一种温度稳定压电复合陶瓷振子的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种温度稳定压电复合陶瓷振子，压电陶瓷，在所述压电陶瓷两端的表面上形成有第一电极层；介电陶瓷，在所述介电陶瓷两端的表面形成有第二电极层；第一引出端，所述第一引出端与所述压电陶瓷和介电陶瓷同侧的第一电极层、第二电极层紧密接触；第二引出端，所述第二引出端与所述介电陶瓷和介电陶瓷另一同侧的第一电极层、第二电极层紧密接触；其中，在?30℃的容温变化率为?35%以内，在85℃的容温变化率为+35%以内，所述压电陶瓷的容量变化率随温度的升高而增大，所述介电陶瓷在?30℃的容温变化率为+65%以内，在85℃的容温变化率为?55%以内，所述介电陶瓷的容量变化率随温度的升高而减小。
【专利说明】
-种溫度稳定压电复合陶瓷振子
技术领域
[0001] 本发明设及压电陶瓷领域，具体设及一种溫度稳定压电复合陶瓷振子，特别是用 于倒车雷达探头的压电陶瓷振子。
【背景技术】
[0002] 自压电陶瓷的问世，国内外许多国家都对压电陶瓷进行了系统的研究，并且随着 研制的深入，也开发出了一系列性能优越的PZT压电陶瓷材料，压电陶瓷材料的应用范围也 大大拓展，其中W错铁酸铅为基础进行改性。为了得到高性能的压电陶瓷，目前大多对PZT 材料本身进行渗杂改性，通过对PZT压电陶瓷中A位或B位离子取代进行渗杂，W期调整PZT 压电陶瓷的性能。
[0003] 随着技术的发展，现代元器件对压电陶瓷的性能要求也越来越高。运一方面体现 在其较好的压电性能上面，另外一方面，由于其应用范围的拓展W及人们对压电器件安全 系数要求的提高，其溫度稳定性的要求也越来越高。为了提高溫度稳定性，传统的方法主要 通过调整配方来实现，但是受限于PZT材料本身，要获得溫度稳定性较好的PZT陶瓷材料比 较困难，运体现再生产难度大、生产周期长，且获得的压电陶瓷材料的综合性能并不让人满 >旨、O
[0004] 如中国专利CN201410053547.9公开了一种妮酸钟钢基无铅压电陶瓷材料，通过W 妮酸钟钢为基质，渗入第二项物质和第=组分Bi(Mg，Ti)〇3建立=元体系，获得了一种压电 常数d33为212~225pC/N，机电禪合系数为40%~41.5%的无铅压电陶瓷，但其并未给出该压电 陶瓷材料的容溫变化率，且过低的机电禪合系数限制了满足应用的要求。
[0005] 亦如中国专利201310396233.3中公开了一种压电陶瓷材料、烧结体及其制备方 法、压电陶瓷器件，通过对PZT压电陶瓷进行A和B位取代改性，并渗杂稀±元素改性，获得了 一种相对介电常数为1262、机电禪合系数为0.63，压电常数d33为322 pC/N的溫度补偿特性 的压电陶瓷材料，但是过低的介电性能W及较低的机电禪合系数导致其综合性能并不使人 满意。
[0006] 另一份申请号为CN200580030714.6的专利文件中公开了一种压电执行元件，其要 求所采用的压电元件的电容随溫度变化而产生的波动幅度在±14%或±11%W内。例如，在 压电倒车雷达的实用过程中，汽车要求能在不同的溫度场合下还能正常使用。目前国际上 的汽车倒车雷达探头的溫度适用范围是-30°C~+85°C，在该溫度范围的容量变化率控制在 ±15%，日本有部分厂家是控制在±10%W内，而压电陶瓷容量变化率越小时，其汽车探头的 稳定性也越好。而现有的压电陶瓷振子要保持良好的压电的电性能(介电常数、机电截合系 数)的同时，使其容量变化率控制± 10%已很难批量产业化。
[0007] 针对此种情况，本发明的技术人员在先前的研究中也取得了一定的成果，如中国 专利CN201610072538.2中，采用不同溫度系数的压电陶瓷层和介电陶瓷层串联，最后得到 了溫度稳定性能优异的压电陶瓷振子。但是在该技术方案中，由于介电陶瓷片厚度要求较 薄，仅为0.01~0.1mm，对批量的生产工艺来说难度较大，介质在烧结时容易变形开裂，次品 率高，导致生产成本较高。因此，本发明技术人员在对该技术优化改进的过程中，惊奇的发 现，在将压电陶瓷介质与介电陶瓷的结构形式改变为并联时，介电陶瓷的厚度可W明显增 加至0.1~0.9mm，而压电陶瓷振子的整体性能还能保持在较高的水平，运无疑解决了先前批 量生产过程中介电陶瓷烧结变形、开裂的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明为了解决现有压电陶瓷振子中存在的问题，提供了一种综合性能良好，同 时在-30°C~+85°C范围内，容溫变化率为-3%~+3%的压电陶瓷振子，由于采用压电陶瓷和介 电陶瓷相互并联的形式，扩大了介电陶瓷的厚度要求，改善了介电陶瓷在烧结时的性能，提 高了良品率，降低了生产成本，并且惊奇的发现，本发明提供的压电陶瓷振子整体的容溫特 性并没有出现劣化。
