[發明專利]多層壓電陶瓷堆疊結構、傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710407974.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107195769A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 聶泳忠;聶川
• 申請（專利權）人: 西人馬（廈門）科技有限公司
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/053;H01L41/083;H01L41/113;H01L41/277;H01L41/293;G01H11/08
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司11258
• 代理人: 娜拉

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種多層壓電陶瓷堆疊結構、傳感器及其制備方法。

背景技術

高溫振動傳感器主要是為了解決在高溫環境下各種振動的測量。在這些領域中傳感器處于高溫條件下工作，這使得傳感器的放大電路及壓電元件很容易失效。

目前作為壓電元件使用的壓電陶瓷堆疊結構常為在分開的壓電陶瓷片之間單獨設置連接層及電極片。該結構雖然實現了壓電元件裝配，但是由于連接層與電極片和/或壓電陶瓷片之間配合間隙的存在，在振動環境中應用時，上述壓電陶瓷堆疊結構會產生變形，進而吸收一部分的能量，從而使傳感器整體剛度降低，影響頻響特性。特別是在高溫環境中，由于各材料之間的膨脹系數不同，造成應力值波動較大，影響壓電元件的特性。

發明內容

本發明實施例提供一種多層壓電陶瓷堆疊結構、傳感器及其制備方法，能夠提高多層壓電陶瓷堆疊結構的剛性，進而提高頻響特性；高溫下能夠減少應力的波動；結構簡單；適于批量生產。

一方面，根據本發明實施例提出了一種多層壓電陶瓷堆疊結構包括層疊設置的第一堆疊層和第二堆疊層，第一堆疊層和第二堆疊層均為材料層之間金屬鍵鍵合形成的復合材料堆疊層，包括：壓電陶瓷芯片，表面鍍有過渡金屬層；鎳電極層，表面鍍有過渡金屬層，鎳電極層表面的過渡金屬層與壓電陶瓷芯片表面鍍的過渡金屬層通過金屬鍵鍵合設置；其中，層疊設置的第一堆疊層和第二堆疊層通過預緊件緊固連接設置。

另一個方面，根據本發明實施例提供一種多層壓電陶瓷堆疊結構的制備方法，包括：提供表面鍍有過渡金屬層的鎳電極材料層，并對鎳電極材料層進行裁剪形成鎳電極層陣列，鎳電極層陣列包括多個鎳電極層本體部和連接多個鎳電極層本體部的連接部；提供表面鍍有過渡金屬層的壓電陶瓷材料層，對其進行裁剪形成多個壓電陶瓷芯片，壓電陶瓷芯片的形狀與鎳電極層本體部對應；將多個壓電陶瓷芯片分別與鎳電極層陣列的多個鎳電極層本體部一一對應設置，并在高溫高壓下進行擠壓處理使得多個鎳電極層本體部與壓電陶瓷芯片表面鍍的過渡金屬層通過金屬鍵鍵合，形成第一堆疊層陣列或第二堆疊層陣列；將第一堆疊層陣列與第二堆疊層陣列進行層疊設置，形成包括多個多層壓電陶瓷堆疊結構單元的陣列；對應每個多層壓電陶瓷堆疊結構單元通過預緊件緊固處理；裁斷第一堆疊層陣列及第二堆疊層陣列的連接多個鎳電極層本體部的連接部，形成多個多層壓電陶瓷堆疊結構。

還一個方面，根據本發明實施例提供一種傳感器，包括：敏感元件、轉換元件和高溫線纜，敏感元件及轉換元件通過高溫線纜電連接，敏感元件包括支架、設置于支架的質量塊和多層壓電陶瓷堆疊結構，該多層壓電陶瓷堆疊結構包括層疊設置的第一堆疊層和第二堆疊層，第一堆疊層和第二堆疊層均為材料層之間金屬鍵鍵合形成的復合材料堆疊層，包括：壓電陶瓷芯片，表面鍍有過渡金屬層；鎳電極層，表面鍍有過渡金屬層，鎳電極層表面鍍的過渡金屬層與壓電陶瓷芯片表面鍍的過渡金屬層通過金屬鍵鍵合設置；其中，層疊設置的第一堆疊層和第二堆疊層通過預緊件緊固連接設置。

與現有技術相比，本發明提供的多層壓電陶瓷堆疊結構、傳感器及其制備方法，鍍有過渡金屬層的壓電陶瓷芯片與鍍有過渡金屬層的電極高壓鍵合實現壓電陶瓷芯片與電極化學結合，提高了第一堆疊層與第二堆疊層的剛性，第一堆疊層與第二堆疊層之間的連接也是通過預緊件實現鎖緊，而非采取連接層或粘結劑等，因此整體提高了多層壓電陶瓷堆疊結構的剛性。還有，本發明提供的多層壓電陶瓷堆疊結構的第一堆疊層與第二堆疊層之間是通過剛性好的機械結構件來實現緊固鎖緊，因此在高溫環境下使用時也大大減小了應力波動的問題，故采用本發明提供的多層壓電陶瓷堆疊結構的傳感器的高溫特性較佳。另外，本發明提供的多層壓電陶瓷堆疊結構的結構簡單適于批量生產。

附圖說明

下面將參考附圖來描述本發明示例性實施例的特征、優點和技術效果。

圖1是本發明實施例提供的多層壓電陶瓷堆疊結構的結構示意圖。

圖2是圖1所示多層壓電陶瓷堆疊結構的第一堆疊層的結構示意圖。

圖3是圖1所示多層壓電陶瓷堆疊結構的制造流程圖。

圖4是制造多層壓電陶瓷堆疊結構過程中形成的第一堆疊層陣列的結構示意圖。

圖5是本發明實施例提供的傳感器的剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例的詳細描述和附圖用于示例性地說明本發明的原理，但不能用來限制本發明的范圍，即本發明不限于所描述的實施例。