CN215183049U - 一种多层式单面无铅压电声频元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层式单面无铅压电声频元件，包括金属基片和压电陶瓷片，所述金属基片的上表面或下表面贴合叠放有若干层相同尺寸的所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设置2N+1层，其中N为大于零的正整数，相邻所述压电陶瓷片的极化方向相反。通过本实用新型实现在使用无铅压电陶瓷片的同时，使这种无铅压电声频元件的压电系数D33、声压的性能达到含铅PZT压电声频元件的水平，满足电子设备等的使用要求。

Description

一种多层式单面无铅压电声频元件

技术领域

本实用新型涉及压电声频元件领域，具体涉及一种多层式单面无铅压电声频元件。

背景技术

压电声频元件是近代电子技术领域中不可缺少的重要组成部分，它在现代通讯、白色家电、汽车报警器、汽车倒车雷达、声纳、自动测量与控制、超声换能、引燃引爆、超声灭菌、超声功率等方面均得到广泛应用。

压电声频元件中的压电陶瓷能够实现电能和机械能之间的相互转换，已广泛地应用于传感器、驱动器、换能器、频率控制器件以及电声器件中。例如在扬声器、加速度传感器、相机对焦马达、超声波传感器、谐振器等。其中，锆钛酸铅基(PZT)压电陶瓷由于具有较高的压电性能、较好的温度稳定性、较高的居里温度以及性能可调等突出优点，应用最为广泛。然而，在锆钛酸铅基压电陶瓷中，铅的质量分数超过60％。而铅及其化合物均具有剧毒，严重威胁环境以及人体健康。

在无铅压电陶瓷中铌酸钾钠或铌酸盐的综合性能最接近锆钛酸铅陶瓷，是目前较适合产业化的一种无铅的压电材料。因此常采用单个铌酸钾钠或铌酸盐陶瓷作为无铅压电陶瓷片与金属基片结合成单层无铅压电声频元件进行使用，其结合方式如附图1所示。然而，铌酸钾钠陶瓷的压电系数D33只有150-250pC/N，存在压电系数D33性能偏低，性能都达不到现在含铅材料体系的压电系数D33为480pC/N的水平，无法达到现有的压电声频元件的D33、声压等要求，不能满足电子设备的使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种多层式单面无铅压电声频元件，在实现在使用无铅压电陶瓷片的同时，保持压电声频元件的压电系数D33性能，满足电子设备的使用要求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多层式单面无铅压电声频元件，包括金属基片和压电陶瓷片，所述金属基片的上表面或下表面贴合叠放有若干层相同尺寸的所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设置2N+1层，其中N为大于零的正整数，优选压电陶瓷片设置为3层，相邻所述压电陶瓷片的极化方向相反。

进一步的，相邻的所述压电陶瓷片、以及所述金属基片与所述压电陶瓷片之间通过被银或粘贴剂粘合。如此设置，通过电极化后的被银作为粘合剂对压电陶瓷片以及金属基片进行粘合，在有效导电的同时保证粘合度。

进一步的，所述压电陶瓷片的直径为所述金属基片直径的0.5-1倍。若干层所述压电陶瓷片的总厚度为所述金属基片厚度的0.5-1倍，每层所述压电陶瓷片的厚度相同。如此设置，通过合理的尺寸设置确保压电声频元件的电能和机械能之间的有效相互转换。

进一步的，所述压电陶瓷片为铌酸钾钠或铌酸盐体系的压电陶瓷，所述金属基片为铜或镍或不锈钢或铁片。如此设置，通过合理的材料选择确保压电声频元件的电能和机械能之间的有效相互转换。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

在每层的压电陶瓷片的外形尺寸、谐振频率以及静电容量与现有技术相同的情况下，通过增加压电陶瓷片数量能产生比现有的单层压电声频元件更大的声压，即压电系数D33、声压达到所需性能，满足电子设备的使用要求

其所产生的声压与压电陶瓷片的数量成正比，数量越多，声压越大。这是因为每个压电陶瓷薄片上的电压与外电路的驱动电压相等，则相当于所有压电陶瓷片为电气并联连接，总推动力为所有压电陶瓷片产生的推动力之和。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为背景技术中的单层无铅压电陶瓷片的结合方式图；

