專利名稱：復(fù)合壓電體和該復(fù)合壓電體的制備方法以及使用該復(fù)合壓電體的復(fù)合壓電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合壓電體。更具體地說，涉及一種不發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的復(fù)合壓電體和該復(fù)合壓電體的制備方法以及使用該復(fù)合壓電體的復(fù)合壓電元件。
背景技術(shù)：
目前已有各種各樣的壓電元件，其將由外部施加的位移轉(zhuǎn)換成電或與之相反將施加的電轉(zhuǎn)換成位移。本專利申請(qǐng)人也開發(fā)了一種專利文獻(xiàn)I所記載的具有壓電陶瓷和內(nèi)部摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體的復(fù)合壓電元件。在這里，專利文獻(xiàn)I所記載的復(fù)合壓電元件是通過經(jīng)由圖2 (b)所示的加工工序而 制成的。也就是說，通過以下工序而制成。首先，進(jìn)行溝槽加工，該溝槽加工在陶瓷上通過機(jī)械加工形成多個(gè)溝槽。其次，進(jìn)行填充加工，該填充加工將在規(guī)定的溫度下氣化的樹脂填充到該溝槽里。然后，進(jìn)行發(fā)泡加工，該發(fā)泡加工在該樹脂氣化的溫度下進(jìn)行熱處理并形成摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體。然后，進(jìn)行厚度加工，該厚度加工將上述陶瓷和有機(jī)高分子體的復(fù)合材料研磨成所需要的厚度。然后，進(jìn)行電極形成加工，該電極形成加工在研磨過的表面也就是在形成電極的表面形成電極。最后，進(jìn)行極化處理加工。因此，專利文獻(xiàn)I所記載的復(fù)合壓電元件在有機(jī)高分子體的內(nèi)部摻進(jìn)氣泡，從而具有，既能夠?qū)⒈硎緣弘娫男阅艿臋C(jī)電耦合系數(shù)維持在較高狀態(tài)又能夠降低聲阻抗的優(yōu)點(diǎn)。還有，復(fù)合壓電體通常，如1-3型、2-2型、0-3型、3-0型等，以“壓電陶瓷可露出端面的XYZ方向的數(shù)量-有機(jī)高分子體可露出端面的XYZ方向的數(shù)量”來表示。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特許第4222467號(hào)在這里，專利文獻(xiàn)I所述的復(fù)合壓電元件主要用作超聲波診斷儀或超聲波探傷儀等的接收器和發(fā)送器的探針。以往，如在專利文獻(xiàn)I的段落
所述，通常探針至少要被切斷加工成0. Imm寬度以上而使用。因此，沒有發(fā)生什么不良現(xiàn)象。也就是說，專利文獻(xiàn)I所述的復(fù)合壓電元件，如上所述，因?yàn)槭箽馀輷竭M(jìn)有機(jī)高分子體的內(nèi)部，因此，由于厚度加工時(shí)有機(jī)高分子體的表面附近受到研磨，如圖5所示，有時(shí)有機(jī)高分子體3的表面附近的氣泡4被研磨而呈現(xiàn)凹陷孔5。不過，即使是在有機(jī)高分子體的表面產(chǎn)生這樣的凹陷孔的狀態(tài)，在電極形成加工工序中這些凹陷孔的絕大部分也被堵塞，因此，使用時(shí)幾乎沒有發(fā)生不良現(xiàn)象。還有，凹陷孔沒有被堵塞而在電極表面的某一特定的部位具有開孔的狀態(tài)，也就是說即使在電極表面形成了開孔的情況下，在以往的切斷寬度上進(jìn)行加工，只要其他部位沒有缺陷也可得到正常的通電，因此，使用時(shí)幾乎沒有發(fā)生不良現(xiàn)象。然而，近年這些探針要求切斷寬度為0. Imm以下的密間距加工，要實(shí)現(xiàn)如此的精密加工在專利文獻(xiàn)I所述的復(fù)合壓電元件偶爾會(huì)出現(xiàn)不良現(xiàn)象。也就是說，在進(jìn)行近年所要求的密間距加工時(shí)，因加工以后的壓電元件的寬度變小，偶爾出現(xiàn)存在很多具有缺陷部位的壓電元件的這一問題越來越變得表面化，且偶爾出現(xiàn)難以得到正常通電的現(xiàn)象。本發(fā)明是鑒于上述以往的問題而提出的，其目的在于提供一種不發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的復(fù)合壓電體和該復(fù)合壓電體的制備方法以及使用該復(fù)合壓電體的復(fù)合壓電元件。

發(fā)明內(nèi)容

