[发明专利]一种一体化压电陶瓷球壳及其加工方法

说明书

本发明公开了一种一体化压电陶瓷球壳及其加工方法，一体化压电陶瓷球壳包括两个半球壳，两个半球壳之间通过压电陶瓷低温共烧烧结剂烧结，压电陶瓷低温共烧烧结剂原料包括PZT陶瓷粉、低熔点混合玻璃粉和松油醇。将PZT陶瓷粉、低熔点混合玻璃粉和松油醇按比例混合，制备成压电陶瓷低温共烧烧结剂，制备的压电陶瓷低温共烧烧结剂涂抹在压电陶瓷上下半球的粘结处，常温干燥2‑4小时，干燥后的压电陶瓷球壳进行低温烧结，烧结温度为700~800℃，烧结时间为1.5~3小时。本发明将压电陶瓷半球壳低温烧结成压电陶瓷球壳从而实现一体化，制备的球形换能器力学和电学性能优良，有利于其工作功率的提高。

技术领域

本发明属于球形换能器制备技术领域，具体涉及一种一体化压电陶瓷球壳及其加工方法。

背景技术

球形换能器是水声领域应用较为广泛的换能器类型之一，以压电陶瓷球为功能元件，利用其正逆压电效应来实现声电信号的转变。由于机械结构简单、制作方便、造价低、外形易于成阵、一致性好等众多特点成为水声换能器研究热点。

球形换能器一般是通过提高陶瓷球两极的电压来实现大功率的目的，如果无限制地提高换能器两端的电压，换能器就会损坏，表现为换能器辐射声功率的严重下降或性能指标的变化，这主要是由于压电陶瓷退极化或破裂引起。此外，即使未达到退极化程度，当压电陶瓷机械交变应力超过某一值时，材料就要破裂，即使低于此值，应变的反复变化也会导致机械疲劳，导致换能器的损坏。因此如何保证球形换能器在高电压下正常工作是设计和研制大功率球形换能器的关键技术。

对于球形换能器，其工作效果固然与设计制造有关，但粘结工艺在换能器中也具有极其重要的地位，粘结的效果将直接影响到球形压电陶瓷的工作性能。力求实现界面耦合最优，尽可能的提高机械疲劳极值，实现球形换能器宽带、大功率的目的，我们需要改善粘结工艺。因此压电陶瓷球壳的粘结与普通的粘结不同，它既要有良好的力学性能，又要有优良的声学性能。但是传统的压电陶瓷球壳一般采用环氧树脂等有机胶粘结，由于有机粘结剂组成、性能、结构与陶瓷基底不同因而导致压电陶瓷粘结处粘结力不足，界面耦合性差，其在大功率下工作时容易发生胶层破坏。

低温共烧陶瓷技术是美国休斯公司于1982年开发的一种新型电子封装技术，即在陶瓷基底中加入玻璃粉做助烧剂，适量有机溶剂做助熔剂，利用玻璃粉的低熔性，烧结时玻璃软化，粘度下降，从而可以降低烧结温度，实现在900℃下烧结的技术。目前该技术被广泛应用于基站，汽车电子，蓝牙，航空航天等各个方面,其研究引起了人们的广泛关注。但是关于将其作为低温烧结剂应用到球形压电陶瓷球壳的一体化制备从而实现界面的良好耦合的相关的研究尚未报导，关于将传统的粘结工艺向电学和力学性能更好的烧结工艺转变，从而实现球形换能器宽带大功率性能的提升的研究尚为空白。

发明内容

针对现有技术中存在的压电陶瓷半球壳间粘接胶和被粘物之间粘接力小，界面耦合性差，在大功率下工作时容易发生胶层破坏的问题，本发明提供了一种一体化压电陶瓷球壳及其加工方法，将压电陶瓷半球壳经低温烧结成压电陶瓷球壳从而实现一体化，由其进一步制备的球形换能器的力学和电学性能优良，可大幅提升其发射功率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种一体化压电陶瓷球壳，所述的一体化压电陶瓷球壳包括两个半球壳，所述的两个半球壳之间通过压电陶瓷低温共烧烧结剂烧结

所述的压电陶瓷低温共烧烧结剂原料包括PZT陶瓷粉、低熔点混合玻璃粉和松油醇。

进一步地，所述的PZT陶瓷粉与低熔点混合玻璃粉的质量比为1~5:9~5，PZT陶瓷粉和低熔点混合玻璃粉的质量与松油醇的质量比为2:1。