叠层型压电陶瓷电极结构及其制造工艺的制作方法

具体涉及一种叠层型压电陶瓷电极结构及其制造工艺。

多层及叠层压电陶瓷材料将在未来一段时间成为重要的先进材料。ZJ-5型叠层压电测试仪是一款专用于叠层压电性质测试的仪器。为科研和发展提供重要的支持。

背景技术：

2.叠堆型压电陶瓷是将压电陶瓷基片，通过叠层粘结共烧工艺形成的，这种工艺制备的压电陶瓷可以承受很大的压力，但所承受的拉力和剪切力有限，由于压电陶瓷材料薄膜内部电极结构刚度和附着力非常小，正极银钯层以及负极银钯层会在压电陶瓷材料薄膜的棱角位置分布，当压电陶瓷材料薄膜的棱角有轻微划痕时，会导致正极银钯层以及负极银钯层出现短路现象而无法使用，此外，由于堆叠式的装配方式，导致叠层型压电陶瓷能够承受压应力，且不容易出现应力点，但是不能承受剪切力，由于压电陶瓷材料薄膜之间通过正极银钯层或负极银钯层连接，附着力比较小，当内部压电结构承受剪切力时，正极银钯层或负极银钯层容易出现裂痕。


技术实现要素：

3.针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种叠层型压电陶瓷电极结构及其制造工艺。
4.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
5.叠层型压电陶瓷电极结构，包括内部压电结构、包裹内部压电结构的外部保护结构；
6.所述内部压电结构包括压电陶瓷材料薄膜、正极银钯层以及负极银钯层，所述正极银钯层和负极银钯层呈交替分布，所述正极银钯层和负极银钯层的中间介质为压电陶瓷材料薄膜；
7.所述正极银钯层和负极银钯层的一端向外凸出分别形成正引出电极和负引出电极，所述内部压电结构中正极银钯层和负极银钯层的分布方向相反，按正引出电极和负引出电极相对一百八十度分布，所述正引出电极之间并联形成正电极接口面，所述负引出电极之间并联形成负电极接口面，正电极接口面和负电极接口面同样相对一百八十度；
8.所述外部保护结构包括上绝缘层、下绝缘层以及中间绝缘层，所述中间绝缘层包裹住正极银钯层或负极银钯层的外圆周，并暴露出正电极接口面或负电极接口面，所述上绝缘层、下绝缘层分别与内部压电结构的两端面连接。
9.进一步限定，所述正极银钯层和负极银钯层的层数均大于等于九十层，这样的结构设计，通过一定的正极银钯层或负极银钯层的层数来使压电效应产生足够的微小形变。
10.进一步限定，所述正引出电极凸出正极银钯层端边的二分之一，所述负引出电极凸出负极银钯层端边的二分之一，所述正引出电极和负引出电极的长度、宽度和厚度相等，这样的结构设计，使正引出电极或负引出电备足够的强度。
11.进一步限定，所述压电陶瓷材料薄膜的材料为锆钛酸铅，这样的结构设计，易于改
变锆钛酸铅介质层厚度大小，提高压电常数d33,易掺杂其它材料,提高压电陶瓷的居里温度点和介电常数性能且结构稳定性好。
12.本发明还提供叠层型压电陶瓷电极结构的制造工艺，包括下述步骤：
13.s1:选用合适厚度的压电陶瓷材料薄膜；
14.s2:采用丝网印刷将正极银钯层印刷至压电陶瓷材料薄膜上表面；
15.s3:采用热压粘接的方式，粘接第二层压电陶瓷材料薄膜，正极银钯层位于两层压电陶瓷材料薄膜之间；
16.s4:在第二层压电陶瓷材料薄膜的另一侧，丝网印刷负极银钯层，并热压粘接第三层压电陶瓷材料薄膜；
17.s5:根据需要的压电陶瓷材料薄膜层数，重复步骤二到步骤四，直至层数满足需求；
18.s6:满足层数后，进行温等静压；
19.s7:温等静压完成后，对压电陶瓷材料薄膜、正极银钯层以及负极银钯层的结合体，进行切割，切割完成后的形状为方形；