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種復(fù)合壓電體，包括壓電陶瓷和內(nèi)部摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體，其特征在于，形成壓電陶瓷以及有機(jī)高分子體的電極的表面之中，在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面設(shè)置絕緣體。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體，其特征在于，絕緣層的厚度小于等于50 ym。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體，其特征在于，有機(jī)高分子體和絕緣層的平均體積密度小于等于0. 6g/cm3。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體，其特征在于，絕緣層由環(huán)氧樹脂構(gòu)成。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體，其特征在于，在權(quán)利要求I至4所述的復(fù)合壓電體上形成有電極。另外，本發(fā)明還提供一種復(fù)合壓電體的制備方法，包括如下工序在陶瓷上通過機(jī)械加工形成多個(gè)溝槽；將在規(guī)定的溫度下氣化的樹脂填充到所述溝槽里；在樹脂氣化的溫度下進(jìn)行熱處理并形成摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體；以及形成電極，其特征在于，還包括在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面形成絕緣層的工序。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體的制備方法，其特征在于，作為形成電極的工序具有無電解電鍍工序。還有，本發(fā)明提供的復(fù)合壓電體的制備方法，其特征在于，在小于等于70度的溫度下進(jìn)行無電解電鍍工序。下面，對(duì)本發(fā)明的每個(gè)構(gòu)成進(jìn)行說明。用于本發(fā)明的壓電陶瓷，只要是能夠?qū)⒂赏獠渴┘拥奈灰妻D(zhuǎn)換成電或與之相反將電轉(zhuǎn)換成位移的壓電陶瓷，對(duì)其材質(zhì)和種類就沒有特別的限制。另外，作為具有這些性質(zhì)的壓電陶瓷，例如可列舉鈦酸鋇系列陶瓷、鈦酸鉛系列陶瓷、鋯鈦酸鉛(PZT)系列陶瓷、鈮酸鉛系列陶瓷、鈮酸鋰單晶體、鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZNT)單晶體、鈮鎂鈦酸鉛(PMNT)單晶體、鈦酸鉍系列陶瓷、偏鈮酸鉛系列陶瓷等。作為用于本發(fā)明的有機(jī)高分子體，只要是能夠填充到所配置的柱狀的壓電陶瓷之間并制備復(fù)合壓電體且具有該復(fù)合壓電體所必要的絕緣性的有機(jī)高分子體，對(duì)其材質(zhì)就沒有特別的限制。另外，作為具有這些性質(zhì)的有機(jī)高分子體，例如可列舉不飽和聚酯樹脂、丙烯樹月旨、環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、尿素樹脂、密胺樹脂、酚醛樹脂等的熱硬化性樹脂，或丙烯腈系列共聚物樹脂、丙烯腈-苯乙烯系列共聚物樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚酰胺樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯樹脂、PMMA樹脂等的熱可塑性樹脂變成固化狀態(tài)的有機(jī)高分子體。并且，將熱可塑性樹脂作為有機(jī)高分子體時(shí)，為了在進(jìn)行下面所述的無電解電鍍加工等時(shí)不讓有機(jī)高分子體軟化，優(yōu)選使用具有這些加工工序的加工溫度以上的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度的熱可塑性樹脂。
