МОНОЛИТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2006 года по МПК H01L41/09 H02N2/02 

Описание патента на изобретение RU2279156C1

Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано для привода различных устройств в прецизионном приборостроении, при медико-биологических исследованиях и в системах нанотехнологий.

Известен многослойный пьезокерамический элемент (RU, патент, 1688754, кл. H 01 L 41/24) системы цирконата-титаната свинца, включающий чередующиеся слои пьезокерамического и электропроводного материала, причем электропроводные слои выполнены из оксида кадмия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является монолитный многослойный пьезоэлектрический исполнительный элемент (RU, патент, 2169964, кл. Н 01 L 41/083), включающий чередующиеся друг с другом и спеченные между собой пьезоэлектрические слои из PZT-керамики и электродные слои, причем верхний и нижний слои являются электродными.

Пьезоэлектрические исполнительные элементы обычно состоят из многих расположенных стопкой пьезоэлементов. Каждый из этих элементов в свою очередь состоит из пьезокерамического слоя, который с обеих сторон снабжен металлическими электродами. Если к этим электродам прикладывают напряжение, то пьезокерамический слой реагирует деформацией решетки, которая приводит к полезному удлинению вдоль главной оси. Так как оно составляет меньше, чем две промилле толщины слоя вдоль главной оси, для достижения желательного абсолютного удлинения должно иметься в распоряжении соответственно большие толщины слоя активной пьезокерамики. С увеличением толщины пьезокерамического слоя внутри пьезоэлемента, однако, возрастает также необходимое для срабатывания пьезоэлемента напряжение. Чтобы поддерживать его в управляемых пределах, толщины отдельных пьезоэлементов в многослойных исполнительных элементах лежат обычно между 20 и 200 мкм. Многослойный пьезоэлектрический исполнительный элемент для желательного удлинения поэтому должен содержать соответствующее количество отдельных элементов или, соответственно, слоев. Известные пьезоэлектрические исполнительные элементы многослойной конструкции поэтому содержат до нескольких сотен отдельных слоев.

Недостатками известных пьезоэлектрических исполнительных элементов является невысокая надежность конструкции из-за большого количества электрических контактов электродных слоев с источником управляющего напряжения.

Задачей данного изобретения является создание монолитного пьезоэлектрического исполнительного элемента с повышенной надежностью и минимальным количеством электрических контактов.

Патентуется монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент, включающий чередующиеся друг с другом и спеченные между собой пьезоэлектрические слои из PZT-керамики и электродные слои, причем крайние слои являются электродными, отличающийся тем, что слои образованы по меньшей мере двумя ленточными скрученными по спирали пьезоэлектрическими пленками из PZT-керамики, на которые нанесен электродный материал, при этом общее количество слоев кратно четырем.

На фиг.1 показана конструкция монолитного пьезоэлектрического исполнительного элемента.

На фиг.2 показан вид снизу монолитного пьезоэлектрического исполнительного элемента.

На фиг.3 показан вид сбоку монолитного пьезоэлектрического исполнительного элемента.

На фиг.4 показана закрученная по спирали пьезоэлектрическая пленка из PZT-керамики.

Монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент содержит первую пьезоэлектрическую пленку 1, вторую пьезоэлектрическую пленку 2, первый электродный слой 3 и второй электродный слой 4.

Изготавливается монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент следующим образом.

Сначала наносят на заготовку, выполненную в виде витка спирали, три четверти первого электродного слоя 3, затем на него напрессовывают первую пьезоэлектрическую пленку 1, потом на нее наносят второй электродный слой 4, в заключение на этот электродный слой напрессовывают вторую пьезоэлектрическую пленку 2.

Описанные операции повторяют периодически, каждый раз соединяя наносимую часть слоя с ранее нанесенной, при этом после полного оборота получается так, что первый электродный слой 3 наносится на вторую пьезоэлектрическую пленку 2. В результате получается, что каждый электродный слой и каждая пьезоэлектрическая пленка закручены по спирали, кроме того, получается попеременное расположение электродного слоя и пьезокерамической пленки.

Операции по нанесению электродных слоев и напрессовыванию пьезоэлектрических пленок выполняют так, чтобы осталась свободной часть слоя или пленки, которая находится снизу. Это делается для того, чтобы облегчить состыковку частей электродных слоев и пьезоэлектрических пленок.

Полученную конструкцию ламинируют под давлением и повышенной температуре. За счет этого она предварительно уплотняется.

