PZT壓電陶瓷磁控濺射金屬化的研究.pdf

1、PZT（鋯鈦酸鉛）系壓電陶瓷由于其具有良好的壓電特性、高的溫度穩(wěn)定性、較大的機(jī)電耦合系數(shù)，可制作壓電振子、壓電換能器、傳感器和電聲器件，在電視、通信設(shè)備、測量儀器、汽車電子、醫(yī)學(xué)診斷治療、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用市場和廣闊發(fā)展前景。當(dāng)前，國際上壓電元器件的發(fā)展趨勢是高穩(wěn)定性、薄型化、工藝綠色環(huán)保。
　　為了引出電極、進(jìn)行極化等后續(xù)工藝處理，必須在陶瓷基片的兩個表面被覆導(dǎo)電層，這一過程稱為陶瓷金屬化，金屬化的質(zhì)量對壓電器件的性能

2、與可靠性影響極大。國際上日本等國已經(jīng)采用濺射技術(shù)對部分壓電元器件進(jìn)行金屬化，極大提高了性能與可靠性，產(chǎn)品占據(jù)了國際高端市場。在國內(nèi)，幾乎所有PZT制造廠商沿用著“絲網(wǎng)印刷銀漿再高溫?zé)Y(jié)”的落后工藝來進(jìn)行金屬化，不僅金屬化膜層的質(zhì)量差，生產(chǎn)成本高、能耗大，而且工藝過程會揮發(fā)出大量的PbO（氧化鉛）和二甲苯等有毒氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。采用綠色的濺射工藝金屬化，全面提升產(chǎn)品的質(zhì)量，勢在必行。
　　本文以PZT壓電元器件中產(chǎn)量最大的蜂鳴器為

3、主要研究對象，系統(tǒng)地研究了濺射工藝以及電極膜層的材料、結(jié)構(gòu)對PZT壓電蜂鳴器性能的影響，并將這一技術(shù)推廣應(yīng)用于壓電點(diǎn)火器、壓電諧振器和壓電超聲波換能器等一系列壓電器件。論文的主要工作和研究成果如下:
　　1.分析了金屬電極層與PZT壓電陶瓷的接觸機(jī)制、焊接和熔蝕機(jī)理，系統(tǒng)研究了不同材料、不同工藝、不同膜系結(jié)構(gòu)的金屬化電極層對PZT壓電蜂鳴器的性能特性的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，過渡層金屬與PZT壓電陶瓷的附著力大小順序:鈦(Ti)＞

4、鉻(Cr)＞鋁(Al)＞銅(Cu)＞鎳/釩(Ni/V(7％))＞鎳/銅(Ni(28％)/Cu)，所制備的Ti+Cu+Ag膜系電極與PZT壓電陶瓷的結(jié)合力最佳，抗拉強(qiáng)度達(dá)到13.5MPa，平均諧振電阻小于25Ω、機(jī)電耦合系數(shù)大于0.7，抗熔蝕性和可焊性均很好，所制備的電極質(zhì)量全面優(yōu)于傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷銀漿電極，金屬化膜厚僅為絲印燒結(jié)工藝的1/4，制備成本大幅度降低，其制備方法可控性強(qiáng)，具有規(guī)模生產(chǎn)的可行性。研究成果發(fā)表于[功能材料]，此項(xiàng)研究

5、在國內(nèi)尚屬首次。
　　2.Cu具有電阻率低、焊接性好、廉價的特點(diǎn)，對于廉價的蜂鳴器來說，能否采用單一的銅膜制作電極層是業(yè)界夢寐以求的目標(biāo)。本文研究并表征了不同氬氣壓下濺射銅膜的生長狀況，首次采用了低氣壓濺射銅膜再高氣壓加厚銅層的濺射工藝，成功的制備了結(jié)合強(qiáng)、焊接性良、電阻率低的蜂鳴器電極層。這一工藝提供了一種廉價制備蜂鳴器電極的新途徑，也為制作氧化鋁陶瓷覆銅板等應(yīng)用打下了基層，具有較高的應(yīng)用價值。
　　3.成功地將壓電蜂鳴片