一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器的制作方法

1.本实用新型属于超声波换能器领域，具体涉及一种采用无铅压电陶瓷叠堆的超声波换能器。


背景技术：

2.超声波换能器是利用陶瓷片的逆压电效应在高频交流电作用下产生机械振动从而发出超声波的装置。
3.现有的超声波换能器一般采用锆钛酸铅（pzt）作为压电材料，因其具有较大的机械品质因素和较低的介电损耗以及良好的压电和介电性能而被大规模应用，但该材料中pb含量约为70％，其在生产、使用以及废弃处理过程中会对生态环境造成严重损害。
4.铅和其化合物可通过呼吸道进入人体，其对呼吸、神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系统都会造成危害，特别是对于妇女和儿童，铅中毒会致畸、危害婴儿发育，破坏儿童神经系统，造成儿童发育迟缓、智力减退等问题。许多国家都已出台相关政策以限制电子产品中铅的使用，如欧盟的rohs指令要求电子元器件中铅含量不得超过1000ppm。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本实用新型提供一种采用无铅压电陶瓷叠堆的超声波换能器，所述超声波换能器的雾化元件采用铌酸盐、钛酸盐等不含铅元素的压电陶瓷材料作为基础材料，健康环保，可解决含铅压电产品带来的环境污染及健康危害问题；采用具有多层结构的压电陶瓷，可有效降低元件阻抗和驱动电压，增强清洗效果。
6.为了达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种无铅压电陶瓷堆叠的超声波换能器，包括：前盖、后盖、固定螺栓以及超声波发生组件，所述固定螺栓依次串接前盖、超声波发生部和后盖，所述超声波发生部包括依次叠放且中间设有通孔的第一电极片、压电陶瓷叠堆、第二电极片，还包括超声波发生部与前盖、后盖之间分别设置的第一绝缘件，还包括超声波发生部与固定螺栓之间设置的第二绝缘件。
8.进一步地，所述第一绝缘件厚度为0.3~1.5mm，直径为超声波发生部外圆直径的80%~120%。
9.进一步地，所述第一绝缘件的材料为玻纤板或环氧板或其他有机绝缘材料。玻纤板具有较高的机械性能和介电性能,较好的耐热性和耐潮性并有良好的机械加工性；绝缘陶瓷中的氧化铝陶瓷机械强度高、热导率高、耐磨，高温、高频下的绝缘性能优良，化学物理性能稳定；有机绝缘材料的原料来源丰富，其种类繁多、易于加工且性能优良。
10.进一步地，所述压电陶瓷叠堆为多层结构，所述多层结构包含（2n 1）层压电陶瓷单层，其中n为正整数，至少为3层；所述压电陶瓷单层之间设有金属电极，相邻单层陶瓷间极化方向相反，陶瓷片之间通过导电胶水粘结，形成“机械串联-电学并联”结构，以减小元
件阻抗，增大元件振幅，提高雾化效果。
11.进一步地，所述的压电陶瓷单层侧面设有翻边电极。
12.进一步地，所述的压电陶瓷单层的同一面的不同极性电极区域之间相隔间距为压电陶瓷片厚度的80%~120%。
13.进一步地，所述多层压电陶瓷环材料为铌酸钾钠基或钛酸铋钠基或钛酸钡基无铅压电材料。
14.与现有技术相比本实用新型具有以下优点：采用无铅压电陶瓷材料，解决了对环境和人体的危害问题；通过压电陶瓷叠堆，减少电极片的使用数量，并能提高清洗效果。通过设置在两个电极片与前盖、后盖之间的绝缘件，解决了超声波换能器不绝缘且接地不良带来的漏电风险。
附图说明
15.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的 实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
16.图1为本实用新型的立体图；
17.图2为本实用新型的爆炸图；
18.图3为本实用新型的结构示意图；
19.图4为本实用新型的压电陶瓷片的结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.参照图1至图3，一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，包括：
22.前座1、后座2、第一绝缘件3、超声波发生部4、第二绝缘件5及固定螺栓6。所述前座1和所述后座2设置有内螺纹，通过所述固定螺栓依次串接前座1、超声波发生部4和后座2。所述超声波发生部包括依次叠放的且中间设有通孔的第一电极片41、多层压电陶瓷环42、第二电极片43。所述多层压电陶瓷环42包括第一压电陶瓷片421、第二压电陶瓷片422、第三压电陶瓷片423、第四压电陶瓷片424、第五压电陶瓷片425，所述压电陶瓷片通过导电胶水粘合成一个整体。超声波发生部4与前盖1和后盖2之间设置有第一绝缘件3，其将超声波发生部4与其余部件相隔绝，避免前盖1、后盖2和固定螺栓6带来的漏电风险，由此所述前盖1、后盖2和固定螺栓6的材料可考虑不导电的非金属材料。
23.进一步地，所述多层压电陶瓷环42的结构如图3所示，所述多层结构包含（2n 1）层压电陶瓷单层，其中n为正整数，至少为3层，优选的层数为5层；所述压电陶瓷单层之间设有金属电极，相邻单层陶瓷间极化方向相反，形成“机械串联-电学并联”结构，以减小元件阻抗，增大元件振幅，提高雾化效果。
24.进一步地，所述压电陶瓷片421如图4所示，压电陶瓷片421中的一极421c通过侧面的电极区域421d与另一面的半圆形电极区域421a相连接，半圆形电极区域421a与同一侧的
极性相反的电极区域421b通过无导电金属镀层的圆环形区域421e相分割，避免二者短接，电极区域421b镀层的一端部分延长至侧面边线处，所述压电陶瓷片421与压电陶瓷片425电极分布情况一致。所述压电陶瓷片422中的半圆形电极区域422a通过侧面的电极区域422c与另一面的电极区域相连接，半圆形电极区域422a与同一侧的极性相反的电极区域422b通过无导电金属镀层的圆环形区域422d相分割，电极区域422d与422a关于陶瓷片中心对称。压电陶瓷片422、423、424电极分布情况一致。
25.进一步地，如图2所示，压电陶瓷片421和425位于多层压电陶瓷环42的两端，压电陶瓷片422、423、424依次置于中间，通过半圆形电极区域相对接，实现“机械串联-电学并联”的效果。
26.进一步地，如图4所示，压电陶瓷单层的同一面的不同极性电极区域421e和422d的宽度为压电陶瓷片厚度的80%~120%。
27.进一步地，所述多层压电陶瓷环材料为铌酸钾钠基或钛酸铋钠基或钛酸钡基无铅压电材料。
28.以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于局限本实用新型的保护范围，任何在本实用新型精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本实用新型的权利要求范围内。


