專利名稱：一種壓電陶瓷坯片燒結(jié)裝置及其工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置及其方法，具體涉及一種堆燒不變形的壓電陶瓷片的燒結(jié)方法。
背景技術(shù)：
自1954年人們發(fā)現(xiàn)了 PZT鋯鈦酸鉛壓電陶瓷后，美國(guó)、日本、荷蘭等許多國(guó)家對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡的研究，并且隨著研制的深入派生出了一系列性能優(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。壓電陶瓷以其獨(dú)特的力、熱、電、光及聲學(xué)等多功能性，在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如壓電、鐵電、光電及光學(xué)器件等?，F(xiàn)有技術(shù)中，被實(shí)用化的壓電陶瓷的大部分由強(qiáng)電介質(zhì)構(gòu)成，該強(qiáng)電介質(zhì)構(gòu)成在室溫附近具有正方晶系或棱形晶系的PZT(PbZr03-PbTi03固溶體)和PT(PbTi03固溶體)系等鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。目前最廣泛應(yīng)用的材料是鋯鈦酸鉛基壓電材料。但由于材料本身含鉛，在傳統(tǒng)的二次燒結(jié)過(guò)程中，由于鉛的揮發(fā)及晶粒生長(zhǎng)變化等因素，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成坯片在燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)變形、裂痕等現(xiàn)象。然而，陶瓷本質(zhì)的脆性限制了其大的應(yīng)變特性的發(fā)揮，易產(chǎn)生疲勞性損傷，降低了其使用可靠性。特別是隨著電子裝置的小型化，對(duì)于壓電陶瓷的韌性提出了更高的要求。因而，如何減少坯片燒結(jié)過(guò)程以及使用中的變形裂痕現(xiàn)象，并延長(zhǎng)壓電陶瓷的使用壽命成為本領(lǐng)域?qū)＜液图夹g(shù)工程師的普遍追求。目前，主要通過(guò)外加第二相(顆粒、纖維、晶須等)的方式來(lái)增加壓電陶瓷材料的韌度，然而，該種方式卻在增韌的同時(shí)導(dǎo)致了壓電性能的大幅下降，且對(duì)于含鉛的壓電陶瓷如上面提及的PZT系以及PT系壓電陶瓷，外加的第二相還易與陶瓷共熔，造成陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中主要成分的流失。CN102093067B公開(kāi)了一種采用納米氧化鋁晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料及其制備方法，所述制備方法包括配料、混合、壓塊、合成、粉碎細(xì)磨、噴霧造粒、成型、排塑、燒結(jié)、上電極、極化和性能測(cè)試等步驟，該方法制得的壓電陶瓷材料韌性有一定提高，但其成本昂貴、工藝復(fù)雜，并在一定程度上影響了陶瓷材料的壓電性能。CN 101891495 B公開(kāi)了一種通過(guò)加入第二相對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌的方法，其中第二相為鈦酸鉀晶須，該方法在一定程度上改善了陶瓷材料的機(jī)械性能和耐高溫性能，但其也由于加入了第二相影響了陶瓷材料的壓電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置以及使用該燒結(jié)裝置的燒結(jié)方法，旨在有效解決壓電陶瓷片在燒結(jié)過(guò)程中壓電陶瓷片的變形、層裂、翹曲和裂紋、皺折等缺陷等現(xiàn)象，并盡可能保有燒結(jié)后壓電陶瓷片的壓電性能。本發(fā)明目的之一在于提供一種壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu);其中:
所述的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷片層、上壓塊結(jié)構(gòu)和下底塊結(jié)構(gòu)組成，所述的壓電陶瓷片層在上壓塊結(jié)構(gòu)和下底塊結(jié)構(gòu)之間，壓電陶瓷片層的頂面為上壓塊結(jié)構(gòu)，上壓塊結(jié)構(gòu)由自下而上的壓電隔片、圓環(huán)或方框坯片和已燒結(jié)過(guò)的壓塊組成；壓電陶瓷片層的底面為下底塊結(jié)構(gòu)，下底塊結(jié)構(gòu)由自上而下的壓電隔片、圓環(huán)或方框坯片和已燒結(jié)過(guò)的壓塊組成；
