用于制备多孔层的陶瓷浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于制备多孔层的陶瓷浆料及其制备方法和应用。该陶瓷浆料包括溶解组分和固体粉料，溶解组分与固体粉料的重量比为2:3~3:2；其中溶解组分包括多组分溶剂、增塑剂、分散剂和触变剂，多组分溶剂在溶解组分中的占比为80wt%~90wt%；固体粉料为改性压电陶瓷材料和/或压电陶瓷材料组合物；改性压电陶瓷材料包括烧结温度低于压电陶瓷基体材料的低温烧结掺杂改性压电陶瓷材料，压电陶瓷材料组合物包括压电陶瓷基体材料和晶粒生长助剂。本申请的陶瓷浆料能够与基体牢固结合，同时形成的涂层断裂韧性低于基体，当基体内部产生拉应力时，首先在浆料涂层（应力消减层）区域产生裂纹，从而减少对陶瓷基体的应力影响。从而减少对陶瓷基体的应力影响。从而减少对陶瓷基体的应力影响。

【技术实现步骤摘要】
用于制备多孔层的陶瓷浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷领域，具体而言，涉及一种用于制备多孔层的陶瓷浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，压电陶瓷产品在很多领域得到了越来越多的关注，特别是压电致动器产品，其具有良好的刚度、线性度和分辨率、可应用于高真空环境等优良特性，被广泛应用于：精密力学及机械工程、生命科学、医学及生物学、气/液压阀、纳米定位/高速开关和主动、自适应光学等领域。压电微致动器产品是利用压电技术的逆压电效应，其由压电陶瓷，多层内电极共烧结而成。为了防止压电陶瓷在使用过程中水汽诱导其内部银离子迁移，从而产生银枝晶导致压电陶瓷失效的问题，都会在其外部设置保护层，目前最好的保护层是与基体共烧的陶瓷材料。当施加外部激励电压时，压电微致动器内部的每层压电陶瓷都会产生一个微小的相变，这些微小形变叠加后对外产生一个微小的位移，该位移一般为零点几微米到几微米，因此为了提高压电微致动器的输出位移值，需要增加压电陶瓷的内部层数，即从压电陶瓷片向压电陶瓷叠堆发展。
[0003]由于压电陶瓷工作过程中，只有内部的有效区域产生位移形变，而保护层部分不产生位移，因此产生微位移区域对不产生位移区域会产生拉伸力，导致产生疲劳损伤而出现裂纹，裂纹还会产生无序扩展，如果裂纹扩展至压电单元的厚度方向，就会产生器件内部不良，从而产生失效。当多层压电陶瓷产品的厚度超过3mm时，内部就极易产生裂纹，极大的降低产品的寿命。针对此问题，目前有以下解决方式：第一种是使用环氧胶将多个厚度小于3mm的多层压电陶瓷产品粘结，最终制备出高位移量的叠堆，但该方法存在刚度低，不适用于高真空环境等缺点；第二种是一体共烧大尺寸叠堆，每间隔约2mm厚度制备一个应力消减层。
[0004]在专利CN100483766C中，提到了一种制备单片多层致动器的方法，沿着执行器层叠结构的纵轴，基本上平行于内部电极且与内部电极相隔一段距离，在至少两个相对设置的外表面区域内，在执行器结构中有目的的加入轻微干扰，即应力消减层。最终通过在预先设定的应力消减层的开裂，达到消除单片多层致动器内部应力的效果，由于开裂出现在应力消减层，即开裂的位置是可控的，便于提前采取相应的保护措施，从而极大的延长了多层致动器的使用寿命。
[0005]本专利技术专利便是提出一种用于制备应力消减层的陶瓷浆料及其制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种用于制备多孔层的陶瓷浆料及其制备方法和应用，以解决现有技术中压电陶瓷器件在工作过程中易产生裂纹影响使用寿命的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于制备多孔层的陶瓷浆料，该陶瓷浆料包括溶解组分和固体粉料，溶解组分与固体粉料的重量比为2:3~3:2；其
中溶解组分包括多组分溶剂、增塑剂、分散剂和触变剂，多组分溶剂包括至少四种溶剂组分，多组分溶剂在溶解组分中的占比为80wt%~90wt%；固体粉料为改性压电陶瓷材料和/或压电陶瓷材料组合物；改性压电陶瓷材料包括烧结温度低于压电陶瓷基体材料的低温烧结掺杂改性压电陶瓷材料；压电陶瓷材料组合物包括压电陶瓷基体材料和晶粒生长助剂。
[0008]进一步地，晶粒生长助剂在压电陶瓷材料组合物中的占比为0.8wt%~1.5wt%。
[0009]进一步地，晶粒生长助剂包括氧化银、氧化铟和氧化镝中的任意一种或者多种。
[0010]进一步地，低温烧结掺杂改性压电陶瓷材料的烧结温度较压电陶瓷基体材料的烧结温度低50
‑
100℃。
[0011]进一步地，多组分溶剂包括环己酮、二甲苯、正丁醇、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三乙酯、松油醇、丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸丁苄酯中的任意四种。
[0012]进一步地，多组分溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸丁苄酯。
[0013]进一步地，增塑剂在溶解组分中的占比为3wt%
‑
