压电陶瓷及其装置的制作方法

1.本发明涉及压电陶瓷技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷及其装置。


背景技术：

2.压电陶瓷是一种广泛应用于超声、电声、通讯、测距、水声探测、传感等领域的特种陶瓷材料.压电效应是当压电材料受到压力时，压电材料会产生形变，从而在材料的两个电极上产生电。反之当在两个电极上施加电压，压电陶瓷会产生形变，称为逆压电效应。如图1a所示：当正向直流电压时，压电陶瓷厚度变大；如图1b所示：当反向直流电压时，压电陶瓷厚度变小；如图1c所示：当加在电极上的电压是高频交流电信号时，压电陶瓷就会产生伸缩交替的形变，从而产生振动，而发出超声波。
3.而压电陶瓷的极化就是在压电陶瓷的相对应的两个面的电极上，加直流电压，使压电陶瓷内部的电畴进行有序转向，从而形成有正负极性的具备压电效应的压电陶瓷材料。而要想对压电陶瓷进行极化从而使压电陶具备压电效应(逆压电效应)，先要在压电陶瓷片的两个面上形成金属电极。现有传统压电陶瓷生产流程如图2所示，其中，敷着电极现有的通常的办法有：印刷金属粉浆料、烘干、再烧结,真空镀,化学镀等等办法。压电陶瓷在未极化前是没有压电效应的，只有极化后才会产生压电效应，或者逆压电效应。由此可见由于传统工艺用的电极浆料中，都会有较多的有机溶剂，在烘干和烧渗电极的过程中，难免要排放大量的废气，造成大气污染。
4.综上可知，现有的压电陶瓷的加工技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。