所述的外部結(jié)構(gòu)為氧化鋁承燒板箱體，所述的氧化鋁承燒板箱體由底部的氧化鋁承燒板、頂部的氧化鋁承燒板和四周的套上的氧化鋁瓷圈或氧化鋁方框組成，底部的氧化鋁承燒板和頂部的氧化鋁承燒板尺寸相同。上述所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置中，所述壓電陶瓷片層的堆放高度為3-6mm;所述壓電隔片可根據(jù)壓電陶瓷片的形狀調(diào)整，優(yōu)選為圓形或方形，厚度優(yōu)選為
0.lmm-0.2mm。上述所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置中，圓環(huán)或方框坯片與壓電隔片屬同一材料成分，所述圓環(huán)或方框坯片的厚度為0.05-0.08mm ;圓環(huán)或方框坯片的外邊尺寸與壓電隔片外邊尺寸相同，圓環(huán)或方框還片邊寬約Imm 3mm。上述所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置中，所述已燒結(jié)過(guò)的壓塊與壓電陶瓷片材質(zhì)相同，其外邊大于壓電陶瓷片的外邊(外徑或外邊比壓電陶瓷片大約2 5mm)，厚度優(yōu)選為
1.0mm-2.0mnin上述所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置中，所述氧化鋁板為方形或圓形，其尺寸優(yōu)選為直徑為60cm 100cm,厚度為5cm的氧化招圓板或尺寸為IOOcmX IOOcmX5cm氧化招方板。所述套在壓電陶瓷片層的氧化鋁瓷圈或方框與壓電陶瓷片層不接觸，其厚度優(yōu)選為5mm ο上述所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置中，所述的壓電陶瓷片層由壓電陶瓷片以及壓電陶瓷片之間的隔離粉組成，所述隔離粉可以為氧化鋯或面粉等。本發(fā)明的另一目的在于公開(kāi)一種使用本發(fā)明上述壓電陶瓷片燒結(jié)裝置的壓電坯片的燒結(jié)方法，該燒結(jié)方法包括如下步驟:
I)將待燒結(jié)壓電陶瓷片堆疊成壓電陶瓷片層，壓電陶瓷片之間有隔離粉；
2)在壓電陶瓷片層頂面放置上壓塊結(jié)構(gòu)，在壓電陶瓷片層底面放置下底塊結(jié)構(gòu)，得內(nèi)部機(jī)構(gòu)；
3)將步驟2得到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)置于氧化鋁承燒板箱體內(nèi)；
4)放置在高溫隧道窯推板上進(jìn)行燒結(jié)。上述所述壓電陶瓷片燒結(jié)方法中，所述步驟4)中燒結(jié)方法可以為壓電陶瓷常規(guī)燒結(jié)工藝。本發(fā)明所述壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置以及使用該裝置進(jìn)行的壓電陶瓷片的燒結(jié)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下突出的有益效果:
(I)本發(fā)明實(shí)施例3和實(shí)施例4表明，采用本發(fā)明壓電陶瓷片燒結(jié)裝置的燒結(jié)方法與空白組相比在燒結(jié)合格率、燒結(jié)后的最大載荷以及最大載荷形變方面均具有極顯著的提高，與參比實(shí)施例相比(添加二相物質(zhì)組)相比在上述方面也具有明顯提高。但在機(jī)電耦合系數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)方面，參比實(shí)施例組(添加二相物質(zhì)組)則與空白組相比有明顯下降，而本發(fā)明壓電陶瓷片燒結(jié)方法制得的產(chǎn)品則與空白組保持穩(wěn)定。因此本發(fā)明壓電陶瓷片的燒結(jié)方法在工業(yè)應(yīng)用中更具有優(yōu)勢(shì)。(2)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，為了有效的控制壓電坯片的燒結(jié)彎曲、裂痕、皺折等“輔助燒結(jié)裝置，其操作簡(jiǎn)單，不引入其他雜質(zhì)，工藝可行性強(qiáng)。(3)本發(fā)明采用物理方式而非化學(xué)方式解決壓電陶瓷片燒結(jié)過(guò)程中的彎曲、裂痕、皺折等問(wèn)題，所生產(chǎn)制得的壓電陶瓷片的燒結(jié)合格率在98%以上，且工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品一致性好。(4)本發(fā)明壓電陶瓷片的燒結(jié)方法中不添加任何二相成分，不僅大大節(jié)約了成本，而且保證了壓電陶瓷片在使用過(guò)程中的韌性和性能，使用壽命大大延長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明的壓電陶瓷片燒結(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的壓電陶瓷片燒結(jié)裝置堆疊方法示意圖。其中，堆燒壓電陶瓷片(I)、壓電隔片(2)、圓環(huán)或方框坯片(3)及已燒結(jié)過(guò)的壓塊(4)依次放置在氧化鋁板(5)上，并沿氧化鋁圓板或方板面周邊套上氧化鋁瓷圈或方框
