疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)及其制造工藝的制作方法

具體涉及一種疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)及其制造工藝。

多層及疊層壓電陶瓷材料將在未來一段時(shí)間成為重要的*材料。ZJ-5型疊層壓電測試儀是一款專用于疊層壓電性質(zhì)測試的儀器。為科研和發(fā)展提供重要的支持。

背景技術(shù)：

2.疊堆型壓電陶瓷是將壓電陶瓷基片，通過疊層粘結(jié)共燒工藝形成的，這種工藝制備的壓電陶瓷可以承受很大的壓力，但所承受的拉力和剪切力有限，由于壓電陶瓷材料薄膜內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)剛度和附著力非常小，正極銀鈀層以及負(fù)極銀鈀層會(huì)在壓電陶瓷材料薄膜的棱角位置分布，當(dāng)壓電陶瓷材料薄膜的棱角有輕微劃痕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致正極銀鈀層以及負(fù)極銀鈀層出現(xiàn)短路現(xiàn)象而無法使用，此外，由于堆疊式的裝配方式，導(dǎo)致疊層型壓電陶瓷能夠承受壓應(yīng)力，且不容易出現(xiàn)應(yīng)力點(diǎn)，但是不能承受剪切力，由于壓電陶瓷材料薄膜之間通過正極銀鈀層或負(fù)極銀鈀層連接，附著力比較小，當(dāng)內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)承受剪切力時(shí)，正極銀鈀層或負(fù)極銀鈀層容易出現(xiàn)裂痕。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.針對上述背景技術(shù)所提出的問題，本發(fā)明的目的是：旨在提供一種疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)及其制造工藝。
4.為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
5.疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)、包裹內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)的外部保護(hù)結(jié)構(gòu)；
6.所述內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)包括壓電陶瓷材料薄膜、正極銀鈀層以及負(fù)極銀鈀層，所述正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層呈交替分布，所述正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層的中間介質(zhì)為壓電陶瓷材料薄膜；
7.所述正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層的一端向外凸出分別形成正引出電極和負(fù)引出電極，所述內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)中正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層的分布方向相反，按正引出電極和負(fù)引出電極相對一百八十度分布，所述正引出電極之間并聯(lián)形成正電極接口面，所述負(fù)引出電極之間并聯(lián)形成負(fù)電極接口面，正電極接口面和負(fù)電極接口面同樣相對一百八十度；
8.所述外部保護(hù)結(jié)構(gòu)包括上絕緣層、下絕緣層以及中間絕緣層，所述中間絕緣層包裹住正極銀鈀層或負(fù)極銀鈀層的外圓周，并暴露出正電極接口面或負(fù)電極接口面，所述上絕緣層、下絕緣層分別與內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)的兩端面連接。
9.進(jìn)一步限定，所述正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層的層數(shù)均大于等于九十層，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過一定的正極銀鈀層或負(fù)極銀鈀層的層數(shù)來使壓電效應(yīng)產(chǎn)生足夠的微小形變。
10.進(jìn)一步限定，所述正引出電極凸出正極銀鈀層端邊的二分之一，所述負(fù)引出電極凸出負(fù)極銀鈀層端邊的二分之一，所述正引出電極和負(fù)引出電極的長度、寬度和厚度相等，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使正引出電極或負(fù)引出電備足夠的強(qiáng)度。
11.進(jìn)一步限定，所述壓電陶瓷材料薄膜的材料為鋯鈦酸鉛，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，易于改
變鋯鈦酸鉛介質(zhì)層厚度大小，提高壓電常數(shù)d33,易摻雜其它材料,提高壓電陶瓷的居里溫度點(diǎn)和介電常數(shù)性能且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。
12.本發(fā)明還提供疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括下述步驟：
13.s1:選用合適厚度的壓電陶瓷材料薄膜；
14.s2:采用絲網(wǎng)印刷將正極銀鈀層印刷至壓電陶瓷材料薄膜上表面；
15.s3:采用熱壓粘接的方式，粘接第二層壓電陶瓷材料薄膜，正極銀鈀層位于兩層壓電陶瓷材料薄膜之間；
16.s4:在第二層壓電陶瓷材料薄膜的另一側(cè)，絲網(wǎng)印刷負(fù)極銀鈀層，并熱壓粘接第三層壓電陶瓷材料薄膜；
