壓電陶瓷揚(yáng)聲器內(nèi)電極用銀鈀漿料的研制

程耿，徐磊，陳學(xué)通

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢430064）

0 引言

給貼附在平板振膜上的壓電陶瓷薄膜振子（內(nèi)電極）輸入音頻電壓信號(hào)，使得陶瓷薄膜振子產(chǎn)生伸縮振動(dòng)，從而帶動(dòng)平板振膜產(chǎn)生機(jī)械彎曲振動(dòng)來推動(dòng)空氣發(fā)聲，這就是壓電陶瓷揚(yáng)聲器的工作原理。壓電陶瓷揚(yáng)聲器的核心在于內(nèi)電極，其采用多層疊層結(jié)構(gòu)，通過披銀燒結(jié)而成。由于銀電極燒結(jié)時(shí)易飛銀，且有耐焊性差和銀離子遷移的缺點(diǎn)，在高端產(chǎn)品中常被銀鈀漿料代替，為了減少成本，本論文研制了鈀銀比為5/95的銀鈀粉，并制備了性能良好的銀鈀漿料。

1 試驗(yàn)過程

1.1 銀鈀粉制備

按照鈀銀比為5/95配制硝酸銀和硝酸鈀的混合溶液，加入NaOH得到銀和鈀的沉淀物，在分散劑的保護(hù)下通過化學(xué)還原得到銀鈀共沉粉[1,2]。

1.2 銀鈀漿制備

按照表1的配方，將各組分混合后，通過三輥機(jī)混合均勻，軋到細(xì)度≤15μm，制得銀鈀漿料。

表1 銀鈀漿料配方

1.3 性能檢測(cè)和分析

按照壓電陶瓷揚(yáng)聲器內(nèi)電極的制備工藝，將銀鈀漿料應(yīng)用在某公司提供的壓電陶瓷薄膜上，工藝過程包括：a. 在PET薄膜上印一層銀鈀漿；b. 在印有銀鈀漿的PET薄膜上貼一層壓電陶瓷薄膜；c. 在壓電陶瓷薄膜上印一層銀鈀漿；d. 重復(fù)b，c達(dá)到要求層數(shù)，烘干后轉(zhuǎn)?。▽ET薄膜撕下，PET不能粘銀鈀漿）；e. 燒結(jié)得到內(nèi)電極。

采用日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的JSM-5610LV型電子顯微鏡，加速電壓20 kV，觀察銀鈀粉和燒結(jié)膜層的形貌。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 銀鈀粉對(duì)漿料性能的影響

制備銀鈀粉時(shí)，調(diào)整NaOH用量，使反應(yīng)前溶液的PH值分別為7和12 ，制備出兩種銀鈀粉：AP-1和AP-2，兩種銀鈀粉的SEM圖片如下：

圖1 AP-1的SEM圖片

圖2 AP-2的SEM圖片

由圖1,2可知，兩種銀鈀粉均為絮狀聚集，單顆粒在0.5 μm以下，AP-1 與AP-2相比分散性更好。

兩種銀鈀粉制備的內(nèi)電極表面SEM圖片分別如圖3-4 。

由圖3和4可知，AP-1燒結(jié)的電極表面缺陷較多，有裂縫和飛銀，AP-2燒結(jié)的電極表面較完整致密。這是由于AP-1的燒結(jié)活性較高，收縮率大，燒結(jié)溫度下部分銀鈀粉熔化。

圖3 AP-1燒結(jié)的內(nèi)電極表面SEM圖片

圖4 AP-2燒結(jié)的內(nèi)電極表面SEM圖片

2.2 玻璃粉對(duì)漿料性能的影響

為了調(diào)整漿料的收縮率，在漿料中加入小于5%的玻璃粉，試驗(yàn)加入兩種玻璃粉G-1和G-2，兩種玻璃的軟化點(diǎn)和漿料的可焊性如下：

內(nèi)電極燒結(jié)溫度在880-900℃，G-2所得內(nèi)電極可焊性差，與G-2的軟化點(diǎn)溫度低相關(guān)，在高溫?zé)Y(jié)過程中，玻璃粉融化并浮于漿料表面形成一層玻璃釉，故可焊性差。G-1的軟化點(diǎn)較高，與燒結(jié)溫度正好匹配，故可焊性良好。