20.s8:切割完成后，结合体放入高温炉按一定梯度进行烧结；
21.s9:烧结完成后，将正引出电极和负引出电极的端面用丝网印刷银层,经高温烧结后,使正引出电极并联形成正电极接口面，负引出电极并联形成负电极接口面；
22.s10:中间绝缘层高温烧接后，结合成一体，上绝缘层粘接在结合体的上端面、下绝缘层粘接在结合体的下端面。
23.本发明的有益效果：
24.1.通过中间绝缘层包裹住压电陶瓷材料薄膜，仅暴露出正引出电极或负引出电极，来提高叠层型压电陶瓷的抗剪切力，由于增加了中间绝缘层，提高了结构强度，因此抗剪切力也随着提高；
25.2.通过压电陶瓷材料薄膜四周的中间绝缘层，避免压电陶瓷材料薄膜的棱角出现划痕；
26.3.通过设置正极银钯层和负极银钯层中正引出电极和负引出电极的朝向相反，且正引出电极和负引出电极均向外凸出，来保证叠层型压电陶瓷一侧存在正引出电极，另一侧存在负引出电极，从而提高叠层型压电陶瓷的抗剪切力。
附图说明
27.本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
28.图1为叠层型压电陶瓷电极结构实施例的结构示意图；
29.图2为叠层型压电陶瓷电极结构实施例中去除上绝缘层和下绝缘层后的结构示意图；
30.图3为叠层型压电陶瓷电极结构实施例中的爆炸图；
31.主要元件符号说明如下：
32.内部压电结构1、压电陶瓷材料薄膜11、正极银钯层12、负极银钯层13、正引出电极121、负引出电极131；
33.外部保护结构2、上绝缘层21、下绝缘层22、中间绝缘层23。
具体实施方式
34.为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
35.如图1
‑
3所示，本发明的叠层型压电陶瓷电极结构，包括内部压电结构1、包裹内部压电结构1的外部保护结构2；
36.内部压电结构1包括压电陶瓷材料薄膜11、正极银钯层12以及负极银钯层13，正极银钯层12和负极银钯层13呈交替分布，正极银钯层12和负极银钯层13的中间介质为压电陶瓷材料薄膜11；
37.正极银钯层12和负极银钯层13的一端向外凸出分别形成正引出电极121和负引出电极131，内部压电结构1中正极银钯层12和负极银钯层13的分布方向相反，按正引出电极121和负引出电极131相对一百八十度分布，正引出电极121之间并联形成正电极接口面，负引出电极131之间并联形成负电极接口面，正电极接口面和负电极接口面同样相对一百八十度；
38.外部保护结构2包括上绝缘层21、下绝缘层22以及中间绝缘层23，中间绝缘层23包裹住正极银钯层12或负极银钯层13的外圆周，并暴露出正电极接口面或负电极接口面，上绝缘层21、下绝缘层22分别与内部压电结构1的两端面连接。
39.本案实施中，通过在正电极接口面和负电极接口面施加电压，从而通过正引出电极121和正极银钯层12将正电荷均布在压电陶瓷材料薄膜11的一侧，通过负引出电极131和负极银钯层13将负电荷均布在压电陶瓷材料薄膜11的另一侧，当压电陶瓷材料薄膜11的两侧形成电场后，压电陶瓷材料薄膜11内部发生逆压电效应，根据电压的不同，压电陶瓷材料薄膜11发生大小不同的形变；
40.由于压电陶瓷材料薄膜11内部的电极结构刚度非常小，正极银钯层12以及负极银钯层13会在压电陶瓷材料薄膜11的棱角位置分布，当压电陶瓷材料薄膜11的棱角有轻微划痕时，会导致正极银钯层12以及负极银钯层13出现短路现象而无法使用，此外，由于堆叠式的装配方式，导致叠层型压电陶瓷能够承受压应力，且不容易出现应力点，但是不能承受剪切力，由于压电陶瓷材料薄膜11之间通过正极银钯层12或负极银钯层13连接，附着力比较小，当内部压电结构1承受剪切力时，正极银钯层12或负极银钯层13容易出现裂痕；
