一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，壓電陶瓷，在所述壓電陶瓷兩端的表面上形成有第一電極層；介電陶瓷，在所述介電陶瓷兩端的表面形成有第二電極層；第一引出端，所述第一引出端與所述壓電陶瓷和介電陶瓷同側(cè)的第一電極層、第二電極層緊密接觸；第二引出端，所述第二引出端與所述介電陶瓷和介電陶瓷另一同側(cè)的第一電極層、第二電極層緊密接觸；其中，在?30℃的容溫變化率為?35%以內(nèi)，在85℃的容溫變化率為+35%以內(nèi)，所述壓電陶瓷的容量變化率隨溫度的升高而增大，所述介電陶瓷在?30℃的容溫變化率為+65%以內(nèi)，在85℃的容溫變化率為?55%以內(nèi)，所述介電陶瓷的容量變化率隨溫度的升高而減小。
【專利說明】
-種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及壓電陶瓷領(lǐng)域，具體設(shè)及一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，特別是用 于倒車?yán)走_(dá)探頭的壓電陶瓷振子。
【背景技術(shù)】
[0002] 自壓電陶瓷的問世，國內(nèi)外許多國家都對壓電陶瓷進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并且隨著 研制的深入，也開發(fā)出了一系列性能優(yōu)越的PZT壓電陶瓷材料，壓電陶瓷材料的應(yīng)用范圍也 大大拓展，其中W錯鐵酸鉛為基礎(chǔ)進(jìn)行改性。為了得到高性能的壓電陶瓷，目前大多對PZT 材料本身進(jìn)行滲雜改性，通過對PZT壓電陶瓷中A位或B位離子取代進(jìn)行滲雜，W期調(diào)整PZT 壓電陶瓷的性能。
[0003] 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代元器件對壓電陶瓷的性能要求也越來越高。運一方面體現(xiàn) 在其較好的壓電性能上面，另外一方面，由于其應(yīng)用范圍的拓展W及人們對壓電器件安全 系數(shù)要求的提高，其溫度穩(wěn)定性的要求也越來越高。為了提高溫度穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的方法主要 通過調(diào)整配方來實現(xiàn)，但是受限于PZT材料本身，要獲得溫度穩(wěn)定性較好的PZT陶瓷材料比 較困難，運體現(xiàn)再生產(chǎn)難度大、生產(chǎn)周期長，且獲得的壓電陶瓷材料的綜合性能并不讓人滿 >旨、O
[0004] 如中國專利CN201410053547.9公開了一種妮酸鐘鋼基無鉛壓電陶瓷材料，通過W 妮酸鐘鋼為基質(zhì)，滲入第二項物質(zhì)和第=組分Bi(Mg，Ti)〇3建立=元體系，獲得了一種壓電 常數(shù)d33為212~225pC/N，機電禪合系數(shù)為40%~41.5%的無鉛壓電陶瓷，但其并未給出該壓電 陶瓷材料的容溫變化率，且過低的機電禪合系數(shù)限制了滿足應(yīng)用的要求。
[0005] 亦如中國專利201310396233.3中公開了一種壓電陶瓷材料、燒結(jié)體及其制備方 法、壓電陶瓷器件，通過對PZT壓電陶瓷進(jìn)行A和B位取代改性，并滲雜稀±元素改性，獲得了 一種相對介電常數(shù)為1262、機電禪合系數(shù)為0.63，壓電常數(shù)d33為322 pC/N的溫度補償特性 的壓電陶瓷材料，但是過低的介電性能W及較低的機電禪合系數(shù)導(dǎo)致其綜合性能并不使人 滿意。
[0006] 另一份申請?zhí)枮镃N200580030714.6的專利文件中公開了一種壓電執(zhí)行元件，其要 求所采用的壓電元件的電容隨溫度變化而產(chǎn)生的波動幅度在±14%或±11%W內(nèi)。例如，在 壓電倒車?yán)走_(dá)的實用過程中，汽車要求能在不同的溫度場合下還能正常使用。目前國際上 的汽車倒車?yán)走_(dá)探頭的溫度適用范圍是-30°C~+85°C，在該溫度范圍的容量變化率控制在 ±15%，日本有部分廠家是控制在±10%W內(nèi)，而壓電陶瓷容量變化率越小時，其汽車探頭的 穩(wěn)定性也越好。而現(xiàn)有的壓電陶瓷振子要保持良好的壓電的電性能(介電常數(shù)、機電截合系 數(shù))的同時，使其容量變化率控制± 10%已很難批量產(chǎn)業(yè)化。
[0007] 針對此種情況，本發(fā)明的技術(shù)人員在先前的研究中也取得了一定的成果，如中國 專利CN201610072538.2中，采用不同溫度系數(shù)的壓電陶瓷層和介電陶瓷層串聯(lián)，最后得到 了溫度穩(wěn)定性能優(yōu)異的壓電陶瓷振子。但是在該技術(shù)方案中，由于介電陶瓷片厚度要求較 薄，僅為0.01~0.1mm，對批量的生產(chǎn)工藝來說難度較大，介質(zhì)在燒結(jié)時容易變形開裂，次品 率高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。因此，本發(fā)明技術(shù)人員在對該技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)的過程中，驚奇的發(fā) 現(xiàn)，在將壓電陶瓷介質(zhì)與介電陶瓷的結(jié)構(gòu)形式改變?yōu)椴⒙?lián)時，介電陶瓷的厚度可W明顯增 加至0.1~0.9mm，而壓電陶瓷振子的整體性能還能保持在較高的水平，運無疑解決了先前批 量生產(chǎn)過程中介電陶瓷燒結(jié)變形、開裂的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有壓電陶瓷振子中存在的問題，提供了一種綜合性能良好，同 時在-30°C~+85°C范圍內(nèi)，容溫變化率為-3%~+3%的壓電陶瓷振子，由于采用壓電陶瓷和介 電陶瓷相互并聯(lián)的形式，擴大了介電陶瓷的厚度要求，改善了介電陶瓷在燒結(jié)時的性能，提 高了良品率，降低了生產(chǎn)成本，并且驚奇的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的壓電陶瓷振子整體的容溫特 性并沒有出現(xiàn)劣化。