2.3 有機(jī)載體對(duì)漿料性能的影響

壓電陶瓷薄膜化學(xué)性質(zhì)敏感，大多數(shù)有機(jī)溶劑對(duì)其具有侵蝕作用，如果侵蝕嚴(yán)重，則內(nèi)電極燒結(jié)后內(nèi)部短路，這樣的內(nèi)電極不具備壓電轉(zhuǎn)換功能。有機(jī)載體同時(shí)影響轉(zhuǎn)印效果和燒結(jié)后膜層。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了如下三個(gè)有機(jī)載體。

表3 有機(jī)載體的配方

三種載體對(duì)壓電陶瓷薄膜的侵蝕程度如圖5：

圖5 漿料蝕膜程度圖

三種載體對(duì)轉(zhuǎn)印效果的影響如圖6。

圖6 漿料轉(zhuǎn)印效果

三種載體燒結(jié)的內(nèi)電極如圖7：

圖7 三種載體的燒結(jié)效果圖

三種載體的性能對(duì)比如下表：

表4 載體性能對(duì)比

從表4可知，1，2號(hào)有機(jī)載體都存在問題，3號(hào)載體綜合性能較好。松油醇對(duì)壓電陶瓷薄膜侵蝕嚴(yán)重，乙二醇侵蝕較輕，因此1號(hào)有機(jī)載體蝕膜嚴(yán)重，2號(hào)較輕。2號(hào)載體樹脂含量過高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)印效果不佳，在燒結(jié)時(shí)排膠過程較長，導(dǎo)致燒結(jié)后分層。3號(hào)載體由1號(hào)和2號(hào)相互搭配，均衡各性能，因此綜合性能較好。

2.4 固含量對(duì)漿料性能的影響

固含量（銀鈀粉和玻璃粉的含量）對(duì)漿料性能的影響如下：

表5 固含量對(duì)漿料性能的影響

固體含量低時(shí)，有機(jī)載體含量高，漿料蝕膜程度加重，同時(shí)燒結(jié)過程中銀鈀粉無法完全覆蓋陶瓷膜，因此出現(xiàn)裂紋。固體含量高時(shí)，由于燒結(jié)過程中銀鈀粉的收縮強(qiáng)于陶瓷膜，膜層內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，向中間收縮，如圖8，燒結(jié)后如圖9出現(xiàn)馬鞍形，因此合適的銀鈀含量為60%。

圖8 內(nèi)電極燒結(jié)式受力圖

圖9 電極燒結(jié)后圖案

3 漿料性能及使用情況

通過廠家試用，漿料性能如下表。

表6 銀鈀漿性能反饋表

該漿料滿足廠家要求，可代替日本田中貴金屬生產(chǎn)的銀鈀漿料TR-491P。

4 結(jié)論

1) 5/95銀鈀粉中鈀含量較低，熔點(diǎn)相對(duì)較低，故制備的銀鈀粉須燒結(jié)活性低，以保證高溫?zé)Y(jié)不飛銀，因此選擇AP-2作為導(dǎo)電相。

2) 固體含量對(duì)漿料有重要影響，固體含量過低會(huì)導(dǎo)致電極出現(xiàn)裂紋，固體含量過高會(huì)導(dǎo)致電極收縮變形，合適的固體含量為60%。

3) 有機(jī)載體需和壓電陶瓷膜具有良好的匹配性，才能同時(shí)保證不蝕膜和具有良好的轉(zhuǎn)印效果。同時(shí)，有機(jī)載體中樹脂含量不能過高，含量過高會(huì)導(dǎo)致排膠量大，燒結(jié)過程中電極分層。本項(xiàng)目采用了乙基纖維素和醇酸樹脂混合體系，滿足了使用工藝對(duì)有機(jī)載體的各種要求。

4) 適量玻璃粉可增加銀鈀漿的耐焊性，調(diào)整漿料的收縮率，玻璃粉的軟化點(diǎn)要與燒結(jié)溫度相匹配。

5) 研制的銀鈀漿可代替日本TR-491P銀鈀漿在壓電陶瓷揚(yáng)聲器內(nèi)電極上使用。

[1] 馬喜宏．超細(xì)銀鈀合金粉的制備方法[J]．測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào), 2004, 18(6)： 243-246．

[2] 馮毅, 周興求, 梅海青．電子漿料用鈀銀合金粉的生產(chǎn)方法[J]： 2002(2)： 107- 111．