После ламинирования производят ее спекание в окислительной атмосфере при температуре 1130°С. Эту максимальную температуру выдерживают порядка 1 ч и после этого медленно охлаждают,

При работе пьезоэлектрических исполнительных элементов в многослойной конструкции вследствие напряжений во время поляризации или во время работы пьезоэлектрического исполнительного элемента могут появляться трещины в полосках металлизации, которые размещены снаружи на исполнительном элементе для контактирования электродных слоев. С помощью изобретения является возможным, представить монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент, который имеет всего два электрических слоя, при этом отпадает необходимость в полосках металлизации, как результат - повышение надежности электрического контактирования.

Похожие патенты RU2279156C1

название год авторы номер документа
МОНОЛИТНЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1997
  • Крамер Дитер
  • Хеллебранд Ханс
  • Лубитц Карл
RU2169964C2
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С КОНТАКТИРОВАНИЕМ НОВОГО ТИПА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1997
  • Крамер Дитер
  • Хеллебранд Ханс
  • Лубитц Карл
  • Вольфф Андреас
  • Хаманн Кристоф
  • Шерер Клеменс
RU2178222C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 2014
  • Каплунов Иван Александрович
  • Головнин Владимир Алексеевич
  • Добрынин Данила Андреевич
  • Сегалла Андрей Генрихович
  • Иноземцев Николай Владимирович
RU2572292C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2011
  • Головнин Владимир Алексеевич
  • Дайнеко Андрей Владимирович
  • Добрынин Данила Алексеевич
  • Каплунов Иван Александрович
  • Круглов Сергей Леонидович
  • Педько Борис Борисович
  • Гречишкин Ростислав Михайлович
RU2472253C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 1998
  • Вусевкер Ю.А.
  • Гориш А.В.
  • Дунаевский В.П.
  • Панич А.Е.
RU2150117C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УДАРА 2013
  • Каплунов Иван Александрович
  • Малышкина Ольга Витальевна
  • Головнин Владимир Алексеевич
  • Иноземцев Николай Владимирович
  • Дольников Геннадий Геннадьевич
RU2533539C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ-СТОЛБИКОВ 2013
  • Васильева Елена Викторовна
  • Головнин Владимир Алексеевич
  • Груша Александр Евгеньевич
  • Дайнеко Андрей Владимирович
  • Добрынин Данила Андреевич
  • Нерсесов Сергей Суренович
  • Храмцов Алексей Михайлович
  • Чистякова Наталья Александровна
RU2540440C1
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 2012
  • Мирошников Пётр Васильевич
  • Добрынин Данила Андреевич
  • Нерсесов Сергей Суренович
  • Сегалла Андрей Генрихович
  • Соловьев Максим Анатольевич
  • Ходько Ольга Николаевна
RU2514353C1
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ДЕТАЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2000
  • Лопатин Сергей
  • Гетман Игорь
  • Панич Анатолий
  • Вусевкер Юрий
RU2264678C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 1980
  • Губайдулина О.А.
  • Новиков М.С.
  • Петрухина Л.А.
  • Раевский И.П.
  • Родин А.И.
  • Татаренко Л.Н.
  • Прохоров А.М.
RU1688754C

Иллюстрации к изобретению RU 2 279 156 C1

Реферат патента 2006 года МОНОЛИТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано для привода различных устройств в прецизионном приборостроении, при медико-биологических исследованиях и в системах нанотехнологий. Технический результат: повышение надежности. Сущность изобретения: монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент содержит чередующиеся друг с другом и спеченные между собой пьезоэлектрические слои из PZT-керамики и электродные слои. Крайние слои являются электродными. Слои образованы по меньшей мере двумя ленточными скрученными по спирали пьезоэлектрическими пленками из PZT-керамики, на которые нанесен электродный материал. Общее количество слоев кратно четырем. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 279 156 C1

Монолитный пьезоэлектрический исполнительный элемент, включающий чередующиеся друг с другом и спеченные между собой пьезоэлектрические слои из PZT-керамики и электродные слои, причем крайние слои являются электродными, отличающийся тем, что слои образованы по меньшей мере двумя ленточными скрученными по спирали пьезоэлектрическими пленками из PZT-керамики, на которые нанесен электродный материал, при этом общее количество слоев кратно четырем.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2279156C1

МОНОЛИТНЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1997
  • Крамер Дитер
  • Хеллебранд Ханс
  • Лубитц Карл
RU2169964C2
МНОГОСЛОЙНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ 1991
  • Мордовин Н.Н.
  • Марин В.Н.
  • Кузин В.Н.
RU2029416C1
Способ приготовления сернистого красителя защитного цвета 1915
  • Настюков А.М.
SU63A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 279 156 C1

Авторы

Долганев Юрий Григорьевич

Шашкин Владимир Владимирович

Мишин Николай Николаевич

Петров Валерий Викторович

Мамаев Василий Юрьевич

Даты

2006-06-27Публикация

2004-12-28Подача