一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，PMN

【技术实现步骤摘要】
一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法


[0001]本专利技术属于压电陶瓷器件
，具体涉及一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电致动器是利用陶瓷的纵向伸缩，即d33模式在一定方向上施加电场而产生相应位移和力的器件。由于它具有尺寸小、线性度好、位移分辨率高、响应速度快、能耗低、发热小、出力大等优点，已经成为一种理想的微位移驱动器件，非常适合在精密定位、纳米加工、光学器件、航空航天等领域中应用。
[0003]由于单片的压电陶瓷片的输出位移比较小，故常采用一定的工艺将多片压电陶瓷晶片和电极叠合而成压电陶瓷叠堆以提高输出位移。叠堆驱动器采用叉指式内电极结构，实现了在力学上串联，电学上并联，总的位移输出量为各层位移之和。
[0004]叠堆式压电驱动器具有驱动电压下限较低、响应时间短、输出压力高以及位移可重复性好、控制操作简便等优点。但其缺点也较为明显：根据压电效应的基本性质，要取得大量程的位移必须提高驱动电压，而叠堆的结构特点又限制了陶瓷材料的耐高压性能(目前市面上销售的同类产品驱动电压一般不超过150V)，继而限制了该类结构产品的位移上限。且传统的压电陶瓷配方需经历1200℃以上的高温烧结，此过程中发生的铅气化会对环境造成污染。以上种种原因，都对此类产品的进一步推广应用造成了障碍。为了满足日益增长的市场需求，叠堆式压电驱动器的耐高压性能需改进提高，而其所采用的压电陶瓷材料烧结温度需进一步降低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器及其制备方法，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，解决了现有产品制备技术中陶瓷材料烧结温度高、耐驱动电压低的问题。可将陶瓷片的烧结温度降低至900～950℃，并将致动器的驱动电压提升至最高500V。
[0006]为了达到上述技术效果，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，所述低温烧结压电陶瓷的化学通式为aPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O3‑
bPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3‑
cPb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3‑
dPb(Zr
0.53
Ti
0.47
)O3+e％Sm2O3+f％Fe2O3+g％Cr2O3+h％Pb(Fe
2/3
W
1/3
)O3，其中a+c＝0.1、0.07≤b≤0.15、0.75≤d≤0.83、1.5≤e≤3、f+g＝1、0.05≤h≤0.1；PMN
‑
PNN
‑
PZN
‑
PZT为基体陶瓷粉体，Sm2O3、Fe2O3、Cr2O3、Pb(Fe
2/3
W
1/3
)O3为陶瓷材料配方中的辅料，e％、f％、g％、h％分别表示对应的化合物占基体陶瓷粉体的质量百分比。
[0008]本专利技术还提供了一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)制备压电陶瓷单片；(2)对制备完成后的压电陶瓷单片进行极化和外观筛选，剔除不合格陶瓷片；(3)将合格的压电陶瓷单片置于工装中，按照按照电极交错的方式进行
叉指式堆叠并用耐高温环氧树脂胶水进行粘接；(4)将粘接完成的堆叠体进行高温烘烤固化；(5)在固化后的堆叠体侧面电极连接口处涂刷导电银浆，连通侧面电极，烧渗侧面银电极；(6)烧渗完成后，焊接电导线将侧面电极导出；在压电陶瓷堆叠体表面均匀涂刷耐高温环氧树脂胶水，并置于烘箱中致其充分固化；(8)对压电陶瓷叠堆进行极化，后于室温下静置得到致动器成品。
[0010]进一步的技术方案为，所述压电陶瓷单片的化学通式为：aPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O3‑
bPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3‑
cPb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3‑
dPb(Zr
0.53
Ti
0.47
)O3+e％Sm2O3+f％Fe2O3+g％Cr2O3+h％Pb(Fe
2/3
W
1/3
)O3，其中a+c＝0.1、0.07≤b≤0.15、0.75≤d≤0.83、1.5≤e≤3、f+g＝1、0.05≤h≤0.1；PMN
‑
PNN
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PZN
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PZT为基体陶瓷粉体，Sm2O3、Fe2O3、Cr2O3、Pb(Fe
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W
1/3
)O3为陶瓷材料配方中的辅料，e％、f％、g％、h％分别表示对应的化合物占基体陶瓷粉体的质量百分比。
[0011]进一步的技术方案为，所述压电陶瓷单片的制备方法包括以下步骤：(1)按照化学计量比称取Pb3O4、Fe2O3和WO3，经过混合、球磨、煅烧后得到Pb(Fe
2/3
W
1/3
