一种矩阵致动器结构及其制备方法
阅读说明：本技术 一种矩阵致动器结构及其制备方法 (Matrix actuator structure and preparation method thereof ) 是由 张博 阴伏星 李佳 蔡东 严伟 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矩阵致动器结构,包括：陶瓷基块,阵列设置在陶瓷基块上的若干压电巴块,压电巴块与陶瓷基块一体成型,压电巴块内设有错位印刷的内电极层,相邻的内电极层通过陶瓷层分隔；每个压电巴块中含有俩个导电通孔,分别连通压电巴块中的奇数电极层与偶数电极层,且导电通孔由上至下贯穿压电巴块与陶瓷基块,并且这俩个导电通孔分别为该压电巴块单元的正负电极。该矩阵致动器的制备工艺包括：流延工艺、印叠工艺、等静压工艺、切割工艺、排胶烧结、等步骤。利用该工艺制备的矩阵致动器,产品一致性好,工艺简单。(The invention discloses a matrix actuator structure, comprising: the piezoelectric ceramic base block comprises a ceramic base block and a plurality of piezoelectric blocks arranged on the ceramic base block in an array mode, the piezoelectric blocks and the ceramic base block are integrally formed, inner electrode layers printed in a staggered mode are arranged in the piezoelectric blocks, and adjacent inner electrode layers are separated through ceramic layers; each piezoelectric bar block comprises two conductive through holes which are respectively communicated with an odd electrode layer and an even electrode layer in the piezoelectric bar block, the conductive through holes penetrate through the piezoelectric bar block and the ceramic base block from top to bottom, and the two conductive through holes are respectively a positive electrode and a negative electrode of the piezoelectric bar block unit. The preparation process of the matrix actuator comprises the following steps: casting process, printing and stacking process, isostatic pressing process, cutting process, binder removal and sintering, and the like. The matrix actuator prepared by the process has good product consistency and simple process.)
技术领域
本发明涉及压电陶瓷器件技术领域，具体涉及一种矩阵致动器结构及其制备方法。
背景技术
某些特定的固体介质，由于其内部晶体点阵结构比较特殊，当其受到外力的压缩或者伸长时，它相对的俩个表面或出现容量相等的异向电荷，且施加外力与端面面积越大产生的电荷越多，这种现象称之为正压电效应。反之，将该固体介质置于电场中，压电体的物理性状会随着电场的变化而发生伸长或缩短，这种现象称之为逆压电效应。压电陶瓷正是因为正逆压电效应，应用于不同领域。然而普通的单次压电陶瓷，无法满足复杂环境下的器件要求。大量实验表明，在较低电压下，单层压电陶瓷的应变值很难达到1‰，即使是压电单晶片其应变也只是勉强达到1％。基于以上问题，叠层压电陶瓷便应运而生，叠层致动器可以很好的解决压电陶瓷器件对于器件尺寸、应变、电压的要求。同时，叠层致动器也因为响应时间短，大推力和频率特性好等优点，被广泛的应用于激光调节、光纤对接、精密对位、生命科学等领域，也收到了广大学者的广泛关注。
