专利名称：含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法
技术领域：
本发明涉及一种压电陶瓷纤维的封装方法，尤其涉及一种含有金属芯的压电陶瓷 纤维的封装方法。
背景技术：
压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，在电、磁、声、光、热、气、力等 功能转换器件中发挥着中的作用。是智能结构中一种常用的功能元件。智能结构的功能器 件大多采用与基体结构集成的结构形式，为了便于与基体结构相集成，这对智能结构中的 功能元件的几何形状与尺寸提出了新的要求。传统的压电功能器件以块状和片状居多，由 于体积较大不易与基体结构集成，当埋入基体结构时，对结构的强度和可靠性影响很大，也 会改变结构的很多性能，甚至影响结构的使用，缩短结构的使用寿命。此外传统的压电材 料存在着显著的缺点，由于陶瓷的脆性，压电陶瓷无法承受大的冲击，因此限制了压电陶瓷 的广泛应用。 满足智能结构提出的易于集成的要求的理想的几何形状有薄板和纤维， 针对这样的几何形状要求和克服传统压电材料的缺点，上世纪九十年代中期美国MIT驱动 材料和结构实验室提出了纤维状压电材料(AFC :Active Fiber Composite, fiber-shaped piezoelectric material)的概念，并成功制作了 AFC。随后，针对AFC的缺点，美国航空航 天局NASA对压电纤维的制备及应用展开了深入的研究，他们提出了采用流延成型法制备 压电薄膜，经过一定的烧结工艺，然后采用切割法制备压电纤维，并成功制作了 MFC (Macro Fiber Composite)0但是，AFC和MFC中的纤维只能在聚合物中，整体作为一个器件使用，不能单独使 用，且只有在交叉电极中的部分纤维可以作为传感和驱动用，其效率受到很大影响。针对AFC和MFC的这些缺点，申请号为200510075352. 4中国发明专利申请公开了 一种具有金属芯的压电陶瓷纤维，其最大的优点就在于金属芯可以作为电极使用，这种只 需要在纤维表面镀上电极，单根纤维就可以用作传感器或者驱动器。但是这种压电纤维在 实际应用中遇到了一些问题。首先，由于外层的压电陶瓷材料的脆性以及纤维本身尺寸非 常小，如果直接将纤维集成到结构中，纤维非常容易断；其次，金属芯和纤维本身直径都非 常小，要从金属芯和外层涂布电极上将电极引出十分困难。目前应用中通常是采用将导线 直接焊接到金属芯和涂布电极上。但是由于焊接点和纤维没有相应的保护，在使用过程中 很容易由于牵动导线致使纤维折断或电极脱落。
发明内容
1、技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种对含金属芯的压电陶瓷纤维进 行封装的方法。2、技术方案为了解决上述的技术问题，本发明的含金属芯压电陶瓷纤维的封装 方法包括下列步骤步骤一用导电胶分别将含金属芯压电陶瓷纤维的金属芯电极和外层涂布电极与外接 端子的两个端口连接；
步骤二 先用万用表测试电极是否导通，如果导通则说明电极与外接端子之间连接良 好，然后，在含金属芯压电陶瓷纤维的金属芯电极与外接端子端口的连接处涂布一层保护 电极接头的保护胶，同时固定外接端子与含金属芯压电陶瓷纤维的相对位置，以方便后续 步骤的进行；
步骤三将居中调节器安装设置在纤维保护管内，再将步骤二的含金属芯压电陶瓷纤 维穿入纤维保护管内部，穿入时保证压电纤维未与外接端子连接的的一端超出纤维保护管 1-2毫米；纤维保护管的外径一般为1-4毫米；
