一种无铅织构压电驱动器及其制备方法技术

本申请涉及压电陶瓷器件技术领域，提供了一种无铅织构压电驱动器。本申请提供的无铅织构压电驱动器包括无铅织构压电驱动器瓷体以及设于无铅织构压电驱动器瓷体两侧面的外电极，无铅织构压电驱动器瓷体包括N层无铅织构化陶瓷膜材，N≥2，N为整数，至少2层无铅织构化陶瓷膜材的表面印刷有内电极，且印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材按照正负电极交错方式循环堆叠，其中，无铅织构化陶瓷膜材包括铌酸钠钾系母材和片状模板。本申请无铅织构压电驱动器具有高应变、低迟滞的性能，可以提高无铅织构压电驱动器的压电常数和位移应变，降低位移迟滞，并在提高压电性能的同时对居里温度几乎无影响。乎无影响。乎无影响。

【技术实现步骤摘要】
一种无铅织构压电驱动器及其制备方法


[0001]本申请属于压电陶瓷器件
，尤其涉及一种无铅织构压电驱动器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的高速发展，电子电器设备产量成倍增长，废弃物的总量也在快速增长，然而废弃物处理体系薄弱，导致电子垃圾中含有的大量对环境和生物体有毒有害的物质释放到自然环境中。为妥善的回收以及处理废弃电子电器产品，以达到保护人类健康以及自然环境的目的，欧盟颁布了“关于电器和电子设备中某些有害物质的限定”的法令，其中明确规定限制含铅材料的使用。
[0003]目前，诸多压电器件因暂无锆钛酸铅(Pb(Zr
0.5
Ti
0.5
)O3，PZT)取代物而暂时得到豁免，压电驱动器便是其中之一，但豁免随时可能被取消，压电驱动器所用压电材料的无铅化已迫在眉睫。铌酸钠钾((K
0.5
Na
0.5
)NbO3，KNN)是当前最有潜力应用于压电驱动器的无铅压电材料体系之一。当前传统固相合成法制备的KNN无铅压电陶瓷已能达到与广泛使用的商业化软性锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷可比的压电性能，但KNN在提升压电性能的同时，居里温度会下降，导致所制作的压电器件具有较低的工作温度，难以满足商业化需求。因此，亟需寻找一种无铅压电陶瓷不以牺牲居里温度来实现提高压电性能，使压电驱动器在获得优异位移性能的同时维持较高的工作温度，成为研究的热点。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种无铅织构压电驱动器及其制备方法，旨在解决KNN无铅压电陶瓷在提升压电性能的同时会导致居里温度下降的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种无铅织构压电驱动器。本申请无铅织构压电驱动器包括无铅织构压电驱动器瓷体以及设于无铅织构压电驱动器瓷体两侧的外电极，无铅织构压电驱动器瓷体包括N层无铅织构化陶瓷膜材，N≥2，N为整数，至少2层无铅织构化陶瓷膜材的表面印刷有内电极，且印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材按照正负电极交错方式循环堆叠；其中，无铅织构化陶瓷膜材包括铌酸钠钾系母材和片状模板。
[0007]第二方面，本申请提供一种无铅织构压电驱动器的制备方法。本申请无铅织构压电驱动器的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S01、制备无铅织构化陶瓷膜材，并将无铅织构化陶瓷膜材切成预设尺寸的方片结构，得空白无铅织构化陶瓷膜材；
[0009]S02、在空白无铅织构化陶瓷膜材的一表面刷上内电极，得到印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材；
[0010]S03、按照无铅织构压电驱动器的设计要求，将若干层空白无铅织构化陶瓷膜材与印刷有内电极的电极无铅织构化陶瓷膜材按照正负极交错的方式循环叠压，得包括层叠设
置的N层无铅织构化陶瓷膜材的无铅压电驱动器巴块；
[0011]S04、将无铅压电驱动器巴块经等静压和切割处理，得无铅压电驱动器生坯；
[0012]S05、将无铅压电驱动器生坯依次进行排胶和第一烧结，得无铅织构压电驱动器瓷体；
[0013]S06、在无铅织构压电驱动器瓷体的两侧面依次进行端电极涂覆、第二烧结、极化，得无铅织构压电驱动器。
[0014]本申请第一方面提供的无铅织构压电驱动器，通过将片状模板与铌酸钠钾系母材制备成具有各向异性的无铅织构化陶瓷膜材，再将无铅织构化陶瓷膜材经循环叠压形成叠层压电驱动器，赋予无铅织构压电驱动器高应变、低迟滞的性能，进而可以提高无铅织构压电驱动器的压电常数和位移应变，降低位移迟滞，并在提高压电性能的同时对居里温度几乎无影响，且采用无铅材料，在制备、应用和废弃的过程中不会污染环境，是一种环境友好型的高性能压电材料。
