[發明專利]一種提高剪切式形變量的壓電噴頭及其制備方法

在審

• 申請號: 201610340112.0
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN107399165A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 李鵬;謝永林;李令英;錢波;張小飛;周巖;豐雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所;蘇州銳發打印技術有限公司
• 主分類號: B41J2/14
• 分類號: B41J2/14;B41J2/16
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 孫偉峰

技術領域

本發明涉及微加工技術領域，尤其涉及一種提高剪切式形變量的壓電噴頭及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷是一種新型的功能材料，廣泛應用于電子、光、熱、聲學等領域。在壓電陶瓷器件制備的過程中，極化是關鍵工藝。極化過程是壓電陶瓷中疇結構運動和發展的過程。壓電陶瓷在人工極化前為各向同性體，對外不顯示壓電效應；極化后，由于剩余極化，成為各向異性體，從而具有壓電效應。

壓電噴墨利用噴嘴上游壓電陶瓷(執行器)的逆壓電效應，在外電場的驅動下使得噴嘴液腔壁產生機械位移，改變液腔體積；從而在液腔內部產生壓力波，利用壓力波驅動墨水形成液滴，并從噴嘴噴出。

通常的壓電噴墨噴頭的壓電陶瓷在極化時選定一個極化方向進行極化，其具體工作原理為：當往壓電致動器上施加電壓脈沖時，正電壓會使壓電致動器向管外擴張。隨著壓電致動器的逐漸擴張，管道內的體積將逐漸變大，腔體內的液體壓力快速變為負。此時，當液體壓力比大氣壓小時，噴嘴口的液體會向管內回縮。一段時間之后，撤去電壓脈沖，壓電致動器會相應的向管道中心收縮，最終回到原位，擠壓管道中的液體。此種壓電噴墨噴頭在實際應用中會出現壓電陶瓷的剪切式運動位移量較小，即噴頭的壓力腔形變量較小，在陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情況下，壓電陶瓷所需驅動電壓較大。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供了一種提高剪切式形變量的壓電噴頭及其制備方法，該制備方法可以有效的提高壓電陶瓷的剪切式運動形變量，在陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情況下，分區域極化的壓電陶瓷所需驅動電壓可以有效的降低。

為了實現上述的目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種提高剪切式形變量的壓電噴頭，包括具有壓力腔、墨水通道和噴孔的 襯底、壓電陶瓷片、設于所述壓電陶瓷片內表面的下極化電極層和設于所述壓電陶瓷片外表面多個驅動電極，所述下極化電極層與所述襯底凹設有所述壓力腔的一面鍵合，所述壓電陶瓷片具有不同的極化方向。

作為其中一種實施方式，所述襯底為SOI襯底材料。

作為其中一種實施方式，所述驅動電極的材質選自鉑、金、銀、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎳中的任意一種，所述驅動電極的厚度為50nm～5μm。

作為其中一種實施方式，所述壓電陶瓷片的厚度為5μm～2mm。

作為其中一種實施方式，每個所述驅動電極的寬度均大于10μm。

本發明的另一目的在于提供一種提高剪切式形變量的壓電噴頭的制備方法，包括：

S01、在壓電陶瓷片下表面沉積金屬膜作為下極化電極層；

S02、在SOI襯底上刻蝕壓力腔、墨水通道以及噴孔；

S03、將壓電陶瓷片下表面和SOI襯底凹設有壓力腔的一面鍵合，并研磨壓電陶瓷片上表面至預定厚度；

S04、在壓電陶瓷片上表面沉積金屬膜并光刻出上極化電極圖形，腐蝕出上極化電極圖形并去除光刻膠；

S05、在壓電陶瓷片的不同區域選定不同極化方向進行極化，并腐蝕掉上極化電極；

S06、在壓電陶瓷片上表面沉積金屬膜，并光刻出驅動電極圖形；

S07、腐蝕出驅動電極圖形并去除光刻膠。

作為其中一種實施方式，所述步驟S01、S04、S06中的所述金屬膜的材質選自鉑、金、銀、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎳中的任意一種，金屬膜的厚度為50nm～5μm。

作為其中一種實施方式，所述步驟S01、S04、S06中的所述金屬膜的粘附層為鈦或鉻，厚度為10～20nm。

作為其中一種實施方式，所述步驟S04的上極化電極圖形中相鄰兩上極化電極之間的間距大于10μm。

作為其中一種實施方式，所述步驟S03中，所述壓電陶瓷片與所述SOI襯底BCB鍵合。

作為其中一種實施方式，所述步驟S05中極化電壓為20～2000V。

本發明提出的提高剪切式形變量的壓電噴頭制備方法將壓電陶瓷片不同區域選定不同極化方向進行極化，與通常的只對壓電陶瓷片選定一個極化方向進行極化相比，有效地提高壓了壓電陶瓷的剪切式運動位移量；在壓電陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情況下，分區域極化的壓電陶瓷所需驅動電壓可以有效的降低。

附圖說明

圖1為本發明實施例的壓電噴頭的結構示意圖。

圖2為壓電陶瓷片只選定一個方向進行極化的結構示意圖及其有限元模擬位移圖。

圖3為本發明實施例的壓電陶瓷片的結構示意圖及其有限元模擬位移圖。