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，正極銀鈀層以及負極銀鈀層會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，會導(dǎo)致正極銀鈀層以及負極銀鈀層出現(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，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，正極銀鈀層或負極銀鈀層容易出現(xiàn)裂痕。


技術(shù)實現(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、正極銀鈀層以及負極銀鈀層，所述正極銀鈀層和負極銀鈀層呈交替分布，所述正極銀鈀層和負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極銀鈀層的一端向外凸出分別形成正引出電極和負引出電極，所述內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)中正極銀鈀層和負極銀鈀層的分布方向相反，按正引出電極和負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，所述負引出電極之間并聯(lián)形成負電極接口面，正電極接口面和負電極接口面同樣相對一百八十度；
8.所述外部保護結(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極銀鈀層的外圓周，并暴露出正電極接口面或負電極接口面，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.進一步限定，所述正極銀鈀層和負極銀鈀層的層數(shù)均大于等于九十層，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過一定的正極銀鈀層或負極銀鈀層的層數(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，所述負引出電極凸出負極銀鈀層端邊的二分之一，所述正引出電極和負引出電極的長度、寬度和厚度相等，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使正引出電極或負引出電備足夠的強度。
11.進一步限定，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，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、正極銀鈀層以及負極銀鈀層的結(jié)合體，進行切割，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行燒結(jié)；
21.s9:燒結(jié)完成后，將正引出電極和負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，負引出電極并聯(lián)形成負電極接口面；
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)置正極銀鈀層和負極銀鈀層中正引出電極和負引出電極的朝向相反，且正引出電極和負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施例進一步說明；
28.圖1為疊層型壓電陶瓷電極結(jié)構(gòu)實施例的結(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、負極銀鈀層13、正引出電極121、負引出電極131；
33.外部保護結(jié)構(gòu)2、上絕緣層21、下絕緣層22、中間絕緣層23。
具體實施方式
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)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進一步說明。
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以及負極銀鈀層13，正極銀鈀層12和負極銀鈀層13呈交替分布，正極銀鈀層12和負極銀鈀層13的中間介質(zhì)為壓電陶瓷材料薄膜11；
37.正極銀鈀層12和負極銀鈀層13的一端向外凸出分別形成正引出電極121和負引出電極131，內(nèi)部壓電結(jié)構(gòu)1中正極銀鈀層12和負極銀鈀層13的分布方向相反，按正引出電極121和負引出電極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，負引出電極131之間并聯(lián)形成負電極接口面，正電極接口面和負電極接口面同樣相對一百八十度；
38.外部保護結(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或負極銀鈀層13的外圓周，并暴露出正電極接口面或負電極接口面，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.本案實施中，通過在正電極接口面和負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)，通過負引出電極131和負極銀鈀層13將負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以及負極銀鈀層13會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，會導(dǎo)致正極銀鈀層12以及負極銀鈀層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，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，正極銀鈀層12或負極銀鈀層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和負極銀鈀層13中正引出電極121和負引出電極131的朝向相反，且正引出電極121和負引出電極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)強度，因此抗剪切力也隨著提高；
43.外部保護結(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和負極銀鈀層13的密封，避免了相鄰的正極銀鈀層12和負極銀鈀層13直接裸露在空氣中，導(dǎo)致電壓
過高時，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，通過一定的正極銀鈀層12或負極銀鈀層13的層數(shù)來使壓電效應(yīng)產(chǎn)生足夠的微小形變。實際上，也可以根據(jù)具體情況具體考慮正極銀鈀層12和負極銀鈀層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，負引出電極131凸出負極銀鈀層13端邊的二分之一，正引出電極121和負引出電極131的長度、寬度和厚度相等，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使正引出電極121或負引出電極131具備足夠的強度。實際上，也可以根據(jù)具體情況具體考慮正引出電極121和負引出電極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，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和介電常數(shù)性能且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。實際上，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、正極銀鈀層以及負極銀鈀層的結(jié)合體，進行切割，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行燒結(jié)；
56.s9:燒結(jié)完成后，將正引出電極和負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，負引出電極并聯(lián)形成負電極接口面；
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，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(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。