壓電陶瓷揚聲器內電極用銀鈀漿料的研制

程耿，徐磊，陳學通

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢430064）

0 引言

給貼附在平板振膜上的壓電陶瓷薄膜振子（內電極）輸入音頻電壓信號，使得陶瓷薄膜振子產生伸縮振動，從而帶動平板振膜產生機械彎曲振動來推動空氣發聲，這就是壓電陶瓷揚聲器的工作原理。壓電陶瓷揚聲器的核心在于內電極，其采用多層疊層結構，通過披銀燒結而成。由于銀電極燒結時易飛銀，且有耐焊性差和銀離子遷移的缺點，在高端產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，在分散劑的保護下通過化學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，通過三輥機混合均勻，軋到細度≤15μm，制得銀鈀漿料。

表1 銀鈀漿料配方

1.3 性能檢測和分析

按照壓電陶瓷揚聲器內電極的制備工藝，將銀鈀漿料應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b，c達到要求層數，烘干后轉印（將PET薄膜撕下，PET不能粘銀鈀漿）；e. 燒結得到內電極。

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

2 實驗結果與分析

2.1 銀鈀粉對漿料性能的影響

制備銀鈀粉時，調整NaOH用量，使反應前溶液的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電極表面SEM圖片分別如圖3-4 。

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

圖3 AP-1燒結的內電極表面SEM圖片

圖4 AP-2燒結的內電極表面SEM圖片

2.2 玻璃粉對漿料性能的影響

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

內電極燒結溫度在880-900℃，G-2所得內電極可焊性差，與G-2的軟化點溫度低相關，在高溫燒結過程中，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的軟化點較高，與燒結溫度正好匹配，故可焊性良好。

2.3 有機載體對漿料性能的影響

壓電陶瓷薄膜化學性質敏感，大多數有機溶劑對其具有侵蝕作用，如果侵蝕嚴重，則內電極燒結后內部短路，這樣的內電極不具備壓電轉換功能。有機載體同時影響轉印效果和燒結后膜層。實驗設計了如下三個有機載體。

表3 有機載體的配方

三種載體對壓電陶瓷薄膜的侵蝕程度如圖5：

圖5 漿料蝕膜程度圖

三種載體對轉印效果的影響如圖6。

圖6 漿料轉印效果

三種載體燒結的內電極如圖7：

圖7 三種載體的燒結效果圖

三種載體的性能對比如下表：

表4 載體性能對比

從表4可知，1，2號有機載體都存在問題，3號載體綜合性能較好。松油醇對壓電陶瓷薄膜侵蝕嚴重，乙二醇侵蝕較輕，因此1號有機載體蝕膜嚴重，2號較輕。2號載體樹脂含量過高，導致轉印效果不佳，在燒結時排膠過程較長，導致燒結后分層。3號載體由1號和2號相互搭配，均衡各性能，因此綜合性能較好。

2.4 固含量對漿料性能的影響

固含量（銀鈀粉和玻璃粉的含量）對漿料性能的影響如下：

表5 固含量對漿料性能的影響

固體含量低時，有機載體含量高，漿料蝕膜程度加重，同時燒結過程中銀鈀粉無法完全覆蓋陶瓷膜，因此出現裂紋。固體含量高時，由于燒結過程中銀鈀粉的收縮強于陶瓷膜，膜層內部產生應力，向中間收縮，如圖8，燒結后如圖9出現馬鞍形，因此合適的銀鈀含量為60%。

圖8 內電極燒結式受力圖

圖9 電極燒結后圖案

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的銀鈀漿料TR-491P。

4 結論

1) 5/95銀鈀粉中鈀含量較低，熔點相對較低，故制備的銀鈀粉須燒結活性低，以保證高溫燒結不飛銀，因此選擇AP-2作為導電相。

2) 固體含量對漿料有重要影響，固體含量過低會導致電極出現裂紋，固體含量過高會導致電極收縮變形，合適的固體含量為60%。

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

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

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

[1] 馬喜宏．超細銀鈀合金粉的制備方法[J]．測試技術學報, 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方法[J]： 2002(2)： 107- 111．