本實(shí)用新型涉及壓電陶瓷及電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件。
背景技術(shù)：
：利用壓電效應(yīng)制成的壓電陶瓷片，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于蜂鳴器、超聲波和傳感器等領(lǐng)域?，F(xiàn)在有不少科技工作者正在研究利用壓電陶瓷片作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元件制造壓電泵，壓電泵的流量和壓力與壓電陶瓷片的驅(qū)動(dòng)電壓幾乎是成正比例關(guān)系。壓電水泵是壓電泵中的一個(gè)分支，可以應(yīng)用水族、電子產(chǎn)品、醫(yī)療等領(lǐng)域。目前，市場(chǎng)上的壓電水泵，產(chǎn)生的流量在500ml/min以下，流量低，壓力低，難以滿足需求。為提高其氣泵的流量，達(dá)到≥500ml/min的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)采用提高其電場(chǎng)強(qiáng)度（其電場(chǎng)強(qiáng)度是500伏/mm,170伏/0.35mm），在陶瓷厚度恒定的情況下，會(huì)提高其工作電壓，從而提高電場(chǎng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的壓電陶瓷片一般包括位于底層的金屬基片、中間的壓電陶瓷以及壓電陶瓷上的銀電極層，并通過(guò)焊接引腳分別與銀電極層和金屬基片引出連接。傳統(tǒng)的壓電元件很多是采用無(wú)鉛焊錫（350±10℃，2秒焊接）或有鉛錫焊焊接（260℃或更高），通常焊點(diǎn)直徑3-4mm，焊點(diǎn)高度1-1.5mm。在元件的金屬層表面進(jìn)行高溫焊接時(shí)，雖然焊接時(shí)間的短暫，但仍會(huì)對(duì)壓電陶瓷產(chǎn)生較大的熱沖擊。經(jīng)分析，因焊接時(shí)對(duì)壓電陶瓷帶來(lái)的熱沖擊，會(huì)對(duì)金屬層焊接的陶瓷體引起較大的應(yīng)力，造成一些明顯或隱性的損傷及缺陷，在較大的場(chǎng)強(qiáng)（300伏/mm或更大）下持續(xù)工作（振動(dòng)）時(shí)，會(huì)由于壓電陶瓷內(nèi)部裂紋或缺陷，從而會(huì)沿有損裂紋的地方進(jìn)行擴(kuò)大。由于現(xiàn)有的壓電片在焊接時(shí)會(huì)因熱沖擊導(dǎo)致產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的裂紋，在壓電片持續(xù)工作時(shí)，特別是在高電場(chǎng)強(qiáng)度下持續(xù)工作，導(dǎo)致壓電器件的失效，影響產(chǎn)品的正常使用。此外，受限于上述問(wèn)題，目前的壓電水泵中壓電元件的耐壓一般為170V/0.35mm（為了保持壓電元件的綜合性能，其厚度通常為0.35mm固定規(guī)格）。因此，在使用壓電水泵時(shí)，不得不采用降壓電路降低其使用電壓為170V及以下，這一方面需要增加降壓電路的成本，另外一方面也增加了泵體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因此，如何改善壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)，避免焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋，提高壓電泵的使用壽命以及性能可靠性成為目前的難題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提供一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件，通過(guò)導(dǎo)電膠在銀電極層上連接有一金屬基片，將第二引腳焊接于金屬基片上，避免錫焊連引腳時(shí)與銀電極層直接接觸，產(chǎn)生熱沖擊導(dǎo)致壓電陶瓷產(chǎn)生裂紋，從而有效改善了壓電泵的性能可靠性，提高了壓電水泵的使用電場(chǎng)強(qiáng)度和壽命。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件，包括位于底層的銅基片，中間層壓電陶瓷，連接固定壓電陶瓷在銅基片上的黏膠層，所述銅基片上連接有第一引腳，所述壓電陶瓷上下表面涂覆有不超過(guò)壓電陶瓷直徑的銀電極層，所述銀電極層上通過(guò)導(dǎo)電膠還連接有金屬基片，所述金屬基片上焊接有第二引腳。進(jìn)一步，所述第一引腳、第二引腳采用錫焊或鉛錫焊分別連接于銅基片和金屬基片上。第一引腳和第二引腳的作用為引出線，但為了方便下游廠家安裝，一般而言，第一引腳和第二引腳分別位于銅基片的邊緣和金屬基片的邊緣處。銀電極層也可以選用其它的電極層，如Ag/Pd電極層、Pd電極層、Pt電極層等，但是由于Pd與Pt較銀價(jià)格更高，如無(wú)特殊要求（例如高溫），一般采用銀電極層。銀電極層的直徑應(yīng)小于等于壓電陶瓷的直徑。