CN106784297B - 压电陶瓷致动片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电陶瓷致动片及其制备方法，涉及压电陶瓷元件技术领域，包括第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板，所述增韧陶瓷基板设置于所述第一压电陶瓷片的下方，所述第一压电陶瓷片和所述增韧陶瓷基板一体共烧成型,所述增韧陶瓷基板作为支撑基板，与第一压电陶瓷片形成压电陶瓷致动片，解决了现有技术中的压电陶瓷致动片，压电陶瓷片和支撑基板之间采用胶粘剂连接，由于胶粘剂的老化而导致在使用过程中性能不稳定，可靠性差的技术问题，达到了第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板之间的连接致密稳定，压电陶瓷致动片在使用过程中性能稳定，可靠性好的技术效果。

Description

压电陶瓷致动片及其制备方法
技术领域
本发明涉及压电陶瓷元件技术领域，尤其是涉及一种压电陶瓷致动片及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的发展，利用压电技术的正压电效应或者逆压电效应形成的压电陶瓷致动片在很多领域得到了广泛的应用，如压电马达、压电泵、高速智能阀门、经编机贾卡，纬编机选针器等。
现有的压电陶瓷致动片包括压电陶瓷片和支撑基板，压电陶瓷片通过胶粘剂与支撑基板粘合连接，但是由于胶粘剂固化过程中产生收缩，导致压电陶瓷片和支撑基板之间产生收缩应力，且胶粘剂容易老化变形，使得压电陶瓷致动片在使用过程中的性能不稳定，可靠性差。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种压电陶瓷致动片，以解决现有技术中的压电陶瓷致动片，其压电陶瓷片通过胶粘剂与支撑基板粘合连接，由于胶粘剂的固化过程中产生收缩，且胶粘剂容易老化变形，导致压电陶瓷致动片在使用过程中性能不稳定，可靠性差的技术问题。
本发明提供的压电陶瓷致动片，包括第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板，所述增韧陶瓷基板设置于所述第一压电陶瓷片的下方，所述第一压电陶瓷片和所述增韧陶瓷基板一体共烧成型；所述第一压电陶瓷片包括第一陶瓷片、第一外电极片和第一内电极片，所述第一外电极片设置于所述第一陶瓷片的上表面，所述第一内电极片设置于所述第一陶瓷片的下表面。
进一步的，所述第一压电陶瓷片为单层结构或多层结构。
进一步的，所述压电陶瓷致动片还包括第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘与所述第一外电极片连接，所述第二焊盘与所述第一内电极片连接。
进一步的，所述压电陶瓷致动片还包括第二压电陶瓷片，所述第二压电陶瓷片设置于所述增韧陶瓷基板的下方，所述第一压电陶瓷片、所述增韧陶瓷基板和所述第二压电陶瓷片一体共烧成型；所述第二压电陶瓷片包括第二陶瓷片、第二外电极片和第二内电极片，所述第二外电极片设置于所述第二陶瓷片的下表面，所述第二内电极片设置于所述第二陶瓷片的上表面。
进一步的，所述第二压电陶瓷片为单层结构或多层结构。
进一步的，所述压电陶瓷致动片还包括第三焊盘、第四焊盘和第五焊盘，所述第三焊盘与所述第一外电极片连接，所述第四焊盘分别与所述第一内电极片和所述第二内电极片连接，所述第五焊盘与第二外电极片连接。
进一步的，所述压电陶瓷致动片还包括第六焊盘、第七焊盘、第八焊盘和第九焊盘，所述第六焊盘与所述第一外电极片连接，所述第七焊盘与所述第一内电极片连接，所述第八焊盘与所述第二内电极片连接，所述第九焊盘与第二外电极片连接。
本发明的目的之二在于提供上述压电陶瓷致动片的制备方法，包括如下步骤，
(A)制备增韧陶瓷基板生坯和第一陶瓷片生坯；
(B)在所述第一陶瓷片生坯的上下表面分别制备第一外电极片和第一内电极片，制得第一压电陶瓷片生坯；
(C)将所述第一压电陶瓷片生坯放置于所述增韧陶瓷基板的上表面，进行共烧，制得压电陶瓷致动片半成品；