技术实现要素：

5.针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种压电陶瓷及其装置，以提供便于加工并且节能环保的压电陶瓷。
6.为了实现本发明的一发明目的，本发明提供了一种压电陶瓷，包括：
7.至少一块压电陶瓷片，
8.座位工装夹具，包括至少两块用于夹持所述压电陶瓷片的导电体，并且所述两块导电体分别设有外接电源的电连接点；所述电连接点连接电源；
9.所述两块导电体对所述压电陶瓷片施加夹持力时，所述电连接点接入高压直流电，使所述压电陶瓷片敷着电极和/或极化。
10.根据所述的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括多块压电陶瓷片；
11.所述座位工装夹具包括多块层叠设置的导电体，每两块所述导电体之间夹持一块所述压电陶瓷片。
12.根据所述的压电陶瓷，所述多块层叠设置的导电体并联连接；并且夹持于多块所述层叠设置的导电体之间的多块压电陶瓷片并联连接，构成一个晶堆。
13.根据所述的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括：多个所述晶堆，所述多个晶堆并列排
列，且所述多个晶堆并联连接。
14.根据所述的压电陶瓷，每块所述压电陶瓷片的厚度相等或者不等或者部分相等；
15.所述压电陶瓷片为圆形、矩形、环形、三角形或者梯形；
16.所述导电体的外形与所述电陶瓷片相适配。
17.根据所述的压电陶瓷，每块所述导电体的厚度相等。
18.根据所述的压电陶瓷，所述压电陶瓷片为无电极压电陶瓷片；所述导电体为金属板。
19.为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种压电陶瓷装置，包括上述任意一项所述的压电陶瓷。
20.根据所述的压电陶瓷装置，相邻的两个所述压电陶瓷片间通过导电体作为电极引出；对所述压电陶瓷片的电极接入高压交流电。
21.根据所述的压电陶瓷装置，所述压电陶瓷装置为超声波换能器或者发电机。
22.本发明通过将压电陶瓷设置为包括：至少一块压电陶瓷片和座位工装夹具，其中，座位工装夹具的至少两块用于夹持所述压电陶瓷片的导电体，并且所述两块导电体分别设有外接电源的电连接点；所述电连接点连接电源；所述两块导电体对所述压电陶瓷片施加夹持力时，所述电连接点接入高压直流电，使所述压电陶瓷片敷着电极和/或极化。由此，无需采用传统的压电陶瓷加工方法对压电陶瓷进行敷着电极，可一步实现压电陶瓷片敷着电极和极化，节省了加工工序。由于无需印刷浆料、烘干、烧渗电极、化学镀电极等工序，避免了传统工艺用排放大量的废气，造成大气污染的问题，从而可以减少对大气的污染，提供便于加工并且节能环保的压电陶瓷。进一步的，提供的压电陶瓷装置也具有良好的节能环保性，且成本低。
附图说明
23.图1a是现有技术中的压电效应的示意图；
24.图1b是现有技术中压电效应的示意图；
25.图1c是现有技术中压电效应的示意图；
26.图2是现有技术中的压电陶瓷加工方法流程图；
27.图3是本发明一个实施例提供的压电陶瓷结构示意图；
28.图4是本发明一个实施例提供的压电陶瓷加工方法流程图；
29.图5是本发明一个实施例提供的压电陶瓷结构示意图；
30.图6是本发明一个实施例提供的压电陶瓷结构示意图；
31.图7是本发明一个实施例提供的压电陶瓷装置的结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这
些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
34.此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
35.参见图3～图6，在本发明的一个实施例中，提供了一种压电陶瓷100，包括：
36.至少一块压电陶瓷片10，压电陶瓷片10为无电极压电陶瓷片10；即还未敷着电极的压电陶瓷片10；
37.座位工装夹具20，包括至少两块用于夹持压电陶瓷片10的导电体30，并且两块导电体30分别设有外接电源的电连接点；电连接点连接电源；座位工装夹具20用于夹持压电陶瓷片10，具体的通过设置于座位工装夹具20的导电体30实现，相邻的一对导电体30构成一对夹爪，一对导电体30之间具有夹持空间，可选的一对导电体30之间的间距可以调整，适应不同厚度的压电陶瓷片10，优选的，导电体30为金属板，该金属板具有导电功能。导电体30的电连接点，为图中所示的“ ”电极或者
“‑”
电极。
38.两块导电体30对压电陶瓷片10施加夹持力时，电连接点接入高压直流电，使压电陶瓷片10敷着电极电极和/或极化。在对压电陶瓷片10极化时，“ ”电极或者
“‑”
电极接入高压直流电，由此使得压电陶瓷片10敷着电极，进一步的，在敷着电极同时，由于持续的供电，如持续的接入高压直流电或者高压交流电，能实现压电陶瓷片10的极化。由此，压电陶瓷片10的敷着电极和极化可以说是一步完成。对于高压直流电的选择，根据不同的压电陶瓷100设计的输出功率进行设置。通常高压直流电的电压范围在35kv～220kv之间。
