一種氣體控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片的制作方法
【專利摘要】一種氣體控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片，其中壓電陶瓷為PZT材料，其特征是：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片是由兩片大小相同、厚度相同的壓電陶瓷相互粘接組成的。本實(shí)用新型的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片直接采用兩片壓電陶瓷片粘接而成的，取消了墊片結(jié)構(gòu)，消除不同材料層之間的膨脹系數(shù)和表面特性不同而引起應(yīng)力集中問題，制備的壓電氣閥工作平穩(wěn)可靠。
【專利說明】 —種氣體控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工業(yè)流量控制領(lǐng)域，特別是涉及一種氣體流量控制的壓電驅(qū)動(dòng)閥片的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，采用壓電技術(shù)形成的逆壓電效應(yīng)，可以形成位移開關(guān)閥、液體控制閥、液體輸送泵和氣體輸送泵，這些領(lǐng)域都將壓電材料作為智能控制的核心元器件。同樣，壓電陶瓷器件也可以應(yīng)用于氣體流量控制領(lǐng)域，作為氣體控制的開關(guān)閥或流量控制閥，主要原理是利用簡(jiǎn)支梁或懸臂梁的長(zhǎng)條形雙壓電晶片，帶動(dòng)壓電振子的彎張振動(dòng)變形與否實(shí)現(xiàn)氣閥的開閉。
[0003]現(xiàn)有雙壓電晶片型壓電片閥均是采用壓電陶瓷的兩側(cè)施加周期性電壓，導(dǎo)致壓電陶瓷本身由于逆壓電效應(yīng)收縮或膨脹的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致與壓電陶瓷粘接在一起的墊片被動(dòng)性彎曲。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片一般采用的墊片材料為鈹青銅片、不銹鋼片等。上述墊片材料中無(wú)論采用哪種材質(zhì)，與壓電陶瓷都存在較大的膨脹系數(shù)差異、表面特性差異等，這導(dǎo)致在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片制備過程中、使用彎曲發(fā)熱變形過程中，在熱脹冷縮作用下因材料膨脹特性差異和表面特性差異而引起陶瓷與墊片之間應(yīng)力集中過大，甚至與粘接層分離失效，最終導(dǎo)致器件斷裂、擊穿或疲勞失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的就是為克服上述【背景技術(shù)】的不足，有效解決壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片不同材料層之間的膨脹系數(shù)不同而引起壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片的應(yīng)力集中、疲勞斷裂，最終導(dǎo)致器件斷裂、擊穿或疲勞失效問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:提供一種氣體控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片，其中壓電陶瓷為PZT材料，其特征是:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片是由兩片大小相同、厚度相同的壓電陶瓷相互粘接組成的，壓電陶瓷厚度為0.1?0.4mm。
[0006]上下壓電陶瓷的極化方式根據(jù)實(shí)際選用“正負(fù)負(fù)正”或“正負(fù)正負(fù)”方式，驅(qū)動(dòng)方式可按具有一定周期或單獨(dú)指令的工作電壓?jiǎn)为?dú)、同時(shí)或交替驅(qū)動(dòng)。
[0007]本實(shí)用新型具有制作過程中不易產(chǎn)生應(yīng)力，工作過程穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1壓電氣閥結(jié)構(gòu)靜態(tài)示意圖
[0009]圖2壓電氣閥向上彎曲氣體流向示意圖
[0010]圖3壓電氣閥向下彎曲氣體流向示意圖
[0011]圖4沿圖1的A-A線的剖視圖
[0012]圖5壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片工作示意圖