(6)，再蓋上與底面相同尺寸的氧化鋁板(5)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1本發(fā)明壓電陶瓷片的燒結(jié)方法
將規(guī)格為21mmX21mmX0.023mm的壓電陶瓷方坯片(I)表面撒上隔離粉(隔離粉可以采用氧化鋯、面粉等)后迭排整齊成柱形成壓電陶瓷片層，堆放高度3 6mm。在壓電陶瓷片層的頂面放置由自下而上的壓電隔片(2)(厚0.1mm)、方框坯片(3)(厚0.05mm,夕卜框 2 Imm X 2 Imm X 0.05mm 內(nèi)框 1 7 mm X 1 7 mm X 0.05mm)和已燒結(jié)過(guò)的壓塊(4)(23mm X 23mm X 1.5mm)組成的上壓塊結(jié)構(gòu)；在壓電陶瓷片層的底面放置由自上而下的壓電隔片(2)(厚0.1mm)、方框還片(3)(厚0.05mm,夕卜框21mmX21mmX0.05mm內(nèi)框17_X 17_X0.05mm)和已燒結(jié)過(guò)的壓塊(4) (23mmX 23mmX 1.5mm)組成的下底塊結(jié)構(gòu)；以上三部分組成本發(fā)明壓電陶瓷片裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中壓電隔片的材質(zhì)與方框坯片的材質(zhì)相同，壓電隔片的尺寸與方框坯片的的外框尺寸相同。將此壓電陶瓷片裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放置在尺寸為:IOOcmX IOOcmX5cm的氧化鋁方板(5)上,最后沿氧化招方板的邊沿套上尺寸為外框IOOcmX內(nèi)框92cmX高度為IOmm氧化鋁方框，蓋上與底面相同尺寸的氧化鋁方板(5)，然后將其放置在高溫隧道窯的推板上，按照壓電陶瓷常規(guī)燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)。實(shí)施例2本發(fā)明壓電陶瓷片的燒結(jié)方法
將規(guī)格為:直徑為20mm、厚度0.023mm的壓電陶瓷圓坯片(I)表面撒上隔離粉(隔離粉可以采用氧化鋯、面粉等)后迭排整齊成柱，堆放高度3 6_，在壓電陶瓷片層的頂面放置由自下而上的壓電隔片(2)(厚0.2mm)、圓環(huán)還片(3)(厚0.08mm,外徑20mm,內(nèi)徑16mm)和已燒結(jié)過(guò)的壓塊(4)(直徑22mm，厚度為1.5mm)組成的上壓塊結(jié)構(gòu)；在壓電陶瓷片層的底面放置由自上而下的壓電隔片(2)(厚0.2mm)、圓環(huán)還片(3)(厚0.08mm,外徑20mm,內(nèi)徑16mm)和已燒結(jié)過(guò)的壓塊(4)(直徑23mm,厚度1.5mm)組成的下底塊結(jié)構(gòu)；以上三部分組成本發(fā)明壓電陶瓷片裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中壓電隔片的材質(zhì)與圓環(huán)坯片的材質(zhì)相同，其直徑與圓環(huán)坯片的外徑相同。
然后將壓電陶瓷片裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放置在尺寸為:直徑IOOcmX厚度5cm的氧化鋁圓板(5)上，最后沿氧化鋁圓板的邊沿套上尺寸為外徑IOOcmX內(nèi)徑92cmX高度為IOmm氧化鋁圓框(6)，蓋上與底面相同尺寸的氧化鋁圓板(5)，然后將其放置在高溫隧道窯的推板上，按照壓電陶瓷常規(guī)燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)。參比實(shí)施例1
參見(jiàn)CN101891495 B中實(shí)施例1。參比實(shí)施2
參見(jiàn)CN101891495 B中實(shí)施例2。實(shí)施例3本發(fā)明壓電陶瓷片燒結(jié)方法的效果測(cè)定
采用CN101891495 B中實(shí)施例1中的壓電陶瓷材料使用本發(fā)明壓電陶瓷燒結(jié)方法處理(1200°C保溫120min)得到壓電陶瓷片。參比實(shí)施例為CN101891495 B中實(shí)施例1?？瞻捉M為不經(jīng)過(guò)本發(fā)明燒結(jié)方法處理，也不添加CN101891495 B中實(shí)施例1中二相材料直接燒結(jié)的壓電陶瓷片。三組壓電陶瓷片的燒結(jié)方法均在1200°C保溫120min燒結(jié)而成。測(cè)定燒結(jié)過(guò)程中壓電陶瓷片合格率，燒結(jié)完成后的最大載荷、最大載荷形變以及機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。表I本發(fā)明壓電陶瓷片燒結(jié)方法所得產(chǎn)品性能測(cè)試
權(quán)利要求