另外，用于本發(fā)明的有機(jī)高分子體里摻進(jìn)氣泡，具有如下效果。當(dāng)向復(fù)合壓電元件施加電使壓電陶瓷發(fā)生振動(dòng)時(shí)，可以通過氣泡減輕壓電陶瓷的振動(dòng)拘束，既能夠?qū)⒈硎緣弘娫男阅艿臋C(jī)電耦合系數(shù)維持在較高狀態(tài)又能夠降低聲阻抗。在這里，作為摻進(jìn)氣泡的方法，只要是使最終成為復(fù)合壓電體時(shí)的有機(jī)高分子體內(nèi)處于填充有氣泡的狀態(tài)的方法，就沒有特別的限制。既可以填充處于預(yù)先摻進(jìn)氣泡的狀態(tài)的有機(jī)高分子體，也可以填充混合有發(fā)生氣泡的藥劑等的樹脂，之后，在由固化或硬化形成有機(jī)高分子體時(shí)，通過加熱等使有機(jī)高分子體內(nèi)發(fā)生氣泡。另外，也可以采用如日本特許第4222467號(hào)所述的使用封入液體的高分子樹脂粉末體。具體而言，該方法是，預(yù)先將封入正戊烷、正己烷、異丁烷、異戊烷等液體的丙烯腈系列共聚物等高分子樹脂粉末體填充到壓電陶瓷的溝槽里，并通過加熱到規(guī)定的溫度使封入的液體發(fā)生氣化的同時(shí)使高分子樹脂軟化后，通過冷卻固化成有機(jī)高分子體，由此,將氣化的氣體作為氣泡內(nèi)存于有機(jī)高分子體內(nèi)。該高分子樹脂粉末體設(shè)計(jì)成，由于加熱到規(guī)定的溫度高分子軟化時(shí)使封入的液體發(fā)生氣化。本發(fā)明中的絕緣層是填充在由于厚度加工呈現(xiàn)在有機(jī)高分子體的表面的凹陷孔的材料，只要是實(shí)際上不包含氣泡的材料就沒有特別的限制。但是，從易處理和易加工的角度優(yōu)選使用熱固化性樹脂、熱可塑性樹脂等的樹脂材料。并且，在復(fù)合壓電體中，通常為了將來自電極的電信號(hào)更加有效地傳給壓電陶瓷，壓電陶瓷之外的部分優(yōu)選由絕緣體構(gòu)成。然而，即使在制備復(fù)合壓電體時(shí)，如果機(jī)電耦合系數(shù)等能確保良好的性能并不限定為絕緣層，也可以使用導(dǎo)電性樹脂等。還有，將熱可塑性樹脂作為本發(fā)明中的絕緣層時(shí)，與有機(jī)高分子體一樣，為了在進(jìn)行下述的無電解電鍍加工等時(shí)不讓絕緣層軟化，優(yōu)選使用具有這些加工工序的加工溫度以上的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度的熱可塑性樹脂。而且，該絕緣層，優(yōu)選在進(jìn)行電極形成加工時(shí)能夠確保與所形成的電極具有緊貼性的材料。并且，在進(jìn)行基于厚度加工的研磨等之前，通過在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面涂敷這些樹脂并使其固化來形成絕緣層。作為本發(fā)明中的絕緣層的厚度，如果厚度過厚，則會(huì)降低機(jī)電耦合系數(shù)并提高聲阻抗，因此，厚度優(yōu)選小于等于50 u m,更優(yōu)選小于等于30 u m。作為本發(fā)明中的有機(jī)高分子體和絕緣層的平均體積密度，如果過高，則復(fù)合壓電元件中的陶瓷的振動(dòng)受拘束，并降低機(jī)電耦合系數(shù)且提高聲阻抗，因此，這些平均體積密度優(yōu)選小于等于0. 6g/cm3,更優(yōu)選小于等于0. 5g/cm3。在本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制備方法中的形成絕緣層的加工工序，為了防止電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的發(fā)生，需要在進(jìn)行電極形成加工之前實(shí)施。
在這里，形成絕緣層的加工工序，為了便于調(diào)整到符合規(guī)格的厚度，優(yōu)選在進(jìn)行厚度加工工序之前實(shí)施。也就是說，如圖2(a)所示，先進(jìn)行在有機(jī)高分子體的表面發(fā)生凹陷孔的預(yù)備研磨加工之后進(jìn)行形成絕緣層的加工。之后，通過進(jìn)行厚度加工將復(fù)合壓電體研磨成符合規(guī)格的厚度。還有，進(jìn)行形成絕緣層的加工之后也能夠確保符合規(guī)格的厚度時(shí)，形成絕緣層的加工工序也可以在厚度加工工序之后進(jìn)行。然后，通過在進(jìn)行將復(fù)合壓電體研磨成所需厚度的厚度加工之后的研磨表面即在形成電極的表面形成電極，制備本發(fā)明的復(fù)合壓電元件。還有，作為在本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制備方法中的形成電極的加工工序，可列舉噴濺法、鍍氣法等，然而，從成本方面和電極緊貼性的觀點(diǎn)優(yōu)選使用鎳等的無電解電鍍加 工。在這里，如果在過高的溫度下進(jìn)行無電解電鍍加工，則在發(fā)泡加工中形成的氣泡會(huì)膨脹起來，好容易通過厚度加工而研磨好的有機(jī)高分子體的表面會(huì)再次發(fā)生凹凸不平的現(xiàn)象，因此，該無電解電鍍加工優(yōu)選在不發(fā)生氣泡膨脹的溫度下進(jìn)行，更具體地說，優(yōu)選在小于等于70度溫度下進(jìn)行。然后，在進(jìn)行無電解電鍍加工之后，根據(jù)需要，采用電解鍍金等方式進(jìn)行電極形成加工，以此制備本發(fā)明的復(fù)合壓電元件。