华中科技大学的吕教授，初步摸索了压电陶瓷流延配方，以及低温烧结材料的制备，最终得到在1000℃烧结后，结构致密、晶粒发育完好的陶瓷，并且该膜片可以用于制备叠层压电陶瓷器件[韦蓓.压电陶瓷的低温烧结及流延法制膜研究[D].华中科技大学.]。南京理工大学的袁教授，采用自制低温料，利用流延工艺制备的叠层致动器，在150V驱动电压下，微位移达到2.24μm，约为叠层致动器高度的1.11‰[郑鹏.BFO，PZT基压电陶瓷及PZT基多层压电陶瓷驱动器的制备和性能研究[D].南京理工大学,2016.]。南京航空航天大学的王教授，系统的研究了整个制备叠层陶瓷器件的工艺，重点对流延工艺和埋压烧结工艺进行了优化，得到了烧结致密结构清晰的压电叠层致动器[郑炳金.PZT基叠层压电陶瓷制备及界面优化[D].南京航空航天大学,2017.]。而目前，关于叠层压电矩阵致动器的制备鲜见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矩阵致动器结构及其制备方法，以期解决背景技术中的相关问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种矩阵致动器结构，包括：陶瓷基块，阵列设置在陶瓷基块上的若干压电巴块，压电巴块与陶瓷基块一体成型，压电巴块内设有错位印刷的内电极层，相邻的内电极层通过陶瓷层分隔；每个压电巴块中含有俩个导电通孔，分别连通压电巴块中的奇数电极层与偶数电极层，且导电通孔由上至下贯穿压电巴块与陶瓷基块，并且这俩个导电通孔分别为该压电巴块单元的正负电极。
在一些实施例中，单个压电巴块尺寸相同，相邻压电巴块中心距相等，相邻压电巴块间隙宽度及高度相等，宽度为0.1～0.3mm，高度等同于巴块的高度。
在一些实施例中，每个压电巴块的导电通孔的直径及高度均相等，导电通孔的高度等同于矩阵致动器的高度。
在一些实施例中，内电极与导电通孔采用相同的Ag/Pd材料制成。
压电巴块单元呈阵列分布于陶瓷基块上，压电巴块与陶瓷基块采用一体成型共烧工艺，简化了制作成本，提高了器件的可靠性。压电巴块采用机械上串联，电极上并联的方式，单个压电巴块中含有俩个导电通孔，这俩个导电通孔分别连通奇数电极层与偶数电极层，且为压电巴块单元的正负电极。在致动器的正负极施加一定的电压，压电巴块中每片陶瓷层都会获得相同的电压且输出一定程度的位移量，多片陶瓷位移量叠加输出便会产生较大的输出位移。压电致动器利用逆压电效应，将电能转换为机械能，具备低电压、大位移、响应快、重复性好等优点。
本发明还提供了一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛工艺得到暨定的压电陶瓷粉料；化学通式如下：
aPb(Mg1/3Nb2/3)-bPb(Sb1/2Nb1/2)-cPb(Zn1/3Nb2/3)-dPb(Zr0.52Ti0.48)+x％LiF+y％SrCO3；其中0.03≤a≤0.06；0.01≤b≤0.03；0.005≤c≤0.03；0.80≤d≤0.95，0<x≤0.2，0<y≤1；
步骤2：取适量的压电陶瓷粉料，添加一定量的有机溶剂与分散剂、搅拌12～24h后，再按比例加入粘结剂、增塑剂再搅拌12～24h，得到流延料浆，其中压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:(25～60)：(0.5～2.0)：(4～10)：(2～10)；
步骤3：取配置好的流延料浆经过过滤、真空除泡工艺，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中，刮刀高度设置为100～400μm，流延机速度设置为1.0～6.0m/min，干燥温区分为3个温度段，依次为30～40℃、40～50℃、60～70℃，热风温度为30～40℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为30～50μm；
步骤4：将流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作通孔，在通孔中填入导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并烘干，得到带有导电通孔的单层陶瓷生坯膜带；将该陶瓷生坯膜带在叠片机上叠层至一定高度，经过压台预压后得到未烧结的陶瓷基块；
步骤5：在未烧结的陶瓷基块表面，继续叠层步骤4中的陶瓷生坯膜带，并在其表面丝网印刷若干阵列分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠2～3层步骤4中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在其表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至得到预期厚度的压电巴块；
步骤6：将步骤5中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块及压电巴块)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理；
步骤7：将步骤6中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度50～80℃，整形12～20h；
