一种1-3型压电单晶复合材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种1

【技术实现步骤摘要】
一种1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法


[0001]本专利技术属于电子元器件制造
，主要是一种1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法。

技术介绍

[0002]弛豫基压电单晶PMNT是上世纪90年代开始商业化的一种高性能压电单晶材料，其压电系数d
33
高达2000pC/N，机电耦合系数k
33
高达0.97，是一种非常有前景的超高性能压电材料。1
‑
3型压电单晶复合材料克服了纯单晶材料声阻抗高、硬而脆等缺陷，可以充分发挥复合材料声阻抗匹配性能好、探测频带宽、发射方向性好、横向耦合噪声低和设计性强等特点，设计兼具主动和被动功能的水声换能器具有广阔的前景。单晶材料的硬而脆的特点很难通过传统切割方法进行高品质的加工。
[0003]传统刀片式(砂轮)切割单晶时，受限于单晶材料的脆性以及刀片或砂轮的厚度，无法实现精细切割；并且较大的切割应力和切割温度，很容易造成(极化后的)单晶基体的退极化，进而影响制备材料的压电性能，无法充分发挥单晶材料的性能(高压电系数等)优势。且后续制备，大多是灌注(环氧等)后进行加工、涂敷电极并进行极化的，压电功能相(单晶)的极化电压通常大于灌注材料(填充物质)的击穿电压，这给复合材料制备过程中的极化环节带来了较大的不利影响，极化电压过高容易出现严重的击穿，极化电压不足压电相性能又无法充分发挥。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决传统制备方法的工艺缺陷，结合单晶材料脆性易崩瓷的特点，而提供一种1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法。
[0005]本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。一种1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法，主要步骤包括单晶材料的精细切割和灌注、加工、制备电极，其中压电单晶材料的精细切割和灌注，具体包括：
[0006](1)、采用双面切割的方式实现对单晶材料的阵列加工：首先沿单晶极化轴方向进行多线切割，一面横向切割后，然后翻转180度到另一面，进行垂直方向的切割，形成多个晶体柱，切割均需要预留连通基板，晶体柱与连通基板相连接；厚度控制在0.2mm～1mm。后续灌注固化过程中，灌注填充物质的收缩相对均匀，晶体柱承受的形变应力更小，可以大大降低晶体柱断裂风险，灌注固化的效果更佳。
[0007](2)、晶体阵列切割完成后进行超声波清洗，烘干以备后续灌注填充物；在切缝中灌注填充材料。
[0008]更进一步的，切割阵列晶体柱边长a(mm)，相邻线距(辊轮槽距)b(mm)，切割线径c(mm)，切缝e(mm)，切割次数n，切缝与切割线径的比值γ，切割单晶时，γ＝1.05
±
0.03。他们之间有如下关系：
[0009]a＝b/n﹣e，e＝γ
·
c。
[0010]更进一步的，以切割次数n＝1，进行晶体柱边长a、切割线径c、相邻线距(辊轮槽距)b的选择与设计。后续灌注固化过程中，灌注填充物质的收缩相对均匀，晶体柱承受的形变应力更小，可以大大降低晶体柱断裂风险，灌注固化的效果更佳。
[0011]切割线线径选择0.10mm～0.30mm，切割线的线速度在300m/min～500m/min之间，线张力在10N～50N之间。作为优选，对单晶材料进行精细切割时，线径(0.24
±
0.05)mm，线速度(400
±
50)m/min，线张力(30
±
10)N。线切割进给速度控制在0.30mm/min～0.70mm/min之间。
[0012]更进一步的，切割线径选择0.10mm～0.30mm，切割线的线速度在300m/min～500m/min之间，线张力在10N～50N之间，线切割进给速度控制在0.30mm/min～0.70mm/min之间。
[0013]填充物的配制，填充物选用环氧树脂(E
‑
44或E
‑