17.s5:根據(jù)需要的壓電陶瓷材料薄膜層數(shù)，重復(fù)步驟二到步驟四，直至層數(shù)滿足需求；
18.s6:滿足層數(shù)后，進(jìn)行溫等靜壓；
19.s7:溫等靜壓完成后，對壓電陶瓷材料薄膜、正極銀鈀層以及負(fù)極銀鈀層的結(jié)合體，進(jìn)行切割，切割完成后的形狀為方形；
20.s8:切割完成后，結(jié)合體放入高溫爐按一定梯度進(jìn)行燒結(jié)；
21.s9:燒結(jié)完成后，將正引出電極和負(fù)引出電極的端面用絲網(wǎng)印刷銀層,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后,使正引出電極并聯(lián)形成正電極接口面，負(fù)引出電極并聯(lián)形成負(fù)電極接口面；
22.s10:中間絕緣層高溫?zé)雍螅Y(jié)合成一體，上絕緣層粘接在結(jié)合體的上端面、下絕緣層粘接在結(jié)合體的下端面。
23.本發(fā)明的有益效果：
24.1.通過中間絕緣層包裹住壓電陶瓷材料薄膜，僅暴露出正引出電極或負(fù)引出電極，來提高疊層型壓電陶瓷的抗剪切力，由于增加了中間絕緣層，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此抗剪切力也隨著提高；
25.2.通過壓電陶瓷材料薄膜四周的中間絕緣層，避免壓電陶瓷材料薄膜的棱角出現(xiàn)劃痕；
26.3.通過設(shè)置正極銀鈀層和負(fù)極銀鈀層中正引出電極和負(fù)引出電極的朝向相反，且正引出電極和負(fù)引出電極均向外凸出，來保證疊層型壓電陶瓷一側(cè)存在正引出電極，另一側(cè)存在負(fù)引出電極，從而提高疊層型壓電陶瓷的抗剪切力。
附圖說明
27.本發(fā)明可以通過附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說明；
28.圖1為疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
29.圖2為疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)實(shí)施例中去除上絕緣層和下絕緣層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
30.圖3為疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)實(shí)施例中的爆炸圖；
31.主要元件符號說明如下：
32.內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1、壓電陶瓷材料薄膜11、正極銀鈀層12、負(fù)極銀鈀層13、正引出電極121、負(fù)引出電極131；
33.外部保護(hù)結(jié)構(gòu)2、上絕緣層21、下絕緣層22、中間絕緣層23。
具體實(shí)施方式
34.為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
35.如圖1
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3所示，本發(fā)明的疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1、包裹內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1的外部保護(hù)結(jié)構(gòu)2；
36.內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1包括壓電陶瓷材料薄膜11、正極銀鈀層12以及負(fù)極銀鈀層13，正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13呈交替分布，正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13的中間介質(zhì)為壓電陶瓷材料薄膜11；
37.正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13的一端向外凸出分別形成正引出電極121和負(fù)引出電極131，內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1中正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13的分布方向相反，按正引出電極121和負(fù)引出電極131相對一百八十度分布，正引出電極121之間并聯(lián)形成正電極接口面，負(fù)引出電極131之間并聯(lián)形成負(fù)電極接口面，正電極接口面和負(fù)電極接口面同樣相對一百八十度；
38.外部保護(hù)結(jié)構(gòu)2包括上絕緣層21、下絕緣層22以及中間絕緣層23，中間絕緣層23包裹住正極銀鈀層12或負(fù)極銀鈀層13的外圓周，并暴露出正電極接口面或負(fù)電極接口面，上絕緣層21、下絕緣層22分別與內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1的兩端面連接。
39.本案實(shí)施中，通過在正電極接口面和負(fù)電極接口面施加電壓，從而通過正引出電極121和正極銀鈀層12將正電荷均布在壓電陶瓷材料薄膜11的一側(cè)，通過負(fù)引出電極131和負(fù)極銀鈀層13將負(fù)電荷均布在壓電陶瓷材料薄膜11的另一側(cè)，當(dāng)壓電陶瓷材料薄膜11的兩側(cè)形成電場后，壓電陶瓷材料薄膜11內(nèi)部發(fā)生逆壓電效應(yīng)，根據(jù)電壓的不同，壓電陶瓷材料薄膜11發(fā)生大小不同的形變；