[0009] 为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案。
[0010] -种溫度稳定压电复合陶瓷振子，包括： 压电陶瓷，在所述压电陶瓷两端的表面上形成有第一电极层； 介电陶瓷，在所述介电陶瓷两端的表面形成有第二电极层； 第一引出端，所述第一引出端与所述压电陶瓷和介电陶瓷同侧的第一电极层、第二电 极层紧密接触； 第二引出端，所述第二引出端与所述介电陶瓷和介电陶瓷另一同侧的第一电极层、第 二电极层紧密接触； 其中，所述压电陶瓷的容溫变化率，在-30°C的容溫变化率为-35%W内，在85°C的容溫 变化率为+35%W内，所述压电陶瓷的容量变化率随溫度的升高而增大，所述介电陶瓷在-30 °C的容溫变化率为+65%W内，在85°C的容溫变化率为-55%W内，所述介电陶瓷的容量变化 率随溫度的升高而减小，所述压电陶瓷、介电陶瓷在-30°C~85°C的容溫变化率相互补偿。
[00川优选的，所述压电陶瓷的化学组成是Pb(ZraTii-a)03,其中0.45< a < 0.55。
[001^ 优选的，所述介电陶瓷的化学组成是Ba ( Tii-aZra )03,其中0.1< a < 0.4。 [001引优选的，所述介电陶瓷的厚度为0.1~0.9mm。
[0014] 更优选的，所述介电陶瓷的厚度为0.4~0.7mm。
[0015] 优选的，所述第一电极层和第二电极层是金属电极。
[0016] 更优选的，所述金属电极是银电极或银/钮电极中的一种。
[0017] 优选的，所述压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为单层或多层陶瓷电容组成。
[0018] 优选的，所述溫度稳定压电陶瓷振子在-30°C~+85°C的容量变化率为-3%~+3%。
[0019] 本发明的有益效果是:供了一种综合性能良好，同时在-3(TC~+85°C范围内，容溫 变化率为-3%~+3%的压电陶瓷振子，采用压电陶瓷和介电陶瓷相互并联的形式，扩大了介电 陶瓷的厚度要求，改善了介电陶瓷在烧结时的性能，提高了良品率，降低了生产成本。并且 惊奇的发现，本发明提供的压电陶瓷振子整体的容溫特性并没有出现劣化，从而实现在-30 °C~+85°C内具有良好的容溫变化系数，+85°C时，其容量变化率控制在+3%，在-30°C时，其容 量变化率控制在-3%。
[0020] 本发明通过采用新型的结构设计，在保持良好的压电性能的基础上，改善了电陶 瓷介质在烧结时的性能，提高了产品良率，降低了生产成本。同时本发明设计产品使压电陶 瓷振子的容溫系数大幅改良，大大提高汽车倒车协助探头的压电性能及可靠性，拓展产品 的应用范围，可W广泛应用于更高使用环境要求的汽车应用中。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍： 图1是本发明一种溫度稳定压电复合陶瓷振子的结构示意图。
[0022] 图中：1-压电陶瓷;2-第一电极层;3-介电陶瓷;4-第二电极层;5-第一引出端;6-第二引出端。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 W解释本发明，并不限定本发明。
[0024] 参照图1所示，本发明提供的一种溫度稳定压电复合陶瓷振子，包括压电陶瓷1，在 所述压电陶瓷1两端的表面上形成有第一电极层2;介电陶瓷3,在所述介电陶瓷3两端的表 面形成有第二电极层4;第一引出端5,所述第一引出端5与所述压电陶瓷1和介电陶瓷3同侧 的第一电极层2、第二电极层4紧密接触;第二引出端6,所述第二引出端6与所述压电陶瓷1 和介电陶瓷3另一同侧的第一电极层2、第二电极层4紧密接触； 更具体的，所述压电陶瓷的容溫变化率，在-30°C的容溫变化率为-35%W内，在85°C的 容溫变化率为+35%W内，所述压电陶瓷的容量变化率随溫度的升高而增大，所述介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为65%W内，在85°C的容溫变化率为-55%W内，所述介电陶瓷的容量 变化率随溫度的升高而减小，所述压电陶瓷、介电陶瓷在-30°C~85°C的容溫变化率相互补 偿。所述相互补偿是指当压电陶瓷在-30°C-85°C中间的某一溫度时，如果该溫度下其容溫 变化率为正，则搭配在该溫度下介电陶瓷的容溫变化率为负的介电陶瓷。
