压电陶瓷的钎焊工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种压电陶瓷的钎焊工艺

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷的钎焊工艺、多层压电陶瓷驱动器及其制备方法


：
[0001]本专利技术属于压电器件
，具体涉及一种压电陶瓷的钎焊工艺
、
多层压电陶瓷驱动器及其制备方法
。

技术介绍

：
[0002]压电陶瓷材料具有压电效应和逆压电效应，可以实现机械能和电能互相转换
。
使用压电陶瓷的逆压电效应，可以将其制备成压电驱动器，实现精确位移控制或者输出强大推力
。
在电子
、
驱动
、
医疗等领域，压电驱动器具有极快的响应速度
、
大的输出力矩
、
高线性度等优点，使其得到了广泛应用
。
压电驱动器的输出位移与推力大小跟施加电压成正比例关系
(
在
≤500V/mm
的情况下
)
，施加电压越大，输出位移也越大
。
然而，单层压电驱动器的施加电压存在限制，即每毫米小于
2000V
；当超过
2000V
时，输出位移与电压呈非线性关系，并且存在击穿的风险
。
将单层压电陶瓷利用叠堆结构，并且经过电路设计，实现机械串联
、
电路并联的结构，可以在较低的工作电压下具有更精确的线性位移重复性与更大的位移量等特点，从而形成多层压电陶瓷驱动器
。
通过增加压电陶瓷层叠数量与减小单层厚度，能够实现多层压电陶瓷驱动器低电压
、
大位移驱动的目的
。
[0003]现有的多层压电陶瓷驱动器主要采用以下方法制成：
1)
将单层压电陶瓷元件集成为多层压电陶瓷驱动器
。
具体方法为：将高温烧结制备的压电陶瓷加工成厚度为
0.15
～
1.00mm
的薄片，按照一定的结构与电路设计，经上电极并极化后，通过粘合剂加工这些薄片层叠粘接制得；
2)
采用流延成型技术，压电陶瓷生瓷薄片，并用银
/
钯电极印刷作内电极，采用叠层法，将两者低温共烧制得，即
LTCC(Low
‑
Temperature Co
‑
fired Ceramics)
技术
。
[0004]上述中的现有技术方案存在以下缺陷：第一种方法制得的多层压电陶瓷驱动器在工作温度
≥100℃
时，由于其采用的粘合剂一般为热熔型粘合剂，薄片和粘合剂之间容易受热分离，导致器件性能急剧下降
、
甚至失效，不适用于高温工作环境，并且陶瓷片之间的银层需要相互电导通，胶接层厚度难以达到厚度均匀的微米级尺度要求；第二种方法制得的多层压电陶瓷驱动器由于烧结温度低，导致压电陶瓷薄片自身的强度不高，虽然不存在高温层间分离的情况，但是其综合性能不高，且制备要求高
、
工艺复杂
。