[0015]本申请第二方面提供的无铅织构压电驱动器的制备方法，能够有效制备具有高应变、低迟滞的无铅织构压电驱动器，赋予无铅织构压电驱动器在提高压电性能的同时不降低居里温度的优异性能，满足商业化各种应用场景的需求，将无铅织构化陶瓷膜材经过若干次循环叠层后，再经过第一烧结，使得压电驱动器内部存在的若干异质共烧界面致密化，从而使得无铅织构化陶瓷膜材中的织构陶瓷颗粒沿驱动器长宽方向展开，沿驱动器厚度方向进行取向生长，通过端电极连接后使所有内电极沿厚度方向并联，在极化过程中，上下两层紧连的内电极分别施加正负电压，最终使所有的压电陶瓷介质层沿厚度方向极化，极化方向与织构陶瓷颗粒的取向生长方向一致，可以使织构压电陶瓷得到充分极化，可以使无铅织构化陶瓷膜材的压电性能得到充分利用，最终使无铅织构压电驱动器获得较好的位移性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种无铅织构压电驱动器瓷体剖面示意图；
[0018]图2是本专利技术实施例提供的另一种无铅织构压电驱动器瓷体剖面示意图；
[0019]图3是本申请实施例1提供的KNNS
‑
CZ
‑
KBH织构压电驱动器的外观图；
[0020]图4是本申请实施例1提供的KNNS
‑
CZ
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KBH织构压电驱动器的表面微观形貌；
[0021]图5是本申请实施例1提供的KNNS
‑
CZ
‑
KBH织构压电驱动器的截面微观形貌；
[0022]图6是本申请实施例1与对比例1提供的压电驱动器瓷体的XRD图谱；
[0023]图7是本申请对比例1提供的KNNS
‑
CZ
‑
KBH非织构压电驱动器的介电温谱；
[0024]图8是本申请实施例1提供的KNNS
‑
CZ
‑
KBH织构压电驱动器的介电温谱；
[0025]图9是本专利技术实施例1以及对比例1制备的压电驱动器的位移迟滞曲线；
[0026]其中，图1和图2中各附图标记：10—无铅织构化陶瓷膜材；20—正内电极；30—负内电极。
具体实施方式
[0027]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0028]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0029]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅织构压电驱动器，其特征在于，包括无铅织构压电驱动器瓷体以及设于所述无铅织构压电驱动器瓷体两侧的外电极，所述无铅织构压电驱动器瓷体包括N层无铅织构化陶瓷膜材，N≥2，N为整数，至少2层所述无铅织构化陶瓷膜材的表面印刷有内电极，且印刷有内电极的所述无铅织构化陶瓷膜材按照正负电极交错方式循环堆叠；其中，所述无铅织构化陶瓷膜材包括铌酸钠钾系母材和片状模板。2.如权利要求1所述的无铅织构压电驱动器，其特征在于，相邻所述印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材之间还设置有表面无内电极的所述无铅织构化陶瓷膜材。3.如权利要求1所述的无铅织构压电驱动器，其特征在于，所述无铅织构压电驱动器瓷体的底层为所述印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材或表面无内电极的所述无铅织构化陶瓷膜材
，
所述无铅织构压电驱动器瓷体的面层为印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材或表面无内电极的所述无铅织构化陶瓷膜材。4.如权利要求1所述的无铅织构压电驱动器，其特征在于，印刷有内电极的所述无铅织构化陶瓷膜材表面印刷的是正内电极图案或负内电极图案，且相邻所述正内电极图案与负内电极图案之间有200μm
‑
600μm的错位。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的无铅织构压电驱动器，其特征在于，所述无铅织构化陶瓷膜材沿<001>方向定向排列；和/或所述片状模板为铌酸钠；和/或所述无铅织构压电驱动器瓷体的厚度为60μm
‑
90μm；和/或所述表面无内电极的无铅织构化陶瓷膜材的厚度为20μm
‑
30μm；和/或所述印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材的厚度为30μm
‑
40μm。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的无铅织构压电驱动器的制备方法，其特征在于，制备无铅织构化陶瓷膜材，并将所述无铅织构化陶瓷膜材切成预设尺寸的方片结构，得空白无铅织构化陶瓷膜材；在所述空白无铅织构化陶瓷膜材的一表面刷上内电极，得到印刷有内电极的无铅织构化陶瓷膜材；按照无铅织构压电驱动器的设计要求，将若干层所述空白无铅织构化陶瓷膜材与所述印刷有内电极的电极无铅织构化陶瓷膜材按照正负极交错的方式循环叠压，得包括层叠设置的N层无铅织构化陶瓷膜材的无铅压电驱动器巴块；将所述无铅压电驱动器巴块经等静压和切割处理，得无铅压电驱动器生坯；将所述无铅压电驱动器生坯依次进行排胶和第一烧结，得无铅织构压电驱动器瓷体；在所述无铅织构压电驱动器瓷体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，张少峰，唐勇，肖倩，刘季超，徐鹏飞，
申请(专利权)人：深圳振华富电子有限公司，
类型：发明
国别省市：