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體以及使用該復(fù)合壓電體的復(fù)合壓電元件，一種具有壓電陶瓷和內(nèi)部摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體的復(fù)合壓電體，其特征在于，形成壓電陶瓷以及有機(jī)高分子體的電極的表面之中，在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面設(shè)置絕緣層，因此，可制備不發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的復(fù)合壓電體以及復(fù)合壓電元件。另外，用絕緣層填平因厚度加工而在形成電極的表面所呈現(xiàn)的凹陷孔，因此，能夠?qū)㈦姌O更加牢固地黏著于有機(jī)聞分子體等可提聞壓電兀件的強(qiáng)度，并可提聞切斷加工等的操作性的同時(shí)，對(duì)防止加工時(shí)所發(fā)生的電極斷線具有良好的效果。還有，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體，其特征在于，絕緣層的厚度小于等于50 y m，因此，能夠?qū)C(jī)電耦合系數(shù)維持在較高的狀態(tài)并降低聲阻抗的同時(shí)，可防止電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的發(fā)生。還有，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體，其特征在于，有機(jī)高分子體和絕緣層的平均體積密度小于等于0. 6g/cm3,因此，能夠?qū)C(jī)電耦合系數(shù)維持在較高的狀態(tài)并降低聲阻抗的同時(shí)，可防止電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的發(fā)生。還有，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體，其特征在于，絕緣層由環(huán)氧樹脂組成，因此，不僅可防止電極的缺陷和斷線還更有效地防止電極的剝離，當(dāng)形成電極作為復(fù)合壓電元件時(shí)，對(duì)提高復(fù)合壓電元件的強(qiáng)度也具有效果。另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制備方法，包括在陶瓷上通過機(jī)械加工形成多個(gè)溝槽的工序；將在規(guī)定的溫度下氣化的樹脂填充到所述的溝槽里的工序；在樹脂氣化的溫度下進(jìn)行熱處理并形成摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體的工序；以及，形成電極的工序，其特征在于，具有在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)面或一部分表面形成絕緣層的工序，因此，可制備不發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的復(fù)合壓電體。還有，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體，其特征在于，作為形成電極的工序具有無電解電鍍工序并在小于等于70度溫度下進(jìn)行該無電解電鍍工序，因此，不僅抑制樹脂的軟化，還使通過厚度加工而研磨的有機(jī)高分子體的表面不發(fā)生凹凸不平的現(xiàn)象，可制備不發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的復(fù)合壓電體。


圖I為表示本發(fā)明的復(fù)合壓電元件的剖面的模式圖。圖2為表示本發(fā)明以及以往的復(fù)合壓電體以 及復(fù)合壓電元件的制備方法的流程圖。圖3為表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體以及復(fù)合壓電元件的制備工序的模式圖。圖4為表示本發(fā)明的復(fù)合壓電元件的導(dǎo)通試驗(yàn)方法的模式圖。圖5為表示以往的復(fù)合壓電體的剖面的模式圖。標(biāo)號(hào)說明I復(fù)合壓電體Ia復(fù)合壓電體Ib復(fù)合壓電體2復(fù)合壓電體元件2a復(fù)合壓電體元件3有機(jī)高分子體4 氣泡5凹陷孔5a凹陷孔6環(huán)氧樹脂層7絕緣層8壓電陶瓷8a壓電陶瓷8b壓電陶瓷9 溝槽10無電解電鍍層11鍍金層12 銅箔13 電極
