PZT基叠层压电陶瓷制备及界面优化

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压电作动器具有控制精度高、响应速度快、线性度好、功耗低等优点,已被广泛应用于电子、通信、医学等诸多领域。与此同时,随着科学的发展,单层压电作动器驱动电压高、位移太小,已经没法满足当前低电压下大位移的需要。为了克服这一缺点,叠层压电作动器受到了越来越多的关注。本文主要对制备叠层陶瓷压电作动器过程中的流延工艺和叠层、热压、埋压烧结工艺进行了系统的研究,成功的探索出了良好的制备工艺。还尝试着采用对内电极银浆进行掺杂陶瓷粉的方式,对叠层陶瓷器件层间的界面缺陷进行了优化,也取得了较好的实验结果。系统地摸索了整个制备叠层陶瓷器件的工艺,重点对流延工艺和埋压烧结工艺进行了相应的优化。结果表明:当添加0.9%wt分散剂、4.3%wt粘结剂、2.5%wt增塑剂,且当所使用的溶剂丁酮和无水乙醇的体积比为7:3时,所制备的流延浆料符合使用要求;当流延机加热基板温度设置为38℃左右,流延速度为0.21m/min-0.22m/min,流延机刀口间隙为180μm时,可以流延出表面无明显缺陷,厚度为50μm左右,综合性能良好的流延生片;当叠层器件层数低于20层,每平方毫米负重0.1875克左右,可以很好地起到抑制Z轴方向的变形且可以不导致叠层器件开裂的现象,而在器件的四周堆积大量的预烧陶瓷粉,可以很好地起到抑制X-Y方向的侧弯变形。随后,对成功烧结制备的叠层试样进行了性能检测,结果表明:烧结致密的叠层压电陶瓷作动器层与层之间界面清晰,有很少的孔洞和间隙等缺陷,压电层和内电极层的厚度分别为35μm和5μm。同时,通过向内电极银浆中添加不同比例的陶瓷粉,研究不同的添加量对叠层陶瓷的界面改善情况。实验结果表明:当内电极银浆的陶瓷粉掺杂量达到30%-40%时,此时叠层器件的抗拉强度提高了约1.8-1.9倍。但是内电极的方阻也由未掺杂陶瓷粉的2mΩ/mm增大到掺杂了40%时的40mΩ/mm;当掺杂量达到50%左右时,内电极开始出现不连续的状况,基本失去了连续导电性,此时的叠层器件已经无法投入使用。最后,还对不同陶瓷粉添加量的试样进行了疲劳测试,测试结果表明:随着陶瓷粉的添加量的逐渐增大,εr和d33逐渐降低,漏电流逐渐增大。这种实验结果与叠层陶瓷作动器的电极连接模型吻合度较好。
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