步骤8：将步骤7中整形后的矩阵致动器，以0.5～1.0℃/min的升温速率加热至600～750℃，在该温度下保温0.5～2h进行排胶；排胶后的矩阵致动器置于含有PZT气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照2～6℃/min的升温速率加热至950～1050℃，保温1.5～3h，得到烧结后的矩阵致动器。
在一些实施例中，步骤2中的有机溶剂为乙酸丙酯与乙醇的混合溶剂，所述分散剂为蓖麻油，所述粘结剂为低分子量PVB，所述增塑剂为领苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇按照一定比例混合而成，且增塑剂与粘结剂混合均匀后，等量分三次加入流延料浆中，搅拌转速为50～200r/min。
在一些实施例中，乙酸丙酯与乙醇的质量比为(2～3)：1，所述PVB的分子量为5～10K，邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇的质量比为(1～2)：1。
步骤3中真空除泡时，流延料浆置于低温箱中，温度为10～15℃，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为20～30r/min，真空除泡时间为10～15min。
步骤4中导电通孔的直径为50～100μm，导电料浆固含量为75％～85％，烘干温度为100～150℃，烘干时间5～15s。
在一些实施例中，步骤5及步骤6中上压台温度为40～50℃，下压台温度为45～55℃，叠层所得未烧结陶瓷基块的高度为5～10mm；步骤6中压电巴块内电极采用奇偶层错位印刷，导电通孔的中心距等同于错位印刷电极总长度，未烧结压电巴块的高度为2～5mm；步骤7中等静压温度为50～80℃，等静压压力为80～200Mpa。
附图说明
图1为本发明实施例制备的矩阵致动器的立体结构图；
图2为本发明实施例制备的矩阵致动器的仰视图：
图3为本发明实施例制备的矩阵致动器的正面(图3a)及侧面(图3b)剖视图。
图4为本发明实施例制备的矩阵致动器压电巴块单元的内部结构图(图4a)及其剖视图(图4b)。
图5为本发明实施例制备的矩阵致动器压电巴块的内部电极图。
图6为本发明实施例制备的矩阵致动器电容及微位移性能图。
图中标记：1-压电巴块，2-陶瓷基块，3-导电通孔，4-内电极层，6-陶瓷层，101-底面，102-正面，103-侧面。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
以下将结合图1-6对本申请实施例所涉及的矩阵致动器结构进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
以下实施例中未作特别说明的均为常规方法，所用原料未作特别说明均为市售产品。
压电巴块1中陶瓷生坯膜带表面丝网印刷电极图形如图4所示。内电极在陶瓷生坯膜带呈矩阵状态分布，单个内电极形状为矩形，叠层印刷时，奇偶层采取错位印刷的方式(印刷偶数层时，内电极图形整体下移一定量，印刷奇数层时恢复如初)。烧结好的矩阵致动器切割时，需严格控制切割的位置，切割线的位置位于相邻内电极图形的中心位置。上述内电极的形状，也可以根据具体需要由本领域相关技术人员设计成其他任意合适形状。
在本申请的实施例中，如图1-2所示，矩阵致动器结构可以包括：陶瓷基块2，阵列设置在陶瓷基块2上的若干压电巴块1，压电巴块1与陶瓷基块2一体成型，压电巴块1内设有错位印刷的内电极层4，如图3a和3b所示。相邻的内电极层4通过陶瓷层6分隔；如图4a和4b所示。每个压电巴块1中含有俩个导电通孔3，导电通孔3由上至下贯穿压电巴块1与陶瓷基块2，并且这俩个导电通孔3分别为该压电巴块单元1的正负电极。
在一些实施例中，单个压电巴块1尺寸相同，相邻压电巴块1中心距相等，相邻压电巴块1间隙宽度及高度相等，宽度为0.1～3mm，高度等同于巴块的高度。
在一些实施例中，每个压电巴块1的导电通孔3的直径及高度均相等，导电通孔3的高度等同于矩阵致动器的高度。
在一些实施例中，内电极4与导电通孔3采用相同的Ag/Pd材料制成。
实施例1：
一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
1)将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛等工艺得到暨定的压电陶瓷粉料。化学通式如下：
0.06Pb(Mg1/3Nb2/3)-0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)-0.03Pb(Zn1/3Nb2/3)-0.9Pb(Zr0.52Ti0.48)+0.1％LiF+1％SrCO3。
2)选用乙酸丙酯与乙醇按照2:1的质量比混合作为有机溶剂，选用蓖麻油作为分散剂，选用分子量为8K的PVB作为粘结剂，选用质量比为1:1的邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇作为增塑剂，将1)中的压电陶瓷粉料添加有机溶剂与分散剂后，在80r/min的转速下搅拌12h，再按比例分三次等量加入粘结剂与增塑剂，保持转速不变的情况下再搅拌12h，得到流延料浆，压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:30:0.5:6:6。
