一种压电复合材料表面电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种表面电极的制备方法，尤其涉及一种应用于超声换能器或传感器的压电复合材料表面电极的制备方法，特别是1-3型压电复合材料、2-2型压电复合材料及其改进型的表面电极的制备方法。
【背景技术】
[0002]压电复合材料是超声探头的核心部件，在工作过程中要完成声-电和电-声之间的信号转换。为了降低表面电极对压电复合材料在工作过程中的信号和振动模式干扰，低电阻率、均匀、光滑并且附着力好的表面薄膜电极对于提高超声探头的性能具有重大意义。
[0003]人们常用的表面电极包括Ti，Pt，Au等材料。它的主要优点是能抗高温氧化，电阻率小，大规模集成电路相容性好，但是它们的缺点是结构与聚合物和钙钛矿结构的PZT陶瓷完全不兼容，生长的金属薄膜既不能外延生长在复合材料上，很难生长出单晶结构的薄膜，附着力很低，薄膜很容易从压电复合材料上脱落，并且价格很高，增加了超声探头的生产成本。
[0004]考虑到降低超声探头的生产成本，价格相对较低的Ag薄膜由于具有电阻率小、容易制备等优点在该发明中被应用。但是它的缺点同样是结构与聚合物和压电功能相不兼容，生长的金属薄膜既不能外延生长在复合材料上，也难以生长出单晶结构的薄膜，附着力很低，薄膜很容易从压电复合材料上脱落。
[0005]目前，在压电复合材料表面制备电极的方法主要包括溶胶-凝胶法、化学镀法、PVD法。利用溶胶-凝胶法主要是指在复合材料表面涂刷纳米Ag桨，该方法制备的表面Ag薄膜电极工艺简单，但是烧结纳米银浆的温度往往高于压电复合材料中所使用聚合物材料的玻璃态转变温度并且制备出的薄膜不够致密、均匀且附着力较低，难以保证器件的使用寿命。化学镀技术以其工艺简便、镀层均匀、节能、环保日益受到人们的关注，使用范围很广，但是能够制备镀层的种类却很受限制，并且化学镀Ag溶液很不稳定，化学镀制备的薄膜附着力也难以满足实际需求。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于提供一种性能较好和附着力较强的压电复合材料表面电极的制备方法。
[0007]解决本发明的技术问题所采用的技术方案是这样的:提供一种压电复合材料表面电极的制备方法，所述制备方法包括:步骤一、对压电复合材料表面进行研磨；步骤二、对研磨后的压电复合材料表面进行清洗，然后烘干；步骤三、在常温状态下，采用直流磁控溅射工艺在压电复合材料表面先制备出厚度较薄的第一层NiCr合金薄膜材料；步骤四、采用直流磁控溅射工艺在第一层薄膜材料上直接制备第二层Ag薄膜材料。
[0008]作为本发明的制备方法的进一步改进，在所述步骤一中，对所述压电复合材料表面进行研磨至粗糙度为Ra = 0.05?0.1。
[0009]作为本发明的制备方法的进一步改进，在所述步骤二中，先用三氯乙烯溶液超声清洗去除压电复合材料表面有机杂质，然后酒精超声清洗、去离子水超声清洗。
[0010]作为本发明的制备方法的进一步改进，用三氯乙烯溶液超声清洗不超过2分钟，用酒精超声和去离子水超声清洗时间大于10分钟，并各清洗至少两次。
[0011]作为本发明的制备方法的进一步改进，清洗压电复合材料表面时的温度选择40?50°C之间。
[0012]作为本发明的制备方法的进一步改进，在步骤三中，在基板为常温下溅射，薄膜溅射气压采用设备正常工作时的最低Ar气压，溅射功率选择保证薄膜质量时最大功率。
[0013]作为本发明的制备方法的进一步改进，所述NiCr合金薄膜的厚度在150nm?250nm之间，重量比为20% Cr、80% Ni。
[0014]作为本发明的制备方法的进一步改进，所述Ag薄膜的厚度在400nm?550nm之间，Ag的纯度为99.99%o
[0015]作为本发明的制备方法的进一步改进，所述压电复合材料选用陶瓷-聚合物或者压电晶体-聚合物。
[0016]本发明还提供了一种根据以上制备方法制备的压电复合材料表面电极。
[0017]与现有技术相比，本发明提供的制备方法具有以下优点:沉积速度快，基板温度升高低，膜层损伤低；在适当条件下，采用多元靶材共溅射方式，可沉积不同组分混合物、化合物薄膜；溅射所获得的薄膜与基板的结合力好；溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好，成膜均匀性好；能够较精确控制薄膜的厚度，重复性好；薄膜成核初期成核密度高，同时可通过控制参数条件改变薄膜晶粒大小，易于实现工业化。而且，由该制备方法制备出的压电复合材料表面电极经过显微分析及电学、力学测试，表明在压电复合材料上制备的NiCr/Ag薄膜电极表面光滑、均勾，导电性能好、电阻率较低及附着力能够满足应用需求。
【附图说明】
[0018]图1为根据本发明的制备方法制备的压电复合材料表面电极的工艺流程示意图；
[0019]图2为根据本发明的制备方法制备的压电复合材料表面电极示意图。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]磁控溅射制备薄膜是发展最迅速的物理气相沉积(PVD)技术领域之一。它是通过离子轰击及混合过程(也就是将一种或几种元素混合入基础材料)而制备具有一定尺寸和结构的薄膜。不同材料在不同的工艺条件下制备的薄膜结构可以是多晶，单晶结构或非晶结构的。薄膜的结构，即所形成的晶粒的取向和大小主要依赖于用于制备薄膜的两种元素的相互溶解性。由A和B两种元素组成的二元合金薄膜A-B，可以用A-B合金靶材磁控溅射制备，也可以用A种材料与B种材料的两种靶材共溅射制备。磁控溅射法由于利用离子轰击靶材碰撞出高速粒子沉积在基板表面，所得薄膜的附着力很容易满足要求，并且该种方法生产的薄膜致密均匀，性能可靠。NiCr合金薄膜由于其良好的韧性及附着力，在半导体行业经常作为过渡层与其他金属或陶瓷形成梯度功能膜使用。