图2为本实用新型的结合方式图；

图3为本实用新型的每层压电陶瓷片与外电路的具体连接方式图；

图中所标各部件的名称如下：

1、金属基片；2、压电陶瓷片；3、被银

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

一种多层式单面无铅压电声频元件，包括金属基片1和压电陶瓷片2，金属基片1的上表面或下表面贴合叠放有若干层相同尺寸的压电陶瓷片2，压电陶瓷片2设置2N+1层，其中N为大于零的正整数，优选压电陶瓷片设置为3层，相邻压电陶瓷片2的极化方向相反。

相邻的压电陶瓷片2、以及金属基片1与压电陶瓷片2之间通过被银3或粘贴剂粘合。如此设置，通过电极化后的被银3作为粘合剂对压电陶瓷片2以及金属基片1进行粘合，在有效导电的同时保证粘合度。

压电陶瓷片2的直径为金属基片1直径的0.5-1倍。若干层压电陶瓷片2的总厚度为金属基片1厚度的0.5-1倍，每层压电陶瓷片2的厚度相同。如此设置，通过合理的尺寸设置确保压电声频元件的电能和机械能之间的有效相互转换。优选的，金属基片1的直径为35MM，厚度为0.3MM。压电陶瓷片2共设有三层，每层的压电陶瓷片2的直径为30MM，厚度为0.1MM。

压电陶瓷片2为铌酸钾钠或铌酸盐体系的压电陶瓷，金属基片1为铜或镍或不锈钢或铁片。如此设置，通过合理的材料选择确保压电声频元件的电能和机械能之间的有效相互转换。

本实施例的工作原理：

利用被银3作为粘合剂，将3层压电陶瓷片2依次叠放在金属基片1的上表面，再与外电路进行电连接，完成多层式单面无铅压电声频元件的结合。其中，每层压电陶瓷片与外电路的具体连接方式如附图3所示。由于压电陶瓷片2设置2N+1层，其中N为大于零的正整数，且相邻压电陶瓷片2的极化方向相反，确保了压电陶瓷片整体的上下两面的极性方向相反。

在每层的压电陶瓷片2的外形尺寸、谐振频率以及静电容量与现有技术相同的情况下，通过增加压电陶瓷片2数量能产生比现有的单层压电声频元件更大的声压，即压电系数D33、声压等达到所需性能，满足电子设备的使用要求。

其所产生的声压与压电陶瓷片2的数量成正比，数量越多，声压越大。这是因为每个压电陶瓷薄片上的电压与外电路的驱动电压相等，则相当于所有压电陶瓷片2为电气并联连接，总推动力为所有压电陶瓷片2产生的推动力之和。

表1为锆钛酸铅基压电声频元件，单层无铅压电声频元件以及三层式单面无铅压电声频元件关于声压以及压电系数D33的对比表。

表1：

由表1可得知，通过三层压电陶瓷片进行贴合叠放形成三层式单面无铅压电声频元件，其声压与压电系数D33比单层无铅压电声频元件高，且达到锆钛酸铅基压电声频元件的声压与压电系数D33要求。

Claims (5)

1.一种多层式单面无铅压电声频元件，包括金属基片和压电陶瓷片，其特征在于：所述金属基片的上表面或下表面贴合叠放有若干层相同尺寸的所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设置2N+1层，其中N为大于零的正整数，相邻所述压电陶瓷片的极化方向相反；若干层所述压电陶瓷片的总厚度为所述金属基片厚度的0.5-1倍，且每层所述压电陶瓷片的厚度相同。

2.根据权利要求1所述的一种多层式单面无铅压电声频元件，其特征在于：所述压电陶瓷片设置3层。

3.根据权利要求1或2所述的一种多层式单面无铅压电声频元件，其特征在于：相邻的所述压电陶瓷片、以及所述金属基片与所述压电陶瓷片之间通过被银或粘贴胶粘合。

4.根据权利要求1或2所述的一种多层式单面无铅压电声频元件，其特征在于：所述压电陶瓷片的直径为所述金属基片直径的0.5-1倍。

5.根据权利要求1或2所述的一种多层式单面无铅压电声频元件，其特征在于：所述压电陶瓷片为铌酸钾钠或铌酸盐体系的压电陶瓷，所述金属基片为铜或镍或不锈钢或铁片。

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