39.参见图4为本发明实施例中压电陶瓷的加工方法流程图，实际上在完成图中清洗步骤后，获得的是无极的压电陶瓷片10。由图中步骤可见，相对于现有技术中对压电陶瓷片10敷着电极的方式，无需其中的印刷浆料、烘干、烧渗电极、化学镀电极等工序。本实施例中，不用在压电陶瓷片10的两个面上采用传统的方式敷着电极，就能对压电陶瓷片10进行敷着电极及极化，操作方便。这种先产出具有压电效应的压电陶瓷100的方式，大大降低成本，缩短了生产周期。此外，还避免了传统工艺用的电极浆料中，都会有较多的有机溶剂，在烘干和烧渗电极的过程中，难免要排放大量的废气，造成大气污染的问题，从而可以减少对大气的污染。
40.参见图3，在本发明的一个实施例中，压电陶瓷100包括多块压电陶瓷片10；座位工装夹具20包括多块层叠设置的导电体30，每两块导电体30之间夹持一块压电陶瓷片10。通过将座位工装夹具20设置包括多块层叠设置的导电体30，而相邻的两个导电体30之间夹持一块压电陶瓷片10，由此同时对多块压电陶瓷片10进行敷着电极，不但提高了敷着电极的效率，而且还满足不同的压电陶瓷100的结构以及功率的设置需求。
41.在本发明的一个实施例中，采用两块金属板，即两块导电体30对压电陶瓷100进行
夹持，在两块金属板上加高电压直流电，从而在压电陶瓷100的两端形成直流电场，可以对压电陶瓷100进行极化，使压电陶瓷100产生压电效应。极化时所用的金属板是座位工装夹具20，该座位工装夹具20可以一直反复使用。
42.参见图5和图6，在本发明的一个实施例中，多块层叠设置的导电体30并联连接；并且夹持于多块层叠设置的导电体30之间的多块压电陶瓷片10并联连接，构成一个晶堆101。每个晶堆101受到外来的压力时，可以对外输出电力。此外，可选的，压电陶瓷100包括：多个晶堆101，多个晶堆101并列排列，且多个晶堆101并联连接。进一步的多个晶堆101并列排列且并联连接，组合成多列，在其中大面积的多个晶堆101受压的情况下，将会输出更大的功率，以产生更大电流，因此具有多个晶堆101的压电陶瓷100可适于在发电机的应用场景。将包括多个晶堆101的压电陶瓷100埋在地下，利用过往行人行走过所施加的压力，可以使发电机发电。
43.参见图3～图6，在本发明的一个实施例中，每块压电陶瓷片10的厚度相等或者不等或者部分相等；根据压电陶瓷100的设计需要，以及其应用的压电陶瓷装置的设置需要，包括多块压电陶瓷片10的压电陶瓷100中的压电陶瓷片10的厚度可以相等、不等或者部分相等。如包括5片压电陶瓷片10，其中的3块的厚度是一样的，而另外的两块不同，由此可以调整压电陶瓷100输出的功率的不同。对于压电陶瓷片10的形状，包括为圆形、矩形、环形、三角形或者梯形；以适应不同的具有压电陶瓷100的装置的设计需求。导电体30的外形与所述电陶瓷片相适配。可选的，所有的每块导电体30的厚度都相等。
44.由此可见，在本发明中无需采用在压电陶瓷100的两个面上敷着电极就能对压电陶瓷100进行极化，这种产品设置先产出具有压电效应的压电陶瓷100，从而大大降低了压电陶瓷100的制作成本。而且省去了印刷浆料、烘干、烧渗电极、化学镀电极等工序，缩短了生产周期，还可以减少对大气的污染。
45.在本发明的一个实施例中，提供了一种压电陶瓷装置200，包括上述任意一个实施例所述的压电陶瓷100。该压电陶瓷100的加工及结构在上述多个实施例中均有说明，在此不再赘述。
46.可选的，相邻的两个压电陶瓷片10间通过导电体30作为电极引出；对压电陶瓷片10的电极接入高压交流电，两个导电体30分别具有正负极。压电陶瓷装置为超声波换能器或者发电机。具体的，参见图7，超声波换能器是超声波清洗用的换能器，超声波换能器是由前后金属盖板77，72用螺栓71把两片压电陶瓷片10以并联的形式栓紧，还具有绝缘套76，两个压电陶瓷片10之间用铜片作为电极引出。在图7的结构中，这种无电极的压电陶瓷片10完全可以替代以前传统的有电极的压电陶瓷片10。在两个金属块上加高频交流(一般几十khz)电，使压电陶瓷100产生伸缩交替形变，从而产生高频振动而产生超声波。根据不同的具有压电陶瓷100的装置设计需要进行选择。如在超声波换能器中的应用，交流电选择高频交流电，其频率一般几十khz。
47.此外，在压电陶瓷100包括：多个晶堆101，多个晶堆101并列排列，且多个晶堆101并联连接时，组合成具有多列晶堆101的压电陶瓷100，将具有多个晶堆101的压电陶瓷100可适于在发电机的应用场景中，具体的，将包括多个晶堆101的压电陶瓷100埋在地下，利用过往行人行走过所施加的压力，由于，其中大面积的多个晶堆101受压的情况下，将会输出更大的功率，以产生更大电流，可以使发电机发电，是一种节省环保的发电机。
48.本发明通过将压电陶瓷设置为包括：至少一块压电陶瓷片和座位工装夹具，其中，座位工装夹具的至少两块用于夹持所述压电陶瓷片的导电体，并且所述两块导电体分别设有外接电源的电连接点；所述电连接点连接电源；所述两块导电体对所述压电陶瓷片施加夹持力时，所述电连接点接入高压直流电，使所述压电陶瓷片敷着电极和/或极化。由此，无需采用传统的压电陶瓷加工方法对压电陶瓷进行敷着电极，可一步实现压电陶瓷片敷着电极和极化，节省了加工工序。由于无需印刷浆料、烘干、烧渗电极、化学镀电极等工序，避免了传统工艺用排放大量的废气，造成大气污染的问题，从而可以减少对大气的污染，提供便于加工并且节能环保的压电陶瓷。进一步的，提供的压电陶瓷装置也具有良好的节能环保性，且成本低。
49.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。