CN109411598A - 刚度增强的压电陶瓷叠堆 - Google Patents

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王晓峰
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    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

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Abstract

本发明提供了一种刚度增强的压电陶瓷叠堆,属于压电陶瓷技术领域,包括:多层压电陶瓷叠堆;以及至少一层增韧陶瓷层,集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。本发明的刚度增强的压电陶瓷叠堆,通过在多层压电陶瓷叠堆上集成的至少一层增韧陶瓷层,增强压电陶瓷叠堆的刚度。

Description

刚度增强的压电陶瓷叠堆
技术领域
本发明涉及压电陶瓷技术领域,具体而言,涉及一种刚度增强的压电陶瓷叠堆。
背景技术
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应。压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,被广泛应用于:精密力学及机械工程、气/液压阀、纳米定位/高速开关和主动、自适应光学等领域。其性能参数主要包括:容量、最高驱动电压、阻塞力(@最高驱动电压)、刚度、使用寿命。在一些应用中,需要压电陶瓷叠堆进行能量采集,而现有技术中常因压电陶瓷叠堆刚度不足而造成器件失效。
基于上述存在的问题,设计提高压电陶瓷叠堆的刚度具有很重要的现实意义。
发明内容
本发明的提供了一种刚度增强的压电陶瓷叠堆,旨在解决增强压电陶瓷叠堆刚度的技术问题。
本发明的刚度增强的压电陶瓷叠堆是这样实现的:
一种刚度增强的压电陶瓷叠堆,包括:
多层压电陶瓷叠堆;以及
至少一层增韧陶瓷层,集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
进一步的,所述刚度增强的压电陶瓷叠堆还包括多个内电极和一对外电极;其中
多个内电极,适于发现压电特性;多个所述内电极设于每相邻两层所述压电陶瓷之间且隔着所述压电陶瓷彼此相向分布;
一对外电极,对称地沿着所述多层压电陶瓷叠堆的高度方向设置于所述多层压电陶瓷叠堆的两侧;以及
每间隔相邻的两个所述内电极通过所述外电极连接。
进一步的,至少一层所述增韧陶瓷层包括一层所述增韧陶瓷层;以及
一层所述增韧陶瓷层设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面。
进一步的,所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
进一步的,至少一层所述增韧陶瓷层包括两层所述增韧陶瓷层;以及
两层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部。
进一步的,所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
进一步的,至少一层所述增韧陶瓷层包括三层所述增韧陶瓷层;以及
三层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部。
进一步的,位于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上;以及
位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层通过共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
进一步的,至少一层所述增韧陶瓷层包括三层以上所述增韧陶瓷层;
三层以上所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部;其中
位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层为间隔设置至少两层。
进一步的,位于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上;以及
位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层通过共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
本发明的有益效果是:本发明的刚度增强的压电陶瓷叠堆,通过在多层压电陶瓷叠堆上集成的至少一层增韧陶瓷层,增强压电陶瓷叠堆的刚度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构示意图;
图2是本发明实施例2提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构示意图;
图3是本发明实施例3提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构示意图;
图4是本发明实施例4提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构示意图。
图标:201-增韧陶瓷层;202-压电陶瓷层;203-内电极;204-外电极。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,指示方位或位置关系的术语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设备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。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1:
如图1所示,本实施例提供了一种刚度增强的压电陶瓷叠堆,包括:多层压电陶瓷叠堆和集成于多层压电陶瓷叠堆上的一层增韧陶瓷层201,以及多个内电极203和一对外电极204。
多层压电陶瓷叠堆,具有层叠的多个压电陶瓷层202。
多个内电极203,适于发现压电特性;多个内电极203设于每相邻两层压电陶瓷层202之间且隔着压电陶瓷层202彼此相向分布。
内电极203通过例如但不限于丝网印刷法固定设置于压电陶瓷层202上。
本实施例的内电极203采用例如但不限于银材料或其它导电材料制成。
一对外电极204,对称地沿着多层压电陶瓷叠堆的高度方向设置于多层压电陶瓷叠堆的两侧,该对外电极204互不接触。每间隔相邻的两个内电极203通过外电极204连接,即每相邻的两个内电极203分别与不同的外电极204电性连接,本发明的内电极203与外电极204采用例如但不限于烧结烧渗的方法电性连接。
为了增强本发明的压电陶瓷叠堆的刚度,在多层压电陶瓷叠堆的顶端面上集成一层增韧陶瓷层201,本发明所指的顶端面为多层压电陶瓷叠堆在实际使用中的受力端面。优选的,增韧陶瓷层201的外侧表面喷涂有绝缘漆,以起到绝缘作用。增韧陶瓷层201通过胶合方式或共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。
当采用共烧成型的方式时,本实施例采用的共烧温度设置为900~1150℃,共烧保温时间设置为2~6小时。采用共烧成型的方式使得增韧陶瓷层201与多层压电陶瓷叠堆连接致密稳定,不会产生收缩应力,也不易老化变形,从而使得本发明的刚度增强的压电陶瓷叠堆在使用过程中性能稳定、可靠性好。另一方面,采用共烧成型的方式还有利于提高本发明的刚度增强的压电陶瓷叠堆耐受的振动次数,便于实现刚度增强的压电陶瓷叠堆的批量化生产,提高生产效率。