具體實(shí)施例方式首先，圖I為表示本發(fā)明的復(fù)合壓電元件的剖面的模式圖。在這里，本發(fā)明的復(fù)合壓電體I以及復(fù)合壓電元件2，如圖I所示，用絕緣層7填平有機(jī)高分子體3的表面附近的氣泡4被研磨而呈現(xiàn)的凹陷孔5。其次，根據(jù)具體實(shí)施例以及圖2和圖3對(duì)本發(fā)明的復(fù)合壓電體進(jìn)行詳細(xì)說明。另夕卜，本發(fā)明并不局限于下述的實(shí)施例。圖2為表示本發(fā)明以及以往的復(fù)合壓電體以及復(fù)合壓電元件的制備方法的流程圖，圖3為表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體以及復(fù)合壓電元件的制備工序的模式圖。如圖2所示，作為本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制備流程的圖2的(a)具備作為以往的復(fù)合壓電體的制備流程圖的圖2的(b)所沒有具備的預(yù)備研磨加工工序和絕緣層形成加工工序。(實(shí)施例I)首先，形成軟性的鋯鈦酸鉛系列陶瓷粉末(TAYCA株式會(huì)社制造L_155N、機(jī)電耦合系數(shù)k33為77%、相對(duì)介電常數(shù)為5700、居里溫度為155°C)并進(jìn)行脫脂處理后，在1200°C的溫度下進(jìn)行煅燒并獲得鋯鈦酸鉛系列陶瓷燒結(jié)體。用平面磨床以及雙面研磨機(jī)對(duì)所得 到的鋯鈦酸鉛系列陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行加工處理，獲得圖3的(a)所示的長(zhǎng)60mm、寬10mm、厚
0.80mm大小的壓電陶瓷8a。其次，使用切割機(jī)用寬為30 y m的刀片，在上述制備的矩形板狀的壓電陶瓷8a與一個(gè)邊平行地加工形成間距為100 u m、深度為0. 60mm的溝槽9，制備如圖3的(b)所示的，具有多根70iimX60mmX0. 6mm大小的直立的壓電陶瓷角柱的壓電陶瓷8b。其次，向形成在圖3的(b)所示的壓電陶瓷Sb上的溝槽9填充封入正己烷以及正戊烷的丙烯腈系列共聚物樹脂，并在160°C的溫度下進(jìn)行5分鐘的熱處理。以此制備圖3的(c)所示的填充了在內(nèi)部分散氣泡4的丙烯腈系列共聚物樹脂的固化體即有機(jī)高分子體3的復(fù)合壓電體la。其次，如圖3的(d)所示，用雙面研磨機(jī)去除有機(jī)高分子體3和壓電陶瓷Sb的多余部分并進(jìn)行厚度加工，以此制備復(fù)合壓電體lb。另外，在復(fù)合壓電體Ib的前面和背面形成有由于研磨而產(chǎn)生的凹陷孔5a。該凹陷孔5a是有機(jī)高分子體3的表面附近的氣泡4被研磨而產(chǎn)生的。其次，如圖3的(e)所示，用刮膠法將環(huán)氧樹脂(體積密度I. 3g/cm3)涂敷在復(fù)合壓電體Ib的前面和背面，并在150°C的溫度下進(jìn)行60分鐘的加熱硬化處理。以此制備環(huán)氧樹脂層6。其次，再一次用雙面研磨機(jī)進(jìn)行最后的表面加工處理去除環(huán)氧樹脂層6和壓電陶瓷8b的多余部分，制備如圖3的(f)所示的，用絕緣層7填平圖3的(d)所形成的凹陷孔5a、厚度為0. 35_、柱狀壓電陶瓷的每個(gè)柱的大小為70iimX60mm、柱狀壓電陶瓷的體積率為70 %的2-2型復(fù)合壓電體I。其次，為了在上述制得的具有70iimX60mm的直立柱子結(jié)構(gòu)的復(fù)合壓電體I中形成電極，在65°C的電鍍?cè)囟认?，?duì)上述的復(fù)合壓電體I實(shí)施厚度為0. 5iim的鎳無電解電鍍10的處理，然后再實(shí)施厚度為0. 5iim的電解鍍金11的處理。之后，用切割機(jī)對(duì)實(shí)施于復(fù)合壓電體I的外周4個(gè)側(cè)面的電極和外周多余部分進(jìn)行切斷加工處理，制備在復(fù)合壓電體I的表面形成有電極的、如圖3的(g)所示的45mmX5mmX0. 35mm的矩形板狀的2-2型復(fù)合壓電元件2a。 最后，通過在矩形板狀的2-2型復(fù)合壓電元件2a的相對(duì)的兩個(gè)電極之間在60°C的溫度下施加lkV/_的直流電壓并進(jìn)行極化處理來制備圖3(h)所示的最終所要得到的2-2型復(fù)合壓電元件2。
