[发明专利]一种适用于道路压电发电的堆叠式压电换能器及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及于道路压电发电，具体涉及一种适用于道路压电发电的堆叠式压电换能器及制作方法。

背景技术

我国道路网日渐发达，道路承担越来越多的车辆荷载。车辆荷载的不断冲击和震动将会产生源源不断的机械能。若这种机械能得到有效收集并转换成电能，将会作为除太阳能、风能、核能外又一清洁能源。现阶段，我国积极开拓新型智能压电发电路面的清洁产能模式，对践行绿色交通，推进绿色公路建设，完成《交通运输节能环保“十三五”发展规划》目标有重大现实意义。

目前，堆叠式压电换能器具有力-电转换效率高、道路耦合性及耐久性好等特点，更适合荷载大、频率低、工作环境复杂的道路领域的能量收集。常用的堆叠式压电换能器制作工艺有独石共烧法与电极粘结法两种。根据已有资料，由于独石共烧法烧结温度低于电极粘结法单片的最佳烧结温度，故而其换能及机械性能等各项参数略低于最佳参数，从而影响压电陶瓷的换能效率及结构性能；同时独石共烧法制得的堆叠式压电换能器虽整体性好，但脆性大，一经丝毫受损整体破坏，而电极粘结法的堆叠式压电换能器整体性与抗破坏性能更好，故而电极粘结法宜作为路用压电换能器的生产工艺。

然而，电极粘结法在人工涂刷电极时，由于陶瓷片外缘有棱角，在棱角处会存在电极层与陶瓷片贴合性差、漏瓷等问题，并且难以保证电极层两面涂刷的对称性及均匀性；此外，堆叠时还会出现压电陶瓷片横向滑移等问题。因此，亟需一种优化方案使得压电换能器可以批量化生产并发挥最大功效来满足道路能量收集领域的需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种适用于道路压电发电的堆叠式压电换能器及制作方法，解决现有的压电换能器耐久性差、寿命短的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种适用于道路压电发电的堆叠式压电换能器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

步骤一、制作圆形陶瓷基片：

采用常规方法制作圆形陶瓷基片；

步骤二、制作圆角陶瓷基片：

将步骤一制得的圆形陶瓷基片用夹具固定，从圆形陶瓷基片对称的两端向圆心处打磨，形成一对对称的电极粘结端面；用倒角工具对一个电极粘结端面的一个边棱进行倒圆角处理，用倒角工具对另一个电极粘结端面的另一个边棱进行倒圆角处理，形成圆形倒角，两个圆形倒角分别与圆形陶瓷基片的两个不同表面相连，制得圆角陶瓷基片；

步骤三，制作圆角压电陶瓷单片：

每个步骤二制得的圆角陶瓷基片的两个表面上还分别设置有隔断区，隔断区与圆形倒角在圆角陶瓷基片的两个表面上相对设置，隔断区的端部贯通电极粘结端面；每个圆角陶瓷基片的两个表面上除隔断区以外的位置为导电区；

采用丝网印刷机在隔断区印刷绝缘环氧树脂胶，采用丝网印刷机在导电区印刷导电银胶，采用手工笔在电极粘结端面涂刷导电银胶；

在150℃条件下烘干15分钟，然后对圆角陶瓷基片进行极化，使得每个圆角陶瓷基片的一个表面的导电区形成正极面，另一个表面的导电区形成负极面，制得圆角压电陶瓷单片；

步骤四，制作堆叠式压电陶瓷：

将步骤三制得的多个圆角压电陶瓷单片以物理串联和电学并联的方式叠放，并用紧箍装置固定夹持，竖向静压后升温到120℃并固化4～5小时，制得堆叠式压电陶瓷；

所述的物理串联和电学并联的方式具体为：

将多个圆角压电陶瓷单片叠放实现物理串联；

相邻圆角压电陶瓷单片的正极面之间通过导电银胶相接触导通，使得多个圆角压电陶瓷单片的正极面并联导通；相邻圆角压电陶瓷单片的负极面之间通过导电银胶相接触导通，使得多个圆角压电陶瓷单片的负极面也并联导通；相邻圆角压电陶瓷单片的一对圆形倒角相邻设置，相邻圆角压电陶瓷单片的一对隔断区通过绝缘环氧树脂胶相接触绝缘，使得多个圆角压电陶瓷单片并联导通的正极面和负极面相互隔绝，实现电学并联；

步骤五，制作堆叠式压电换能器：

将步骤四制得的堆叠式压电陶瓷的两端分别由多个电极粘结端面各自形成一个电极粘结面，即正极粘结面和负极粘结面，正极粘结面上粘结有正极金属片，负极粘结面上粘结有负极金属片，正极金属片和负极金属片分别通过焊点与导线相连；

在堆叠式压电陶瓷的顶面粘结顶面绝缘瓷片，在堆叠式压电陶瓷的底面粘结底面绝缘瓷片，制得堆叠式压电换能器。

本发明还具有如下区别技术特征：