1.種壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，它包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)， 所述的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷片層、上壓塊結(jié)構(gòu)和下底塊結(jié)構(gòu)組成，所述的壓電陶瓷片層在上壓塊結(jié)構(gòu)和下底塊結(jié)構(gòu)之間，壓電陶瓷片層的頂面為上壓塊結(jié)構(gòu)，上壓塊結(jié)構(gòu)由自下而上的壓電隔片、圓環(huán)或方框坯片和已燒結(jié)過(guò)的壓塊組成；壓電陶瓷片層的底面為下底塊結(jié)構(gòu)，下底塊結(jié)構(gòu)由自上而下的壓電隔片、圓環(huán)或方框坯片和已燒結(jié)過(guò)的壓塊組成； 所述的外部結(jié)構(gòu)為氧化鋁承燒板箱體，所述的氧化鋁承燒板箱體由底部的氧化鋁承燒板、頂部的氧化鋁承燒板和四周的套上的氧化鋁瓷圈或氧化鋁方框組成，底部的氧化鋁承燒板和頂部的氧化鋁承燒板尺寸相同。
2.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷片層的堆放高度為3-6mm。
3.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于所述壓電隔片的厚度為mm-0.2mm,形狀為圓形或方形。
4.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于所述圓環(huán)或方框坯片的厚度為 0.0Smm-Q.08mm。
5.權(quán)利要求1、3或4所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于所述圓環(huán)或方框坯片的外邊與壓電隔片相同，邊寬為lmm-3mm。
6.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，所述已燒結(jié)過(guò)的壓塊的厚度為1.0-2.0mm,已燒結(jié)過(guò)的壓塊外邊大于壓電陶瓷片外邊。
7.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，所述氧化鋁承燒板為圓形或方形，圓形直徑為60cm 100cm,厚度為5cm。
8.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，氧化鋁方框的尺寸為IOOcmX IOOcmX 5cm的氧化招方板。
9.權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置，其特征在于，所述的壓電陶瓷片層由壓電陶瓷片以及壓電陶瓷片之間的隔離粉組成。
10.種壓電陶瓷片的燒結(jié)方法，使用權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它包括如下步驟: 1)將待燒結(jié)壓電陶瓷片堆疊成壓電陶瓷片層，壓電陶瓷片之間有隔離粉； 2)在壓電陶瓷片層頂面放置上壓塊結(jié)構(gòu)，在壓電陶瓷片層放置下底塊結(jié)構(gòu)，得內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 3)將步驟2得到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)置于氧化鋁承燒板箱體內(nèi)； 4)放置在高溫隧道窯推板上進(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種壓電陶瓷片的燒結(jié)裝置以及使用該裝置的壓電陶瓷片燒結(jié)方法，屬于壓電陶瓷制造技術(shù)領(lǐng)域。為了克服壓電陶瓷片在燒結(jié)過(guò)程容易出現(xiàn)斷裂、彎曲等現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明壓電陶瓷片裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中在壓電陶瓷片層的頂面放置上壓塊，在壓電陶瓷片層的底面放置下底塊，在其外部結(jié)構(gòu)為氧化鋁承燒板箱體。采用該壓電陶瓷片燒結(jié)裝置的燒結(jié)方法擯除了常規(guī)加入二相增加韌性的方式，其具有燒結(jié)合格率高，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，并且燒結(jié)制成的壓電陶瓷片的機(jī)電耦合系數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)性能優(yōu)異，因此本發(fā)明具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F27D5/00GK103090661SQ201310002738
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者姜知水, 歐明, 田維, 文理, 林霖, 周濤, 周長(zhǎng)印 申請(qǐng)人:肇慶捷成電子科技有限公司