)O3粉体；(2)按照化学通式，根据化学计量比称取各陶瓷基体氧化物，将各类氧化物混合成粉料A，对粉料A进行球磨、烘干；(3)对烘干后的粉料A进行预烧，然后按照质量百分比加入掺杂粉体并混合得到混合粉体B，将混合粉体B进行球磨、烘干；(4)将烘干后的混合粉体B装入模具进行等静压成型、烧结、切片工艺得到压电陶瓷单片。
[0012]进一步的技术方案为，所述步骤(4)中高温烘烤固化的条件为烘烤温度120～160℃，烘烤时间110～130min。
[0013]进一步的技术方案为，所述步骤(6)中固化的条件为固化温度120～160℃，固化时间110～130min。
[0014]进一步的技术方案为，步骤(8)中极化的条件为在110～130℃油浴环境中以2800～3200V/mm极化20～30min。
[0015]进一步的技术方案为，步骤(1)中球磨和烘干的条件具体为将各类氧化物混合成粉料，以无水乙醇为介质用行星球磨机球磨，球磨时间280～320min，球磨转速110～130r/min，粉料/无水乙醇/锆球的质量比为1：0.75：2.5，球磨结束后，将湿料在70～90℃下烘干10～14h，步骤(3)中球磨和烘干的条件与步骤(1)相同。
[0016]进一步的技术方案为，步骤(2)中预烧的条件为将烘干后的粉料置于850℃环境下预烧4h。
[0017]进一步的技术方案为，步骤(3)中烧结的条件具体为烧结温度900～950℃，保温时间为2～3h，升温速率为3～5℃/min。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本申请的压电陶瓷材料配方可以明显的降低材料烧结温度，减少材料中铅组分的高温气化，从而达到节能减排、保护环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器，其特征在于，所述致动器由低温烧结压电陶瓷材料制备而成，所述低温烧结压电陶瓷的化学通式为aPb(Mn
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Nb
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)O3‑
bPb(Ni
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Nb
2/3
)O3‑
cPb(Zn
1/3
Nb
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)O3‑
dPb(Zr
0.53
Ti
0.47
)O3+e％Sm2O3+f％Fe2O3+g％Cr2O3+h％Pb(Fe
2/3
W
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)O3，其中a+c＝0.1、0.07≤b≤0.15、0.75≤d≤0.83、1.5≤e≤3、f+g＝1、0.05≤h≤0.1；PMN
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PNN
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PZN
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PZT为基体陶瓷粉体，Sm2O3、Fe2O3、Cr2O3、Pb(Fe
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W
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)O3为陶瓷材料配方中的辅料，e％、f％、g％、h％分别表示对应的化合物占基体陶瓷粉体的质量百分比。2.一种高电压叠堆式压电陶瓷致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备压电陶瓷单片；(2)对制备完成后的压电陶瓷单片进行极化和外观筛选，剔除不合格陶瓷片；(3)将合格的压电陶瓷单片置于工装中，按照按照电极交错的方式进行叉指式堆叠并用耐高温环氧树脂胶水进行粘接；(4)将粘接完成的堆叠体进行高温烘烤固化；(5)在固化后的堆叠体侧面电极连接口处涂刷导电银浆，连通侧面电极，烧渗侧面银电极；(6)烧渗完成后，焊接电导线将侧面电极导出；在压电陶瓷堆叠体表面均匀涂刷耐高温环氧树脂胶水，并置于烘箱中致其充分固化；(8)对压电陶瓷叠堆进行极化，后于室温下静置得到致动器成品。3.根据权利要求2所述的高电压叠堆式压电陶瓷致动器的制备方法，其特征在于，所述压电陶瓷单片的化学通式为：aPb(Mn
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Nb
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)O3‑
bPb(Ni
1/3
Nb
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)O3‑
cPb(Zn
1/3
Nb
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)O3‑
dPb(Zr
0.53
Ti
0.47
)O3+e％Sm2O3+f％Fe2O3+g％Cr2O3+h％Pb(Fe
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W
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)O3，其中a+c＝0.1、0.07≤b≤0.15...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云锴，申桃，张博，李佳，蔡东，
申请(专利权)人：成都汇通西电电子有限公司，
类型：发明
国别省市：