[发明专利]氧化铝基板上PNN-PZN-PZT多层并联压电厚膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种在Al2O3基板上制备PNN-PZN-PZT(铌锌-铌镍-锆钛酸铅)多层并联压电厚膜的方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic，简称LTCC)是集互联、无源元件和封装与一体的多层陶瓷制造技术，它采用厚膜材料，根据预先设计的结构，将电极材料、基板、电子器件等在900℃以下共烧，从而制成模块化集成器件或三维陶瓷基多层电路。近年来随着对大功率压电材料与器件的要求的不断提高，压电陶瓷器件向体积小、驱动电压低、位移量大、能集成化的方向发展，低温共烧多层压电陶瓷的研究成为热点。

传统的PZT陶瓷器件往往用粘结剂将压电陶瓷片粘结成多层压电陶瓷，由于受单片陶瓷厚度的限制，无法实现小型化、集成化，多层元器件中的粘结剂与陶瓷片结合不紧密，易分离造成性能恶化，甚至出现断裂，无法长期使用。然而，低温共烧陶瓷层间通过与内电极直接结合而不再需粘结剂粘合，结合紧密性大大提高，陶瓷层间的分层现象得到有效地克服，大大地提高了器件的使用寿命，器件的蠕变性能也得到很大的改善。此外，低温烧结可以有效地避免PbO的挥发以及贵金属电极的使用，降低能耗、减轻环境污染、使产品成本降低。综上所述，低温共烧多层压电陶瓷具有体积小、集成性高、工作电压低、响应时间短、位移量大的优点，被广泛应用于叠层升降压变压器和叠层压电陶瓷微位移器等器件的制备。

多层并联压电厚膜的常用制备方法之一为丝网印刷法，它与其他方法(流延法、水热法、溶胶凝胶法)相比，具有与MEMS技术完全兼容，厚度可以控制且厚度适宜，设备简单、原料便宜、成本较低，所得压电厚膜致密度高，适合于大批量生产，可重复性好的优点。但是由于丝网印刷法制备的厚膜致密性较差，气孔率较高，单层厚膜的性能较低，制约了其应用性。多层并联压电厚膜性能呈层数倍线性增加，有效解决了单层厚膜性能较差的问题。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术的丝网印刷法制备的压电厚膜致密性较差、气孔率较高、单层厚膜的性能较低、制约其应用性的缺点，提供一种在Al₂O₃基板上制备PNN-PZN-PZT多层并联压电厚膜的方法，以在较小厚度下获得高压电常数、高应变、低驱动电压的压电材料；另外采用银浆作为电极材料，有效降低生产成本。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种氧化铝基板上PNN-PZN-PZT多层并联压电厚膜的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料

将原料Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、Ni₂O₃和ZnO按0.7Pb(Zr_0.46Ti_0.54)O₃-0.1Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.2Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃的化学计量比配料，球磨4h，再于烘箱中烘干，研磨后过筛，备用；

(2)合成

将步骤(1)中配制的粉料放入坩埚中压实，加盖用锆粉密封，于850℃合成，保温2h；

(3)二次球磨

将步骤(2)的合成原料放入球磨罐中，二次球磨4～10h，然后放入烘箱中烘干，烘干后研磨备用；

(4)制备玻璃料

将原料Pb₃O₄、H₃BO₃、SiO₂、Al₂O₃按照15:2:7:1的重量比配料，放入球磨罐中，球磨4h，再烘干，研磨，过筛，备用；

(5)制备压电厚膜浆料

称取步骤(3)的二次球磨后的粉料，加入1wt.％的步骤(4)的玻璃料和10wt.％的有机载体，混合研磨使浆料成粘稠状并具有一定的流动性，达到适合印刷的状态；所述有机载体为三乙醇胺、乙基纤维素和松油醇为1:4:45重量比的混合溶液；

(6)印刷厚膜和电极