压电陶瓷叠堆的研究及应用(2)
参考文献 28
图1.1 压电效应示意图 1
图1.2 压电效应的机理示意图 2
图1.3 PbTiO3-PbZrO3二元系固溶体相图 4
图1.4 多层压电致动器的结构 5
图1.5 LTCC工艺流程 6
图2.1 固相法制备0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN工艺流程 8
图2.2 流延配方计算图 9
图2.3 铁电陶瓷极化前后电畴变化 10
图2.4 0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN在850℃预烧、900℃烧结下的XRD图谱 11
图2.5 0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN在不同频率下εr随温度的变化关系。 12
图2.6 具有损耗压电振子的等效电路 13
图3.1 LTCC制备多层压电陶瓷致动器工艺流程 15
图3.2 流延设备示意图 17
图3.3 稳定片后的流延口示意图 17
图3.4 不同Ag浆料作内电极烧结后的SEM照片： 18
图3.5 印刷过电极的陶瓷生片 18
图3.6 部分PZT-PMS-PZN多层压电陶瓷样品 19
图3.7 PZT-PMS-PZN多层陶瓷在900℃烧结温度下的XRD图谱 20
图3.8 共烧多层PZT-PMS-PZN/Ag致动器断面SEM照片： 21
图3.9 PZT-PMS-PZN多层压电致动器频率特性曲线 21
图3.10 PZT-PMS-PZN多层压电致动器静态纵向位移 22
图3.11 PZT-PMS-PZN多层压电致动器动态位移 23
表2.1 本实验中所需原料的名称和规格 8
表3.1 不同时间段粉体干重占浆料总重量的百分比 16
表3.2 配制流延浆料所用试剂及作用 16
表3.3 多层压电陶瓷的排胶工艺 19
1引言
压电陶瓷除了具有稳定的压电性能和良好的力学性能外[1]，还具有介电性和弹性等，压电致动器的核心材料就是压电陶瓷，压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，而本文介绍的内容是关于逆压电效应的，即将电能转化为机械形变，来实现位移控制或输出推力，其具有控制精度高、响应速度快、线性度好、输出力大、功耗低等优点[2]。但是，随着科学技术的发展，单层的压电致动器已经慢慢的无法满足当前诸多领域的应用需求。于是在低电压下能产生大位移、大推力的多层压电致动器受到了越来越多的关注，即将压电陶瓷片一片片交叉叠起来，采取机械上串联，电学上并联的结构，由于输出位移大，多层压电陶瓷致动器在精密驱动领域备受青睐[3]。但是相对于国际上对于压电陶瓷的研究而言国内仍处于起步阶段，其主要存在三个方面的难题：缺乏可用于低温共烧的压电陶瓷材料体系；低温共烧以及多层压电陶瓷粘接技术尚在研究阶段；拥有自主知识产权的多层压电器件几乎为空白。因此，研究新的压电陶瓷材料体系、探究多层压电陶瓷的制备技术、开发新型多层压电陶瓷器件已迫在眉睫。
1.1压电材料
1.1.1压电效应及产生机理
1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。如图1.1（a）,某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。如图1.1(b),当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。