本发明的增韧陶瓷层201采用例如但不限于氧化铝增韧陶瓷层或氧化锆增韧陶瓷层。
实施例2:
如图2所示,本实施例提供的一种刚度增强的压电陶瓷叠堆与实施例1提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构大致相同,区别在于,本实施例提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆包括两层增韧陶瓷层201。以及,两层增韧陶瓷层201分别设于多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部。本发明所指的顶端面为多层压电陶瓷叠堆在实际使用中的受力端面。通过设置的两层增韧陶瓷层201,更进一步增强本发明的压电陶瓷叠堆的刚度。
分别位于多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的增韧陶瓷层201通过胶合方式或共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。
实施例3:
如图3所示,本实施例提供的一种刚度增强的压电陶瓷叠堆与实施例1或实施例2提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构大致相同,区别在于,本实施例提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆包括三层增韧陶瓷层201。以及,三层增韧陶瓷层201分别设于多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部。本发明所指的顶端面为多层压电陶瓷叠堆在实际使用中的受力端面。通过设置的三层增韧陶瓷层201,更进一步增强本发明的压电陶瓷叠堆的刚度。
其中,位于多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的增韧陶瓷层201通过胶合方式或共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。以及位于多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层201通过共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。
实施例4:
如图4所示,本实施例提供的一种刚度增强的压电陶瓷叠堆与实施例1或实施例2或实施例3提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆的结构大致相同,区别在于,本实施例提供的刚度增强的压电陶瓷叠堆包括三层以上所述增韧陶瓷层201。以及,三层以上增韧陶瓷层201分别设于多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部。其中位于多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层201为间隔设置至少两层。通过在多层压电陶瓷叠堆的中部设置至少两层的增韧陶瓷层201,进一步提高压电陶瓷叠堆的刚度。本发明所指的顶端面为多层压电陶瓷叠堆在实际使用中的受力端面。
其中,位于多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的增韧陶瓷层201通过胶合方式或共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。以及位于多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层201通过共烧成型的方式集成于多层压电陶瓷叠堆上。
以上仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,包括:
多层压电陶瓷叠堆;以及至少一层增韧陶瓷层,集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
2.根据权利要求1所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,所述刚度增强的压电陶瓷叠堆还包括多个内电极和一对外电极;其中多个内电极,适于发现压电特性;多个所述内电极设于每相邻两层所述压电陶瓷之间且隔着所述压电陶瓷彼此相向分布;一对外电极,对称地沿着所述多层压电陶瓷叠堆的高度方向设置于所述多层压电陶瓷叠堆的两侧;以及每间隔相邻的两个所述内电极通过所述外电极连接。
3.根据权利要求1或2任一项所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,至少一层所述增韧陶瓷层包括一层所述增韧陶瓷层;以及一层所述增韧陶瓷层设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面。
4.根据权利要求3所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
5.根据权利要求1或2任一项所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,至少一层所述增韧陶瓷层包括两层所述增韧陶瓷层;以及两层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部。
6.根据权利要求5所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
7.根据权利要求1或2任一项所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,至少一层所述增韧陶瓷层包括三层所述增韧陶瓷层;以及三层所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部。
8.根据权利要求7所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,位于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上;以及位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层通过共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
9.根据权利要求1或2任一项所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,至少一层所述增韧陶瓷层包括三层以上所述增韧陶瓷层;三层以上所述增韧陶瓷层分别设于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面、中部和底部;其中位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层为间隔设置至少两层。
10.根据权利要求9所述的刚度增强的压电陶瓷叠堆,其特征在于,位于所述多层压电陶瓷叠堆的顶端面和底部的所述增韧陶瓷层通过胶合方式或共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上;以及位于所述多层压电陶瓷叠堆的中部的增韧陶瓷层通过共烧成型的方式集成于所述多层压电陶瓷叠堆上。
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