一种压电陶瓷致动元件及其制作方法

摘要

本发明公开了一种压电陶瓷致动元件。本发明的压电陶瓷致动元件包括具有基片电极的基片，以及一片或两片正反表面分别附着有电极层的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与基片电极通过粘剂相互粘接，压电陶瓷片与基片电极的粘接面上存在至少一处填充有导电物质的无粘剂区域。本发明通过在压电陶瓷片与基片电极的粘接面上设置填充有导电物质的无粘剂区域，使基片电极与压电陶瓷片粘接面的电极层之间实现充分电导通，有效提高了压电陶瓷致动元件工作时的出力，且增加了压电陶瓷致动元件的使用寿命；并进一步通过在基片上与无粘剂区域所对应的位置设置充满导电物质的通孔，降低了制作工艺难度。本发明还公开了一种压电陶瓷致动元件的制作方法。

权利要求

1.一种压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷致动元件包括具有基片电极的基片，以及一片正反表面分别附着有电极层的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与基片电极通过粘剂相互粘接，压电陶瓷片与基片电极的粘接面上存在至少一处填充有导电物质的无粘剂区域；所述基片上设置有数量、位置以及大小与所述压电陶瓷片与基片电极的粘接面上的无粘剂区域相同的通孔，通孔与相对应的无粘剂区域形成连通孔，连通孔中充满导电物质；

所述基片上与粘接面相对的另一面上附着有一覆盖层，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、在所述压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

步骤B、将上述压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，基片上预先设置有与所述无粘剂区域的数量、位置以及大小相适应的通孔，使基片上的通孔与无粘剂区域对准，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成稳定的整体；步骤C、向基片上的通孔中注满导电物质；

步骤D、在基片上表面生成一覆盖层，使注入的导电物质被封装于通孔中；

步骤E、使所述粘剂固化。

2.一种压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷致动元件包括具有基片电极的基片，以及两片正反表面分别附着有电极层的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与基片电极通过粘剂相互粘接，压电陶瓷片与基片电极的粘接面上存在至少一处填充有导电物质的无粘剂区域；所述基片上设置有数量、位置以及大小与所述压电陶瓷片与基片电极的粘接面上的无粘剂区域相同的通孔，通孔与相对应的无粘剂区域形成连通孔，连通孔中充满导电物质；

两片压电陶瓷片与基片电极的粘接面上的无粘剂区域的数量、位置以及大小均相同，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、在一片压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

步骤B、将上述压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，基片上预先设置有与所述无粘剂区域的数量、位置以及大小相适应的通孔，使基片上的通孔与无粘剂区域对准，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成稳定的整体；步骤C、向基片上的通孔中注满导电物质；

步骤D、在另一片压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成与基片上通孔的数量、位置以及大小相适应的无粘剂区域；令涂覆有粘剂的一面朝下，将压电陶瓷片覆盖于基片上表面，使压电陶瓷片上的无粘剂区域与基片上的通孔对准，然后施加适当的压力，使两片压电陶瓷片以及基片形成稳定的整体；

步骤E、使所述粘剂固化。

说明书

一种压电陶瓷致动元件及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压电陶瓷致动元件及其制作方法，尤其涉及一种压电陶瓷单晶片或双晶片致动元件及其制作方法，属于压电元件技术领域。

背景技术

[0002] 压电材料是指受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，而这种现象则称为压电效应；同时，压电材料在外电场下会产生变形，这种现象被称为逆压电效应。利用压电材料的这些特性可实现机械振动和交流电的互相转换，因而压电材料已被广泛用于制作传感器、换能器等元件。

[0003] 压电材料大致可分为无机压电材料和有机压电材料，其中无机压电材料又包括压电多晶体材料(即压电陶瓷)和压电单晶体材料。在现有压电材料中，压电陶瓷是应用最广泛的一种。压电陶瓷本身对冲击电流的抗干扰性很强，并且发热小，不存在电流瞬变时的过渡过程而发生的有害振动，更不存在受电磁场干扰等现象，特别是在高速动作中稳定性很高，差错率低。压电陶瓷还具有易控制，重量轻，体积小，电磁噪声低，位移与电压成正比，维护容易，能量转换效率高，易于加工成任意形状等优点，已被广泛用于各种精密机械和机电一体化设备中。

