[发明专利]一种大应变多层无铅压电致动器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种多层压电致动器，具体涉及一种大应变多层无铅压电致动器及其制备方法。该大应变多层无铅压电致动器的制备方法包括陶瓷粉料制备、陶瓷浆料制备、加入模板粉料后流延浆料制备、陶瓷生胚膜带制备、切割、丝网印刷内电极、叠层装袋、温等静压、排胶烧结、被Ag外电极等步骤。在无铅压电陶瓷流延浆料中加入模板粉体，制备出陶瓷层为具有<001>择优取向的多层无铅压电致动器，提高了无铅压电陶瓷层的压电性能，增大了多层无铅压电致动器的电致应变50％‑100％，降低了器件驱动电场10‑50％，使大应变多层无铅压电致动器的产业化成为可能，制备过程中只需要在流延浆料中加入一定量的模板粉体，此工艺与传统铅基多层无铅压电致动器的制造工艺完全兼容，市场前景巨大。

主权项

一种大应变多层无铅压电致动器及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将(I)至(V)任一种化学式中包含的各金属的氧化物或盐按其式中的化学计量比配料混合，球磨，烘干，预压，预烧，再球磨，烘干，过筛，得到无铅压电陶瓷粉料，(I)至(V)代表的化学式如下：(1‑x₁‑y₁)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x₁BaTiO₃‑y₁AgNbO₃         (Ⅰ)(1‑x₁‑y₁)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x₁BaTiO₃‑y₁Na_0.5K_0.5NbO₃   (Ⅱ)(1‑x₂‑y₂)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x₂Bi_0.5K_0.5TiO₃‑y₂SrTiO₃    (Ⅲ)(1‑x₂‑y₂)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x₂Bi_0.5K_0.5TiO₃‑y₂BiAlO₃    (Ⅳ)(1‑x₂‑y₂)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x₂Bi_0.5K_0.5TiO₃‑y₂(Ba_0.8Ca_0.2)ZrO₃        (V)其中，0.05≤x₁≤0.07，0.01≤y₁≤0.03；0.16≤x₂≤0.22，0.01≤y₂≤0.03；S2.将由有机溶剂、增塑剂、粘合剂及分散剂组成的有机混合物与S1中的无铅压陶瓷粉料等质量混合，充分球磨得陶瓷浆料，其中有机溶剂、增塑剂、粘合剂及分散剂的质量比为(22～28)：(2～6)：(2～6)：(3～5)；S3.在S2中的陶瓷浆料中加入片状模板粉体，其中所述片状模板粉体与所述陶瓷浆料中的无铅压电陶瓷粉料的质量比为(5～15)：(85～95)，充分球磨，制得流延浆料；S4.使用流延机将S3中的流延浆料流延成陶瓷生坯膜带，刮刀高度设置为100～400μm，自然干燥后，横向切割成陶瓷生坯膜带片段；S5.在S4中的陶瓷生坯膜带片段的上表面丝网印刷若干呈阵列分布的Pt或Ag/Pd内电极，随后在叠片机上叠层；S6.将S5中叠层后的陶瓷生坯膜带片段装入塑料袋中并抽真空后封口，随后置于温等静压机中进行等静压处理；S7.将S6中等静压处理后的陶瓷生坯膜带片段再次沿横向切割成单个多层无铅压电致动器大小，以0.1～0.5℃/min加热至450～550℃排胶，保温2～4小时，然后以3～8℃/min速率升温至1100～1150℃烧结，保温2～4小时后，即得到烧结的多层无铅压电致动器；S8.将S7中的多层无铅压电致动器侧面被Ag外电极，随后进行测试、筛选和封装，即得大应变多层无铅压电致动器。