[0009] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0010] -種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，包括： 壓電陶瓷，在所述壓電陶瓷兩端的表面上形成有第一電極層； 介電陶瓷，在所述介電陶瓷兩端的表面形成有第二電極層； 第一引出端，所述第一引出端與所述壓電陶瓷和介電陶瓷同側(cè)的第一電極層、第二電 極層緊密接觸； 第二引出端，所述第二引出端與所述介電陶瓷和介電陶瓷另一同側(cè)的第一電極層、第 二電極層緊密接觸； 其中，所述壓電陶瓷的容溫變化率，在-30°C的容溫變化率為-35%W內(nèi)，在85°C的容溫 變化率為+35%W內(nèi)，所述壓電陶瓷的容量變化率隨溫度的升高而增大，所述介電陶瓷在-30 °C的容溫變化率為+65%W內(nèi)，在85°C的容溫變化率為-55%W內(nèi)，所述介電陶瓷的容量變化 率隨溫度的升高而減小，所述壓電陶瓷、介電陶瓷在-30°C~85°C的容溫變化率相互補償。
[00川優(yōu)選的，所述壓電陶瓷的化學(xué)組成是Pb(ZraTii-a)03,其中0.45< a < 0.55。
[001^ 優(yōu)選的，所述介電陶瓷的化學(xué)組成是Ba ( Tii-aZra )03,其中0.1< a < 0.4。 [001引優(yōu)選的，所述介電陶瓷的厚度為0.1~0.9mm。
[0014] 更優(yōu)選的，所述介電陶瓷的厚度為0.4~0.7mm。
[0015] 優(yōu)選的，所述第一電極層和第二電極層是金屬電極。
[0016] 更優(yōu)選的，所述金屬電極是銀電極或銀/鈕電極中的一種。
[0017] 優(yōu)選的，所述壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為單層或多層陶瓷電容組成。
[0018] 優(yōu)選的，所述溫度穩(wěn)定壓電陶瓷振子在-30°C~+85°C的容量變化率為-3%~+3%。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是:供了一種綜合性能良好，同時在-3(TC~+85°C范圍內(nèi)，容溫 變化率為-3%~+3%的壓電陶瓷振子，采用壓電陶瓷和介電陶瓷相互并聯(lián)的形式，擴大了介電 陶瓷的厚度要求，改善了介電陶瓷在燒結(jié)時的性能，提高了良品率，降低了生產(chǎn)成本。并且 驚奇的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的壓電陶瓷振子整體的容溫特性并沒有出現(xiàn)劣化，從而實現(xiàn)在-30 °C~+85°C內(nèi)具有良好的容溫變化系數(shù)，+85°C時，其容量變化率控制在+3%，在-30°C時，其容 量變化率控制在-3%。
[0020] 本發(fā)明通過采用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在保持良好的壓電性能的基礎(chǔ)上，改善了電陶 瓷介質(zhì)在燒結(jié)時的性能，提高了產(chǎn)品良率，降低了生產(chǎn)成本。同時本發(fā)明設(shè)計產(chǎn)品使壓電陶 瓷振子的容溫系數(shù)大幅改良，大大提高汽車倒車協(xié)助探頭的壓電性能及可靠性，拓展產(chǎn)品 的應(yīng)用范圍，可W廣泛應(yīng)用于更高使用環(huán)境要求的汽車應(yīng)用中。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹： 圖1是本發(fā)明一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖中：1-壓電陶瓷;2-第一電極層;3-介電陶瓷;4-第二電極層;5-第一引出端;6-第二引出端。
【具體實施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，下面結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 W解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0024] 參照圖1所示，本發(fā)明提供的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，包括壓電陶瓷1，在 所述壓電陶瓷1兩端的表面上形成有第一電極層2;介電陶瓷3,在所述介電陶瓷3兩端的表 面形成有第二電極層4;第一引出端5,所述第一引出端5與所述壓電陶瓷1和介電陶瓷3同側(cè) 的第一電極層2、第二電極層4緊密接觸;第二引出端6,所述第二引出端6與所述壓電陶瓷1 和介電陶瓷3另一同側(cè)的第一電極層2、第二電極層4緊密接觸； 更具體的，所述壓電陶瓷的容溫變化率，在-30°C的容溫變化率為-35%W內(nèi)，在85°C的 容溫變化率為+35%W內(nèi)，所述壓電陶瓷的容量變化率隨溫度的升高而增大，所述介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為65%W內(nèi)，在85°C的容溫變化率為-55%W內(nèi)，所述介電陶瓷的容量 變化率隨溫度的升高而減小，所述壓電陶瓷、介電陶瓷在-30°C~85°C的容溫變化率相互補 償。所述相互補償是指當(dāng)壓電陶瓷在-30°C-85°C中間的某一溫度時，如果該溫度下其容溫 變化率為正，則搭配在該溫度下介電陶瓷的容溫變化率為負(fù)的介電陶瓷。