41.为了改善划痕造成的短路问题，通过在压电陶瓷材料薄膜11四周粘接中间绝缘层23，从而避免压电陶瓷材料薄膜11的棱角出现划痕；
42.为了改善叠层型压电陶瓷不能承受剪切力的问题，通过设置正极银钯层12和负极银钯层13中正引出电极121和负引出电极131的朝向相反，且正引出电极121和负引出电极131均向外凸出，来保证叠层型压电陶瓷一侧存在正引出电极121，另一侧存在负引出电极131，从而提高叠层型压电陶瓷的抗剪切力，以及正引出电极121和负引出电极131自身的刚度，此外，通过中间绝缘层23包裹住压电陶瓷材料薄膜11，仅暴露出正引出电极121或负引出电极131，来提高叠层型压电陶瓷的抗剪切力，由于增加了中间绝缘层23，提高了结构强度，因此抗剪切力也随着提高；
43.外部保护结构2中的上绝缘层21和下绝缘层22作为与外接设备安装的固定面，可隔绝内部压电结构1与安装位置设备的导电，中间绝缘层23还作为正极银钯层12和负极银钯层13的密封，避免了相邻的正极银钯层12和负极银钯层13直接裸露在空气中，导致电压
过高时，气生电弧，烧毁压电陶瓷材料薄膜11，中间绝缘层23还可提升内部压电结构1整体刚度和抗拉性。
44.优选，正极银钯层12和负极银钯层13的层数均大于等于九十层，这样的结构设计，通过一定的正极银钯层12或负极银钯层13的层数来使压电效应产生足够的微小形变。实际上，也可以根据具体情况具体考虑正极银钯层12和负极银钯层13其它的层数选择。
45.优选，正引出电极121凸出正极银钯层12端边的二分之一，负引出电极131凸出负极银钯层13端边的二分之一，正引出电极121和负引出电极131的长度、宽度和厚度相等，这样的结构设计，使正引出电极121或负引出电极131具备足够的强度。实际上，也可以根据具体情况具体考虑正引出电极121和负引出电极131其它的结构形状。
46.优选，压电陶瓷材料薄膜11的材料为锆钛酸铅，这样的结构设计，易于改变锆钛酸铅介质层厚度大小，提高压电常数d33,易掺杂其它材料,提高压电陶瓷的居里温度点和介电常数性能且结构稳定性好。实际上，也可以根据具体情况具体考虑压电陶瓷材料薄膜11其它的材料。
47.本发明还提供叠层型压电陶瓷电极结构的制造工艺，包括下述步骤：
48.s1:选用合适厚度的压电陶瓷材料薄膜；
49.s2:采用丝网印刷将正极银钯层印刷至压电陶瓷材料薄膜上表面；
50.s3:采用热压粘接的方式，粘接第二层压电陶瓷材料薄膜，正极银钯层位于两层压电陶瓷材料薄膜之间；
51.s4:在第二层压电陶瓷材料薄膜的另一侧，丝网印刷负极银钯层，并热压粘接第三层压电陶瓷材料薄膜；
52.s5:根据需要的压电陶瓷材料薄膜层数，重复步骤二到步骤四，直至层数满足需求；
53.s6:满足层数后，进行温等静压；
54.s7:温等静压完成后，对压电陶瓷材料薄膜、正极银钯层以及负极银钯层的结合体，进行切割，切割完成后的形状为方形；
55.s8:切割完成后，结合体放入高温炉按一定梯度进行烧结；
56.s9:烧结完成后，将正引出电极和负引出电极的端面用丝网印刷银层,经高温烧结后,使正引出电极并联形成正电极接口面，负引出电极并联形成负电极接口面；
57.s10:中间绝缘层高温烧接后，结合成一体，上绝缘层粘接在结合体的上端面、下绝缘层粘接在结合体的下端面。
58.上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。