[發明專利]一種多層陶瓷內部界面的制備方法

在審

• 申請號: 201710149646.X
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106927822A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 王一平;鄭炳金;楊穎;姚靖懿;盛云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B41/88;H02N2/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及多層陶瓷材料制備技術領域，尤其涉及一種多層陶瓷內部界面的制備方法。

背景技術

壓電作動器具有控制精度高、響應速度快、線性度好、功耗低等優點，已被廣泛應用于電子、通信、醫學等諸多領域。與此同時，隨著科學的發展，單層壓電作動器驅動電壓高、位移太小，已經沒法滿足當前低電壓下大位移的需要。為了克服這一缺點，多層壓電作動器受到了越來越多的關注。由于多層壓電作動器可以將電子電路埋設在器件內部，在保證器件的性能同時，可以最大化的降低器件的外形尺寸。

多層壓電陶瓷作動器在實際使用過程中，需要不斷的將電能和機械能相互轉化。在這個過程中，多層陶瓷基體與內電極界面處所無法盡除的界面間隙和裂紋，再由于應力集中的原因，裂紋會逐漸擴大，直至多層壓電陶瓷作動器出現破損而徹底失效。

因此，界面間隙和裂紋所引發的多層壓電陶瓷作動器失效的問題，成為限制多層壓電陶瓷作動器使用范圍的最大瓶頸。

發明內容

本發明的實施例提供一種多層陶瓷內部界面的制備方法，能夠緩減界面間隙和裂紋所引發的多層壓電陶瓷作動器失效的問題。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

步驟(1)，將原料按照預設的比例稱量，并放入行星式球磨機中進行一次球磨，從而混合原料，其中，所述原料包括氧化鉛(PbO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銅(CuO)、二氧化鋯(ZrO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、二氧化錳(MnO₂)、三氧化二銻(Sb₂O₃)、五氧化二鈮(Nb₂O₅)；所述預設的比例按照四元系PZT基壓電陶瓷的化學式配比，所述四元系PZT基壓電陶瓷的化學式為：0.90Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃-0.05Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-0.05Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃；

步驟(2)，將經過步驟(1)混合好的原料放入模具中壓制成柱狀，再將壓制后的原料放入馬弗爐中以100℃/h的速度升溫至850℃，并在850℃保溫4h；

步驟(3)，向經過步驟(2)處理的原料添加1wt％的助燒結劑CuO，并再放入行星式球磨機中進行二次球磨；

步驟(4)，將經過步驟(3)處理的原料放入振動篩中；

步驟(5)，配制稀釋劑；

步驟(6)，將經過步驟(4)處理的原料和所述稀釋劑添加到ESL903-A內電極銀漿中，制成內電極銀漿，再利用200目的絲網將所述內電極銀漿印刷在陶瓷生片上；

步驟(7)，將經過步驟(6)處理的陶瓷生片，按照插指型結構堆疊，再進行熱壓，其中，進行熱壓時所使用的熱壓溫度為70℃，熱壓壓力為15Mpa；

步驟(8)，將經過步驟(7)處理的陶瓷生片放置在經過步驟(3)處理的原料中，并進行埋燒，從而完成所述陶瓷生片中的多層陶瓷內部界面的制備。

本發明實施例提供的多層陶瓷內部界面的制備方法，在內電極銀漿中摻雜一定的基體材料陶瓷粉和特制稀釋劑，使得內電極與陶瓷基體生長在一起，從而解決在共燒過程中，由于陶瓷基體材料與內電極材料的收縮系數失配所造成的界面缺陷。與現有方案中通過單純降低內電極與壓電陶瓷基體的收縮失配比相比較，本發明通過在多層陶瓷作動器的內電極銀漿中添加一定含量的基體陶瓷粉，再通過加入特制的稀釋劑，將內電極銀漿稀釋，使得多層陶瓷作動器內電極中的陶瓷顆粒與基體陶瓷顆粒生長到一起，如附圖2所示，從而解決多層陶瓷作動器中由于界面間隙或者微裂紋而引起的整體器件使用壽命較低的問題。經過本發明所制備的多層陶瓷作動器界面間隙和基本完全消失，多層陶瓷作動器的抗剪切強度較改進前提高了80％以上，且內電極的導電性基本不受影響，基體陶瓷材料的各項性能也沒有發生較大變化，完全符合使用要求，附圖3為實際測試的抗剪切強度圖示。最終緩減了多層壓電陶瓷內電極界面的間隙和裂紋，將多層壓電陶瓷的抗剪切強度提高了1.8倍以上，具有很大的實用價值。

附圖說明