技术实现思路

：
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种压电陶瓷的钎焊工艺
、
多层压电陶瓷驱动器及其制备方法，通过压电陶瓷的钎焊工艺来制备多层压电陶瓷驱动器，可以避免胶粘剂的使用，从而防止驱动器在长时间工作状态下失效
。
[0006]本专利技术的技术解决方案是，提供一种压电陶瓷的钎焊工艺
,
所述压电陶瓷正反面设有分子银浆印刷而成的分子银浆层，在分子银浆层表面采用丝网印刷低温钎焊材料，印刷完成后，将处理得到的压电陶瓷片依次叠放，并用专用夹具，施加一定夹持力，经烘干
、
软化，使银分子银浆层与低温钎焊材料预合金化；最后将其放置在真空烧结炉内烧结，使多个层叠的压电陶瓷片一体化；其中，
[0007]压电陶瓷为
P
‑
5H
型或
P
‑
14
型的片状压电陶瓷；
[0008]低温钎焊材料，由以下各组分重量百分比总量为
100
％计组成：金属合金粉末
75
％～
85
％，焊剂粉末5％～
10
％，有机溶剂
10
％～
15
％，增稠剂0～2％，分散剂0～2％；其中，金属合金粉末各组分重量百分比如下：
Sn:30
～
60
％，
In:30
～
70
％，
Pb:10
～
30
％，
Cu:0
～
10
％，
Ni:0
～
10
％；
[0009]低温钎焊工艺，施加夹持力为
10
～
30N、
烘干温度为
100
～
150℃
；低温钎焊真空烧结条件分别是：真空度为
10
‑2～
10
‑5Pa
，温度为
300
～
500℃
，保温时间为1～
10
分钟
。
[0010]作为优选，低温钎焊材料的焊剂粉末为由氟化四铝酸钾和五氟铝酸二甲组成
。
[0011]作为优选，低温钎焊材料的有机溶剂为丙二醇
、
丁二醇和乙二醇丁醚中的至少一种
。
[0012]作为优选，增稠剂为聚乙二醇；分散剂为亚油酸
。
[0013]本专利技术还提供一种压电陶瓷的钎焊工艺制备而成的多层压电陶瓷驱动器，压电陶瓷片正反表面分别设有分子银浆层，多个压电陶瓷片依次层叠并通过低温钎焊材料熔接且相邻压电陶瓷片邻接面上的分子银浆层呈叉指状
。
[0014]具体的，压电陶瓷片左右两侧侧面分别设置有相对设置的电极；
[0015]压电陶瓷片正面靠近左侧电极一侧的分子银浆层与压电陶瓷片边缘相接触；压电陶瓷片正面另外三侧的分子银浆层距离压电陶瓷片外侧边缘
0.5
～
1.5mm
从而形成电极留白区域，并在该电极留白区域上印刷玻璃釉并形成玻璃釉层；
[0016]压电陶瓷片背面靠近右侧电极一侧的分子银浆层与压电陶瓷片边缘相接触；压电陶瓷片背面另外三侧的分子银浆层距离压电陶瓷片外侧边缘
0.5
～
1.5mm
从而形成电极留白区域，电极留白区域上印刷玻璃釉并形成玻璃釉层；
[0017]所述玻璃釉由有机载体与玻璃粉组成，以所述玻璃秞总量为
100
％计，各组分重量百分比如下：玻璃粉
70
％～
85
％；有机载体
15
％～
30
％
。
有机载体为有机溶剂和占有机溶剂总重
10
～
20
％的乙基纤维素，所述有机溶剂为丁基卡必醇醋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种压电陶瓷的钎焊工艺
,
其特征在于：所述压电陶瓷正反面设有分子银浆印刷而成的分子银浆层，在分子银浆层表面丝网印刷低温钎焊材料，印刷完成后，将处理得到的压电陶瓷片依次叠放，施加特定夹持力，经烘干
、
软化，使分子银浆层与低温钎焊材料预合金化；最后将其放置在真空烧结炉内烧结，使多个层叠的压电陶瓷片一体化；其中，压电陶瓷为
P
‑
5H
型或
P
‑
14
型的片状压电陶瓷；低温钎焊材料，由以下各组分重量百分比总量为
100
％计组成：金属合金粉末
75
％～
85
％，焊剂粉末5％～
10
％，有机溶剂
10
％～
15
％，增稠剂0～2％，分散剂0～2％；其中，金属合金粉末各组分重量百分比如下：
Sn:30
～
60
％，
In:30
～
70
％，
Pb:10
～
30
％，
Cu:0
～
10
％，
Ni:0
～
10
％；施加夹持力为
10
～
30N、
烘干温度为
100
～
150℃
；真空烧结条件分别是：真空度为
10
‑2～
10
‑5Pa
，温度为
300
～
500℃
，保温时间为1～
10
分钟
。2.
根据权利要求1所述的压电陶瓷的钎焊工艺，其特征在于：低温钎焊材料的焊剂粉末为由氟化四铝酸钾和五氟铝酸二甲组成
。3.
根据权利要求1所述的压电陶瓷的钎焊工艺，其特征在于：低温钎焊材料的有机溶剂为丙二醇
、
丁二醇和乙二醇丁醚中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的压电陶瓷的钎焊工艺，其特征在于：增稠剂为聚乙二醇；分散剂为亚油酸
。5.
根据权利要求1所述的压电陶瓷的钎焊工艺制备而成的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：压电陶瓷片正反表面分别设有分子银浆层，多个压电陶瓷片依次层叠并通过低温钎焊材料熔接且相邻压电陶瓷片邻接面上的分子银浆层呈叉指状
。6.
根据权利要求5所述的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：压电陶瓷片左右两侧侧面分别设置有相对设置的电极；压电陶瓷片正面靠近左侧电极一侧的分子银浆层与压电陶瓷片边缘相接触；压电陶瓷片正面另外三侧的分子银浆层距离压电陶瓷片外侧边缘
0.5
～
1.5mm
从而形成电极留白区域，并在该电极留白区域上印刷玻璃釉并形成玻璃釉层；压电陶瓷片背面靠近右侧电极一侧的分子银浆层与压电陶瓷片边缘相接触；压电陶瓷片背面另外三侧的分子银浆层距离压电陶瓷片外侧边缘
0.5
～
1.5mm
从而形成电极留白区域，电极留白区域上印刷玻璃釉并形成玻璃釉层；所述玻璃釉由有机载体与玻璃粉组成，以所述玻璃秞总量为
100
％计，各组分重量百分比如下：玻璃粉
70
...

【专利技术属性】
技术研发人员：项光磊，汪跃群，高亮，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：