[发明专利]一种镍颗粒分散锂掺杂铌酸钾钠压电驱动器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能梯度结构压电驱动器件的制备方法，属于压电驱动器技 术领域，尤其包括应用于微位移与微流量控制的微型驱动器。

背景技术

压电驱动器作为一种微位移驱动器件，具有线性好、控制方便、位移分辨率 高、频率响应好、无噪声、无电磁干扰、低电压驱动、易于微型化等优点。传统 的双晶片型压电驱动器通过有机粘结剂(如环氧树脂)将压电陶瓷片与弹性金属 片粘结，然后加热加压固化形成复合材料。这种结构设计存在界面应力集中和热 膨胀失配的固有缺陷，导致驱动器在服役过程中产生界面剥离和滑移等性能劣化 问题，给双晶片型驱动器的稳定、安全使用带来隐患，而且难以应用到精密定位 等高端技术领域。

为了解决上述问题，相关研究借鉴功能梯度材料(FGM)的概念，采用材料成 分逐次变化的梯度结构消除双晶片型驱动器存在的陶瓷/金属粘结界面，主要是 在压电陶瓷基体中添加第二相调控压电性能并形成梯度变化。文献“金灯仁等， 无机材料学报，19(1)：107～113(2004)”介绍了上海交通大学通过在锆钛酸铅(PZT) 压电陶瓷基体中引入氧化锌(ZnO)第二相形成压电复合材料来调控压电陶瓷的介 电、压电等电学性能。文献“C.C.M.Wu et al.，J.Am.Ceram.Soc`79：809～812 (1996)”介绍了美国海军研究实验室通过控制硼化锌(ZnB)的扩散，制备了电阻 沿厚度方向梯度变化的单晶片型驱动器来代替传统的双晶片型驱动器。上述研究 工作是通过在压电陶瓷基体中逐次添加异质陶瓷形成功能梯度材料消除陶瓷与 金属片之间的粘结界面，从而有效解决双晶片型驱动器的界面开裂问题。但是， 由于陶瓷材料的本征脆性，这类陶瓷/陶瓷复合材料的力学性能并无明显改善。 文献“J.-F.Li et al.，Appl.Phys.Lett.，79(15)：2441～2443(2001)”和“张海龙等，专 利授权号ZL200610114005.2(2009)”分别介绍了日本东北大学和北京科技大学在 PZT压电陶瓷中加入Pt和Ag金属颗粒调控压电复合材料的压电性能形成梯度变 化，有效解决了双晶片型驱动器的界面开裂问题。与前述的压电陶瓷/异质陶瓷 复合材料相比，这种压电陶瓷/金属复合材料还具有以下优点：由于金属材料具 有良好的力学性能，金属颗粒在压电陶瓷中的弥散分布大幅提高复合材料的断裂 韧性和断裂强度等机械性能，改善了压电驱动器的服役稳定性。然而，金属Pt 和Ag的价格昂贵，增加了压电驱动器产品的生产成本，不利于这种压电陶瓷/ 金属功能梯度结构压电驱动器的推广应用。另外，所用的PZT为铅基压电陶瓷， 其使用和处理过程对环境造成严重危害，不利于环境保护和人类社会的可持续发 展。

发明内容

本发明以锂掺杂铌酸钾钠压电陶瓷作为基体，以金属镍作为分散相，提供一 种锂掺杂铌酸钾钠/镍压电驱动器的制备方法，解决了传统双晶片型驱动器在服 役过程中出现的界面剥离和开裂问题，同时改善压电陶瓷基体的机械性能，有效 提高驱动器的服役稳定性。

一种镍颗粒分散锂掺杂铌酸钾钠压电驱动器的制备方法，其特征在于：工艺 步骤为：

1)采用氧化物混合法合成锂掺杂铌酸钾钠粉末：以碳酸锂、碳酸钾、碳酸 钠、五氧化二铌为原料，采用原子百分比按照化学式Li_x(K_0.5Na_0.5)_1-xNbO₃(LKNN) (0.03≤x≤0.08)配料、混合、焙烧；