[0004] 在压电致动和驱动应用领域中，应用的主要是压电陶瓷单、双晶片。压电陶瓷单、双晶片致动元件是利用压电陶瓷的逆压电效应，使压电元件产生伸缩带动致动端(与其相对的一端通常固定，称之为固定端)产生大位移弯曲和出力。通常压电陶瓷致动元件由基片与压电陶瓷片粘接而成，基片可以采用金属、碳纤维等导电材料，此时基片可直接作为基片电极，与压电陶瓷片非粘接面上的电极面一起形成输入驱动电压的两个驱动电极；基片也可以使用非导电材料制成，此时需要利用刷银浆、覆铜膜等方式在其表面制作出基片电极。

[0005] 现有压电陶瓷单/双晶片致动元件均存在致动端出力较小的缺陷，其实际出力远远无法达到理论水平；而且随着使用时间变长，其所能产生的实际出力会下降的越来越多，亦即其实际使用寿命较短；更有甚者，目前国内的压电陶瓷单/双晶片的每单位厚度上的电压受到很大限制，可加载电压远远达不到独立的压电陶瓷片可承受电压。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的致动端出力较小、可加载电压不高及实际使用寿命较短的缺陷，提供一种具有更大出力、更高可加载电压和更长使用寿命的压电陶瓷致动元件及其制作方法。

[0007] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。

[0008] 一种压电陶瓷致动元件，包括具有基片电极的基片，以及一片或两片正反表面分别附着有电极层的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与基片电极通过粘剂相互粘接，压电陶瓷片与基片电极的粘接面上存在至少一处填充有导电物质的无粘剂区域。

[0009] 作为其中一个优选方案，所述无粘剂区域位于靠近所述压电陶瓷驱动元件的固定端的位置。

[0010] 作为其中另一优选方案，所述导电物质为导电胶或者液态金属。

[0011] 一种如上所述压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷片为一片，包括以下步骤：

[0012] 步骤A、在所述压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

[0013] 步骤B、在无粘剂区域注入适量导电物质；

[0014] 步骤C、将上述压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成较稳定的整体；

[0015] 步骤D、使所述粘剂固化。

[0016] 一种如上所述压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷片为两片，其特征在于，包括以下步骤：

[0017] 步骤A、分别在两片压电陶瓷片的其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

[0018] 步骤B、分别在两片压电陶瓷片的无粘剂区域注入适量导电物质；

[0019] 步骤C、将其中一片压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成较稳定的整体；

[0020] 步骤D、将另一片压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，令基片另一面朝下，将基片覆盖于该压电陶瓷片上表面，然后施加适当的压力，使两片压电陶瓷片以及基片形成较稳定的整体；

[0021] 步骤E、使所述粘剂固化。

[0022] 为了降低制作工艺难度，作为本发明的进一步改进方案，所述基片上设置有数量、位置以及大小与所述压电陶瓷片与基片电极的粘接面上的无粘剂区域相同的通孔，通孔与相对应的无粘剂区域形成连通孔，连通孔中充满导电物质。

[0023] 一种如进一步改进方案所述压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷片为一片，该方法包括以下步骤：

[0024] 步骤A、在所述压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

[0025] 步骤B、将上述压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，基片上预先设置有与所述无粘剂区域的数量、位置以及大小相适应的通孔，使基片上的通孔与无粘剂区域对准，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成较稳定的整体；

[0026] 步骤C、向基片上的通孔中注满导电物质；

[0027] 步骤D、在基片上表面生成一覆盖层，使注入的导电物质被封装于通孔中；

[0028] 步骤E、使所述粘剂固化。

[0029] 一种如进一步改进方案所述压电陶瓷致动元件的制作方法，所述压电陶瓷片为两片，两片压电陶瓷片与基片电极的粘接面上的无粘剂区域的数量、位置以及大小均相同，该方法包括以下步骤：