3)取2)中配置好的流延料浆经过过滤、置于温度为10℃低温箱，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为20r/min，除泡时间为10min后，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中刮刀高度设置为100μm，流延机速度设置为2.0m/min，干燥温区分为3个温度段，温度依次为30℃、40℃、60℃，热风温度为30℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为30μm。
4)将3)中流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作直径50μm的通孔，在通孔中填入固含量为75％的导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并在100℃烘干5s，得到带有导电通孔3的单层陶瓷生坯膜带。将该膜带在叠片机上叠层至叠层至6mm，上压台温度为50℃，下压台温度为55℃，预压后得到未烧结的陶瓷基块2。
5)在未烧结的陶瓷基块2表面，丝网印刷若干矩阵分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠2层4)中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在陶瓷生坯膜带继续表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至压电巴块1的高度达到3mm。
6)将5)中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块2及压电巴块1)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理，等静压温度为80℃，等静压压力为100Mpa。
7)将6)中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度80℃，整形12h。
8)将7)中整形后的矩阵致动器，以0.5℃/min的升温速率加热至750℃，在该温度下保温2h进行排胶。排胶后的矩阵致动器置于含有PZT(PbZrTiO3)气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照2℃/min的升温速率加热至1050℃，保温3h，得到烧结后的矩阵致动器。
9)将8)中烧结后的矩阵致动器，每个面均采用高精度平面磨床进行抛光，面平整度达到±0.01mm。处理好的致动器按照既定尺寸采用自动化线切割机进行切割，相邻压电巴块1之间间隙的宽度为0.1mm，间隙高度均等于矩阵致动器的高度。
10)将9)中处理好的致动器进行极化、测试、筛选、封装，便得到所需的矩阵致动器。
实施例2：
一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
1)将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛等工艺得到暨定的压电陶瓷粉料。化学通式如下：
0.06Pb(Mg1/3Nb2/3)-0.03Pb(Sb1/2Nb1/2)-0.01Pb(Zn1/3Nb2/3)-0.9Pb(Zr0.52Ti0.48)+0.1％LiF+1％SrCO3。
2)选用乙酸丙酯与乙醇按照3:1的质量比混合作为有机溶剂，选用蓖麻油作为分散剂，选用分子量为10K的PVB作为粘结剂，选用质量比为1:1的邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇作为增塑剂，将1)中的压电陶瓷粉料添加有机溶剂与分散剂后，在100r/min的转速下搅拌14h，再按比例分三次等量加入粘结剂与增塑剂，保持转速不变的情况下再搅拌14h，得到流延料浆，压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:35:0.8:6:8。
3)取2)中配置好的流延料浆经过过滤、置于温度为15℃低温箱，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为25r/min，除泡时间为10min后，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中刮刀高度设置为150μm，流延机速度设置为2.0m/min，干燥温区分为3个温度段，温度依次为35℃、45℃、65℃，热风温度为35℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为35μm。