(D)将所述压电陶瓷致动片半成品进行极化处理，即制成压电陶瓷致动片。
进一步的，在步骤(A)中，所述增韧陶瓷基板生坯和所述第一陶瓷片生坯均通过流延成型法制备。
进一步的，在步骤(C)中，共烧温度为800-1250℃，共烧保温时间为0.5-5小时。
本发明提供的压电陶瓷致动片，通过使第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板一体共烧成型，使得第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板之间的连接致密稳定，不会产生收缩应力，从而使得本发明提供的压电陶瓷致动片在使用过程中性能稳定，可靠性好。
本发明提供的压电陶瓷致动片的制备方法，工艺简单，便于操作，能够实现批量化生产，提高压电陶瓷致动片的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图；
图2为图1所示的压电陶瓷致动片的横截面的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图；
图4为图3所示的压电陶瓷致动片的横截面示意图；
图5为本发明实施例3所提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图。
图标：101-第一陶瓷片；102-增韧陶瓷基板；103-第一外电极片；104-第一内电极片；105-第一浆料孔；106-第一焊盘；107-第二焊盘；108-第二陶瓷片；109-第二内电极片；110-第二外电极片；111-第二浆料孔；112-第三焊盘；113-第四焊盘；114-第五焊盘；115-第三浆料孔；116-第四浆料孔；117-第六焊盘；118-第七焊盘；119-第八焊盘；120-第九焊盘。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图；图2为图1所示的压电陶瓷致动片的横截面的结构示意图；如图1和图2所示，本发明实施例提供的压电陶瓷致动片包括第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板102，第一压电陶瓷片包括第一陶瓷片101和分别设置于第一陶瓷片101上下表面的第一外电极片103和第一内电极片104，增韧陶瓷基板102设置于第一内电极片104的下方，第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板102一体共烧成型。
本发明实施例提供的压电陶瓷致动片，通过使第一外电极片103、第一陶瓷片101、第一内电极片104和增韧陶瓷基板102一体烧结成型，使得第一外电极片103、第一陶瓷片101和第一内电极片104组成的第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板102之间的连接致密稳定，不会产生收缩应力，且不会老化变形，从而使得本发明提供的压电陶瓷致动片在使用过程中性能稳定，可靠性好。
在本发明实施例中，增韧陶瓷基板102为氧化铝增韧陶瓷基板或氧化锆增韧陶瓷基板。
在本实施例中，第一压电陶瓷片可以为单层结构，也可以为通过叠层技术制备的多层结构。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一压电陶瓷片的单层结构指的是第一外电极片、第一陶瓷片和第一内电极片从上到下依次层叠设置的结构；第一压电陶瓷片的多层结构指的是第一外电极片、第一陶瓷片和第一内电极片从上到下依次层叠设置，其中，第一陶瓷片和第一内电极片的数量均为多个，且第一陶瓷片和第一内电极片一一对应。
本实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第一焊盘106和第二焊盘107，所述第一焊盘106与所述第一外电极片103连接，所述第二焊盘107与所述第一内电极片104连接。
第一焊盘106与第二焊盘107分别通过引线与电源的不同极性端连接，以使压电陶瓷致动片能够实现电能与机械能的相互转化。