[0030] 步骤A、在一片压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成至少一处无粘剂区域；

[0031] 步骤B、将上述压电陶瓷片涂有粘剂的一面朝上水平放置，将基片覆盖于其上，基片上预先设置有与所述无粘剂区域的数量、位置以及大小相适应的通孔，使基片上的通孔与无粘剂区域对准，然后施加适当的压力，使基片与其下的压电陶瓷片形成较稳定的整体；

[0032] 步骤C、向基片上的通孔中注满导电物质；

[0033] 步骤D、在另一片压电陶瓷片其中一面的电极层上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层表面形成与基片上通孔的数量、位置以及大小相适应的无粘剂区域；令涂覆有粘剂的一面朝下，将压电陶瓷片覆盖于基片上表面，使压电陶瓷片上的无粘剂区域与基片上的通孔对准，然后施加适当的压力，使两片压电陶瓷片以及基片形成较稳定的整体；

[0034] 步骤E、使所述粘剂固化。

[0035] 本发明通过在压电陶瓷片与基片电极的粘接面上设置填充有导电物质的无粘剂区域，使基片电极与压电陶瓷片粘接面的电极层之间实现充分电导通，有效提高了压电陶瓷致动元件工作时的出力，且增加了压电陶瓷致动元件的使用寿命；并进一步通过在基片上与无粘剂区域所对应的位置设置充满导电物质的通孔，降低了制作工艺难度。

附图说明

[0036] 图1为一种现有压电陶瓷双晶片致动元件的结构示意图；

[0037] 图2为现有压电陶瓷致动元件的等效电路图；

[0038] 图3为本发明实施例一的结构示意图；

[0039] 图4为本发明实施例二的结构示意图；

[0040] 图5为本发明实施例三的结构示意图；

[0041] 图6为本发明实施例四的结构示意图；

[0042] 图7为本发明实施例五的结构示意图；

[0043] 图8为本发明实施例六的结构示意图；

[0044] 图9为对比试验所使用的测试平台示意图；

[0045] 图中各标号含义如下：1为基片，11为基片电极，2、3为压电陶瓷片，21、22为压电陶瓷片2的两个电极层，31、32为压电陶瓷片3的两个电极层，4、5为粘剂层，6、7分别为粘剂层4和粘剂层5中的无粘剂区域，8为基片1上的通孔，9为覆盖层。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

[0047] 一种现有压电陶瓷双晶片致动元件的结构如图1所示，包括：基片1、压电陶瓷片2、压电陶瓷片3，压电陶瓷片2和3的两个表面分别有一层电极层：21、22以及31、32，压电陶瓷片2的电极层22通过粘剂层4与基片1的一个表面粘接，压电陶瓷片3的电极层31通过粘剂层5与基片1的另一个表面粘接。基片1可以直接使用金属材料或碳纤维等导电材料制成，从而将其本身作为压电陶瓷片2和3共用的基片电极；也可以通过批覆银浆、铜膜等方法在其表面形成基片电极。将该压电陶瓷双晶片致动元件的一端固定，另一端作为致动端，当在基片电极与压电陶瓷片2和3的电极层21、32之间施加驱动电压时，由于逆压电效应的作用，压电陶瓷片2和3产生变形，带动致动端发生位移，从而推动负载运动。

[0048] 但此类压电陶瓷单/双晶片致动元件均存在致动端实际出力远远无法达到理论水平的现象；而且随着使用时间变长，其所能产生的实际出力会下降的越来越多，亦即其实际使用寿命较短，更有甚者，其实际可加电压远远低于独立的压电陶瓷片可受电压。

[0049] 经试验与研究发现，此种现象的产生是由于粘剂层4和5的存在所产生。众所周知，在制作压电陶瓷单/双晶片致动元件时，需要将压电陶瓷片与基片粘接以起到固定的作用。为了确保粘接的牢固性，通常所使用的粘接剂为不导电的有机体胶，在压力下，粘接剂所形成的粘剂层很薄，一般认为不会影响其两端的基片电极与压电陶瓷电极层之间的电导通。但实际上，由于粘剂层的存在，基片电极与压电陶瓷电极层之间在微观上呈现一种点接触的情形，即两者之间是通过一些不连续的接触点实现电导通，因此实际上容易形成不良导通。

[0050] 压电陶瓷片的压电效应满足以下公式：

[0051] Q＝Fd (1)