進(jìn)一步，所述銀電極層的厚度為20-50μm，此處銀電極層厚度太薄則會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷被銀不充分，壓電陶瓷可靠性不能得到保證；銀電極層厚度過(guò)厚，則將大幅度提升銀電極層的成本，因此優(yōu)選20-50μm，既能保證壓電陶瓷的可靠性，又能兼顧成本要求。優(yōu)選的，所述金屬基片為銅基片、不銹鋼基片或鎳基片中的一種。優(yōu)選的，所述壓電陶瓷的組成為Pb1-x-ySbxMny（ZraTi1-a）O3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1，0.51＜a≤0.6。采用該組份制成的壓電陶瓷具有較好的壓電性能和機(jī)電耦合系數(shù)，Kp可達(dá)0.85。優(yōu)選的，所述銀電極層按質(zhì)量百分比計(jì)，包括95%-98%的銀粉和2%-5%的玻璃相。所述銀粉的粒徑為20-500nm，銀粉顆粒過(guò)大，將會(huì)造成銀電極層的銀顆粒數(shù)過(guò)少，從而導(dǎo)致銀電極層的被覆性能不穩(wěn)定。一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件的一種應(yīng)用：按要求，將壓電陶瓷元件接駁好第一引腳、第二引腳，裝上外殼制成壓電泵。本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供了一種用于壓電泵的壓電陶瓷元件，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。1.通過(guò)對(duì)壓電陶瓷元件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，在銀電極層上通過(guò)導(dǎo)電膠連接有金屬基片，通過(guò)將第二引腳焊接于金屬基片上，避免錫焊連引腳時(shí)與銀電極層直接接觸，產(chǎn)生熱沖擊導(dǎo)致壓電陶瓷產(chǎn)生裂紋，從而有效改善了壓電泵的性能可靠性，提高了壓電水泵的使用電場(chǎng)強(qiáng)度和壽命；2.通過(guò)對(duì)壓電陶瓷元件結(jié)構(gòu)的改善，有效提高了壓電泵的電場(chǎng)工作強(qiáng)度，省去了現(xiàn)有技術(shù)中壓電泵中降壓電路的使用，有效降低了壓電泵的成本；3.通過(guò)電場(chǎng)工作強(qiáng)度的提高，有效提高了壓電泵的流量，采用本實(shí)用新型中的壓電陶瓷元件改進(jìn)的壓電泵，流量可達(dá)1000ml/min，與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，提升幅度在60%以上；4.采用本實(shí)用新型中的壓電陶瓷元件改進(jìn)的壓電泵，產(chǎn)品可靠性大幅度提升，產(chǎn)品使用壽命得到提高。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹：圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖中：1-銅基片；11-第一引腳；2-黏膠層；3-壓電陶瓷；4-銀電極層；5-金屬基片；51-第二引腳。具體實(shí)施方式為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)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(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“上、“下”、“中間層”、“底層”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。參照?qǐng)D1所示，一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件，包括位于底層的銅基片1，中間層壓電陶瓷3，連接固定壓電陶瓷3在銅基片1上的黏膠層2，所述銅基片1上連接有第一引腳11，所述壓電陶瓷3上下表面涂覆有不超過(guò)壓電陶瓷3直徑的銀電極層4，所述銀電極層4上通過(guò)導(dǎo)電膠還連接有金屬基片5，所述金屬基片5上焊接有第二引腳51。所述金屬基片5的大小應(yīng)小于銀電極層4的直徑，并且能夠滿足第二引腳51上的焊接面積即可，對(duì)其形狀沒(méi)有特別限制，但是一般的為圓形。所述金屬基片5優(yōu)選為銅基片、不銹鋼基片或鎳基片中的一種。參照?qǐng)D2所示，所述第一引腳11、第二引腳51采用錫焊或鉛錫焊分別連接于銅基片和金屬基片上。第一引腳11和第二引腳51的作用為連接引出線，但為了方便下游廠家安裝，一般而言，第一引腳11和第二引腳51分別位于銅基片1的邊緣和金屬基片5的邊緣處。銀電極層4的直徑應(yīng)小于等于壓電陶瓷3的直徑。銀電極層4也可以選用其它材料的電極層，如Ag/Pd電極層、Pd電極層、Pt電極層等，但是由于Pd與Pt較銀價(jià)格更高，如無(wú)特殊要求（例如高溫），一般采用銀電極層。