所述的居中调节器由绝缘灌封胶灌封制成并与所述的纤维保护管配合，居中调节器可 容纳在纤维保护管内；居中调节器内部设有容纳所述的含金属芯压电陶瓷纤维的通孔，所 述的通孔一段用于容纳纤维保护管，与之相通的另一段用于容纳压电陶瓷纤维本身，两段 通孔的直径分别与纤维保护管的直径相适应。居中调节器是用来控制压电陶瓷纤维与纤维保护管的同轴度的辅助装置，其形式 多种多样，可以是T型孔圆柱体、直孔圆柱体等，需要根据使用的纤维保护管的尺寸来选 择，另外它是由硅胶或者其他灌封胶灌封制成，其胶水型号应与纤维保护管内部灌封的胶 水型号相同，有利于灌封后居中调节器与纤维保护层融为一体。步骤四在金属芯电极与外接端子的连接处、外层涂布电极与外接端子的连接处 和纤维保护管端口处填充绝缘灌封胶，室温固化8-M小时，得到封装的含金属芯压电陶瓷 纤维；为了保证封装效果，可以同时在纤维保护管中填充绝缘灌封胶。本发明中，金属芯电极与外接端子的连接处、外层涂布电极与外接端子的连接处 和纤维保护管端口处填充绝缘灌封胶并固化后形成夹持端，目的是为了方便封装后的压电 纤维在使用过程中能够方便地安装到其他仪器上，另外根据不同的安装要求，还可以将夹 持端灌封成不同的形状和尺寸，如圆形，椭圆形、正方形、长方形等。纤维保护管可以有效地保护压电纤维免受外力的损害，当向其中填充灌封胶，抑 制压电纤维的弯曲运动。纤维保护管的内径在0.6-3. 8毫米，外径在1-4毫米。改变纤维 保护管的内外径可以改变压电纤维与纤维保护管之间的胶层厚度。改变灌封胶的型号可以 灌封出不同弹性模量的胶层。外接端子是将压电纤维的金属芯电极和外层涂布电极引出的装置，一般为两根分 别与金属芯电极和涂布电极相连的导线，这样可以方便地将外间的电源、仪器等与压电纤 维连接，外接端子也可以根据不同的连接要求采用其他不同的形式，如插头、插孔等，外接 端子在与压电纤维电极接头还可设置一个绝缘垫片。此外，在灌封夹持端时，可采用灌封装置，其作为模具来控制夹持端的形状和尺 寸，模具制作成不同的形状，就可以得到不同形状的夹持端，灌封装置本身由两部分组成， 灌封模具支座和灌封模具。3、有益效果本技术方案的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，具有实现压电纤 维的安全、方便接线、方便安装、夹持的功能，克服了压电纤维使用过程中易折断、引线难、 夹持难的缺点。同时封装工艺简单，材料成本低廉，为压电纤维广泛应用提供了方便。
图1是本发明含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法的原理图； 图2是灌封装置结构示意图3是居中调节器结构示意图，其中a为T型孔圆柱体形状的居中调节器，b为直孔圆 柱体形状的居中调节器。
具体实施例方式实施例一
步骤一如图1所示，在含金属芯的压电陶瓷纤维一端留出一段金属芯电极1，外接端 子为两根导线并固定在绝缘垫片上，绝缘垫片的尺寸为5mmX2mmX0. 1mm，将导线放到绝缘 垫片上合适位置用胶固定；用导电胶分别将压电陶瓷纤维的金属芯电极1和外层涂布电极 2与两根导线连接，将纤维电极引至导线上；
步骤二用万用表测试电极是否导通，在压电陶瓷纤维电极与导线、绝缘垫片的连接处 涂布一层AB胶，保护电极接头，同时固定导线、绝缘垫片与压电陶瓷纤维的相对位置；
步骤三纤维保护管3选择内径0. 6mm，外径Imm的精密金属管；如图3a所示，居中调 节器4相应的选择T型孔圆柱体，其大孔直径1mm，长度4mm，小孔直径0. 2mm,长度2mm。将 居中调节器安装到纤维保护管3 —端，使纤维保护管插入T型孔圆柱体的大孔中。再将压电 陶瓷纤维穿入纤维保护管内部，穿入时保证压电纤维未引电极的一端超出纤维保护管1-2 毫米，且外露的压电纤维穿入T型孔圆柱体的小孔中；
步骤四如图2所示，将灌封装置的两个部分分别安装到纤维保护管3上合适的位置， 灌封模具支座内径Ι·，上端外径3. 8mm,下端外径2mm，灌封模具内径3. 8mm,外径4mm，。在 灌封模具内腔填充906型绝缘灌封胶，室温固化M小时；
步骤五待绝缘灌封胶完全固化后，拆除不需保留的灌封装置和居中调节器，得到封装 的压电陶瓷纤维，外形如图4所示。实施例二
步骤一如图1所示，在含金属芯的压电陶瓷纤维一端留出金属芯电极1，外接端子为 两根导线固定在绝缘垫片上，绝缘垫片的尺寸为5mmX2mmX0. 1mm，将导线放到绝缘垫片上 合适位置用胶固定，用导电胶分别将压电陶瓷纤维的金属芯电极1和外层涂布电极2与两 根导线连接，将纤维电极引至导线上；
步骤二 用万用表测试电极是否导通，在压电陶瓷纤维电极与导线、绝缘垫片的连接处 涂布一层AB胶，保护电极接头，同时固定导线、绝缘垫片与压电陶瓷纤维的相对位置；