[0025] 所述压电陶瓷的化学组成是Pb(ZraTii-a)〇3,其中0.45< a < 0.55,采用固相法烧 结制成。
[0026] 所述介电陶瓷的化学组成是Ba ( Tii-a化a )〇3,其中0.1< a < 0.4,采用固相法 烧结制成。
[0027] 所述压电陶瓷和/或介电陶瓷为多层陶瓷电容组成。
[0028] 所述介电陶瓷的厚度为0.1~0.9mm，更好的选择为0.4~0.7mm，可W使工艺和性能 均实现最优化。
[0029] 所述第一电极层2和第二电极层4为导电金属电极材料，优选为银或银/钮电极。理 论上来说，对电极厚度没有具体的限制，但是优选的电极厚度为扣m-30皿。运是因为如果电 极厚度太薄，可能会导致覆盖不完全，电极覆盖不均匀的问题，如果电极厚度太厚，一方面 会增加成本，另外一方面也会降低整体压电陶瓷振子器件的性能。
[0030] 所述溫度稳定压电陶瓷振子在-30°C~+85°C的容量变化率为-3%~+3%。
[0031] 实施例1: 压电陶瓷在-30°c的容溫变化为率为-34%，在+85 °C的容溫变化为率为+22%;介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为35%，在+85 °C的容溫变化为率为-23%，介电陶瓷厚度为0.2mm，所述 压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为单层陶瓷电容组成，第一、第二电极层均为银电极， 厚度为5微米，按要求制成溫度稳定压电复合陶瓷振子。
[0032] 实施例2: 压电陶瓷在-30°C的容溫变化为率为-15%，在+85 °C的容溫变化为率为+35%;介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为55%，在+85°C的容溫变化为率为-65%，介电陶瓷厚度为0.1 mm，所述 压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为多层陶瓷电容组成，第一、第二电极层均为银/钮电 极，厚度为20微米，按要求制成溫度稳定压电复合陶瓷振子。
[0033] 实施例3: 压电陶瓷在-30°C的容溫变化为率为-35%，在+85°C的容溫变化为率为+25%;介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为15%，在+85 °C的容溫变化为率为-10%，介电陶瓷厚度为0.6，mm，所 述压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为多层陶瓷电容组成，第一电极层为银/钮电极，第 二电极层为银电极，厚度均为10微米，按要求制成溫度稳定压电复合陶瓷振子。
[0034] 实施例4: 压电陶瓷在-30°C的容溫变化为率为-25%，在+85°C的容溫变化为率为+25%;介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为20%，在+85 °C的容溫变化为率为-10%，介电陶瓷厚度为0.9mm，所述 压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为多层陶瓷电容组成，第一、第二电极层均为银电极， 厚度为30微米，按要求制成溫度稳定压电复合陶瓷振子。
[0035] 对比例1: 压电陶瓷在-30°C的容溫变化为率为-25%，在+85°C的容溫变化为率为+25%;介电陶瓷 在-30°C的容溫变化率为35%，在+85 °C的容溫变化为率为-75%，介电陶瓷厚度为0.7mm，所述 压电陶瓷为单层陶瓷，所述介电陶瓷为单层陶瓷电容组成，第一、第二电极层均为银电极， 压电陶瓷厚度为5微米，按要求制成溫度稳定压电复合陶瓷振子。
[0036] 对比例2: 采用与实施例2中的压电陶瓷和介电陶瓷组成、含量相同的组分，混合均匀后共烧，得 到复合压电陶瓷，按要求被银/钮电极，电极层厚度为20微米，制成溫度稳定压电复合陶瓷 振子。
[0037] 表1为实施例1-3和对比例1、对比例2压电陶瓷振子的性能参数表 表1实施例和对比例中压电陶瓷振子的性能参数