40.由于壓電陶瓷材料薄膜11內(nèi)部的電極結(jié)構(gòu)剛度非常小，正極銀鈀層12以及負(fù)極銀鈀層13會(huì)在壓電陶瓷材料薄膜11的棱角位置分布，當(dāng)壓電陶瓷材料薄膜11的棱角有輕微劃痕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致正極銀鈀層12以及負(fù)極銀鈀層13出現(xiàn)短路現(xiàn)象而無法使用，此外，由于堆疊式的裝配方式，導(dǎo)致疊層型壓電陶瓷能夠承受壓應(yīng)力，且不容易出現(xiàn)應(yīng)力點(diǎn)，但是不能承受剪切力，由于壓電陶瓷材料薄膜11之間通過正極銀鈀層12或負(fù)極銀鈀層13連接，附著力比較小，當(dāng)內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1承受剪切力時(shí)，正極銀鈀層12或負(fù)極銀鈀層13容易出現(xiàn)裂痕；
41.為了改善劃痕造成的短路問題，通過在壓電陶瓷材料薄膜11四周粘接中間絕緣層23，從而避免壓電陶瓷材料薄膜11的棱角出現(xiàn)劃痕；
42.為了改善疊層型壓電陶瓷不能承受剪切力的問題，通過設(shè)置正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13中正引出電極121和負(fù)引出電極131的朝向相反，且正引出電極121和負(fù)引出電極131均向外凸出，來保證疊層型壓電陶瓷一側(cè)存在正引出電極121，另一側(cè)存在負(fù)引出電極131，從而提高疊層型壓電陶瓷的抗剪切力，以及正引出電極121和負(fù)引出電極131自身的剛度，此外，通過中間絕緣層23包裹住壓電陶瓷材料薄膜11，僅暴露出正引出電極121或負(fù)引出電極131，來提高疊層型壓電陶瓷的抗剪切力，由于增加了中間絕緣層23，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此抗剪切力也隨著提高；
43.外部保護(hù)結(jié)構(gòu)2中的上絕緣層21和下絕緣層22作為與外接設(shè)備安裝的固定面，可隔絕內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1與安裝位置設(shè)備的導(dǎo)電，中間絕緣層23還作為正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13的密封，避免了相鄰的正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13直接裸露在空氣中，導(dǎo)致電壓
過高時(shí)，氣生電弧，燒毀壓電陶瓷材料薄膜11，中間絕緣層23還可提升內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1整體剛度和抗拉性。
44.優(yōu)選，正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13的層數(shù)均大于等于九十層，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過一定的正極銀鈀層12或負(fù)極銀鈀層13的層數(shù)來使壓電效應(yīng)產(chǎn)生足夠的微小形變。實(shí)際上，也可以根據(jù)具體情況具體考慮正極銀鈀層12和負(fù)極銀鈀層13其它的層數(shù)選擇。
45.優(yōu)選，正引出電極121凸出正極銀鈀層12端邊的二分之一，負(fù)引出電極131凸出負(fù)極銀鈀層13端邊的二分之一，正引出電極121和負(fù)引出電極131的長度、寬度和厚度相等，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使正引出電極121或負(fù)引出電極131具備足夠的強(qiáng)度。實(shí)際上，也可以根據(jù)具體情況具體考慮正引出電極121和負(fù)引出電極131其它的結(jié)構(gòu)形狀。
46.優(yōu)選，壓電陶瓷材料薄膜11的材料為鋯鈦酸鉛，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，易于改變鋯鈦酸鉛介質(zhì)層厚度大小，提高壓電常數(shù)d33,易摻雜其它材料,提高壓電陶瓷的居里溫度點(diǎn)和介電常數(shù)性能且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。實(shí)際上，也可以根據(jù)具體情況具體考慮壓電陶瓷材料薄膜11其它的材料。
47.本發(fā)明還提供疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括下述步驟：
48.s1:選用合適厚度的壓電陶瓷材料薄膜；
49.s2:采用絲網(wǎng)印刷將正極銀鈀層印刷至壓電陶瓷材料薄膜上表面；
50.s3:采用熱壓粘接的方式，粘接第二層壓電陶瓷材料薄膜，正極銀鈀層位于兩層壓電陶瓷材料薄膜之間；
51.s4:在第二層壓電陶瓷材料薄膜的另一側(cè)，絲網(wǎng)印刷負(fù)極銀鈀層，并熱壓粘接第三層壓電陶瓷材料薄膜；
52.s5:根據(jù)需要的壓電陶瓷材料薄膜層數(shù)，重復(fù)步驟二到步驟四，直至層數(shù)滿足需求；
53.s6:滿足層數(shù)后，進(jìn)行溫等靜壓；
54.s7:溫等靜壓完成后，對壓電陶瓷材料薄膜、正極銀鈀層以及負(fù)極銀鈀層的結(jié)合體，進(jìn)行切割，切割完成后的形狀為方形；
55.s8:切割完成后，結(jié)合體放入高溫爐按一定梯度進(jìn)行燒結(jié)；
56.s9:燒結(jié)完成后，將正引出電極和負(fù)引出電極的端面用絲網(wǎng)印刷銀層,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后,使正引出電極并聯(lián)形成正電極接口面，負(fù)引出電極并聯(lián)形成負(fù)電極接口面；
57.s10:中間絕緣層高溫?zé)雍螅Y(jié)合成一體，上絕緣層粘接在結(jié)合體的上端面、下絕緣層粘接在結(jié)合體的下端面。
58.上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。