用千分尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定所得到的復(fù)合壓電元件2的幾何尺寸，用精密天平測(cè)定重量，計(jì)算復(fù)合壓電元件2b的體積密度的結(jié)果為5. 72g/cm3。另外，復(fù)合壓電體I中的高分子成分的體積密度的計(jì)算值為0. 37g/cm3。而且，用激光顯微鏡測(cè)量的環(huán)氧樹脂的厚度為30 u m。(實(shí)施例2)相對(duì)于實(shí)施例1，除了厚度尺寸更改為0. 45mm之外，其他采用和實(shí)施例I相同的工序制備壓電陶瓷的體積率為70%的2-2型復(fù)合壓電元件。(實(shí)施例3)除了形成多根45 ii mX60mmX0. 6mm的直立陶瓷角柱之外,其他采用和實(shí)施例I相同的工序制備壓電陶瓷的體積率為60%的2-2型復(fù)合壓電元件。(實(shí)施例4)相對(duì)于實(shí)施例1，除了厚度尺寸更改為0. 14mm之外，其他采用和實(shí)施例I相同的工序制備壓電陶瓷的體積率為70%的2-2型復(fù)合壓電元件。(實(shí)施例5至7)相對(duì)于實(shí)施例4，除了對(duì)封入正己烷以及正戊烷的丙烯腈系列共聚物樹脂進(jìn)行填充之后的熱處理?xiàng)l件進(jìn)行更改之外，其他采用和實(shí)施例I相同的工序制備如表I所示的具有厚度不相同的環(huán)氧樹脂的、壓電陶瓷的體積率為70%的2-2型復(fù)合壓電元件。(比較例I)采用和實(shí)施例I相同的工序制備具有多根70iimX60mmX0.6mm的直立陶瓷角柱的壓電陶瓷，并將封入正己烷以及正戊烷的丙烯腈系列共聚物樹脂填充到形成在該壓電陶瓷上的溝槽里，在160°C的溫度下進(jìn)行5分鐘熱處理，以此制備填充了在內(nèi)部分散氣泡的丙烯腈系列共聚物樹脂發(fā)生了固化的有機(jī)高分子體的復(fù)合壓電體。其次，用雙面研磨機(jī)去除多余的樹脂和壓電陶瓷并進(jìn)行厚度加工，以此制備厚度為0. 35mm、柱狀壓電陶瓷的每個(gè)柱子的尺寸為70 y mX60mm、柱狀壓電陶瓷的體積率為70%的2-2型復(fù)合壓電體。之后，除了不設(shè)置絕緣層之外，其他采用和實(shí)施例I相同的工序制備壓電陶瓷的體積率為70%、大小為45mmX5mmX0. 35mm的矩形板狀的2_2型復(fù)合壓電元件。其次，算出通過上述的方法得到的實(shí)施例I至3、比較例I的2-2型復(fù)合壓電元件的厚度方向的機(jī)電稱合系數(shù)CO。具體而言，用Agilent Technologies公司制造的阻抗分析儀4294A來測(cè)定頻率-阻抗特性，并根據(jù)得到的縱向振動(dòng)(厚度振動(dòng))的共振頻率(f,)和反共振頻率(fa)，按照J(rèn)EITA規(guī)格EM-4501(壓電陶瓷振子的試驗(yàn)方法)算出的。還有，根據(jù)共振頻率(f；)和元件厚度算出了聲阻抗。其結(jié)果如表I所示。另外，機(jī)電耦合系數(shù)是指，表示將施加在壓電元件上的電能轉(zhuǎn)換為振動(dòng)等的機(jī)械 能或與之相反將振動(dòng)等的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的效率的系數(shù)，該系數(shù)越高表示越能夠高效率地進(jìn)行電能和機(jī)械能的相互間的轉(zhuǎn)換。其次，使用切割機(jī)用寬為30 iim的刀片，向?qū)嵤├齀至3、比較例I的2_2型復(fù)合壓電元件的端邊方向以50 間距，切割深度為元件厚度的1/2的深度切割溝槽并形成元件被分割的排列。然后，用電路檢驗(yàn)器對(duì)每個(gè)排列進(jìn)行導(dǎo)通檢測(cè)并確認(rèn)發(fā)生導(dǎo)通不良的排列的數(shù)量。(導(dǎo)通檢測(cè))導(dǎo)通檢測(cè)是通過以下方法來進(jìn)行的。如圖4所示，將薄銅箔12焊接在復(fù)合壓電元件2的上端部上并在中途切斷后，使電極13與復(fù)合壓電元件2的各個(gè)下端部的每一個(gè)相接觸并檢測(cè)是不是確保導(dǎo)通。其結(jié)果如表I所示。[表I]

特性項(xiàng)目I實(shí)施例I 實(shí)施例2 實(shí)施例3 實(shí)施例4 實(shí)施例5 實(shí)施例6 實(shí)施例7 比較例I -環(huán)氧樹脂
E+厚度 30 ，、 27 9 28 50 60 0(U m)_________
有機(jī)高分子休和環(huán) 3樹脂的
0370.350.370.360.470.590.640.3
密度I
(g/cm3)_________
kt(%)68^56926063~96L9(0559J60
r[y u 22 21 17 21 21 22 23 20(Mrayl)_________
缺陷:50 H
m寬度切
斷排列的00000000.6
導(dǎo)通不良