51)和相近组分陶瓷干粉，固化剂选用二乙烯三胺或2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑，固化剂：陶瓷干粉：环氧树脂(重量比)＝x：y：1，x＝2％～25％，y＝0％～15％进行配制，搅拌均匀后真空脱泡。无尘环境下进行灌注，灌注后在温度≤80℃环境下固化，固化并冷却至室温后加工成需要的尺寸，主平面涂覆电极，测试后完成制备过程。
[0014]作为优选，填充物选用环氧树脂E
‑
51，固化剂选用2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑，固化剂与环氧树脂重量比例3％～8％，陶瓷干粉与环氧树脂重量比例2％～10％，陶瓷干粉粒度D50≤1.0μm，灌注固化温度45℃～90℃。
[0015]作为优选，电极材料采用常温固化导电银浆，银浆固化温度≤100℃，采用丝网印刷技术印制电极，电极任意两点的电阻≤1.0Ω。
[0016]本专利技术的有益效果为：该制备方法克服了单晶切割容易断裂、崩瓷等不利影响；解决了单晶复合材料制备过程中的诸多瓶颈，如复合材料切割、灌注过程中容易退极化、精细切割废品率高、晶体柱尺寸一致性差、切割效率低等不足之处，在1
‑
3型单晶复合材料制备上具有明显的技术优势。
附图说明
[0017]图1为本专利技术流程示意图。
[0018]图2为单晶正面切割后剖面图。
[0019]图3为单晶正、反两面切割后俯视图。
[0020]图4为单晶正、反两面切割后立体示意图。
[0021]图5单晶阵列灌注并加工后示意图。
[0022]图中：1
‑
晶体柱、2
‑
切缝、3
‑
连通基板、4
‑
填充材料。
具体实施方式
[0023]下面通过具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而并非要限制本专利技术的范围。
[0024]本专利技术提供了一种基于多线切割技术的1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法，生产工艺流程如图1，主要有压电单晶切割、基体灌注、加工、电极制备和复合材料测量等工艺过程组成。采用双面切割的方式实现对单晶材料的阵列加工：首先沿单晶极化轴方向进行多线切割，一面横向切割后，然后翻转180度到另一面，进行垂直方向的切割，形成多个晶体柱
1，切割均需要预留连通基板3(保持单晶完整的架构)，晶体柱1的上下两端与连通基板3相连接。晶体阵列切割完成后进行超声波清洗，烘干以备后续灌注填充物；在切缝2中灌注填充材料4。正面切割后剖面图如图2，正反两面切割后俯视图如图3，切割预留连通基板和立体图如图4，灌注加工后单晶阵列如图5。
[0025]切割线径选择0.10mm～0.30mm，线速度在300m/min～500m/min之间，线张力在10N～50N之间。
[0026]作为优选，切割单晶材料时，线径(0.20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1
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3型压电单晶复合材料制备方法，其特征在于：主要步骤包括单晶材料的精细切割和灌注、加工、制备电极，其中压电单晶材料的精细切割和灌注，具体包括：(1)、采用双面切割的方式实现对单晶材料的阵列加工：首先沿单晶极化轴方向进行多线切割，一面横向切割后，然后翻转180度到另一面，进行垂直方向的切割，形成多个晶体柱(1)，切割均需要预留连通基板(3)，晶体柱(1)与连通基板(3)相连接；(2)、在切缝(2)中灌注填充材料(4)。2.根据权利要求1所述的1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法，其特征在于：切割阵列晶体柱边长a，相邻线距b，切割线径c，切缝e，切割次数n，切缝与切割线径的比值γ，切割单晶时，γ＝1.05
±
0.03，他们之间有如下关系：a＝b/n﹣e，e＝γ
·
c。3.根据权利要求2所述的1
‑
3型压电单晶复合材料制备方法，其特征在于：以切割次数n＝1，进行晶体柱边长a、切割线径c、相邻线距b的选择。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪跃群，李伟，高亮，
申请(专利权)人：杭州瑞声海洋仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：