[0052] 其中d为压电系数，F为对压电陶瓷片的作用力，Q为压电陶瓷片两端电极面上的电荷量。逆压电效应的公式可由以上公式变换得到：

[0053] F＝Q/d (2)

[0054] 因为d为材料参数，故可知压电陶瓷片两端电极面的电荷量越大，则压电陶瓷片产生的作用力越大。

[0055] 考虑粘接在基片上的压电陶瓷单晶片的情况，压电陶瓷片相当于一个电容，以C1表示。在理想状况下，即基片电极与其所粘接的压电陶瓷电极层之间为良好导通，加载在基片电极与压电陶瓷另一电极层之间的驱动电压与电容C1两端电压相等，此时压电陶瓷片的实际出力可达到理论值。然而，由于粘剂层的存在，使得基片电极与压电陶瓷电极层之间呈现不完全导通的情况，如图2的等效电路所示，相当于给电容C1串联了一个电阻R1，由电路原理可知，当加载在基片电极与压电陶瓷另一电极层之间的驱动电压为一固定值的交变电压时，由于电容C1较大(可达200～250nF)，在驱动电压的一个半周期内，可认为是正向充电，但就是因为电阻R1也很大，造成电路的电流很小，那么对电容C1的充电效果也就很慢。所以在一个频率下，电量每次都没有达到电容C1可充电荷的满值，故电容C1的工作值始终无法达到实际值C1。结合公式(2)即可知，同样工作在交变电压状况下的传统的压电陶瓷单/双晶片致动元件致动端实际出力远远无法达到理论水平。长时间工作的情况下，基片电极与压电陶瓷电极层之间的不良导通情况会更趋严重，相当于电阻R1在逐步增大，由此导致压电陶瓷片的正负两极上最大电量变得越来越小，致动元件实际出力越来越小。更有甚者，当交变电流加在压电陶瓷片的正负两极电压为正时，因为致动元件的交变电压一般为方波，所以在压电陶瓷片靠近胶层一面因为大电阻R1的影响，其电荷还没有充满时，而在压电陶瓷片靠近胶层的一面与基片靠近胶层的一面的点接触处的周围有薄的低介电常数胶层，在这些薄层的两面就形成了一个高电势差，而胶层的抗击穿电压很低，故造成了在这些薄层处的放电现象，而在致动元件尤其是压电陶瓷单/双晶片中是禁止放电现象的发生，极易导致点接触处周围的薄胶层在微观上的剥离，使得点接触效果更加恶劣，更容易导致压电陶瓷片因放电而产生暗裂纹以及被击穿的效果。

[0056] 通过以上分析可知，要解决传统压电陶瓷单/双晶片致动元件实际出力较低、无法加高压以及寿命比较短的问题，必须使基片电极与压电陶瓷电极层之间实现良好导通。一个最容易想到的解决方案是采用高导电性的粘接剂，但现有导电胶是添加金属粉末于胶中，虽然提高了导电性能，但也会造成整体胶合状态恶劣的问题，主要体现在胶粘效果、压电陶瓷单双晶片的弹性系数以及热膨胀系数等性能的恶化，会严重影响元件的可靠性及使用寿命。为此，本发明采用以下技术方案：

[0057] 一种压电陶瓷致动元件，包括具有基片电极的基片，以及一片或两片正反表面分别附着有电极层的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与基片电极通过粘剂相互粘接，其特征在于，压电陶瓷片与基片电极的粘接面上存在至少一处填充有导电物质的无粘剂区域。

[0058] 采用上述技术方案，可以在不降低粘接牢固性的情况下，通过粘接面的无粘剂区域中填充的导电物质使基片电极与压电陶瓷片的电极层实现充分电导通，从而避免了粘剂层直接带来的不良影响以及长时间工作状态下粘剂在微观上的剥离从而对点接触处造成的隔开效应，提高元件的工作性能，延长使用寿命。而且本发明实现工艺简单，有利于大批量生产制造。

[0059] 上述技术方案中，无粘剂区域最好位于靠近所述压电陶瓷驱动元件的固定端的位置，从而避免致动端长期动作可能产生的不良影响。所述导电物质可以是导电的气、液、固或者混合物质，但为了利于简化制作工艺，优选采用导电胶或者液态金属。

