[发明专利]一种提高剪切式形变量的压电喷头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微加工技术领域，尤其涉及一种提高剪切式形变量的压电喷头及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种新型的功能材料，广泛应用于电子、光、热、声学等领域。在压电陶瓷器件制备的过程中，极化是关键工艺。极化过程是压电陶瓷中畴结构运动和发展的过程。压电陶瓷在人工极化前为各向同性体，对外不显示压电效应；极化后，由于剩余极化，成为各向异性体，从而具有压电效应。

压电喷墨利用喷嘴上游压电陶瓷(执行器)的逆压电效应，在外电场的驱动下使得喷嘴液腔壁产生机械位移，改变液腔体积；从而在液腔内部产生压力波，利用压力波驱动墨水形成液滴，并从喷嘴喷出。

通常的压电喷墨喷头的压电陶瓷在极化时选定一个极化方向进行极化，其具体工作原理为：当往压电致动器上施加电压脉冲时，正电压会使压电致动器向管外扩张。随着压电致动器的逐渐扩张，管道内的体积将逐渐变大，腔体内的液体压力快速变为负。此时，当液体压力比大气压小时，喷嘴口的液体会向管内回缩。一段时间之后，撤去电压脉冲，压电致动器会相应的向管道中心收缩，最终回到原位，挤压管道中的液体。此种压电喷墨喷头在实际应用中会出现压电陶瓷的剪切式运动位移量较小，即喷头的压力腔形变量较小，在陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情况下，压电陶瓷所需驱动电压较大。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种提高剪切式形变量的压电喷头及其制备方法，该制备方法可以有效的提高压电陶瓷的剪切式运动形变量，在陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情况下，分区域极化的压电陶瓷所需驱动电压可以有效的降低。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种提高剪切式形变量的压电喷头，包括具有压力腔、墨水通道和喷孔的 衬底、压电陶瓷片、设于所述压电陶瓷片内表面的下极化电极层和设于所述压电陶瓷片外表面多个驱动电极，所述下极化电极层与所述衬底凹设有所述压力腔的一面键合，所述压电陶瓷片具有不同的极化方向。

作为其中一种实施方式，所述衬底为SOI衬底材料。

作为其中一种实施方式，所述驱动电极的材质选自铂、金、银、铜、铜合金、钛、钛合金、镍中的任意一种，所述驱动电极的厚度为50nm～5μm。

作为其中一种实施方式，所述压电陶瓷片的厚度为5μm～2mm。

作为其中一种实施方式，每个所述驱动电极的宽度均大于10μm。

本发明的另一目的在于提供一种提高剪切式形变量的压电喷头的制备方法，包括：

S01、在压电陶瓷片下表面沉积金属膜作为下极化电极层；

S02、在SOI衬底上刻蚀压力腔、墨水通道以及喷孔；

S03、将压电陶瓷片下表面和SOI衬底凹设有压力腔的一面键合，并研磨压电陶瓷片上表面至预定厚度；

S04、在压电陶瓷片上表面沉积金属膜并光刻出上极化电极图形，腐蚀出上极化电极图形并去除光刻胶；

S05、在压电陶瓷片的不同区域选定不同极化方向进行极化，并腐蚀掉上极化电极；

S06、在压电陶瓷片上表面沉积金属膜，并光刻出驱动电极图形；

S07、腐蚀出驱动电极图形并去除光刻胶。

作为其中一种实施方式，所述步骤S01、S04、S06中的所述金属膜的材质选自铂、金、银、铜、铜合金、钛、钛合金、镍中的任意一种，金属膜的厚度为50nm～5μm。

作为其中一种实施方式，所述步骤S01、S04、S06中的所述金属膜的粘附层为钛或铬，厚度为10～20nm。

作为其中一种实施方式，所述步骤S04的上极化电极图形中相邻两上极化电极之间的间距大于10μm。

作为其中一种实施方式，所述步骤S03中，所述压电陶瓷片与所述SOI衬底BCB键合。

作为其中一种实施方式，所述步骤S05中极化电压为20～2000V。

本发明提出的提高剪切式形变量的压电喷头制备方法将压电陶瓷片不同区域选定不同极化方向进行极化，与通常的只对压电陶瓷片选定一个极化方向进行极化相比，有效地提高压了压电陶瓷的剪切式运动位移量；在压电陶瓷片厚度和剪切式位移量一定的情况下，分区域极化的压电陶瓷所需驱动电压可以有效的降低。

附图说明

图1为本发明实施例的压电喷头的结构示意图。

图2为压电陶瓷片只选定一个方向进行极化的结构示意图及其有限元模拟位移图。

图3为本发明实施例的压电陶瓷片的结构示意图及其有限元模拟位移图。