[发明专利]压电陶瓷叠堆原料组合物、压电陶瓷叠堆和制备方法

说明书

本发明提供了一种压电陶瓷叠堆原料组合物、压电陶瓷叠堆和制备方法。该原料组合物包括：压电陶瓷层原料、结构陶瓷层原料和过渡层原料；其中，压电陶瓷层原料包括压电陶瓷粉体；结构陶瓷层原料包括氧化铝粉体和改性粉体，改性粉体用于降低氧化铝粉体的烧结温度；过渡层原料包括压电陶瓷粉体、氧化铝粉体和改性粉体。在压电陶瓷叠堆中引入了过渡层，过渡层原料中的成分介于结构陶瓷层和压电陶瓷层之间，很好的实现了压电陶瓷层和结构陶瓷层的共烧，通过膜片共烧的方式能够提高端部本体的刚度，可以保证叠堆在高真空环境中应用，而且可以保证叠堆的高刚度，该方法可以有效的提高端部结构的机械性能，提高叠堆的使用寿命。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷技术领域，具体而言，涉及一种压电陶瓷叠堆原料组合物、压电陶瓷叠堆和制备方法。

背景技术

压电致动器产品是利用压电陶瓷的逆压电效应，其广泛应用于：精密力学及机械工程、生命科学、医学及生物学、气/液压阀、纳米定位/高速开关和主动、自适应光学等领域。当施加外部激励电压时，压电微致动器内部的每层压电陶瓷都会产生一个微小的相变，这些微小形变叠加后对外产生一个微小的位移，根据经验，压电微致动器所输出的位移是其厚度的0.1％-0.15％，因此为了提高压电微致动器的输出位移值，需要增加压电陶瓷的内部层数，即从压电陶瓷片向压电陶瓷叠堆发展。

压电陶瓷叠堆具有微秒级响应的特点而被应用在许多精密运动领域，而压电陶瓷快速响应时，会产生非常大的加速度，叠堆内部极易产生拉应力，因此，压电陶瓷叠堆在实际应用过程中，必须施加一个预紧力，以保证压电陶瓷叠堆的正常工作。预紧力一般是通过机械结构施加在压电陶瓷叠堆的端部，压电陶瓷叠堆的位移输出也是通过该机械结构。压电陶瓷叠堆在长时间的工作中，该连接处的压电陶瓷叠堆端部极易因为受力不均，杂质颗粒等原因而出现破损，最终导致压电陶瓷叠堆失效。另外，在超声电机、惯性电极等高端电机应用领域，主要原理就是定子和动子之间的摩擦产生位移输出，这种情况下必须保证叠堆端部的高刚度和耐磨性。

在工业应用中，常规的解决办法是通过增大叠堆端部的保护层厚度，从而增加端部的机械强度，但是因为在压电陶瓷叠堆和机械结构进行装配时，叠堆的端面和机械结构的负载面必须高度光滑和平整，这是不容易实现的，且两个表面之间很难做到高的相对平行度，因此该方法不能很有效的避免端部的破碎，对端部的机械强度的增加很有限，并且该方法不能增加端部耐磨性。另外一种方法是，通过环氧胶将氧化铝薄片粘接在压电陶瓷叠堆端部，再通过氧化铝薄片与机械结构接触，氧化铝薄片的机械性能很好，并且氧化铝薄片与叠堆之间非强连接，因此较好的保护了叠堆端部，从而保证叠堆的正常工作，但是环氧胶为软性结构会导致连接处的结构降低，同时还会影响叠堆的输出，环氧胶的引入还限制了压电陶瓷叠堆在高真空环境的应用，并且氧化铝片不容易与叠堆端部完全对齐粘结，降低了叠堆的外观精度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种压电陶瓷叠堆原料组合物、压电陶瓷叠堆和制备方法，以解决现有技术中压电陶瓷叠堆端部刚度和耐磨性不足的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压电陶瓷叠堆原料组合物，该原料组合物包括：压电陶瓷层原料、结构陶瓷层原料和过渡层原料；其中，压电陶瓷层原料包括压电陶瓷粉体；结构陶瓷层原料包括氧化铝粉体和改性粉体，改性粉体用于降低氧化铝粉体的烧结温度；过渡层原料包括压电陶瓷粉体、氧化铝粉体和改性粉体。

进一步地，压电陶瓷叠堆原料组合物包括两组以上过渡层原料，两组以上过渡层原料中的压电陶瓷粉体的含量依次递减，且两组以上过渡层原料中的氧化铝粉体的含量依次递增。

进一步地，过渡层原料包括第一过渡层原料和第二过渡层原料，第一过渡层原料中氧化铝粉体的含量小于第二过渡层原料中氧化铝粉体的含量，第一过渡层原料中压电陶瓷粉体的含量大于第二过渡层原料中压电陶瓷粉体的含量。