[0060] 为了便于公众理解本发明技术方案，下面以几个具体的实施例来对本发明的压电陶瓷致动元件及其制作方法进行说明。

[0061] 实施例一、

[0062] 图3显示了采用本发明技术方案的一种压电陶瓷单晶片致动元件，其结构如图所示，包括金属基片1和压电陶瓷片2，压电陶瓷片2的两个表面具有两个电极层21、22，电极层22通过粘剂层4与基片1的其中一面粘接，粘剂层4中存在一处无粘剂区域6，无粘剂区域6中填充有导电胶或者液态金属等导电物质。本实施例中，粘剂层4使用粘接性强的非导电有机胶，无粘剂区域6的位置靠近固定端。金属基片1本身同时作为基片电极，其与电极层22之间通过无粘剂区域6中的导电物质实现了良好的电导通。上述压电陶瓷单晶片致动元件可通过以下方法制造得到：

[0063] 步骤A、在压电陶瓷片2的电极层22上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层22表面形成一处无粘剂区域6；例如，可以通过在印刷网板上留出对应位置的图形，从而达到印刷粘剂时，在压电陶瓷片2的电极面22对应位置处形成无粘剂区域的效果；

[0064] 步骤B、在无粘剂区域6中注入(例如可使用针筒、滴管等装置或者其它自动化装置)适量导电胶或者液态金属(例如汞)等导电物质；

[0065] 步骤C、将压电陶瓷片2涂有粘剂的电极层22朝上水平放置，将基片1覆盖于其上，然后施加适当的压力，使基片1与其下的压电陶瓷片2形成较稳定的整体；

[0066] 步骤D、根据所使用的粘剂的特性采用加热或阴干等适当方式使其固化，至此即得到了本实施例的压电陶瓷单晶片致动元件。无粘剂区域6中的导电物质使金属基片1与电极层22之间实现了良好的电导通，且由于无粘剂区域6相对于整个粘接面而言，所占的面积极小，因此对粘接效果无影响。

[0067] 实施例二、

[0068] 图4显示了采用本发明技术方案的一种压电陶瓷双晶片致动元件，其结构如图所示，包括基片1、压电陶瓷片2、压电陶瓷片3，压电陶瓷片2和3的两个表面分别有一层电极层：21、22以及31、32，基片1本身为非导电材料，其表面覆有一层铜膜11作为基片电极，压电陶瓷片2的电极层22通过粘剂层4与基片1的一个表面粘接，压电陶瓷片3的电极层31通过粘剂层5与金属基片1的另一个表面粘接。如图所示，粘剂层4、粘剂层5中分别存在一无粘剂区域6、无粘剂区域7，无粘剂区域6和无粘剂区域7中分别填充有导电物质。本实施例中，粘剂层4、5优选粘接性强的非导电有机胶，其位置优选靠近固定端处，无粘剂区域6和无粘剂区域7的位置、形状及大小可以相同也可以不同。基片电极11分别通过无粘剂区域6、无粘剂区域7中填充的导电物质与电极层22、31之间实现了良好的电导通。上述压电陶瓷双晶片致动元件可通过以下方法制作得到：

[0069] 步骤A、分别在压电陶瓷片2的电极层22、压电陶瓷片3的电极层31上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层22、电极层31的表面分别形成一处无粘剂区域6、无粘剂区域7；例如，可以通过在印刷网板上留出对应位置的图形，从而达到印刷粘剂时，在压电陶瓷片的电极层表面对应位置处形成无粘剂区域的效果；

[0070] 步骤B、分别在两片压电陶瓷片的无粘剂区域6、7中注入适量导电物质；

[0071] 步骤C、将压电陶瓷片2涂有粘剂的电极层22朝上水平放置，将基片1覆盖于其上，然后施加适当的压力，使基片1与其下的压电陶瓷片2形成较稳定的整体；

[0072] 步骤D、将压电陶瓷片3涂有粘剂的电极层31朝上水平放置，令基片1另一面朝下，将基片1覆盖于压电陶瓷片3的上表面，然后施加适当的压力，使两片压电陶瓷片以及基片形成较稳定的整体；

