多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法。多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，第一堆叠层和第二堆叠层均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，镍电极层表面镀的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。本发明专利技术提供的多层压电陶瓷堆叠结构频响特性较佳，高温下应力波动较小且结构简单。

Multilayer piezoelectric ceramic stack structure, sensor and preparation method thereof

The invention relates to a multilayer piezoelectric ceramic stack structure, a sensor and a preparation method thereof. Multilayer piezoelectric ceramic stack structure includes stacked stacked first layer and the second layer stack, the stack includes a first layer and the second layer are stacked material layers between the metal bonding composite material formed of stacked layers, piezoelectric ceramic chip, coated with transition metal layer; nickel electrode layer, coated with transition the metal layer, transition metal nickel layer electrode layer coated with piezoelectric ceramic chip surface transition metal plating layer by metal bonding; the stacked first layer and the second layer stack stack by tightening the fastening connection settings. The multilayer piezoelectric ceramic stack structure provided by the invention has better frequency response property, less stress fluctuation at high temperature and simple structure.

【技术实现步骤摘要】
多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法。
技术介绍
高温振动传感器主要是为了解决在高温环境下各种振动的测量。在这些领域中传感器处于高温条件下工作，这使得传感器的放大电路及压电元件很容易失效。目前作为压电元件使用的压电陶瓷堆叠结构常为在分开的压电陶瓷片之间单独设置连接层及电极片。该结构虽然实现了压电元件装配，但是由于连接层与电极片和/或压电陶瓷片之间配合间隙的存在，在振动环境中应用时，上述压电陶瓷堆叠结构会产生变形，进而吸收一部分的能量，从而使传感器整体刚度降低，影响频响特性。特别是在高温环境中，由于各材料之间的膨胀系数不同，造成应力值波动较大，影响压电元件的特性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法，能够提高多层压电陶瓷堆叠结构的刚性，进而提高频响特性；高温下能够减少应力的波动；结构简单；适于批量生产。一方面，根据本专利技术实施例提出了一种多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，第一堆叠层和第二堆叠层均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，镍电极层表面的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。另一个方面，根据本专利技术实施例提供一种多层压电陶瓷堆叠结构的制备方法，包括：提供表面镀有过渡金属层的镍电极材料层，并对镍电极材料层进行裁剪形成镍电极层阵列，镍电极层阵列包括多个镍电极层本体部和连接多个镍电极层本体部的连接部；提供表面镀有过渡金属层的压电陶瓷材料层，对其进行裁剪形成多个压电陶瓷芯片，压电陶瓷芯片的形状与镍电极层本体部对应；将多个压电陶瓷芯片分别与镍电极层阵列的多个镍电极层本体部一一对应设置，并在高温高压下进行挤压处理使得多个镍电极层本体部与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合，形成第一堆叠层阵列或第二堆叠层阵列；将第一堆叠层阵列与第二堆叠层阵列进行层叠设置，形成包括多个多层压电陶瓷堆叠结构单元的阵列；对应每个多层压电陶瓷堆叠结构单元通过预紧件紧固处理；裁断第一堆叠层阵列及第二堆叠层阵列的连接多个镍电极层本体部的连接部，形成多个多层压电陶瓷堆叠结构。还一个方面，根据本专利技术实施例提供一种传感器，包括：敏感元件、转换元件和高温线缆，敏感元件及转换元件通过高温线缆电连接，敏感元件包括支架、设置于支架的质量块和多层压电陶瓷堆叠结构，该多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，第一堆叠层和第二堆叠层均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，镍电极层表面镀的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。与现有技术相比，本专利技术提供的多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法，镀有过渡金属层的压电陶瓷芯片与镀有过渡金属层的电极高压键合实现压电陶瓷芯片与电极化学结合，提高了第一堆叠层与第二堆叠层的刚性，第一堆叠层与第二堆叠层之间的连接也是通过预紧件实现锁紧，而非采取连接层或粘结剂等，因此整体提高了多层压电陶瓷堆叠结构的刚性。