本发明实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第一导电柱，第二焊盘107通过第一导电柱与第一内电极片104连接。
为了便于施工人员将第二焊盘107与外部引线连接，第二焊盘107和第一焊盘106均设置于压电陶瓷致动片的片面的同侧，这就需要第二焊盘107要穿过第一陶瓷片101与第一内电极片104连接。在本实施例中，第一外电极片103和第一陶瓷片101上分别设置有第一浆料孔105，第一浆料孔105内设置有第一导电柱，第二焊盘107通过第一导电柱与第一内电极片104连接。
为了避免第一导电柱与第一外电极片103连接造成短路，在本发明实施例中，第一导电柱与第一外电极片103相隔离。
另外，需要说明的是，第二焊盘107可以通过第一导电膜与第一内电极片104连接，第一导电膜设置于第一陶瓷片101高度方向的外侧。
在本发明实施例中，第一内电极片104的材质为铂、钯、金、银、铜、镍中的一种或任意两种的合金；第一外电极片103的材质为铂、钯、金、银、铜、镍中的一种或任意两种的合金。
在本实施例中，第一导电柱由导电浆料固化而成，导电浆料同制备第一外电极片103或制备第一内电极片104所用的浆料。
本发明实施例提供的压电陶瓷致动片的制备方法，包括如下步骤：
(A)制备增韧陶瓷基板生坯和第一陶瓷片生坯；
(B)在第一陶瓷片生坯的上下表面分别制备第一外电极片103和第一内电极片104，制得第一压电陶瓷片生坯；
(C)将第一压电陶瓷片生坯放置于增韧陶瓷基板生坯的上方，进行共烧；制得压电陶瓷致动片半成品；
(D)将压电陶瓷致动片半成品进行极化处理，即制成压电陶瓷致动片。
在本发明中，(A)步骤中，增韧陶瓷基板生坯和第一陶瓷片生坯均采用流延成型法制备而成。
通过采用流延成型法制备增韧陶瓷基板生坯和第一陶瓷片生坯，使得烧制而成的增韧陶瓷基板102和第一陶瓷片101的厚度精准、生产效率高、组织结构均匀、产品质量更优。
(B)步骤中，第一外电极片103和第一内电极片104均通过丝网印刷方式制备而成。
(C)步骤中，第一压电陶瓷片生坯放置于增韧陶瓷基板生坯上表面后，进行等静压成型，等静压成型的压力为40MPa-70MPa、温度为40℃-70℃。
(C)步骤中，共烧温度为800-1250℃，共烧保温时间为0.5-5小时。
(D)步骤中，采用油浴极化法或空气极化法进行极化，优选为空气极化法，采用空气极化法进行极化时，极化电压为2.5-6kV/mm。
本发明通提供的压电陶瓷致动片的制备方法简单，易于操作，通过采用共烧工艺，使得由第一外电极片103、第一陶瓷片101和第一内电极片104制得的第一压电陶瓷片与增韧陶瓷基板102之间的连接致密稳定，大幅提高其耐受的振动次数，且能够实现压电陶瓷致动片的批量化生产，提高生产效率。
实施例2
图3为本发明实施例2提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图；图4为图3所示的压电陶瓷致动片的横截面示意图。如图3和图4所示，本实施例也提供了一种压电陶瓷致动片，本实施例是在实施例1基础上的进一步改进，实施例1所描述的技术方案也属于本实施例，实施例1已描述的技术方案不再重复描述。
本实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第二压电陶瓷片，第二压电陶瓷片包括第二陶瓷片108和分别设置于第二陶瓷片108上下表面的第二内电极片109和第二外电极片110，第二压电陶瓷片设置于增韧陶瓷基板102的下方，第一压电陶瓷片、增韧陶瓷基板102和第二压电陶瓷片一体共烧成型。
在本实施例中，由第一外电极片103、第一陶瓷片101和第一内电极片104制成的第一压电陶瓷片和增韧陶瓷基板102及由第二内电极片109、第二陶瓷片108和第二外电极片110制成的第二压电陶瓷片共烧成型，使得第一压电陶瓷片、增韧陶瓷基板102和第二压电陶瓷片之间的连接致密稳定，不会产生收缩应力，从而使得本发明提供的压电陶瓷致动片在使用过程中性能稳定，可靠性好。