步骤三纤维保护管3选择内径1. 8mm，外径2mm的塑料硬管，如图北所示，居中调节 器4相应的选择直孔圆柱体，其外径为1. 8mm,孔直径0. 2mm,长度3mm，。将居中调节器4安 装到纤维保护管3—端内部，再将压电陶瓷纤维穿过居中调节器4，穿入纤维保护管3内部， 穿入时保证压电纤维未引电极的一端超出纤维保护管1-2毫米，向纤维保护管内腔填充透 明硅胶，再在另一端安装居中调节器；
步骤四如图2所示将灌封装置的两个部分分别安装到纤维保护管上合适的位置，灌 封模具支座内径1mm，上端外径3. 8mm,下端外径2mm，灌封模具内径3. 8mm,外径4mm。在灌 封模具内腔填充906型绝缘灌封胶，室温固化M小时；步骤五绝缘灌封胶完全固化后，拆除不需保留的灌封装置，得到封装的压电陶瓷纤 维，外形如图4所示。实施例三
步骤一如图1所示，在压电陶瓷纤维一端留出金属芯电极1，外接端子为两根导线固 定在绝缘垫片上，绝缘垫片的尺寸为5mmX2mmX0. 1mm，将导线放到绝缘垫片上合适位置用 胶固定，用导电胶分别将压电陶瓷纤维的金属芯电极1和外层涂布电极2与两根导线连接， 将纤维电极引至导线上；
步骤二 用万用表测试电极是否导通，在压电陶瓷纤维电极与导线、绝缘垫片的连接处 涂布一层AB胶，保护电极接头，同时固定导线、绝缘垫片与压电陶瓷纤维的相对位置；
步骤三纤维保护管3选择内径3. 8mm,外径4mm的塑料硬管，如图北所示，居中调节 器4相应的选择直孔圆柱体，其孔直径0. 2mm，长度3mm。将居中调节器4安装到纤维保护 管3内部。居中调节器4将纤维保护管3内腔分成长短两部分，再将压电陶瓷纤维穿过居 中调节器，穿入纤维保护管内部，穿入时保证压电纤维未引电极的一端超出纤维保护管1-2 毫米，压电纤维与外接端子、垫片接头处刚好穿入纤维保护管内部。向纤维保护管内部长腔 体填充透明硅胶，再在纤维超出纤维保护管的一端安装居中调节器；
步骤四向纤维保护管内部短腔体填充906型绝缘灌封胶，室温固化M小时； 步骤五绝缘灌封胶完全固化后，得到封装的压电陶瓷纤维，外形如图4所示。实施例四
步骤一如图1所示，在压电陶瓷纤维一端留出金属芯电极1，外接端子为两根导线固 定在绝缘垫片上，绝缘垫片的尺寸为5mmX2mmX0. 1mm，将导线放到绝缘垫片上合适位置用 胶固定，用导电胶分别将压电陶瓷纤维的金属芯电极1和外层涂布电极2与两根导线连接， 将纤维电极引至导线上；
步骤二 用万用表测试电极是否导通，在压电陶瓷纤维电极与导线、绝缘垫片的连接处 涂布一层AB胶，保护电极接头，同时固定导线、绝缘垫片与压电陶瓷纤维的相对位置；
步骤三纤维保护管3选择内径0. 6mm，外径Imm的精密金属管，如图3a所示，居中调 节器4相应的选择T型孔圆柱体，其大孔直径1mm，长度4mm，小孔直径0. 2mm,长度2mm。将 居中调节器4安装到纤维保护管3 —端，使纤维保护管3插入T型孔圆柱体的大孔中。再 将压电陶瓷纤维穿入纤维保护管内部，穿入时保证压电纤维未引电极的一端超出纤维保护 管1-2毫米，且外露的压电纤维穿入T型孔圆柱体的小孔中；
步骤四如图2所示，将灌封装置的两个部分分别安装到纤维保护管3上合适的位置， 灌封模具支座内径lmm，上端为4mmX4mm的正方形，下端外径2mm，灌封模具为正方形管，内 腔为4mm X 4mm的正方形，外腔为4. 2mm X 4. 2mm的正方形，在灌封模具内腔填充906型绝缘 灌封胶，室温固化M小时；
步骤五绝缘灌封胶完全固化后，拆除不需保留的灌封装置和居中调节器，得到封装的 压电陶瓷纤维，外形如图4所示。实施例五
步骤一如图1所示，在压电陶瓷纤维一端留出金属芯电极1，外接端子为绝缘垫片上 有两个导电的外接插口，绝缘垫片的尺寸为5mmX2mmX0. 1mm，用导电胶分别将压电陶瓷纤 维的金属芯电极1和外层涂布电极2与绝缘垫片上的导电插口连接，将纤维电极引至导线上；
步骤二 用万用表测试电极是否导通，在压电陶瓷纤维电极与导线、绝缘垫片的连接处 涂布一层AB胶，保护电极接头，同时固定导线、绝缘垫片与压电陶瓷纤维的相对位置；