还有，本专利技术提供的多层压电陶瓷堆叠结构的第一堆叠层与第二堆叠层之间是通过刚性好的机械结构件来实现紧固锁紧，因此在高温环境下使用时也大大减小了应力波动的问题，故采用本专利技术提供的多层压电陶瓷堆叠结构的传感器的高温特性较佳。另外，本专利技术提供的多层压电陶瓷堆叠结构的结构简单适于批量生产。附图说明下面将参考附图来描述本专利技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。图1是本专利技术实施例提供的多层压电陶瓷堆叠结构的结构示意图。图2是图1所示多层压电陶瓷堆叠结构的第一堆叠层的结构示意图。图3是图1所示多层压电陶瓷堆叠结构的制造流程图。图4是制造多层压电陶瓷堆叠结构过程中形成的第一堆叠层阵列的结构示意图。图5是本专利技术实施例提供的传感器的剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。请参阅图1，本专利技术一实施例提供一种多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层10和第二堆叠层20，第一堆叠层10和第二堆叠层20均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层。第一堆叠层10和第二堆叠层20均包括表面镀有过渡金属层的压电陶瓷芯片和表面镀有过渡金属层的镍电极层，镍电极层表面镀的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合而构成复合材料堆叠层结构体。层叠设置的第一堆叠层10和第二堆叠层20通过预紧件30紧固连接设置。可以理解的是当第一堆叠层10和第二堆叠层20的个数均为一个时，第一堆叠层10和第二堆叠层20依次层叠设置，当第一堆叠层10和第二堆叠层20的个数均为多个时，多个第一堆叠层10与多个第二堆叠层20交替层叠设置。第一堆叠层10的镍电极层与第一外部电极电连接，第二堆叠层20的镍电极层与第二外部电极电连接，第一外部电极与第二外部电极电绝缘且极性不同。可以理解的是，第一堆叠层10和第二堆叠层20的结构形状等可以相同，极性不同。本实施例提供的多层压电陶瓷堆叠结构的第一堆叠层10与第二堆叠层20是由镀有过渡金属层的压电陶瓷芯片与镀有过渡金属层的电极高压键合形成的复合材料堆叠层构成，在键合过程中，压电陶瓷芯片与电极表面镀的过渡金属层之间产生了金属键，金属键结合牢固度高，因此提高了第一堆叠层10与第二堆叠层20的刚性，第一堆叠层10与第二堆叠层20之间的连接也是通过预紧件30实现锁紧，而非采取连接层或粘结剂等，因此整体提高了多层压电陶瓷堆叠结构的刚性。还有，第一堆叠层10与第二堆叠层20之间是通过刚性好的机械结构件即预紧件30来实现紧固锁紧，因此在高温环境下使用时也大大减小了应力波动的问题。可以理解的是一些可选的实施例中，压电陶瓷芯片为薄片结构体，具有相对的上表面与下表面，过渡金属层镀于压电陶瓷芯片的上表面与下表面。压电陶瓷芯片的表面镀的过渡金属层要选用与陶瓷材料亲和性较佳且与镍能够产生金属键键合的的材料，例如金及银中的至少一种构成的导电率高的贵金属层等，优选的为金。过渡金属层的厚度没有特别的要求，只要满足牢固的附着力即可。作为一个可选实施例，镍电极层为薄片结构体，具有相对的上表面与下表面，镍电极层的上表面与下表面镀有过渡金属层，过渡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层均为材料层之间键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，所述镍电极层表面镀的所述过渡金属层与所述压电陶瓷芯片表面镀的所述过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的所述第一堆叠层和所述第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。

【技术特征摘要】
1.一种多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层均为材料层之间键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，所述镍电极层表面镀的所述过渡金属层与所述压电陶瓷芯片表面镀的所述过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的所述第一堆叠层和所述第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。2.根据权利要求1所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层交替设置，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层的结构相同，极性不同。3.根据权利要求1所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述过渡金属层为由电导率高的金及银中的一种通过磁控溅射构成的导电金属层。4.根据权利要求1所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述压电陶瓷芯片表面镀的所述过渡金属层和所述镍电极层的表面镀的所述过渡金属层的材料均为金。5.根据权利要求1所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述预紧件为螺栓、压紧件及锁紧件中的至少一种。6.根据权利要求1所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层均设置有螺栓通孔，所述预紧件为螺栓，所述层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过所述螺栓和所述螺栓通孔的配合进行紧固连接。7.根据权利要求5或6所述的多层压电陶瓷堆叠结构，其特征在于，所述第一堆叠层和所述第二堆叠层直接刚性接触设置。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂泳忠，聂川，
申请(专利权)人：西人马厦门科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35