专利名称：：有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种压电超声波雾化换能器制作方法，具体说是一种有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法。
背景技术：
：空气加湿器在工业及科研机关、家庭中有着广泛的用途，常见的有喷雾室、蒸气喷管、电加湿器、压縮空气喷雾装置、电动喷雾机，但这些一般都是大中型装置，存在着体积大、噪疃、能耗大、雾点粗等多种问题。而超声波雾化加湿器作为一种新型加湿器，以其低能耗、低噪音、美观实用的优势，迅速打开了一个家用加湿的新领域，巨大的市场潜力，导致许多厂家争相上马，然而，作为加湿器心脏部件的超声波雾化换能器，却是日本产品的一统天下。国产换能器无论质量、或数量都无法与之抗衡，它在高频、高功率下长时间工作，因此制造难度是相当大的。超声波雾化换能器的本质就是一只大功率超声波压电陶瓷振荡器，核心由雾化片和相应的电子电路构成。由雾化换能器所激发的机械振动传给水，使水面产生隆起，某些地方形成局部的暂时负压区，于是液体中产生空泡或气泡。这种气泡的存在是处于非稳定状态，当它们猛然闭合时，会产生一种激波，因此局部有很大的压强。这种由于空气现象所产生的爆破压力和冲击波，随着振子的振动频率不断反复，在水面产生了有限振幅的表面强张力波，这种波的波头飞散，使水雾化，得到直径l-3微米的微粒。
发明内容为了克服现有超声波雾化换能器的上述缺陷，本发明的目的是提供一种有优良疲劳特性的超声波雾化换能器的制作方法，用该方法生产出的超声波雾化换能器能在高频、高功率下长期稳定工作。为了实现本发明目的，使其能在高频高功率下长时间工作而不失效，需要解决两个技术难题一是实现压电超声基片的高稳定性与高抗疲劳特性，二是制作符合超声雾化工作条件的器件工作电极。为此，本发明的技术方案是A、优选压电材料体系并确定生产配方，使压电材料能满足在高频高功率下长时间工作的需要，本技术方案中所优选的压电材料体系是+awt%Rl+bwt%R2其中(1)U表示复合组元所占的摩尔分数，0《U《0.80;(2)a、b、x、y、z分别表示复合离子中相应元素在材料各组元中所占的原子数(即原子百分比)且有a+b:l，x+y+z=l式中0.10《a《0.70.05《b《0.70，元素A或B表示一种选自下列的二价离子Ca、Mg、Ba、Sr;(3)R1与R2表示不同的化合物，a与b为其所占的附重比；B、采用新型的表面制作技术以保证基体与金属电极面的可靠结合，所述新型的表面制作技术是在压电基片的成型工艺中，使用碳黑与PVA造粒的方法进行成型，然后再采用排胶烧成的工艺，使得瓷体表面分布出一定尺寸及一定比例的针孔；C、优选电极制作工艺及确定最佳的电极后续处理工艺，使得金属电极层与基体达到最佳的结合力，所述优选电极制作工艺及确定最佳的电极后续处理工艺的技术是利用化学沉积的方法制作镍电级，采用对化镍层进行热处理后再电镀并进行自然存放的工艺提升金属电极层与基体的结合强度。具体实施方式下面结合实例对本发明进一步说明。一种有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，包括如下步骤1、先选择如下电压材料体系材料[uPbl-a-bAaBb(ZrxTiyMz03+Q-u)Pb(Mnl/3Sb2/3)03]+awt%Rl+bwt%R2，再将原材料经过混磨、预烧、球磨、烘干后制成压电陶瓷粉体，然后用如下方法进行坯体造孔，其方法是先在电压陶瓷粉体中加入2-10%质量分数的碳黑，然后将粉体进行3-7小时的振磨，然后加入10-15%的粘合剂进行造粒，最后再经过排胶烧成，制成符合要求的压电陶瓷成品瓷体。2、用步骤1制成的压电陶瓷成品瓷体材料经过磨片及电性能制作步骤，加工成不含金属电极层的圆形薄压电基片，其直径为20mm，厚度1.21毫米;3、对经步骤2制好电性能的压电基片再采用掩膜、沉积、电镀的工艺步骤加工成正面为圆环形的镍电极器件，该圆环形的镍电极的外径为20mm，厚度为1.21mm，内径为12mm;该器件的背面为镍电极，其电极为全电极，它的直径为20mm。4、经步骤3电极制作完毕后采用对金属电极层进行热处理后再进行自然存放的工艺提升金属电极层与基体的结合强度。用本发明所述方法制作出的器件产品其疲劳特性测试方法是用本发明所述方法制作出的器件产品其疲劳特性测试方法是疲劳条件采用累加式叠加的方法，按四个步骤来执行第一步是200度处理1小时，第二步为对同一只器件在第一步完成后继续增加200度处理52.5小时，第三步为对同一只器件在第二步完成后继续增加200度处理72小时，第四步为对同一只器件在第三步完成后继续增加240度处理18小时。