[0013]上述圖中:1.上壓電陶瓷；2.下壓電陶瓷；3.閥下蓋；4.閥上蓋；5.下密封圈；6.上密封圈；7.腔體；8.第一氣體進(jìn)出口 ；9.第三氣體進(jìn)出口 ；10.第二氣體進(jìn)出口?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0015]采用簡(jiǎn)支梁支撐結(jié)構(gòu)的雙晶片型壓電氣閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，雙晶片型壓電氣閥由閥下蓋3、閥上蓋4組成，在閥下蓋3與閥上蓋4之間的空腔8中安裝壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片；而壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片由長(zhǎng)條形的上壓電陶瓷1、下壓電陶瓷2相互粘接而成，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片尺寸小于閥下蓋3與閥上蓋4形成的空腔7的尺寸，從而使整個(gè)氣體腔體連在一體(圖4)。在閥下蓋3上開有圓形的第一氣體進(jìn)出口 8、第二氣體進(jìn)出口 10，在閥上蓋4上開有圓形的第三氣體進(jìn)出口 9 ;閥下蓋3與閥上蓋4之間安裝有下密封圈5、上密封圈6，起到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥的減震與壓電氣閥的密封作用。
[0016]上壓電陶瓷1、下壓電陶瓷2的極化方式按照?qǐng)D5a中的“正負(fù)負(fù)正”方式極化，圖中P為壓電陶瓷極化方向。上壓電陶瓷1、下壓電陶瓷2分別單獨(dú)正電壓驅(qū)動(dòng)，圖中E為對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)方向。上壓電陶瓷1、下壓電陶瓷2分別單獨(dú)正電壓驅(qū)動(dòng)，上壓電陶瓷I的下表面電極與下壓電陶瓷2的上表面電極采用導(dǎo)線相互連接并引出導(dǎo)線形成地線零電位。其中上壓電陶瓷I的驅(qū)動(dòng)電壓Ul加在上壓電陶瓷I的上表面電極和零電位之間；下壓電陶瓷2的驅(qū)動(dòng)電壓U2加在下壓電陶瓷2的下表面電極和零電位之間，驅(qū)動(dòng)電壓U1、U2的波形可以采用整流后周期正偏置電壓。
[0017]圖5a為上壓電陶瓷1、下壓電陶瓷2都沒有施加電壓的自然狀態(tài)，壓電驅(qū)動(dòng)閥片沒有發(fā)生變形，處于非工作狀態(tài)或三通狀態(tài)，此時(shí)第一氣體進(jìn)出口 8、第二氣體進(jìn)出口 10、第三氣體進(jìn)出口 9相互連通。當(dāng)下壓電陶瓷2上施加正電壓U2 = Vdc時(shí)，上壓電陶瓷I的驅(qū)動(dòng)電壓Ul = 0V，即處于短路放電狀態(tài)，此時(shí)下壓電陶瓷2因逆壓電效應(yīng)發(fā)生收縮，而上壓電陶瓷I不產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)形變，如圖5b虛線所示，下壓電陶瓷2帶動(dòng)整個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片向上彎曲變形幾十微米，此時(shí)第三氣體進(jìn)出口 9封閉(圖2虛線所示)，而第一氣體進(jìn)出口 8、第二氣體進(jìn)出口 10相互連通。當(dāng)上壓電陶瓷I上施加正電壓Ul = Vdc時(shí)，此時(shí)下壓電陶瓷2的驅(qū)動(dòng)電壓U2 = 0V,即處于短路放電狀態(tài)，上壓電陶瓷I因逆壓電效應(yīng)發(fā)生收縮，而下壓電陶瓷2不產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)形變，如圖5c虛線所示，上壓電陶瓷I帶動(dòng)整個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片向下彎曲變形幾十微米，此時(shí)第一氣體進(jìn)出口 8封閉(圖3虛線所示)，第三氣體進(jìn)出口 9與第二氣體進(jìn)出口 10相互連通。上壓電陶瓷I和下壓電陶瓷2在各自的周期工作電壓下可按照上述方式交替式工作，完成氣體兩通或三通控制工作。
[0018]本實(shí)施例中，上下壓電陶瓷尺寸為45mm (長(zhǎng))X 7mm (寬)X 0.25mm (厚)，驅(qū)動(dòng)電壓Ul =+ 96V、U2 =+ 96V矩形波。采用上述參數(shù)制備的壓電氣閥應(yīng)力集中明顯減少，工作可罪性提聞。
[0019]本實(shí)用新型采用兩片壓電陶瓷片粘接而成的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片，取消墊片結(jié)構(gòu)，從而消除不同材料層之間的膨脹系數(shù)和表面特性不同而引起應(yīng)力集中問題，制備的壓電氣
閥工作平穩(wěn)可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片，其中壓電陶瓷為PZT材料，其特征是:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥片是由兩片大小相同、厚度相同的壓電陶瓷相互粘接組成的，壓電陶瓷厚度為`0.1 ?0.4mm。
【文檔編號(hào)】H01L41/083GK203395256SQ201320391505
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】王素貞 申請(qǐng)人:重慶中鐳科技有限公司