在本实施例中，第二压电陶瓷片可以为单层结构，也可以为通过叠层技术制备的多层结构。
第二压电陶瓷片的单层结构或多层结构同第一压电陶瓷片，在此不再赘述。
本实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第三焊盘112、第四焊盘113和第五焊盘114，第三焊盘112与第一外电极片103连接，第四焊盘113依次与第一内电极片104和第二内电极片109连接，第五焊盘114与第二外电极片110连接。
本实施例提供的压电陶瓷致动片，第一外电极片103和第二外电极片110的极性相同，第一外电极片103与第三焊盘112连接，第二外电极片110与第五焊盘114连接；第一内电极片104和第二内电极片109的极性相同，且第一内电极片104和第二内电极片109依次与第四焊盘113连接。
本实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第二导电柱，第四焊盘113通过第二导电柱依次与第一内电极片104和第二内电极片109连接。
为了便于施工人员将第四焊盘113与外部引线连接，第四焊盘113和第三焊盘112均设置于压电陶瓷致动片的片面的同侧，这就需要第四焊盘113依次与第一内电极片104与第二内电极片109连接。在本实施例中，第一外电极片103、第一陶瓷片101、第一内电极片104、增韧陶瓷基板102上分别设置有第二浆料孔111，第二导电柱设置于第二浆料孔111中，第四焊盘113通过第二导电柱依次与第一内电极片104和第二内电极片109连接。
需要说明的是，第二导电柱与第一外电极片103相隔离，以避免形成短路。
在本实施例中，第二导电浆由导电浆料固化而成，该导电浆料同制备第一外电极片103或制备第一内电极片104所用的浆料。
在本发明实施例中，第一内电极片104和第二内电极片109的材质均为铂、钯、金、银、铜、镍中的一种或任意两种的合金；第一外电极片103和第二外电极片110的材质均为铂、钯、金、银、铜、镍中的一种或任意两种的合金。
本发明实施例提供的压电陶瓷致动片的制备方法，包括如下步骤：
(A)制备增韧陶瓷基板生坯、第一陶瓷片生坯和第二陶瓷片生坯；
(B)在第一陶瓷片生坯的上下表面分别制备第一外电极片103第一内电极片104，制得第一压电陶瓷片生坯；在第二陶瓷片生坯的上下表面分别制备第二内电极片109和第二外电极片110，制得第二压电陶瓷片生坯；
(C)使第一压电陶瓷片生坯、增韧陶瓷基板生坯和第二压电陶瓷片生坯依次层叠设置，进行共烧结，制得压电陶瓷致动片半成品；
(D)将压电陶瓷致动片半成品进行极化处理，即制成压电陶瓷致动片。
在本发明实施例中，(A)步骤中，增韧陶瓷基板生坯、第一陶瓷片生坯、第二陶瓷片生坯均采用流延成型法制备而成。通过采用流延成型法制备增韧陶瓷基板生坯、第一陶瓷片生坯和第二陶瓷片生坯，使得烧制而成的增韧陶瓷基板102、第一陶瓷片101和第二陶瓷片108的厚度精准、生产效率高、组织结构均匀、产品质量更优。
(B)步骤中，第一外电极片103和第一内电极片104均通过丝网印刷方式制备而成，第二内电极片109和第二外电极片110也是通过丝网印刷方式制备而成。
(C)步骤中，第一外电极片103、第一陶瓷片生坯、第一内电极片104、增韧陶瓷基板生坯、第二内电极片109、第二陶瓷片生坯、第二外电极片110依次层叠设置后，进行等静压成型，等静压成型的压力为40MPa-70MPa、温度为40℃-70℃。
(C)步骤中，共烧温度为800-1250℃，共烧保温时间为0.5-5小时。
(D)步骤中，采用油浴极化法或空气极化法进行极化，优选为空气极化法，采用空气极化法进行极化时，极化电压为2.5-6kV/mm。
本发明通提供的压电陶瓷致动片的制备方法简单，易于操作，通过采用共烧结工艺，使得第一压电陶瓷片、增韧陶瓷基板102和第二压电陶瓷片之间的连接致密稳定，大幅提高其耐受的振动次数，且能够实现压电陶瓷致动片的批量化生产，提高生产效率。
实施例3