4)将3)中流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作直径60μm的通孔，在通孔中填入固含量为75％的导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并在110℃烘干8s，得到带有导电通孔3的单层陶瓷生坯膜带。将该膜带在叠片机上叠层至8mm，上压台温度为45℃，下压台温度为50℃，预压后得到未烧结的陶瓷基块2。
5)在未烧结的陶瓷基块2表面，丝网印刷若干矩阵分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠2层4)中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在陶瓷生坯膜带继续表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至压电巴块1的高度达到4mm。
6)将5)中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块2及压电巴块1)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理，等静压温度为70℃，等静压压力为120Mpa。
7)将6)中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度80℃，整形14h。
8)将7)中整形后的矩阵致动器，以0.8℃/min的升温速率加热至700℃，在该温度下保温2h进行排胶。排胶后的矩阵致动器置于含有PZT(PbZrTiO3)气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照2℃/min的升温速率加热至1000℃，保温2h，得到烧结后的矩阵致动器。
9)将8)中烧结后的矩阵致动器，每个面均采用高精度平面磨床进行抛光，面平整度达到±0.01mm。处理好的致动器按照既定尺寸采用自动化线切割机进行切割，相邻压电巴块1之间间隙的宽度为0.1mm，间隙高度均等于矩阵致动器的高度。
10)将9)中处理好的致动器进行极化、测试、筛选、封装，便得到所需的矩阵致动器。
实施例3：
一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
1)将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛等工艺得到暨定的压电陶瓷粉料。化学通式如下：
0.06Pb(Mg1/3Nb2/3)-0.02Pb(Sb1/2Nb1/2)-0.02Pb(Zn1/3Nb2/3)-0.9Pb(Zr0.52Ti0.48)+0.2％LiF+1％SrCO3。
2)选用乙酸丙酯与乙醇按照3:1的质量比混合作为有机溶剂，选用蓖麻油作为分散剂，选用分子量为6K的PVB作为粘结剂，选用质量比为2:1的邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇作为增塑剂，将1)中的压电陶瓷粉料添加有机溶剂与分散剂后，在150r/min的转速下搅拌16h，按比例分三次等量加入粘结剂与增塑剂，保持转速不变的情况下再搅拌16h，得到流延料浆，压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:35:1.0:5:3。
3)取2)中配置好的流延料浆经过过滤、置于温度为15℃低温箱，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为25r/min，除泡时间为10min后，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中刮刀高度设置为200μm，流延机速度设置为3.0m/min，干燥温区分为3个温度段，温度依次为35℃、50℃、65℃，热风温度为40℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为40μm。
4)将3)中流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作直径70μm的通孔，在通孔中填入固含量为80％的导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并在120℃烘干5s，得到带有导电通孔3的单层陶瓷生坯膜带。将该膜带在叠片机上叠层至5mm，上压台温度为45℃，下压台温度为50℃，预压后得到未烧结的陶瓷基块2。
5)在未烧结的陶瓷基块2表面，丝网印刷若干矩阵分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠2层4)中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在陶瓷生坯膜带继续表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至压电巴块1的高度达到2.5mm。
6)将5)中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块2及压电巴块1)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理，等静压温度为60℃，等静压压力为150Mpa。
