[发明专利]一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件及其制备方法，将金属薄片、碳纤维预浸料和压电陶瓷片堆叠成多层复合结构，将多层复合结构放置于真空加热加压设备，首先对复合多层结构预热，然后抽真空，去除粘接面胶液间的气泡，再施加压力机械夹紧多层复合结构，直至加温至碳纤维预浸料的固化温度进行保温固化，使得压电陶瓷薄片与金属薄片之间通过碳纤维预浸料牢固粘接。本发明在金属薄片上预制有若干微孔，在加热加压下，多余的环氧树脂粘接剂渗透不锈钢薄片上的微孔，有利于提高整体粘接强度。并利用碳纤维低膨胀系数介于压电陶瓷和不锈钢片之间的特点，有利于减小压电陶瓷器件粘接层内应力，提高压电陶瓷器件长期工作可靠性。

技术领域

本发明属于压电材料技术领域，具体涉及一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是常用的电子智能材料，在许多应用场合需要使用环氧树脂粘接处理，其中包括与不锈钢材料的大面积粘接，由于不锈钢材料表面光滑、材料密度高，尽管采用常规打磨处理，但粘接面间难以完全去除空气，固化后粘接面存在微小气泡，使得器件总体粘接强度差强人意；另外，压电陶瓷材料热膨胀系数低，与其他热膨胀系数高的金属材料在高温下粘接，存在粘接层内应力大的缺陷，影响压电器件长期工作的可靠性。

发明内容

鉴于以上缺陷，本发明所要解决的第一技术问题是提供一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件的制备方法；本发明所要解决的第二技术问题是提供该方法所制备的基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件的制备方法，包括以下步骤：将金属薄片、碳纤维预浸料和压电陶瓷片堆叠成多层复合结构，将多层复合结构放置于真空加热加压设备，首先对多层复合结构预热，然后抽真空，去除粘接面胶液间的气泡，再施加压力机械夹紧多层复合结构，直至加温至碳纤维预浸料的固化温度进行保温固化，使得压电陶瓷薄片与金属薄片之间通过碳纤维预浸料牢固粘接。

进一步的，于60～90℃抽真空至10Pa以下，去除粘接面胶液间的气泡。

进一步的，施加压力1～1.5MPa机械夹紧多层复合结构。

进一步的，固化温度为120～130℃，固化时间为90～100分钟。

进一步的，金属薄片上预制有若干微孔；碳纤维预浸料包括碳纤维和高温环氧树脂，碳纤维预浸料的高温环氧树脂在真空加热加压设备中渗过金属薄片上的微孔。

进一步的，碳纤维预浸料的膨胀系数介于压电陶瓷片和金属薄片之间。

一种基于真空热压固化粘接的压电陶瓷器件包括预制有若干微孔的金属薄片、碳纤维预浸料和压电陶瓷片，压电陶瓷片通过碳纤维预浸料与金属薄片固定连接。

进一步的，金属薄片为不锈钢薄片。

进一步的，压电陶瓷片为两片以上的压电陶瓷结构。

进一步的，碳纤维预浸料分别设置在金属薄片的两侧，压电陶瓷片分别固定在碳纤维预浸料的外侧。

有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：

1)本发明利用碳纤维低膨胀系数介于压电陶瓷和不锈钢片之间的特点，作为中间过渡层，有利于减小压电陶瓷器件粘接层内应力，提高压电陶瓷器件长期工作可靠性。

2)本发明采用真空热压固化粘接，将极大提高不锈钢薄片与压电陶瓷片间的粘接强度，延长压电陶瓷器件的使用寿命。

3)本发明在金属薄片上预制有若干微孔，在加热加压的情况下，多余的环氧树脂粘接剂渗透不锈钢薄片上的微孔，有利于提高整体粘接强度。

4)本申请相比于加压高温固化工艺和常温抽真空，加压高温固化工艺，整体粘接强度更强。