实施例1-3和对比例I中的压电陶瓷的容溫变化率为±35%W内，从表1中可W看出，采 用本发明的压电陶瓷振子结构，在其顶部或底部固定介电陶瓷后，压电陶瓷的容溫特性得 到了显著改善，并且压电陶瓷本身的性能也未出现明显的下降。对比例1为容溫特性变化较 大的介电陶瓷复合后的压电陶瓷振子性能参数，可W看出，容溫变化率过高或过低的介电 陶瓷均不满足本发明中的要求。对比例2是W与实施例2中压电陶瓷和介电陶瓷组成、含量 相同的组分，混合均匀后共烧制得的复合压电陶瓷，按要求制成稳定压电复合陶瓷振子后 对其性能进行检测，结果如表1中对比例2所述。显然，通过简单的组分之间的复合，并不能 实现本发明的技术目的。
[0038] 本发明相比于现有技术，打破传统的对压电陶瓷组分进行改性W提高其性能的途 径，通过采用新型的结构设计，并且确定了适用本发明的压电陶瓷和介电陶瓷的性能要求， 列出了一种组分选择。该新型结构的压电陶瓷振子在保持良好的压电性能的基础上，容溫 系数大幅改良，大大提高汽车倒车协助探头的压电性能及可靠性，拓展产品的应用范围，可 W广泛应用于更高使用环境要求的汽车应用中。
[0039] 本发明相比于中国专利CN201610072538.2，通过改进，改善了介电陶瓷复合的厚 度，降低了工艺难度和次品率，降低了企业生产成本。并且还惊奇的发现，本发明提供的压 电陶瓷振子整体的容溫特性并没有出现劣化，从而实现在-30°C~+85°C内具有良好的容溫 变化系数，+85 °C时，其容量变化率控制在+3%，在-30°C时，其容量变化率控制在-3%的技术 效果。
[0040] W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作出的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于，包括： 压电陶瓷，在所述压电陶瓷两端的表面上形成有第一电极层； 介电陶瓷，在所述介电陶瓷两端的表面形成有第二电极层； 第一引出端，所述第一引出端与所述压电陶瓷和介电陶瓷同侧的第一电极层、第二电 极层紧密接触； 第二引出端，所述第二引出端与所述压电陶瓷和介电陶瓷另一同侧的第一电极层、第 二电极层紧密接触； 其中，所述压电陶瓷的容温变化率，在-30°C的容温变化率为-35%以内，在85 °C的容温 变化率为+35%以内，所述压电陶瓷的容量变化率随温度的升高而增大，所述介电陶瓷在-30 °C的容温变化率为+65%以内，在85°C的容温变化率为-55%以内，所述介电陶瓷的容量变化 率随温度的升高而减小，所述压电陶瓷、介电陶瓷在-30 °085 °C的容温变化率相互补偿。2. 根据权利要求1所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述压电陶瓷 的化学组成是PbCZrJii-a)0 3,其中0.45〈 a < 0.55。3. 根据权利要求1所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述介电陶瓷 的化学组成是Ba ( Tii-aZra )03,其中0.1〈 a < 0.4。4. 根据权利要求1所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述介电陶瓷 的厚度为〇. 1~〇. 9mm。5. 根据权利要求1所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述介电陶瓷 的厚度为〇. 4~0.7mm。6. 根据权利要求1所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述第一电极 层和第二电极层是金属电极。7. 根据权利要求6所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述金属电极 是银电极或银/钯电极中的一种。8. 根据权利要求1-7任一项所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述 压电陶瓷为单层陶瓷，介电陶瓷为单层或多层陶瓷电容组成。9. 根据权利要求8所述的一种温度稳定压电复合陶瓷振子，其特征在于:所述温度稳定 压电陶瓷振子在_30°O+85°C的容量变化率为-3%~+3%。
【文档编号】H01L41/08GK105826461SQ201610129884
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】欧明, 姜知水, 文理, 董进杰
【申请人】欧明, 姜知水, 文理, 董进杰, 周涛