步骤三纤维保护管3选择内径3. 8mm,外径4mm的塑料硬管，如图2b所示，居中调节 器4相应的选择直孔圆柱体，其孔直径0. 2mm,长度3mm。将居中调节器4安装到纤维保护 管3内部。居中调节器4将纤维保护管3内腔分成长短两部分，再将压电陶瓷纤维穿过居 中调节器4，穿入纤维保护管3内部，穿入时保证压电纤维未引电极的一端超出纤维保护管 1-2毫米，压电纤维与外接端子、垫片接头处刚好穿入纤维保护管内部。向纤维保护管内部 长腔体填充透明硅胶，再在纤维超出纤维保护管的一端安装居中调节器； 步骤四向纤维保护管内部短腔体填充透明硅胶，室温固化8小时； 步骤五绝缘灌封胶完全固化后，得到封装的压电陶瓷纤维，外形如图4所示。
权利要求
1.一种含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，包括下列步骤步骤一用导电胶分别将含金属芯压电陶瓷纤维的金属芯电极(1)和外层涂布电极 (2)与外接端子的两个端口连接；步骤二 在含金属芯压电陶瓷纤维的金属芯电极与外接端子端口的连接处涂布一层保 护电极接头的保护胶，同时固定外接端子与含金属芯压电陶瓷纤维的相对位置；步骤三将居中调节器(4)安装设置在纤维保护管(3)内，再将步骤二的含金属芯压电 陶瓷纤维穿入纤维保护管(3)内部，穿入时保证含金属芯压电陶瓷纤维未与外接端子连接 的的一端超出纤维保护管(3) 1-2毫米；步骤四在金属芯电极(1)与外接端子的连接处、外层涂布电极(2)与外接端子的连接 处和纤维保护管(3)端口处填充绝缘灌封胶，室温固化8-M小时，得到封装的含金属芯压 电陶瓷纤维。
2.如权利要求1所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，步骤四中，同 时在纤维保护管(3)中填充绝缘灌封胶。
3.如权利要求1所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的外接 端子为两根导线。
4.如权利要求3所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的外接 端子固定在绝缘垫片上。
5.如权利要求1所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的导电 胶为AB胶。
6.如权利要求1所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的绝缘 灌封胶为906型绝缘灌封胶。
7.如权利要求1所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的居中 调节器(4)由绝缘灌封胶灌封制成并与所述的纤维保护管配合。
8.如权利要求7所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的居中 调节器内部设有容纳所述的含金属芯压电陶瓷纤维的通孔。
9.如权利要求7所述的含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，其特征在于，所述的居中 调节器(4)设有相互贯通并分别容纳所述的含金属芯压电陶瓷纤维和纤维保护管(3)的通 孔。
全文摘要
本发明公开了一种含金属芯压电陶瓷纤维的封装方法，步骤有用导电胶分别将压电纤维的金属芯电极和外层涂布电极与外接端子的两个端口连接；在压电纤维的金属芯电极与外接端子端口的连接处涂布一层保护电极接头的保护胶，同时固定外接端子与压电纤维的相对位置；将居中调节器安装在纤维保护管内，再将压电纤维穿入纤维保护管内部；在金属芯电极与外接端子的连接处、外层涂布电极与外接端子的连接处和纤维保护管端口处填充绝缘灌封胶，固化8-24小时，得到封装的含金属芯压电陶瓷纤维。本方法具有实现压电纤维的安全、方便接线、方便安装、夹持的功能，克服了压电纤维使用过程中易折断等缺点。同时封装工艺简单，材料成本低廉，为其广泛应用提供了方便。
文档编号H01L41/187GK102097583SQ20101056368
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者严春霞, 季宏丽, 朱孔军, 杜建周, 裘进浩, 陈海荣 申请人:南京航空航天大学