一种压电陶瓷复合器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功能陶瓷领域及其制造技术领域，特别是一种压电陶瓷复合器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]压电效应是法国物理学家居里兄弟于1880年发现的。当把一定数量的砝码放在某些晶体上时，在这些晶体的表面会产生一定数量的电荷，并且所产生电荷的数量与砝码的重量成正比。这种现象被称为压电效应，而具有压电效应的材料则被称为压电材料。正是由于压电材料的这一特殊性能，使其目前广泛的应用于超声领域。目前，在超声领域中，压电陶瓷材料处于绝对支配地位。与其他压电材料相比，压电陶瓷材料具有以下独特的优势:I)原材料价格低；2)通过添加不同的材料成分，可以制成品种各异、性能不同、满足不同需要的压电材料；3)采用不同的形状和不同的极化方式，可以得到所需的各种振动模式。正是因为这些优点，压电陶瓷材料目前广泛的应用于超声成像领域，在医疗诊断、无损检测及电声领域发挥了重要的作用。但是随着技术要求的不断提高及应用领域的不断扩展，在实际应用中，压电陶瓷材料逐渐也暴露出其劣势，使其应用能力受到一定程度的限制，归纳起来主要有以下几个方面:压电陶瓷材料声阻抗大，使得其不易于人体软组织及水的声阻抗相匹配；机械品质因数高，带宽窄；静水压灵敏度低等。为解决这些问题，使用压电陶瓷与其他材料结合制成了压电复合陶瓷材料，这种材料可以弥补压电陶瓷材料的缺点，更好的满足实际应用并扩大其应用范围。
[0003]目前，压电陶瓷复合材料的制作主要是通过将压电陶瓷进行部分切割、填充其他复合材料(如环氧树脂)、凝固、打磨、电极制作等一系列程序来进行加工生产。对压电陶瓷材料进行切割主要有机械切割法、激光切割法、反应离子刻蚀法及热压法等。激光切割法、反应离子刻蚀法及热压法对技术要求及设备要求较高，成本较大，应用较少。机械切割法操作简单，成本低，目前使用最为广泛。但是在生产加工低频率压电复合陶瓷材料时，由于压电陶瓷材料厚度较大，很大程度受到压电陶瓷材料的脆慈性及刀片厚度的限制，很难采用普通机械切割法对压电陶瓷材料进行较好的切割。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种压电陶瓷复合器件及其制作方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明公开了一种压电陶瓷复合器件，包括底板、网格式基体结构和一组压电陶瓷长方体，所述网格式基体结构粘接在底板上，所述网格式基体结构上设有一组用于安放压电陶瓷长方体的凹槽，所述压电陶瓷长方体竖直的置于凹槽内。
[0006]本发明中，所述压电陶瓷长方体固定设置在凹槽内。
[0007]解决上述技术问题的方案为一种压电陶瓷复合器件的制作方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:将整块陶瓷块从其最薄一侧切割成长方体的小陶瓷块；
[0009]步骤2:准备一个网格式基体结构；
[0010]步骤3:将网格式基体结构放置于底板上，将小陶瓷块竖直放置于网格中，并采用环氧树脂加以固定；
[0011]步骤4:在网格式基体结构上表面放置顶板，并用夹具固定，放入烘箱至环氧树脂完全凝固；
[0012]步骤5:从烘箱取出后，利用打磨机将多余环氧材料磨去，并将处理后的压电复合材料打磨至需要厚度；
[0013]步骤6:采用化学镀铜方法制作电极；
[0014]步骤7:将压电复合材料放置于硅油中进行加电极化，由此获得压电陶瓷复合器件。
[0015]本发明中，所述步骤I采用金刚石刀片切割机。
[0016]本发明中，所述步骤I中小陶瓷块的尺寸根据所需频率和阻抗可进行相应调整。频率与厚度有关；阻抗通过压电陶瓷和网格式基体结构的配比及周期来调节。阻抗部分要根据实际要求调节陶瓷和基体材料配比；频率*波长为材料声速。
[0017]本发明中，所述步骤2中网格式基体结构制作方法为:采用聚醚酰亚胺或者聚酰亚胺材料，通过机加工或者雕刻的方法制作成网格式结构或者梳装结构，高度与陶瓷块最长一侧的长度相同。
[0018]本发明中，所述步骤2中网格式基体结构的长度为50-200_，宽度为1.5_5_。
[0019]本发明中，所述步骤2中网格式基体结构制作方法为:采用聚醚酰亚胺或者聚酰亚胺材料，制作成一组梳装结构，所述一组梳装结构上下交叉放置，采用环氧固定形成网格式基体结构。
[0020]本发明中，所述底板为平整玻璃块。
[0021]本发明中，所述步骤3中烘箱烘烤时间为6小时。
[0022]有益效果:本发明的特点是在采用机械切割法制作压电陶瓷复合材料时，将切割成的小陶瓷块的长度方向作为压电陶瓷复合材料的极化方向。通过采用这一方法，可以以较小的切割深度获得性能优异的低频率厚压电陶瓷复合材料。本压电陶瓷复合器件制备工艺简单，设备要求低，成本低，可重复性高，便于规模生产，提高生产效率及良品率。
【附图说明】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0024]图1是本发明的结构示意图；
[0025]图2a是网格式基体结构俯视图；
[0026]图2b是网格式基体结构直视图；
[0027]图3是压电陶瓷长方体切割示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合附图对本发明作详细说明。
[0029]实施例1:
[0030]如图1，本发明包括网格式基体结构2、凹槽3，压电陶瓷长方体4，网格式基体结构上设有一组凹槽，压电陶瓷长方体竖直的放置在凹槽中并通过环氧材料粘接固定。
[0031]如图2a和2b所示，网格式基体结构底端设有底板1，网格式基体结构上设有一组凹槽3，网格式基体结构一体构成的规则结构。
[0032]如图3，将大块压电陶瓷材料根据频率及声阻抗需求采用机械切割法进行切割，切割成一系列压电陶瓷块。切割过程中将整个陶瓷块切割分离，形成独立压电陶瓷长方体。切割示意图如图3所示，将切割后的压电陶瓷长方体进行清理，去除切割产生的陶瓷碎肩