图5为本发明实施例3所提供的压电陶瓷致动片的分解结构示意图；如图5所示，本实施例与实施例2相区别的是，在实施例2中设有第三焊盘112、第四焊盘113和第五焊盘114，，而本实施例设置有第六焊盘117、第七焊盘118、第八焊盘119和第九焊盘120，其中，第六焊盘117与第一外电极片103连接，第七焊盘118与第一内电极片104连接，第八焊盘119与第二内电极片109连接，第九焊盘120与第二外电极片110连接。
通过设置第六焊盘117、第七焊盘118、第八焊盘119和第九焊盘120，使得本实施例提供的压电陶瓷致动片可以在第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片上施加不同的电压，以扩大本实施例提供的压电陶瓷致动片的使用范围。
本发明实施例提供的压电陶瓷致动片还包括第三导电柱和第四导电柱，第七焊盘118通过第三导电柱与第一内电极片104连接，第八焊盘119通过第四导电柱与第二内电极片109连接；第九焊盘120与第二外电极片110连接。
如图5所示，第六焊盘117、第七焊盘118均设置于压电陶瓷致动片的片面的同侧，第八焊盘119和第九焊盘120设置于压电陶瓷致动片的另一侧，在本发明实施例中，第六焊盘117与第一外电极片103连接；第一外电极片103和第一陶瓷片101分别设置有第三浆料孔115，第三导电柱设置于第三浆料孔115中，第七焊盘118通过第三导电柱与第一内电极片103连接；在第二外电极片110和第二陶瓷片108上均设置有第四浆料孔116，第四浆料孔116中设置有第四导电柱，第八焊盘119通过第四导电柱与第二内电极片109连接。
在本发明实施例中，第三导电柱和第四导电柱均由导电浆料固化而成，导电浆料同制备第一外电极片103或制备第一内电极片104所用的浆料。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种压电陶瓷致动片，其特征在于，包括第一压电陶瓷片、增韧陶瓷基板和第二压电陶瓷片，所述增韧陶瓷基板设置于所述第一压电陶瓷片的下方，所述第二压电陶瓷片设置于所述增韧陶瓷基板的下方，所述第一压电陶瓷片、所述增韧陶瓷基板和所述第二压电陶瓷片一体共烧成型；所述第一压电陶瓷片包括第一陶瓷片、第一外电极片和第一内电极片，所述第一外电极片设置于所述第一陶瓷片的上表面，所述第一内电极片设置于所述第一陶瓷片的下表面；所述第二压电陶瓷片包括第二陶瓷片、第二外电极片和第二内电极片，所述第二外电极片设置于所述第二陶瓷片的下表面，所述第二内电极片设置于所述第二陶瓷片的上表面；
还包括第六焊盘、第七焊盘、第八焊盘和第九焊盘，所述第六焊盘与所述第一外电极片连接，所述第七焊盘与所述第一内电极片连接，所述第八焊盘与所述第二内电极片连接，所述第九焊盘与第二外电极片连接。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷致动片，其特征在于，所述第一压电陶瓷片为单层结构或多层结构。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷致动片，其特征在于，所述第二压电陶瓷片为单层结构或多层结构。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷致动片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
(A)制备增韧陶瓷基板生坯和第一陶瓷片生坯；
(B)在所述第一陶瓷片生坯的上下表面分别制备第一外电极片和第一内电极片，制得第一压电陶瓷片生坯；
(C)将所述第一压电陶瓷片生坯放置于所述增韧陶瓷基板生坯的上表面，进行共烧，制得压电陶瓷致动片半成品；
(D)将所述压电陶瓷致动片半成品进行极化处理，即制成压电陶瓷致动片。
5.根据权利要求4所述的压电陶瓷致动片的制备方法，其特征在于，在步骤(A)中，所述增韧陶瓷基板生坯和所述第一陶瓷片生坯均通过流延成型法制备。
6.根据权利要求4所述的压电陶瓷致动片的制备方法，其特征在于，在步骤(C)中，共烧温度为800-1250℃,共烧保温时间为0.5-5小时。
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