[0073] 步骤E、根据所使用的粘剂的特性采用加热或阴干等适当方式使其固化，至此即得到了本实施例的压电陶瓷双晶片致动元件。

[0074] 实施例三、

[0075] 图5显示了采用本发明技术方案的一种压电陶瓷单晶片致动元件，其结构如图所示，包括金属基片1和压电陶瓷片2，压电陶瓷片2的两个表面具有两个电极层21、22，电极层22通过粘剂层4与基片1的其中一面粘接，基片1的另一面固定有一覆盖层9，在基片1上存在一通孔8，粘剂层3中存在一无粘剂区域6，通孔8的位置、形状及大小与无粘剂区域6相同，无粘剂区域6与通孔8构成了一个连通孔，该连通孔中充满导电物质。本实施例中，粘剂层4使用粘接性强的非导电有机胶，连通孔中的导电物质优选导电胶或者液态金属，连通孔的位置靠近固定端。金属基片1本身同时作为基片电极，其与电极层22之间通过连通孔中的导电物质实现了良好的电导通。上述压电陶瓷单晶片致动元件可通过以下方法制造得到：

[0076] 步骤A、在压电陶瓷片2的电极层22上涂覆一层非导电有机粘剂4，涂覆时在电极层22表面形成一处无粘剂区域6；例如，可以通过在印刷网板上留出对应位置的图形，从而达到印刷粘剂时，在压电陶瓷片2的电极层22表面对应位置处形成无粘剂区域的效果；

[0077] 步骤B、将压电陶瓷片2涂有粘剂的电极面22朝上水平放置，将金属基片1覆盖于其上，金属基片1上预先设置有一个与无粘剂区域6的位置、形状以及大小相适应的通孔8，使金属基片1上的通孔8与电极层22表面的无粘剂区域6对准，然后施加适当的压力，使金属基片1与其下的压电陶瓷片2形成较稳定的整体；

[0078] 步骤C、向金属基片1上的通孔8中注满导电胶或者液态金属(例如汞)等导电物质；

[0079] 步骤D、在金属基片1上表面生成一覆盖层9，例如，可以采用涂覆一层封装胶的方式，使注入的导电物质被封装于通孔8中；

[0080] 步骤E、根据所使用的粘剂的特性采用加热或阴干等适当方式使粘剂固化，至此即得到了本实施例的压电陶瓷单晶片致动元件。电极层22表面的无粘剂区域6与金属基片1的通孔8一起构成了连通孔，其中填充的导电物质使金属基片1与电极层22之间实现了良好的电导通，且由于连通孔相对于粘接面而言，所占的面积极小，因此对粘接效果无影响。

[0081] 实施例四、

[0082] 图6显示了采用本发明技术方案的另一种压电陶瓷单晶片致动元件，基本结构与实施例三基本相同，区别之处在于基片1为非导电材料，在其表面批覆了一层银浆11作为基片电极，其结构如图所示。该元件可采用与实施例一相同的制作方法，此处不再赘述。连通孔中填充的导电物质使基片电极11与电极层22之间实现了良好的电导通。

[0083] 实施例五、

[0084] 图7显示了采用本发明技术方案的一种压电陶瓷双晶片致动元件，其结构如图所示，包括金属基片1、压电陶瓷片2、压电陶瓷片3，压电陶瓷片2和3的两个表面分别有一层电极层：21、22以及31、32，压电陶瓷片2的电极层22通过粘剂层4与基片1的一个表面粘接，压电陶瓷片3的电极层31通过粘剂层5与金属基片1的另一个表面粘接，粘剂层4、粘剂层5中分别存在一个无粘剂区域6、7，金属基片1上存在一个通孔8，无粘剂区域6、无粘剂区域7以及通孔8的位置、形状以及大小均相同，从而共同构成一连通孔，该连通孔中充满导电物质。本实施例中，粘剂层4、5使用粘接性强的非导电有机胶，连通孔中的导电物质优选导电胶或者液态金属，连通孔的位置靠近固定端。金属基片1本身同时作为基片电极，其与电极层22、31之间通过连通孔中的导电物质实现了良好的电导通。上述压电陶瓷双晶片致动元件可通过以下方法制造得到：