韋(％) ________從表I的結(jié)果可知，實(shí)施例I至3的復(fù)合壓電元件，將機(jī)電耦合系數(shù)維持在較高的狀態(tài)并降低聲阻抗，而且抑制了電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的發(fā)生。另外，比較例I的復(fù)合壓電元件，雖然比例很小，但是檢測(cè)到發(fā)生導(dǎo)通不良的元件，因此，可知在密間距加工中很難抑制電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象的發(fā)生。并且，實(shí)施例I至7、以及比較例I的復(fù)合壓電元件，均將聲阻抗維持在較低的狀態(tài)，而且將機(jī)電耦合系數(shù)維持在大約60%以上的較高狀態(tài)，因此，可知復(fù)合壓電元件具有良好的性能。本發(fā)明的復(fù)合壓電體可適用于醫(yī)療用超聲波儀器、空中超聲波儀器、水中超聲波儀器、固體超聲波儀器以及其他的超聲波儀器等的，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移的傳感材料、將加速傳感器等的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感材料等。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合壓電體，包括具有壓電陶瓷以及內(nèi)部摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體，其特征在于， 形成所述壓電陶瓷以及所述有機(jī)高分子體的電極的表面之中，在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面設(shè)置絕緣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合壓電體，其特征在于， 所述絕緣層的厚度小于等于50 u m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的復(fù)合壓電體，其特征在于， 所述有機(jī)高分子體和所述絕緣層的平均體積密度小于等于0. 6g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合壓電體，其特征在于， 所述絕緣層由環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
5.一種復(fù)合壓電兀件，其特征在于， 在權(quán)利要求I至4所述的復(fù)合壓電體上形成有電極。
6.一種復(fù)合壓電體的制備方法，包括如下工序 在陶瓷上通過機(jī)械加工形成多個(gè)溝槽； 將在規(guī)定的溫度下氣化的樹脂填充到所述溝槽里； 在所述樹脂氣化的溫度下進(jìn)行熱處理并形成摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體；以及 形成電極， 其特征在于，還包括在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面形成絕緣層的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合壓電體的制備方法，其特征在于， 作為形成電極的工序具有無電解電鍍工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合壓電體的制備方法，其特征在于， 在小于等于70度的溫度下進(jìn)行所述無電解電鍍工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合壓電體，包括壓電陶瓷以及內(nèi)部摻進(jìn)氣泡的有機(jī)高分子體，其特征在于，形成所述壓電陶瓷以及所述有機(jī)高分子體的電極的表面之中，在形成有機(jī)高分子體的電極的表面的整個(gè)表面或一部分表面設(shè)置絕緣層。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體以及使用該復(fù)合壓電體的復(fù)合壓電元件，即使加工成密間距也不會(huì)發(fā)生電極的缺陷、斷線、剝離等現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L41/193GK102725873SQ20108005993
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者久保田弘貴, 越智貴之 申請(qǐng)人:帝化株式會(huì)社