8wt%，增塑剂包括聚乙二醇、聚乙二醇油酸酯、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯中的任意一种或者多种；和/或，分散剂在溶解组分中的占比为3wt%~7wt%，分散剂包括玉米油、PVB、司盘85和三乙醇胺中的任意一种或者多种；和/或，触变剂在溶解组分中的占比为1wt%~5wt%，触变剂包括氢化蓖麻油。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述任一种的陶瓷浆料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1、将多组分溶剂、增塑剂、分散剂和触变剂混合，得到球磨溶剂；步骤S2、将球磨溶剂和固体粉料混合，球磨，得到混合浆料；步骤S3、将混合浆料经筛网过滤，得到筛后浆料；步骤S4、将筛后浆料研磨、均质，得到陶瓷浆料。
[0015]进一步地，步骤S1在加热条件下进行，加热的温度为70~85℃；和/或，步骤S3使用的筛网为100~200目；和/或，步骤S4中使用三辊研磨机进行研磨分散。
[0016]根据本专利技术的又一方面，提供了上述任一种的陶瓷浆料在压电陶瓷器件中的应用。
[0017]应用本专利技术的技术方案，通过采用一定比例的多组分溶剂，将溶剂的沸点拉宽，使得浆料中的溶剂在烧结时可以均匀、缓慢挥发，从而使浆料与基体的结合更加牢固，避免了单组分溶剂的浆料沸点集中，在很小温度范围内的大量挥发，挥发过快导致浆料涂层缺陷较多，致使浆料与陶瓷基体结合不牢固；另一方面，固体粉料为改性压电陶瓷材料和/或上述压电陶瓷材料组合物时，形成的晶粒尺寸较大，涂层中存在多孔结构，使得浆料涂层的断裂韧性低于基体，当基体内部产生拉应力时，首先在浆料涂层（应力消减层）区域产生裂纹，从而减少对陶瓷基体的应力影响，最终可以提高基体以及基体所在的执行机构的使用寿命。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例1的制备流程示意图；
图2示出了根据本专利技术实施例1所制备的浆料涂层的表面形貌图；图3示出了根据本专利技术实施例1所制备的浆料涂层形成的应力消减层在基体中的示意图；以及图4示出了根据本专利技术实施例1所制备的浆料涂层形成的应力消减层在基体中的局部放大图。
[0019]其中，上述附图包括以下附图标记：1、内部电极层；2、浆料涂层（应力消减层）；3、压电陶瓷基体。
具体实施方式
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0021]如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术中存在压电陶瓷在工作过程中易产生裂纹影响使用寿命的问题，为了解决该问题，申请人尝试采用设置应力消减层的方式，通过在预先设定的应力消减层的开裂，达到消除单片多层致动器内部应力的目的，但是在尝试了现有技术中的陶瓷浆料应用于消减层的制备时，效果不理想，因此对现有的陶瓷浆料进行了改进，基于以上研究，本申请提供了一种用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备多孔层的陶瓷浆料，其特征在于，包括溶解组分和固体粉料，所述溶解组分与所述固体粉料的重量比为2:3~3:2；所述溶解组分包括多组分溶剂、增塑剂、分散剂和触变剂，所述多组分溶剂包括至少四种溶剂组分，所述多组分溶剂在所述溶解组分中的占比为80wt%~90wt%；所述固体粉料为改性压电陶瓷材料和/或压电陶瓷材料组合物；所述改性压电陶瓷材料包括烧结温度低于所述压电陶瓷基体材料的低温烧结掺杂改性压电陶瓷材料；所述压电陶瓷材料组合物包括压电陶瓷基体材料和晶粒生长助剂。2.根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述晶粒生长助剂在所述压电陶瓷材料组合物中的占比为0.8wt%~1.5wt%。3.根据权利要求2所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述晶粒生长助剂包括氧化银、氧化铟和氧化镝中的任意一种或者多种。4.根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述低温烧结掺杂改性压电陶瓷材料的烧结温度较所述压电陶瓷基体材料的烧结温度低50
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100℃。5.根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述多组分溶剂包括环己酮、二甲苯、正丁醇、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三乙酯、松油醇、丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸丁苄酯中的任意四种。6.根据权利要求5所述的陶瓷浆料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：连子龙，许良，
申请(专利权)人：苏州隐冠半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：