[0085] 步骤A、在压电陶瓷片2的电极层22上涂覆一层粘剂，涂覆时在电极层22表面形成一处无粘剂区域6；例如，可以通过在印刷网板上留出对应位置的图形，从而达到印刷粘剂时，在压电陶瓷片2的电极层22表面对应位置处形成无粘剂区域的效果；

[0086] 步骤B、将压电陶瓷片2涂有粘剂的电极层22朝上水平放置，将金属基片1覆盖于其上，金属基片1上预先设置有与无粘剂区域6的位置、形状以及大小相适应的通孔8，使金属基片1上的通孔8与电极层22表面的无粘剂区域6对准，然后施加适当的压力，使金属基片1与其下的压电陶瓷片2形成较稳定的整体；

[0087] 步骤C、向金属基片1上的通孔中注满导电胶或者液态金属(例如汞)等导电物质；

[0088] 步骤D、在压电陶瓷片3的电极层31表面上涂覆一层粘剂，涂覆时利用步骤A中类似的方法在电极层31表面形成与金属基片1上通孔8的位置、形状以及大小相适应的无粘剂区域7；令电极层31表面朝下，将压电陶瓷片3覆盖于金属基片1的上表面，使压电陶瓷片3上的无粘剂区域7与金属基片1上的通孔8对准，然后施加适当的压力，使两片压电陶瓷片2、3以及金属基片1形成较稳定的整体；

[0089] 步骤E、根据所使用的粘剂的特性采用加热或阴干等适当方式使所述粘剂固化，至此即得到了本实施例的压电陶瓷双晶片致动元件。电极层22、电极层31表面的无粘剂区域与金属基片1上的通孔一起构成了一个连通孔，其中填充的导电物质使金属基片1与电极层22、电极层31之间实现了良好的电导通，且由于连通孔相对于粘接面而言，所占的面积极小，因此对粘接效果无影响，保证了粘接的牢固性。

[0090] 实施例六、

[0091] 图8显示了采用本发明技术方案的另一种压电陶瓷双晶片致动元件，基本结构与实施例五基本相同，区别之处在于基片1为非导电材料，在其表面批覆了一层银浆11作为基片电极，其结构如图所示。该元件可采用与实施例五相同的制作方法，此处不再赘述。连通孔中填充的导电物质使基片电极11与电极层22、电极层31之间实现了良好的电导通。

[0092] 为了验证本发明的有益效果，进行了以下对比试验。

[0093] 分别制作两个压电陶瓷双晶片致动元件：1#和2#，其中，1#为使用金属基片的常规60-2两线压电选针片；2#为采用本发明实施例五方案的60-2两线压电选针片。分别在相同条件下测试两个样品的出力、寿命、电容及高压极限。各参数的测试方法如下：

[0094] 1、测试出力

[0095] 将试验对象按图9所示装置在测试平台上，使用压电陶瓷电源在样品引出线两端加载50V或-50V电压，通过高精度推拉力计在测力点处进行静态出力数据的采集。

[0096] 2、测试寿命

[0097] 将试验对象按图9所示装置在测试平台上，使用压电陶瓷电源在样品引出线两端持续产生50V、50Hz交变电压。当产品出现静止或通过高精度推拉力计在测力点处进行动态出力数据低于110mN，则认为产品损坏。

[0098] 3、测试电容

[0099] 样品空载，使用LCR直接在60-2两线压电选针片的引出端测试。

[0100] 4、高压极限

[0101] 与测试出力装置相同，在测力点处空载，使用压电陶瓷电源加载一恒定电压，2秒后撤除电源并测试电容，如电容有50％以上变化量，则认为高压击穿；如小于50％变化量则通过不断递增电压值来确定高压极限。

[0102] 表1

[0103]

[0104] 注：Vo为该厚度的自由状态下压电陶瓷击穿电压

[0105] 最终得到的测试结果如上表1所示，由测试结果可以很明确看出本发明的样品不论在电容、出力、承受高压以及寿命上都远优于常规样品。本发明的技术方案尤其适于插针式压电选针片的应用。