7)将6)中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度60℃，整形16h。
8)将7)中整形后的矩阵致动器，以1.0℃/min的升温速率加热至600℃，在该温度下保温2h进行排胶。排胶后的矩阵致动器置于含有PZT(PbZrTiO3)气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照3℃/min的升温速率加热至1000℃，保温3h，得到烧结后的矩阵致动器。
9)将8)中烧结后的矩阵致动器，每个面均采用高精度平面磨床进行抛光，面平整度达到±0.01mm。处理好的致动器按照既定尺寸采用自动化线切割机进行切割，相邻压电巴块1之间间隙的宽度为0.1mm，间隙高度均等于矩阵致动器的高度。
10)将9)中处理好的致动器进行极化、测试、筛选、封装，便得到所需的矩阵致动器。
实施例4：
一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
1)将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛等工艺得到暨定的压电陶瓷粉料。化学通式如下：
0.05Pb(Mg1/3Nb2/3)-0.02Pb(Sb1/2Nb1/2)-0.03Pb(Zn1/3Nb2/3)-0.9Pb(Zr0.52Ti0.48)+0.2％LiF+1％SrCO3。
2)选用乙酸丙酯与乙醇按照2.5:1的质量比混合作为有机溶剂，选用蓖麻油作为分散剂，选用分子量为10K的PVB作为粘结剂，选用质量比为1.5:1的邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇作为增塑剂，将1)中的压电陶瓷粉料添加有机溶剂与分散剂后，在180r/min的转速下搅拌20h，按比例分三次等量加入粘结剂与增塑剂，保持转速不变的情况下再搅拌20h，得到流延料浆，压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:40:1.5:8:6。
3)取2)中配置好的流延料浆经过过滤、置于温度为15℃低温箱，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为28r/min，除泡时间为10min后，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中刮刀高度设置为300μm，流延机速度设置为3.0m/min，干燥温区分为3个温度段，温度依次为35℃、55℃、70℃，热风温度为40℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为45μm。
4)将3)中流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作直径80μm的通孔，在通孔中填入固含量为80％的导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并在150℃烘干5s，得到带有导电通孔3的单层陶瓷生坯膜带。将该膜带在叠片机上叠层至7mm，上压台温度为45℃，下压台温度为50℃，预压后得到未烧结的陶瓷基块2。
5)在未烧结的陶瓷基块2表面，丝网印刷若干矩阵分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠3层4)中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在陶瓷生坯膜带继续表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至压电巴块1的高度达到3mm。
6)将5)中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块2及压电巴块1)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理，等静压温度为60℃，等静压压力为180Mpa。
7)将6)中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度60℃，整形18h。
8)将7)中整形后的矩阵致动器，以0.6℃/min的升温速率加热至650℃，在该温度下保温2h进行排胶。排胶后的矩阵致动器置于含有PZT(PbZrTiO3)气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照4℃/min的升温速率加热至1050℃，保温2h，得到烧结后的矩阵致动器。
9)将8)中烧结后的矩阵致动器，每个面均采用高精度平面磨床进行抛光，面平整度达到±0.01mm。处理好的致动器按照既定尺寸采用自动化线切割机进行切割，相邻压电巴块1之间间隙的宽度为0.1mm，间隙高度均等于矩阵致动器的高度。
10)将9)中处理好的致动器进行极化、测试、筛选、封装，便得到所需的矩阵致动器。
