压电驱动器制作方法及压电驱动器技术

本发明专利技术提供一种压电驱动器制作方法及压电驱动器。该方法包括：在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极；通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷；在所述一体化结构的多层陶瓷的相对的两个侧面上分别制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接；对所述一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到所述压电驱动器。本发明专利技术压电驱动器制作简单，具有较好的耐高温性能，工作稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电驱动器技术，尤其涉及一种压电驱动器制作方法及压电驱动器。
技术介绍
压电驱动器，例如压电陶瓷微驱动器是利用压电材料的逆压电效应制作而成的新型固态执行器，其具有尺寸小、线性好、控制方便、位移分辨率高、频率响应好、能耗低、无噪声等优点，在精密光学、微型机械、微电子技术等高新
得到了广泛应用。其中，根据驱动方式的不同，可将压电驱动器划分为刚性位移驱动器和谐振位移驱动器，刚性位移驱动器包括多层式驱动器、单(双)晶片驱动器、彩虹式(Rainbow)驱动器、月牙式(Moonie)驱动器和钹式(Cymbals)驱动器等。由于多层式驱动器具有承载力大、响应速度快、位移重复性好、体积效率高、电场控制相对简单等优点，是一种常见的压电驱动器，在精密机械领域得到了广泛应用。 目前，多层式驱动器制作时，通常是采用传统流延成膜多层共烧制备工艺，包括以下步骤(1)流延成型，其是在原料中加入有机溶剂后制作浆料，并将浆料流延得到膜层；(2)烘干，即对流延得到的膜层进行烘干；(3)叠加，将烘干后的膜层镀上银电极，并进行叠加；(4)共烧，即将叠加后得到的多层膜高温煅烧，得到多层结构的压电驱动器。现有采用传统流延成膜多层共烧制备工艺中，需要使用有机溶剂，而有机溶剂通常有毒；共烧过程中，膜层上镀的银电极容易扩散，导致制作后的压电驱动器性能下降、退化；同时，现有制备工艺流程复杂，安全性较差，制作成本较高。此外，现有技术也有通过采用环氧树脂黏贴方式得到压电驱动器。综上，现有压电驱动器的多层共烧制备工艺中，多层共烧过程中易导致膜层上银电极扩散，压电陶瓷层之间易产生蠕变，使得压电驱动器的能量转换效率低，位移损失较大，压电驱动器性能较差；此外，现有压电驱动器制备工艺复杂，质量不易控制。而现有采用环氧树脂方式制备压电驱动器时，制备得到的压电驱动器无法适用于高温环境工作。
技术实现思路
本专利技术提供一种压电驱动器制作方法及压电驱动器，可有效克服现有技术采用共烧和通过环氧树脂制备得到的压电驱动器存在的问题，在简化压电驱动器制备工艺的前提下，可有效改进压电驱动器的驱动性能和提高工作温度适用范围。本专利技术提供一种压电驱动器制作方法，包括在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极；通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷；在所述一体化结构的多层陶瓷的相对的两个侧面上分别制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接；对所述一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到所述压电驱动器。上述的压电驱动器制作方法中，所述耐高温无机聚合硅凝胶为硅酸镁、磷酸铝与无机高分子聚合物混合形成。上述的压电驱动器制作方法中，所述耐高温无机聚合硅凝胶为耐500°C以上高温的无机聚合硅凝胶。上述的压电驱动器制作方法中，所述压电陶瓷片为采用居里温度高于120°C的压电材料制作得到。上述的压电驱动器制作方法中，所述压电陶瓷片材料的一个例子是采用钪酸铋-钛酸铅固溶体，所述钪酸铋-钛酸铅固溶体的化学式为(1-x) BiSc03-xPbTi03，其中0.2 ≤ x〈l。上述的压电驱动器制作方法中，所述在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案 的电极之前还包括利用固相反应法制备压电陶瓷片。上述的压电驱动器制作方法中，所述压电陶瓷片上下表面的电极宽度w小于陶瓷片的宽度W,且上下表面的电极相对两侧面反对称设置；所述陶瓷片的任一表面上的电极到侧面的间隙d=W-w，且所述间隙d大于所述压电陶瓷片的厚度t。上述的压电驱动器制作方法中，所述内电极和外电极均为银电极。其中，所述内电极和外电极通过烧制而成，且烧制温度为500°C -900°C。所述内电极也可以是铜、镍或金，或它们的混合电极；内电极也可以采用溅射方法制备。此外，本专利技术还提供一种压电驱动器，其采用上述本专利技术提供的压电驱动器制作方法制作得到。