技术特征：
1.一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于，包括：前盖、后盖、固定螺栓以及超声波发生组件，所述固定螺栓依次串接前盖、超声波发生部和后盖，所述超声波发生部包括依次叠放且中间设有通孔的第一电极片、压电陶瓷叠堆、第二电极片，还包括超声波发生部与前盖、后盖之间分别设置的第一绝缘件，还包括超声波发生部与固定螺栓之间设置的第二绝缘件。2.根据权利要求1所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述第一绝缘件厚度为0.3~1.5mm，直径为超声波发生部外圆直径的80%~120%。3.根据权利要求1所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述第一绝缘件的材料为玻纤板或环氧板或陶瓷或有机绝缘材料。4.根据权利要求1所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述压电陶瓷叠堆为多层结构，所述多层结构包含（2n 1）层压电陶瓷单层，其中n为正整数，至少为3层；所述压电陶瓷单层两侧设有金属电极，相邻单层陶瓷间极化方向相反，压电陶瓷单层之间通过导电胶水粘结，形成“机械串联-电学并联”结构。5.根据权利要求4所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述的压电陶瓷单层侧面设有翻边电极。6.根据权利要求5所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述压电陶瓷单层的同一面的不同极性电极区域之间相隔间距为压电陶瓷片厚度的80%~120%。7.根据权利要求1所述的一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，其特征在于：所述压电陶瓷叠堆的材料为铌酸钾钠基或钛酸铋钠基或钛酸钡基无铅压电材料。

技术总结
本实用新型涉及一种无铅压电陶瓷叠堆式超声波换能器，包括前盖、后盖、固定螺栓以及超声波发生组件，所述固定螺栓依次串接前盖、超声波发生部和后盖，所述超声波发生部包括依次叠放且中间设有通孔的第一电极片、压电陶瓷叠堆、第二电极片，还包括超声波发生部与前盖、后盖之间分别设置的第一绝缘件，以及超声波发生部与固定螺栓之间设置的第二绝缘件，解决了实际使用中存在的漏电风险。所述多层压电陶瓷环采用铌酸钾钠基、钛酸铋钠基等不含铅元素的压电陶瓷材料作为基础材料，健康环保，可解决含铅压电产品带来的环境污染及健康危害问题；采用压电陶瓷叠堆的结构，可有效降低元件阻抗和驱动电压，增强清洗效果。增强清洗效果。增强清洗效果。


技术研发人员：龚文 吴超峰 朱嘉劲
受保护的技术使用者：桐乡清锋科技有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/12/9