優(yōu)選的，所述壓電陶瓷的組成為Pb1-x-ySbxMny（ZraTi1-a）O3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1，0.51＜a≤0.6。采用該組份制成的壓電陶瓷具有較好的壓電性能和機(jī)電耦合系數(shù)，Kp可達(dá)0.85。優(yōu)選的，所述銀電極層按質(zhì)量百分比計(jì)，包括95%-98%的銀粉和2%-5%的玻璃相。所述銀粉的粒徑為20-500nm，銀粉顆粒過(guò)大，將會(huì)造成銀電極層的銀顆粒數(shù)過(guò)少，從而導(dǎo)致銀電極層的被覆性能不穩(wěn)定。進(jìn)一步，所述銀電極層4的厚度為20-50μm，此處銀電極層4厚度太薄則會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷3被銀不充分，壓電陶瓷的可靠性不能得到保證；銀電極層厚度過(guò)厚，則將大幅度提升銀電極層的成本，因此優(yōu)選20-50μm，既能保證壓電陶瓷的可靠性，又能兼顧成本要求。一種大場(chǎng)強(qiáng)高可靠壓電陶瓷元件的一種應(yīng)用：按要求，將壓電陶瓷元件接駁好第一引腳、第二引腳，裝上外殼制成壓電泵。下面簡(jiǎn)述壓電泵的工作原理：壓電泵一般由壓電振子、泵閥和泵體組成，當(dāng)壓電振子兩端施加交流電源U時(shí)，壓電振子在電場(chǎng)作用下徑向壓縮，內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而使壓電振子彎曲變形。當(dāng)壓電振子正向彎曲時(shí)，壓電振子伸長(zhǎng)，泵腔容積增大，腔內(nèi)流體壓力減小，泵閥打開(kāi)，流體進(jìn)入泵腔；當(dāng)壓電振子向反向彎曲時(shí)，壓電振子收縮，泵腔容積減小，腔內(nèi)流體壓力增大，泵閥關(guān)閉，泵腔內(nèi)的流體被擠壓排出，形成平緩的連續(xù)不斷的定向流動(dòng)。從壓電泵的工作過(guò)程可看出，壓電振子的質(zhì)量直接影響壓電泵的壽命。其中，壓電振子的振幅及其壽命顯得尤為關(guān)鍵，壓電振子的振幅越大，可變腔體容積的變化量越大，因此輸送介質(zhì)的流量也越大，壓力也越大，而傳統(tǒng)的壓電振子的振幅很小，一般只能達(dá)到幾十微米，并與電壓直接相關(guān)，即電壓越大，其振幅越大，反之振幅越小，但過(guò)高的提高電壓，則容易導(dǎo)致壓電振子的壓電陶瓷發(fā)生破裂。壓電陶瓷片是一種利用壓電效應(yīng)的電子元件，在兩片圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料，當(dāng)在兩片電極上面接通交流頻率信號(hào)時(shí)，壓電陶瓷片會(huì)根據(jù)信號(hào)的大小頻率發(fā)生震動(dòng)，在壓電陶瓷片上粘結(jié)一塊金屬片，則可構(gòu)成簡(jiǎn)單的壓電振子元件，接通交流電源后，壓電振子則發(fā)生往復(fù)振動(dòng)。在本實(shí)用新型中，通過(guò)底部的銅基片將壓電陶瓷用黏膠層固定，接通交流電源后，壓電陶瓷則發(fā)生往復(fù)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。分別采用本實(shí)用新型中的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)，并將其用于壓電泵中，并與現(xiàn)有的壓電陶瓷元件制成的壓電泵的性能進(jìn)行比較。實(shí)施例1：原有壓電陶瓷元件制成的壓電水泵，即在銀電極層上直接焊接第二引腳。實(shí)施例2：本發(fā)明壓電陶瓷元件制成的壓電水泵，其中金屬基片為銅基片。實(shí)施例3：本發(fā)明壓電陶瓷元件制成的壓電水泵，其中金屬基片為不銹鋼基片。實(shí)施例4：本發(fā)明壓電陶瓷元件制成的壓電水泵，其中金屬基片為鎳基片。表1是實(shí)施例1-4壓電水泵的性能對(duì)比結(jié)果。表1性能測(cè)試結(jié)果實(shí)施例工作電壓持續(xù)工作時(shí)間水量是否失效1175伏500小時(shí)500ML/min是（擊穿）2220伏600小時(shí)1000ML/min無(wú)（沒(méi)擊穿）3240伏600小時(shí)1100ML/min無(wú)（沒(méi)擊穿）4260伏600小時(shí)1200ML/min無(wú)（沒(méi)擊穿）注：陶瓷片厚度為0.35mm,工作電壓為170伏，電場(chǎng)強(qiáng)度為：170伏/0.35mm=500伏/mm從表1中可以看出，本實(shí)用新型通過(guò)導(dǎo)電膠在銀電極層上連接有一金屬基片，將第二引腳焊接于金屬基片上，避免錫焊連引腳時(shí)與銀電極層直接接觸，產(chǎn)生熱沖擊導(dǎo)致壓電陶瓷產(chǎn)生裂紋，從而有效改善了壓電泵的性能可靠性，提高了壓電水泵的使用電場(chǎng)強(qiáng)度和壽命。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作出的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3