[发明专利]多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法。

背景技术

高温振动传感器主要是为了解决在高温环境下各种振动的测量。在这些领域中传感器处于高温条件下工作，这使得传感器的放大电路及压电元件很容易失效。

目前作为压电元件使用的压电陶瓷堆叠结构常为在分开的压电陶瓷片之间单独设置连接层及电极片。该结构虽然实现了压电元件装配，但是由于连接层与电极片和/或压电陶瓷片之间配合间隙的存在，在振动环境中应用时，上述压电陶瓷堆叠结构会产生变形，进而吸收一部分的能量，从而使传感器整体刚度降低，影响频响特性。特别是在高温环境中，由于各材料之间的膨胀系数不同，造成应力值波动较大，影响压电元件的特性。

发明内容

本发明实施例提供一种多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法，能够提高多层压电陶瓷堆叠结构的刚性，进而提高频响特性；高温下能够减少应力的波动；结构简单；适于批量生产。

一方面，根据本发明实施例提出了一种多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，第一堆叠层和第二堆叠层均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，镍电极层表面的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。

另一个方面，根据本发明实施例提供一种多层压电陶瓷堆叠结构的制备方法，包括：提供表面镀有过渡金属层的镍电极材料层，并对镍电极材料层进行裁剪形成镍电极层阵列，镍电极层阵列包括多个镍电极层本体部和连接多个镍电极层本体部的连接部；提供表面镀有过渡金属层的压电陶瓷材料层，对其进行裁剪形成多个压电陶瓷芯片，压电陶瓷芯片的形状与镍电极层本体部对应；将多个压电陶瓷芯片分别与镍电极层阵列的多个镍电极层本体部一一对应设置，并在高温高压下进行挤压处理使得多个镍电极层本体部与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合，形成第一堆叠层阵列或第二堆叠层阵列；将第一堆叠层阵列与第二堆叠层阵列进行层叠设置，形成包括多个多层压电陶瓷堆叠结构单元的阵列；对应每个多层压电陶瓷堆叠结构单元通过预紧件紧固处理；裁断第一堆叠层阵列及第二堆叠层阵列的连接多个镍电极层本体部的连接部，形成多个多层压电陶瓷堆叠结构。

还一个方面，根据本发明实施例提供一种传感器，包括：敏感元件、转换元件和高温线缆，敏感元件及转换元件通过高温线缆电连接，敏感元件包括支架、设置于支架的质量块和多层压电陶瓷堆叠结构，该多层压电陶瓷堆叠结构包括层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层，第一堆叠层和第二堆叠层均为材料层之间金属键键合形成的复合材料堆叠层，包括：压电陶瓷芯片，表面镀有过渡金属层；镍电极层，表面镀有过渡金属层，镍电极层表面镀的过渡金属层与压电陶瓷芯片表面镀的过渡金属层通过金属键键合设置；其中，层叠设置的第一堆叠层和第二堆叠层通过预紧件紧固连接设置。

与现有技术相比，本发明提供的多层压电陶瓷堆叠结构、传感器及其制备方法，镀有过渡金属层的压电陶瓷芯片与镀有过渡金属层的电极高压键合实现压电陶瓷芯片与电极化学结合，提高了第一堆叠层与第二堆叠层的刚性，第一堆叠层与第二堆叠层之间的连接也是通过预紧件实现锁紧，而非采取连接层或粘结剂等，因此整体提高了多层压电陶瓷堆叠结构的刚性。还有，本发明提供的多层压电陶瓷堆叠结构的第一堆叠层与第二堆叠层之间是通过刚性好的机械结构件来实现紧固锁紧，因此在高温环境下使用时也大大减小了应力波动的问题，故采用本发明提供的多层压电陶瓷堆叠结构的传感器的高温特性较佳。另外，本发明提供的多层压电陶瓷堆叠结构的结构简单适于批量生产。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的多层压电陶瓷堆叠结构的结构示意图。

图2是图1所示多层压电陶瓷堆叠结构的第一堆叠层的结构示意图。

图3是图1所示多层压电陶瓷堆叠结构的制造流程图。

图4是制造多层压电陶瓷堆叠结构过程中形成的第一堆叠层阵列的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的传感器的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。