[發明專利]一種適用于道路壓電發電的堆疊式壓電換能器及制作方法

有效

• 申請號: 201710724955.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107706299B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 王朝輝;宋志;李彥偉;高志偉;王海梁;王帥;趙建雄
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083;H01L41/25;H01L41/293
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王孝明

1.一種適用于道路壓電發電的堆疊式壓電換能器的制作方法，其特征在于，該制作方法包括以下步驟：

步驟一、制作圓形陶瓷基片：

采用常規方法制作圓形陶瓷基片(1)；

步驟二、制作圓角陶瓷基片：

將步驟一制得的圓形陶瓷基片(1)用夾具(2)固定，從圓形陶瓷基片(1)對稱的兩端向圓心處打磨，形成一對對稱的電極粘結端面(3、4)；用倒角工具(21)對一個電極粘結端面(3)的一個邊棱進行倒圓角處理，用倒角工具(21)對另一個電極粘結端面(4)的另一個邊棱進行倒圓角處理，形成圓形倒角(5)，兩個圓形倒角(5)分別與圓形陶瓷基片(1)的兩個不同表面相連，制得圓角陶瓷基片(6)；

步驟三，制作圓角壓電陶瓷單片：

每個步驟二制得的圓角陶瓷基片(6)的兩個表面上還分別設置有隔斷區(7)，隔斷區(7)與圓形倒角(5)在圓角陶瓷基片(6)的兩個表面上相對設置，隔斷區(7)的端部貫通電極粘結端面(3、4)；每個圓角陶瓷基片(6)的兩個表面上除隔斷區(7)以外的位置為導電區(8)；

采用絲網印刷機在隔斷區(7)印刷絕緣環氧樹脂膠(9)，采用絲網印刷機在導電區(8)印刷導電銀膠(10)，采用手工筆在電極粘結端面(3、4)涂刷導電銀膠(10)；

在150℃條件下烘干15分鐘，然后對圓角陶瓷基片(6)進行極化，使得每個圓角陶瓷基片(6)的一個表面的導電區(8)形成正極面(11)，另一個表面的導電區(8)形成負極面(12)，制得圓角壓電陶瓷單片(13)；

步驟四，制作堆疊式壓電陶瓷：

將步驟三制得的多個圓角壓電陶瓷單片(13)以物理串聯和電學并聯的方式疊放，并用緊箍裝置(20)固定夾持，豎向靜壓后升溫到120℃并固化4～5小時，制得堆疊式壓電陶瓷(14)；

所述的物理串聯和電學并聯的方式具體為：

將多個圓角壓電陶瓷單片(13)疊放實現物理串聯；

相鄰圓角壓電陶瓷單片(13)的正極面(11)之間通過導電銀膠(10)相接觸導通，使得多個圓角壓電陶瓷單片(13)的正極面并聯導通；相鄰圓角壓電陶瓷單片(13)的負極面(12)之間通過導電銀膠(10)相接觸導通，使得多個圓角壓電陶瓷單片(13)的負極面(12)也并聯導通；相鄰圓角壓電陶瓷單片(13)的一對圓形倒角(5)相鄰設置，相鄰圓角壓電陶瓷單片(13)的一對隔斷區(7)通過絕緣環氧樹脂膠相接觸絕緣，使得多個圓角壓電陶瓷單片(13)并聯導通的正極面(11)和負極面(12)相互隔絕，實現電學并聯；

步驟五，制作堆疊式壓電換能器：

將步驟四制得的堆疊式壓電陶瓷(14)的兩端分別由多個電極粘結端面(3)各自形成一個電極粘結面，即正極粘結面(15)和負極粘結面(16)，正極粘結面(15)上粘結有正極金屬片(17)，負極粘結面(16)上粘結有負極金屬片(18)，正極金屬片(17)和負極金屬片(18)分別通過焊點(19)與導線(22)相連；

在堆疊式壓電陶瓷(14)的頂面粘結頂面絕緣瓷片(23)，在堆疊式壓電陶瓷(14)的底面粘結底面絕緣瓷片(24)，制得堆疊式壓電換能器。

2.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟一中，作為一種優選，所述的制作圓形陶瓷基片的常規方法為：將陶瓷粉體煅燒并球磨后與溶劑、分散劑和除泡劑混合，濕法球磨后再加入粘結劑、增塑劑和潤滑劑，然后二次混磨12h形成漿體，采用流延機成型切割，排膠燒結后制得圓形陶瓷基片。

3.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟二中，所述的電極粘結端面(3、4)到圓形陶瓷基片(1)的圓心的距離比圓形陶瓷基片(1)的半徑小0.3mm；所述的圓形陶瓷基片(1)的直徑為30mm。

4.如權利要求2所述的制作方法，其特征在于，步驟二中，所述的倒圓角處理時的倒角半徑為圓形陶瓷基片(1)厚度的0.3～0.6倍。

5.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟二中，所述的夾具(2)采用上下夾持的方式對圓形陶瓷基片(1)進行夾持固定。