本专利技术提供的压电驱动器制作方法及压电驱动器，通过采用耐高温无机聚合硅凝胶粘结，避免了传统多层共烧方法因银电极扩散所导致压电性能下降、退化的问题，同时，也可避免传统环氧树脂粘接方法不能承受高温的固有缺陷，消除了压电陶瓷片之间的蠕变，可有效提高压电驱动器的能量转换效率，所获得的高温压电驱动器具有更优异的电性能和更好的一致性。本专利技术提供的压电驱动器制作方法具有制作工艺简单，成本低廉的优势，可制备适用于高温环境下工作的压电驱动器，且制作的压电驱动器质量稳定、可靠。附图说明图I为本专利技术实施例一提供的压电驱动器制作方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中压电陶瓷片的制备方法示意图；图3为根据本专利技术制作得到压电驱动器所测得的电压-微位移曲线图；图4为本专利技术实施例二提供的压电驱动器的结构示意图。具体实施例方式鉴于现有压电驱动器存在的问题，本专利技术实施例提供一种压电驱动器，可将多个压电陶瓷片以并联方式交互层叠、粘结后制成一体化多层结构的压电驱动器。下面将对本实施例压电驱动器制作方法以及压电驱动器结构进行说明。图I为本专利技术实施例一提供的压电驱动器制作方法的流程示意图。如图I所示，本实施例压电驱动器制作方法可包括以下步骤步骤101、在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极；步骤102、通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷；步骤103、在一体化结构的多层陶瓷的相对的两个侧面上分别制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接；步骤104、对一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到压电驱动器。本实施例在制作压电驱动器时，可通过耐高温的无机聚合硅凝胶将多个压电陶瓷片粘结在一起，避免了现有采用共烧工艺制作压电驱动器时存在的问题，简化了压电驱动器制作过程，提高了压电驱动器制作的效率，降低制作成本；同时，通过采用耐高温无机聚合硅凝胶材料将各压电陶瓷片粘结在一起，消除了压电陶瓷片之间的蠕变，可有效提高制作得到的压电驱动器的性能，可有效提高能量转换效率；此外，通过采用耐高温无机聚合硅凝胶作为粘结剂，可有效改善压电驱动器在高温下工作的可靠性，可适用于高温环境下的应用需求。本实施例中，所述的耐高温无机聚合硅凝胶可为耐500°C以上高温的无机聚合硅凝胶，例如，可采用硅酸镁、磷酸铝与无机高分子聚合物混合形成。具体地，可将硅酸镁、磷酸铝等细小无机颗粒与无机高分子聚合物混合形成无机粘结剂，其可具有较强的粘结强度和较好的耐高温特性，因此，可作为耐高温无机聚合硅凝胶粘结材料。本实施例中，所述的压电陶瓷片可采用居里温度高于120°C的压电材料制作得到，具体地，本实施例中，压电陶瓷片的居里温度介于40(T50(TC之间。具体地，制作压电陶瓷片的材料可为钪酸铋-钛酸铅固溶体，该钪酸铋-钛酸铅固溶体的化学式可表示为(1-x)BiSc03-xPbTi03，其中:0. 2 彡 x〈l。本实施例中，压电陶瓷片可利用固相反应法制备得到，具体地，在上述的步骤101之前，可通过固相反应法制备得到压电陶瓷片，下面将以钪酸铋-钛酸铅固溶体制备压电陶瓷片的过程进行说明。图2为本专利技术实施例中压电陶瓷片的制备方法示意图。如图2所示，压电陶瓷片的制备过程可包括以下步骤步骤201、确定制作压电陶瓷片的材料，进行配料。具体地，确定制作压电陶瓷片的材料即钪酸铋-钛酸铅固溶体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电驱动器制作方法，其特征在于，包括 在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极； 通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷； 在所述一体化结构的多层陶瓷的相対的两个侧面上分別制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接； 对所述一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到所述压电驱动器。2.根据权利要求I所述的压电驱动器制作方法，其特征在于，所述耐高温无机聚合硅凝胶为硅酸镁、磷酸铝与无机高分子聚合物混合形成。3.根据权利要求I所述的压电驱动器制作方法，其特征在于，所述耐高温无机聚合硅凝胶为耐500°C以上高温的无机聚合硅凝胶。4.根据权利要求3所述的压电驱动器制作方法，其特征在于，所述压电陶瓷片为采用居里温度高于120°C的压电材料制作得到。5.根据权利要求4所述的压电驱动器制作方法，其特征在于，所述压电陶瓷片的材料为钪酸秘-钛酸铅固...

【专利技术属性】
技术研发人员：董蜀湘，陈建国，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：