[0025] 所述壓電陶瓷的化學(xué)組成是Pb(ZraTii-a)〇3,其中0.45< a < 0.55,采用固相法燒 結(jié)制成。
[0026] 所述介電陶瓷的化學(xué)組成是Ba ( Tii-a化a )〇3,其中0.1< a < 0.4,采用固相法 燒結(jié)制成。
[0027] 所述壓電陶瓷和/或介電陶瓷為多層陶瓷電容組成。
[0028] 所述介電陶瓷的厚度為0.1~0.9mm，更好的選擇為0.4~0.7mm，可W使工藝和性能 均實現(xiàn)最優(yōu)化。
[0029] 所述第一電極層2和第二電極層4為導(dǎo)電金屬電極材料，優(yōu)選為銀或銀/鈕電極。理 論上來說，對電極厚度沒有具體的限制，但是優(yōu)選的電極厚度為扣m-30皿。運是因為如果電 極厚度太薄，可能會導(dǎo)致覆蓋不完全，電極覆蓋不均勻的問題，如果電極厚度太厚，一方面 會增加成本，另外一方面也會降低整體壓電陶瓷振子器件的性能。
[0030] 所述溫度穩(wěn)定壓電陶瓷振子在-30°C~+85°C的容量變化率為-3%~+3%。
[0031] 實施例1: 壓電陶瓷在-30°c的容溫變化為率為-34%，在+85 °C的容溫變化為率為+22%;介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為35%，在+85 °C的容溫變化為率為-23%，介電陶瓷厚度為0.2mm，所述 壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為單層陶瓷電容組成，第一、第二電極層均為銀電極， 厚度為5微米，按要求制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子。
[0032] 實施例2: 壓電陶瓷在-30°C的容溫變化為率為-15%，在+85 °C的容溫變化為率為+35%;介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為55%，在+85°C的容溫變化為率為-65%，介電陶瓷厚度為0.1 mm，所述 壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為多層陶瓷電容組成，第一、第二電極層均為銀/鈕電 極，厚度為20微米，按要求制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子。
[0033] 實施例3: 壓電陶瓷在-30°C的容溫變化為率為-35%，在+85°C的容溫變化為率為+25%;介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為15%，在+85 °C的容溫變化為率為-10%，介電陶瓷厚度為0.6，mm，所 述壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為多層陶瓷電容組成，第一電極層為銀/鈕電極，第 二電極層為銀電極，厚度均為10微米，按要求制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子。
[0034] 實施例4: 壓電陶瓷在-30°C的容溫變化為率為-25%，在+85°C的容溫變化為率為+25%;介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為20%，在+85 °C的容溫變化為率為-10%，介電陶瓷厚度為0.9mm，所述 壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為多層陶瓷電容組成，第一、第二電極層均為銀電極， 厚度為30微米，按要求制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子。
[0035] 對比例1: 壓電陶瓷在-30°C的容溫變化為率為-25%，在+85°C的容溫變化為率為+25%;介電陶瓷 在-30°C的容溫變化率為35%，在+85 °C的容溫變化為率為-75%，介電陶瓷厚度為0.7mm，所述 壓電陶瓷為單層陶瓷，所述介電陶瓷為單層陶瓷電容組成，第一、第二電極層均為銀電極， 壓電陶瓷厚度為5微米，按要求制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子。
[0036] 對比例2: 采用與實施例2中的壓電陶瓷和介電陶瓷組成、含量相同的組分，混合均勻后共燒，得 到復(fù)合壓電陶瓷，按要求被銀/鈕電極，電極層厚度為20微米，制成溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷 振子。
[0037] 表1為實施例1-3和對比例1、對比例2壓電陶瓷振子的性能參數(shù)表 表1實施例和對比例中壓電陶瓷振子的性能參數(shù)
