主要由轴向应变来实现，所以本发明根据螺旋物体可放大形变的原理，采用N型双层螺旋结构，将压电材料的形变量增大，且延展方向过轴心，使得压电材料在通电后不会发生角度变化。
发明内容
为了概括本发明的目的，在这里描述了本发明的某些优点和新颖特征。应了解，无需所有这些方面、优点和特征包含在任一特殊实施例中。
本发明所要解决的问题在于，针对上述现有技术中的不足，提出一种可以有效增加压电材料行程，并且通电后可从轴心位置沿轴线方向往两边延展，延展后该材料位置不会发生角度变化。
为实现上述目标，本发明采取的技术方案为，一种新型压电复合材料，所述材料包括外层金属电极层A，中间压电陶瓷层及内层金属电极层B，三层紧密结合为一体。
所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，需采用延展性低、有一定厚度的金属片。
所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好。
所述的新型压电复合材料采用N型双螺旋结构。
所述的新型压电复合材料“压电陶瓷层”双螺旋圆心连线需与轴线重合。
通电后，电压通过金属电极使“压电陶瓷层”每块圆盘均发生沿轴向伸长，同时“金属电极层A”形状不变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形扩张，有效增加压电陶瓷的行程。相对的，在用作机械能——电能转换时，该压电材料的位移距离也比普通弹簧式压电陶瓷位移距离大。
优选的，可通过调节电极间电压的大小来改变材料的行程大小。
本发明有益效果是：
本发明改变了普通弹簧式压电陶瓷的形状，设计出一种新型压电复合材料，可通过每层微小位移的累加有效增加材料的行程，且位移位置最远的两点连线过轴心，延伸方向沿轴线方向，该材料在发生形变时不会发生角度变化，方便固定，使得压电材料可在更多领域使用。
附图说明：
图1是背景技术中一种螺旋型压电陶瓷换能器的原理图
图2是本发明实施例中的压电复合材料未通电时侧视图
图3是本发明实施例中的压电复合材料通电后侧视图
图4是本发明实施例中的压电复合材料单层和双层俯视图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
本实施例采用上下两层涂覆金属电极，中间为压电陶瓷的三层复合结构，材料形状为N型双螺旋结构，两层螺旋中心位置重合，通电后可从轴心位置沿轴线方向往两边延展。
本压电复合材料包括：
用于做电极和金属底片的“金属电极层A”；
用于做电极的“金属电极层B”；
用于提供压电效应的“压电陶瓷层”。
所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，在通电后保持自身形状不易改变，与“压电陶瓷层”产生形变差，因此需采用延展性略低或有一定厚度的金属片，如黄铜片等。“金属电极层A”与压电陶瓷层需紧密结合。
所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好，可采用银层烧渗或真空镀膜的方式实现。
所述“压电陶瓷层”要求在形变时，形变行程较大，且形变后位置不可发生角度变化，最高点和最低点连线经过轴心，形变方向沿轴线方向，圆心O1、O2需在轴线上。
在不通电时，压电陶瓷层紧缩，侧视图(图2)呈英文字母“N”型，俯视图(图4)单螺旋呈蚊香形。
通电后，由于“金属电极层A”不发生形变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形沿轴线伸长，同时，螺旋结构也可累积每层螺旋圆盘的微小形变，最终实现在轴向得到较大行程的目的，如图3所示。
本发明所述的压电复合材料可广泛运用于医疗、水下探测器、电子产品等。
需要指出，本说明书中的描述仅用于说明性的目的，而不应该理解为对本发明的限制，本发明的保护范围仅取决于权利要求书的保护范围。
Claims (1)
1.一种新型压电复合材料，采用上下两层涂覆金属电极，中间为压电陶瓷的三层复合结构，其特征为：本陶瓷形状为N型双螺旋结构，两层螺旋中心位置重合，通电后可从轴心位置沿轴线方向往两边延展。
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