实施例5：
一种矩阵致动器结构的制备方法，包括以下步骤：
1)将如下化学通式中包含的各种原料按照化学计量比称量，混合均匀后经过球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干、过筛等工艺得到暨定的压电陶瓷粉料。化学通式如下：
0.05Pb(Mg1/3Nb2/3)-0.03Pb(Sb1/2Nb1/2)-0.02Pb(Zn1/3Nb2/3)-0.9Pb(Zr0.52Ti0.48)+0.1％LiF+1％SrCO3。
2)选用乙酸丙酯与乙醇按照3:1的质量比混合作为有机溶剂，选用蓖麻油作为分散剂，选用分子量为10K的PVB作为粘结剂，选用质量比为2:1的邻苯二甲酸二丁酯与聚乙二醇作为增塑剂，将1)中的压电陶瓷粉料添加有机溶剂与分散剂后，在200r/min的转速下搅拌12h，按比例分三次等量加入粘结剂与增塑剂，保持转速不变的情况下再搅拌12h，得到流延料浆，压电陶瓷粉料：有机溶剂：分散剂：粘结剂：增塑剂的质量比为100:40:2:10:8。
3)取2)中配置好的流延料浆经过过滤、置于温度为15℃低温箱，真空度为-0.1Mpa，搅拌转速为30r/min，除泡时间为10min后，在钢带流延机上流延成陶瓷生坯膜带，其中刮刀高度设置为400μm，流延机速度设置为3.0m/min，干燥温区分为3个温度段，温度依次为40℃、60℃、70℃，热风温度为40℃，流延陶瓷生坯膜的厚度为50μm。
4)将3)中流延好的陶瓷生坯膜带，裁切成一定尺寸的陶瓷薄片，在裁切好的陶瓷薄片上采用机械冲孔的方式制作直径100μm的通孔，在通孔中填入固含量为80％的导电浆料(作为层与层之间电路连接的垂直通路)并在150℃烘干5s，得到带有导电通孔3的单层陶瓷生坯膜带。将该膜带在叠片机上叠层至9mm，上压台温度为45℃，下压台温度为50℃，预压后得到未烧结的陶瓷基块2。
5)在未烧结的陶瓷基块2表面，丝网印刷若干矩阵分布的Ag/Pd内电极图形，该内电极烘干后，在其表面再叠3层4)中的陶瓷生坯膜带，压台预压后，在陶瓷生坯膜带继续表面错位丝网印刷Ag/Pd内电极图形，重复此工艺直至压电巴块1的高度达到5mm。
6)将5)中一体成型叠层好的生坯膜带(包括陶瓷基块2及压电巴块1)，装入塑封袋中真空包封，然后置于温等静压中进行等静压处理，等静压温度为50℃，等静压压力为200Mpa。
7)将6)中等静压后的生坯膜带，按照切割线切割成所需的矩阵致动器，将切割好的矩阵致动器置于氧化铝承烧板上，陶瓷基片平压在矩阵致动器上表面，然后将其置于烘箱中，烘箱温度80℃，整形20h。
8)将7)中整形后的矩阵致动器，以0.5℃/min的升温速率加热至750℃，在该温度下保温2h进行排胶。排胶后的矩阵致动器置于含有PZT(PbZrTiO3)气氛片的氧化铝坩埚中，密封处理后按照3℃/min的升温速率加热至1050℃，保温3h，得到烧结后的矩阵致动器。
9)将8)中烧结后的矩阵致动器，每个面均采用高精度平面磨床进行抛光，面平整度达到±0.01mm。处理好的致动器按照既定尺寸采用自动化线切割机进行切割，相邻压电巴块1之间间隙的宽度为0.1mm，间隙高度均等于矩阵致动器的高度。
10)将9)中处理好的致动器进行极化、测试、筛选、封装，便得到所需的矩阵致动器。
由图1及图2可以看出，本矩阵致动器具有具有压电巴块1与陶瓷基块2，导电通孔3，底面101、正面102、侧面103。其中导电通孔3由上至下贯穿压电巴块1与陶瓷基块2，单个压电巴块1的正负电极连接至底面101。相邻巴块之间间隙宽度相等，间隙深度等同于压电巴块1的高度。
通过图3矩阵致动器的正面102剖视图，侧面103剖视图，可以看出压电巴块1内部错位印刷有Ag/Pd内电极，陶瓷基块2内部无内电极，陶瓷基块2与压电巴块1采用叠层工艺一体成型。
通过图4可以看出，压电巴块1内部奇数层与偶数层电极错位印刷，矩阵致动器中的导电通孔3分别连接奇数层电极与偶数层电极。
通过图5可以看出，压电巴块1内部内电极图形为矩形结构，印刷偶数层时整个图形向下偏移，印刷奇数层时恢复原位，奇偶层交替错位印刷。
通过图6可以看出，本发明制备的矩阵致动器，不同压电巴块1之间电容及微位移性能公差仅为±2％，压电巴块1高度为1.8mm，在120V驱动电压下产生的微位移约为2.52μm，微位移性能约为压电巴块1高度的1.5‰。
本发明制备的矩阵致动器，压电巴块之间一致性较好，压电巴块与陶瓷基块采用叠层工艺一体成型，提升了压电巴块与陶瓷基块结合处的可靠性，对于拓展压电致动器的应用领域具有重要意义。
本申请所披露的矩阵致动器可能带来的有益效果包括但不限于：
1)本发明制备的矩阵致动器，致动器电容及微位移一致性好，性能公差为±1％；
2)本发明制备的矩阵致动器，微位移性能约为压电巴块高度的1.7‰，且降低了驱动电压(150V降至120V)；
3)本发明制备的矩阵致动器，压电巴块与陶瓷基块一体成型，本发明制备工艺简单，操作方便，原料易得，制备成本较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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