具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明提供了一种陶瓷-金属复合雾化片，由压电陶瓷片、复合过渡层、金属片组成，其中，复合过渡层设于压电陶瓷片与金属片之间，用于改善压电陶瓷片与金属片之间的连接强度并形成热膨胀系数的梯度，避免因压电陶瓷片与金属片之间热膨胀系数差异，导致受热不匀而产生裂纹，压电陶瓷片上设有孔体，金属片上设有密集雾化区，孔体和密集雾化区的位置相对应；

当在陶瓷-金属复合雾化片上施加正弦交流电信号，压电陶瓷片由于逆压电效应产生机械振动，带动金属片发生谐振，由于雾化片的边缘被固定，中心区域的位移最大，金属片上密集雾化区位移显著增加，工作流体随着振动而加速，密集雾化区中的锥形孔发生形变，产生扭转运动或弯曲振动，从锥形孔下端进入的液体在惯性力、表面张力和流体动力等的作用下从锥形孔上端挤出，从而达到喷雾效果，若液体在微锥孔受到的腔内压力能维持足够长时间，而且能克服惯性和表面张力，雾滴就能连续喷出，起到雾化的效果。

本申请中压电陶瓷片由以下结构示表示：

(Na_0.5K_0.5)(Nb_0.9Ta_0.1)O₃-xwt％CuO

其中，xwt％表示CuO占(Na_0.5K_0.5)(Nb_0.9Ta_0.1)O₃的质量百分数，x为0.1-1；

目前，雾化片所用压电陶瓷片多为PZT陶瓷、BTO陶瓷或KNN陶瓷，但是考虑到压电陶瓷片的机电耦合系数大，即机械能与电能相互转换的效率高，雾化效率高，发明人采用(Na_0.5K_0.5)(Nb_0.9Ta_0.1)O₃-xwt％CuO，其不仅由很好的压电性能，且能和其余组分形成良好的热膨胀梯度，所制备的雾化片耐热性好。

本发明还提供了上述压电陶瓷片的制备方法：按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨5-10h，烘干后升温至700-750℃一次预烧2-3h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨5-10h，烘干后升温至800-850℃二次预烧1-2h，恢复室温后造粒、压制，升温至500-600℃排胶1-2h后，再升温至1200-1250℃烧结2-3h，炉冷至室温，被银、极化即可。

金属片由以下质量百分数的元素组成：

Cr：16-18％、Mn：0.1-1％、Si：0.85-1％、C：0.1-0.12％、S：0.03-0.05％、Ni：0.5-0.6％、余量为Fe和其他不可避免杂质；

复合过渡层由SiC层、铬层、镍层组成组成，SiC层、铬层、镍层可以形成性能梯度过度的中间层，使热膨胀系数和弹性模量从陶瓷一侧逐渐转移至金属侧，有效降低压电陶瓷片、金属片热膨胀系数差异导致的连接处产生的应力。

其中，密集雾化区的直径≤所述孔体的直径，优选为密集雾化区的直径与孔体的直径相同，可以产生最佳的雾化效果。

密集雾化区由若干个锥形孔组成，锥形孔靠近压电陶瓷片一侧的孔径小于远离压电陶瓷片一侧的孔径，下端孔径较大，有利于从锥形孔下端进入的液体，上端孔径较小，有利于液体在惯性力、表面张力和流体动力等的作用下从上端挤出，从而达到喷雾效果。

x优选为0.5，此时压电陶瓷片最优最佳的压电性能，发明人尝试x选择为0.1、0.3、0.3、0.7、0.9，只有x为0.5时，雾化效果最好。

SiC层位于压电陶瓷片一侧，镍层位于金属片一侧，铬层位于SiC层和镍层之间，SiC层的厚度为1-10μm，铬层厚度为1-10μm、镍层厚度为5-20μm。

金属片由以下质量百分数的元素组成：

Cr：18％、Mn：0.5％、Si：0.85％、C：0.12％、S：0.03％、Ni：0.55％、余量为Fe和其他不可避免杂质，此时金属片为高铬含量的铁素体不锈钢，其具有抗氧化、成本低、热膨胀系数低等优点。

上述陶瓷-金属复合雾化片的制备方法：

在压电陶瓷片一侧表面依次沉积厚度为1-10μm的SiC层、厚度为1-10μm的铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，镍层厚度为5-20μm，经600-650℃退火1-5h后，恢复室温即可。

沉积SiC层、铬层的方法选自气相沉积法、热喷涂法、超声波法、化学沉积法、等离子注入法、真空蒸镀法、磁控溅射法中的任意一种，优选为磁控溅射法。

实施例1：

一种陶瓷-金属复合雾化片，由压电陶瓷片、复合过渡层、金属片组成，复合过渡层设于压电陶瓷片与金属片之间，压电陶瓷片上设有孔体，金属片上设有密集雾化区，孔体和密集雾化区的位置相对应且密集雾化区的直径与孔体的直径相同，密集雾化区由若干个锥形孔组成，锥形孔靠近压电陶瓷片一侧的孔径小于远离压电陶瓷片一侧的孔径；

