[发明专利]一种压电复合材料及驱动器的制备方法

说明书

本发明公开了一种压电复合材料及驱动器的制备方法。该制备方法包括：将压电材料粘贴在切割板上；采用线切割机将压电材料切割成第一设定厚度的薄片状压电材料，记为第一薄片状压电材料；对第一薄片状压电材料进行抛光打磨，获得第二设定厚度的薄片状压电材料，记为第二薄片状压电材料；将第二薄片状压电材料粘贴于切割承载膜上，并采用绷盘固定；对切割承载膜上的第二薄片状压电材料进行机械切割，制得压电相体积分数连续可调的压电阵列；采用聚合物基体对压电阵列中压电相之间的间隙进行浇注，并固化成型；取下切割承载膜，得到压电复合材料。本发明提供的压电复合材料及驱动器的制备方法具有制备工艺简单、效率高的特点。

技术领域

本发明涉及压电复合材料的制备技术领域，特别是涉及一种压电复合材料的制备方法以及采用该压电复合材料的驱动器的制备方法。

背景技术

压电复合材料是由压电陶瓷、单晶与聚合物、金属等复合而成的多相材料，综合了压电陶瓷和基体等各相的特点，具有介电常数小、密度低、韧性好等特点。自1978年美国宾州州立大学材料实验室的Newnham提出压电复合材料的概念以来，压电复合材料经历了40多年的发展历史，目前，其理论、制备工艺和应用开发均取得很大的进展，可通过选择不同的组分材料和采取适当的复合结构，制作成性能多样的压电复合材料，以满足不同的应用需求。其中，1-3型、2-2型及多基元型压电复合材料在克服压电晶体材料脆性大和柔韧性差等不足的同时，具有高灵敏度、高频率响应、单向性能突出和可设计性强等特点，广泛应用于传感、驱动、结构控制、结构健康监测和能量采集等众多领域。

目前，1-3型、2-2型及多基元型压电复合材料的制备方法主要有如下几种：排列-浇注法、流延-层压法和切割-浇注-减薄法。其中，排列-浇注法需先制造出压电陶瓷柱，然后依照预定的体积含量及特定的排列分布，将压电陶瓷柱排布在预制模具中；再将聚合物基体例如环氧树脂灌入模具中，高温固化后脱模，最后将多余的环氧树脂及基底切掉，磨制成所需厚度，两面备电极、极化，以形成压电复合材料。流延-层压法制备压电复合材料主要包括两步：首先，采用流延法制备不同厚度的压电陶瓷或压电单晶薄层(统称压电薄层)；同时，采用热压法制备不同厚度的热固性聚合物薄层，并切割聚合物薄层使其在长度和宽度上与压电薄层一致；然后，由下而上将压电薄层和聚合物薄层交替堆叠并对齐，在压电薄层和聚合物薄层之间涂覆聚合物胶液，并采用热压法将上述堆叠体热压固化，得到2-2型压电复合结构；最后，根据成品压电复合结构层的厚度要求，将2-2型压电复合结构沿堆叠方向进行切割。切割-浇注-减薄法是将压电陶瓷块固定在工作台上，用高速旋转的金钢砂轮或者刀片按要求在陶瓷上切割出沟槽；然后向切缝中浇注聚合物，待聚合物完全固化后按所需厚度切下，或者将未切穿陶瓷基去除后即可制成所需压电复合材料。切割-浇注-减薄法具有如下特点，工艺简单，易于控制，可以通过调整切割刀片和技术参数来控制压电复合材料中压电相和聚合物相的体积比和厚度等参数；制作的压电复合材料结构非常均匀，成品的重复性好，可实现大规模生产，是目前应用较广泛的压电复合材料制备方法。

在上述三种常见制备方法中，排列-浇注法制备工序复杂，压电陶瓷相的脆性引起的损失率高，不易大量生产；流延-层压法方法工序多，堆叠过程中损失率较高，成品两相界面结合不好，且采用流延法制备的陶瓷薄片烧结比较困难，薄片的平整性难以确定。切割-浇注-减薄法虽然具有工艺简单，可实现大规模生产的优点，也存在明显不足：若切割时压电陶瓷完全切透，则取下时压电陶瓷柱会分散，需要手工重新排列；如果不切透，在浇注聚合物基体之后再进行切割，会因切割加工过程中大的机械冲击振动造成压电相与聚合物相的界面结合出现问题，无法切出大片完整压电陶瓷/聚合物复合材料，更无法制作较薄的压电复合材料，同时，增加的后续减薄工艺会使整个制备过程复杂化，效率低下，同时浪费原材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电复合材料及驱动器的制备方法，具有制备工艺简单、效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种压电复合材料的制备方法，包括：