其中在每个单一步骤完成后分别测试平面模式下的R1、Kp、Qm指标；厚度模式即工作频度处的特性的Zrt、Zat、BW三个关键指标，以此恒量器件电参数的稳定性及疲劳特性。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从表中可以得出以下结论:用本发明方法所制作出的器件其工作频率处的核心指标Zrt、Zat、BW变化相当小，疲劳特性相当优异，完全符合使用需要。权利要求1、一种有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，其特征是它包括如下步骤A、优选压电材料体系并确定生产配方，使压电材料能满足在高频高功率下长时间工作的需要，本技术方案中所优选的压电材料体系是[uPb1-a-bAaBb(ZrxTiyMz03+(1-u)Pb(Mn1/3Sb2/3)03]+awt％R1+bwt％R2其中(1)u表示复合组元所占的摩尔分数，0≤u≤0.80；(2)a、b、x、y、z分别表示复合离子中相应元素在材料各组元中所占的原子数(即原子百分比)且有a+b＝1，x+y+z＝1式中0.10≤a≤0.70.05≤b≤0.70，元素A或B表示一种选自下列的二价离子Ca、Mg、Ba、Sr；(3)R1与R2表示不同的化合物，a与b为其所占的附重比；B、采用新型的表面制作技术以保证基体与金属电极面的可靠结合，所述新型的表面制作技术是在压电基片的成型工艺中，使用碳黑与PVA混合造粒的方法进行成型，然后再采用排胶烧成的工艺，使得瓷体沿厚度方向分布出一定尺寸及一定比例的针孔；C、优选电极制作工艺及确定最佳的电极后续处理工艺，使得金属电极层与基体达到最佳的结合力，所述优选电极制作工艺及确定最佳的电极后续处理工艺的技术是利用沉积与电镀结合的的方法制作镍电级，采用对镍层进行热处理并进行自然存放的工艺提升金属电极层与基体的结合强度。2、根据权利要求1所述有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，其特征是所述碳黑与PVA造粒的方法是先在电压陶瓷粉体中加入2-10%质量分数的碳黑，然后将粉体进行3-7小时的振磨，然后加入10-15%的粘合剂进行造粒，最后再经过排胶烧成，制成符合要求的压电陶瓷成品瓷体。3、根据权利要求1所述有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，其特征是用步骤1制成的压电陶瓷成品瓷体材料经过磨片及电性能制作步骤，加工成不含金属电极层的圆形薄压电基片，其直径为20mm，厚度1.21毫米。4、根据权利要求1所述有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，其特征是所述对经步骤2制好电性能的压电基片再采用掩膜、化镀、电镀的工艺步骤加工成的电极器件，其正面为圆环形的镍电极器件，该圆环形镍电极的外径为20mm，厚度为1.21mm，内径为12mm;该器件的背面为镍电极的器件，其电极为全电极，它的直径为20mm。5、根据权利要求1所述有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，其特征是用本发明所述方法制作出的器件产品其疲劳特性测试方法是疲劳条件采用累加式叠加的方法，按四个步骤来执行第一步是200度处理1小时，第二步为对同一只器件在第一步完成后继续增加200度处理52.5小时，第三步为对同一只器件在第二步完成后继续增加200度处理72小时，第四步为对同一只器件在第三步完成后继续增加240度处理18小时。其中在每个单一步骤完成后分别测试平面模式下的R1、Kp、Qm指标；厚度模式即工作频度处的特性的Zrt、Zat、BW三个关键指标，以此恒量器件电参数的稳定性及疲劳特性。全文摘要有优良疲劳特性的压电超声波雾化换能器的制作方法，它包括如下步骤A.优选压电材料体系并确定生产配方，[uPb1-a-bAaBb(ZrxTiyMz03+(1-u)Pb(Mn1/3Sb2/3)03]+awt％R1+bwt％R2；B.采用在压电基片的成型工艺中，使用碳黑与PVA造粒的方法进行成型，然后再采用排胶烧成的工艺，使得瓷体表面分布出一定尺寸及一定比例的针孔；C.利用化学沉积的方法制作镍电级，采用对化镍层进行热处理后再电镀并进行自然存放的工艺提升金属电极层与基体的结合强度。用本发明方法所制作出的器件其工作频率处的核心指标Zrt、Zat、BW变化相当小，疲劳特性相当优异，完全符合使用需要。文档编号C04B41/88GK101531501SQ200910042478公开日2009年9月16日申请日期2009年1月9日优先权日2009年1月9日发明者龙何,迟冯,施小罗,伟程,郭宝肖申请人:湖南嘉业达电子有限公司