压电陶瓷片由以下化学结构式表示：

(Na_0.5K_0.5)(Nb_0.9Ta_0.1)O₃-0.5wt％CuO

金属片由以下质量百分数的元素组成：

Cr：18％、Mn：0.5％、Si：0.85％、C：0.12％、S：0.03％、Ni：0.55％、余量为Fe和其他不可避免杂质；

复合过渡层由SiC层、铬层、镍层组成，SiC层位于压电陶瓷片一侧，镍层位于金属片一侧，铬层位于SiC层和镍层之间，SiC层的厚度为10μm，铬层厚度为10μm、镍层厚度为20μm。

上述陶瓷-金属复合雾化片的制备方法如下：

按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨10h，烘干后升温至700℃一次预烧2h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨10h，烘干后升温至800℃二次预烧2h，恢复室温后与PVA混合造粒、50MPa下压制成直径15mm，厚度1.5mm的圆形，开设孔体，升温至550℃排胶1h后，再升温至1250℃烧结2h，炉冷至室温，被银、极化即可获得压电陶瓷片，利用磁控溅射法在压电陶瓷片一侧表面依次沉积10μmSiC层、10μm铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，形成20μm镍层，经650℃退火1h后，恢复室温即可。

对其进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命≥10000h。

对比例1与实施例1完全相同，区别在于，没有复合过渡层，使用相同方法进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命4320h。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷-金属复合雾化片的制备方法：

按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨5h，烘干后升温至700℃一次预烧2h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨5h，烘干后升温至800℃二次预烧1h，恢复室温后与PVA混合造粒、50MPa下压制成直径15mm，厚度1.5mm的圆形，开设孔体后，升温至500℃排胶1h后，再升温至1200℃烧结2h，炉冷至室温，被银、极化即可获得压电陶瓷片，利用磁控溅射法在压电陶瓷片一侧表面依次沉积10μmSiC层、10μm铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，形成20μm镍层，经600℃退火1h后，恢复室温即可。

对其进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命≥10000h。

对比例2与实施例2完全相同，区别在于，没有复合过渡层，使用相同方法进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命4295h。

实施例3：

实施例2与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷-金属复合雾化片的制备方法：

按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨10h，烘干后升温至750℃一次预烧3h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨10h，烘干后升温至850℃二次预烧2h，恢复室温后与PVA混合造粒、50MPa下压制成直径15mm，厚度1.5mm的圆形，开设孔体后，升温至600℃排胶2h后，再升温至1250℃烧结3h，炉冷至室温，被银、极化即可获得压电陶瓷片，利用磁控溅射法在压电陶瓷片一侧表面依次沉积10μmSiC层、10μm铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，形成20μm镍层，经650℃退火2h后，恢复室温即可。

对其进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命≥10000h。

对比例3与实施例3完全相同，区别在于，没有复合过渡层，使用相同方法进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命4309h。

实施例4：

实施例2与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷-金属复合雾化片的制备方法：

按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨5h，烘干后升温至750℃一次预烧2h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨10h，烘干后升温至800℃二次预烧2h，恢复室温后与PVA混合造粒、50MPa下压制成直径15mm，厚度1.5mm的圆形，开设孔体后，升温至500℃排胶2h后，再升温至1200℃烧结3h，炉冷至室温，被银、极化即可获得压电陶瓷片，利用磁控溅射法在压电陶瓷片一侧表面依次沉积10μmSiC层、10μm铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，形成20μm镍层，经600℃退火2h后，恢复室温即可。

对其进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命≥10000h。

对比例4与实施例4完全相同，区别在于，没有复合过渡层，使用相同方法进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命4305h。

实施例5：

实施例2与实施例1基本相同，区别在于，陶瓷-金属复合雾化片的制备方法：

按照计量比，称取Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅混合均匀后球磨10h，烘干后升温至700℃一次预烧3h，恢复室温后再与CuO混合均匀，球磨5h，烘干后升温至850℃二次预烧1h，恢复室温后与PVA混合造粒、50MPa下压制成直径15mm，厚度1.5mm的圆形，开设孔体后，升温至600℃排胶1h后，再升温至1250℃烧结2h，炉冷至室温，被银、极化即可获得压电陶瓷片，利用磁控溅射法在压电陶瓷片一侧表面依次沉积10μmSiC层、10μm铬层，将镍加热熔融作为钎料，将金属片与铬层钎焊，形成20μm镍层，经650℃退火1h后，恢复室温即可。

对其进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命≥10000h。

对比例5与实施例5完全相同，区别在于，没有复合过渡层，使用相同方法进行使用寿命测试，在5W的低功率下，使用寿命4311h。

性能测试：

将本发明实施例1制备的压电陶瓷片、金属片作为样品1-A、1-B，采用德国耐驰DIL402C/7热膨胀仪测量样品的热膨胀系数，加热速率为5℃/min。

测试结果如下表1所示，单位(×10^-6K^-1)：

表1

由上表1可知，本发明所制备的压电陶瓷片、金属片在25-400℃之间，热膨胀系数变化曲线接近，SiC、铬、镍的热膨胀系数落在二者之间，且呈梯度增加。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。