實施例1-3和對比例I中的壓電陶瓷的容溫變化率為±35%W內(nèi)，從表1中可W看出，采 用本發(fā)明的壓電陶瓷振子結(jié)構(gòu)，在其頂部或底部固定介電陶瓷后，壓電陶瓷的容溫特性得 到了顯著改善，并且壓電陶瓷本身的性能也未出現(xiàn)明顯的下降。對比例1為容溫特性變化較 大的介電陶瓷復(fù)合后的壓電陶瓷振子性能參數(shù)，可W看出，容溫變化率過高或過低的介電 陶瓷均不滿足本發(fā)明中的要求。對比例2是W與實施例2中壓電陶瓷和介電陶瓷組成、含量 相同的組分，混合均勻后共燒制得的復(fù)合壓電陶瓷，按要求制成穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子后 對其性能進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1中對比例2所述。顯然，通過簡單的組分之間的復(fù)合，并不能 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的。
[0038] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)，打破傳統(tǒng)的對壓電陶瓷組分進(jìn)行改性W提高其性能的途 徑，通過采用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且確定了適用本發(fā)明的壓電陶瓷和介電陶瓷的性能要求， 列出了一種組分選擇。該新型結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷振子在保持良好的壓電性能的基礎(chǔ)上，容溫 系數(shù)大幅改良，大大提高汽車倒車協(xié)助探頭的壓電性能及可靠性，拓展產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，可 W廣泛應(yīng)用于更高使用環(huán)境要求的汽車應(yīng)用中。
[0039] 本發(fā)明相比于中國專利CN201610072538.2，通過改進(jìn)，改善了介電陶瓷復(fù)合的厚 度，降低了工藝難度和次品率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。并且還驚奇的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的壓 電陶瓷振子整體的容溫特性并沒有出現(xiàn)劣化，從而實現(xiàn)在-30°C~+85°C內(nèi)具有良好的容溫 變化系數(shù)，+85 °C時，其容量變化率控制在+3%，在-30°C時，其容量變化率控制在-3%的技術(shù) 效果。
[0040] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作出的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于，包括： 壓電陶瓷，在所述壓電陶瓷兩端的表面上形成有第一電極層； 介電陶瓷，在所述介電陶瓷兩端的表面形成有第二電極層； 第一引出端，所述第一引出端與所述壓電陶瓷和介電陶瓷同側(cè)的第一電極層、第二電 極層緊密接觸； 第二引出端，所述第二引出端與所述壓電陶瓷和介電陶瓷另一同側(cè)的第一電極層、第 二電極層緊密接觸； 其中，所述壓電陶瓷的容溫變化率，在-30°C的容溫變化率為-35%以內(nèi)，在85 °C的容溫 變化率為+35%以內(nèi)，所述壓電陶瓷的容量變化率隨溫度的升高而增大，所述介電陶瓷在-30 °C的容溫變化率為+65%以內(nèi)，在85°C的容溫變化率為-55%以內(nèi)，所述介電陶瓷的容量變化 率隨溫度的升高而減小，所述壓電陶瓷、介電陶瓷在-30 °085 °C的容溫變化率相互補償。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述壓電陶瓷 的化學(xué)組成是PbCZrJii-a)0 3,其中0.45〈 a < 0.55。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述介電陶瓷 的化學(xué)組成是Ba ( Tii-aZra )03,其中0.1〈 a < 0.4。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述介電陶瓷 的厚度為〇. 1~〇. 9mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述介電陶瓷 的厚度為〇. 4~0.7mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述第一電極 層和第二電極層是金屬電極。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述金屬電極 是銀電極或銀/鈀電極中的一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述 壓電陶瓷為單層陶瓷，介電陶瓷為單層或多層陶瓷電容組成。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種溫度穩(wěn)定壓電復(fù)合陶瓷振子，其特征在于:所述溫度穩(wěn)定 壓電陶瓷振子在_30°O+85°C的容量變化率為-3%~+3%。
【文檔編號】H01L41/08GK105826461SQ201610129884
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】歐明, 姜知水, 文理, 董進(jìn)杰
【申請人】歐明, 姜知水, 文理, 董進(jìn)杰, 周濤