虽然单层和多层压电陶瓷元件的制造工艺有共同之处，但它们却截然不同。单层压电陶瓷元件由一层压电陶瓷材料制成，成形压力高达1 MN。多层压电元件通过浇铸非常薄的压电陶瓷材料层制成，在该薄层上印刷薄的电极材料层，然后层压超过100层。

单层压电陶瓷的基本制造

单层压电陶瓷元件是只有一层压电陶瓷组成的产品，其中导电金属电极施加到两个相对侧。这些电极在材料极化期间使用（如磁性材料中那样对准电偶极子），并且还用作在使用期间施加电场的电触点。单层压电陶瓷元件是通过常规工艺将压电陶瓷粉末进行压制而成，如单轴压制、等静压和挤压。

制造单层压电元件的基本技术是使用喷雾干燥的颗粒材料压制成型体。这是通过使用高达1 MN压缩力的高容量压力机实现的。

考虑到烧结收缩，或者加工过量，成型体要么是真实尺寸的，要么在烧结后除去，以达到所需的精度。

通过使用高产量的内侧锯切设备，可以制造非常薄的压电元件（盘、板、管等）。

芯明天单层压电陶瓷

多层压电陶瓷的基本制造

虽然单层压电陶瓷元件非常适用于传感器和谐振应用，但是对于致动器应用不是优选的。为了通过单层压电陶瓷实现有用的准静态位移，需要非常高的工作电压，范围为500~1000V。为了克服这个问题，多层技术被开发。

多层压电陶瓷由几层压电材料构成，并与内部电极层交替。内部电极依次定位为正极和负极。所有正极连接到压电陶瓷元件一侧的一个外部电极，所有负电极连接在元件的另一侧外部电极。

与单层压电陶瓷促动器相比，多层压电陶瓷促动器具有的优点是位移大。在施加的电场中提供相同的位移时，多层压电陶瓷可比单层压电陶瓷的高度小100倍。此外，由于内部电极嵌入陶瓷中，因此可以施加更高的电场，从而得到更大的位移，并且更好地保护活性材料免受环境影响。

多层技术使得多功能设计成为可能。将多个压电执行器集成在一个元件部件中，或将执行器和传感器组合在一起。

芯明天具有多种多层压电陶瓷（也称为压电陶瓷叠堆），如下所示。

芯明天多层压电陶瓷

芯明天多层压电陶瓷

共烧型具有树脂的压电陶瓷叠堆

共烧型具有树脂的压电陶瓷叠堆，树脂分绿色和灰色两种，方形截面尺寸由1.2×1.2mm至25×25mm可选；环形外径可达20mm；出力可达25000N ；单支高度达27mm、位移达42µm，也可通过叠堆方式获取更大高度或位移。

具有树脂的压电陶瓷叠堆

大出力型压电陶瓷叠堆

大出力型压电陶瓷叠堆为柱形或环形，出力可高达50000N；驱动电压为0~500V或1000V；单支位移可达105µm；外径可达35mm。

无树脂型压电陶瓷堆栈

无树脂型压电陶瓷堆栈的截面尺寸由2×2mm至15×15mm可选；环形外径可达20mm；出力可达9450N；单支高度自由选择，可达200mm；位移达326.7µm。

芯明天可提供定制压电陶瓷。

压电陶瓷的制造流程

单层和多层压电陶瓷制造过程的流程图如下所示。

每个流程简单介绍

原材料 - 单层和多层压电陶瓷加工过程

使用高纯度原料，主要是氧化铅、氧化钛、氧化锆和一系列掺杂剂。

混合 - 单层和多层压电陶瓷加工过程

根据处方配比，对原材料进行精确称重，并与添加剂和溶剂混合。

煅烧 - 单层和多层压电陶瓷加工过程

将混合材料在900℃至1000℃下煅烧，以除去原料混合物中的有机物，并且形成更均匀的材料。

研磨 - 单层和多层压电陶瓷加工过程

将煅烧后的材料进行研磨，以获得具有所需粒度（颗粒大小）的非常均匀的悬浮液。测量悬浮液的粘度，合格后用于多层陶瓷的流延浇铸或单层陶瓷的生产。

制粒 - 仅用于单层压电陶瓷加工过程

将粉末与粘合剂混合并喷雾干燥，以进行进一步处理。

压制 - 仅用于单层压电陶瓷加工过程

压电陶瓷材料在特定压制工具中被压制，该压制工具适合所生产的形状。

混合 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

将粉末与特定粘合剂混合。研磨混合材料以形成均匀的悬浮液（浆料）。

流延/浇铸 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

将悬浮液用带浇铸在载体箔上。带厚度在20-40μm之间作为标准。绿色陶瓷带包含粘合剂材料，使得带在以下过程中具有柔性且易于处理。

构建 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

切割。将带切割成薄片，并自动检查缺陷。

印制

使用具有合适电极浆料，通过丝网印刷工艺在压电陶瓷片上印刷具有预定图案的铂或银/钯电极。简单的多层压电陶瓷促动器通常由2个不同的电极图案组成，而更复杂的设计可包括5个不同的印刷电极。

堆叠 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

压电陶瓷片的层以正确的顺序自动堆叠到最终内建的设计中。所有压电陶瓷均制成150mmx150mm块。

层压 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

压电陶瓷块在规定的压力、温度和特定的持续时间内层压。在此过程中，将单独切割的层牢固地层压并使其彼此适当接触。

切割和钻孔 - 仅用于多层压电陶瓷加工过程

在层压之后，将各个部件从绿色压电陶瓷块切割或研磨出来。切割需要准确地遵循内部电极的图案。在某些情况下，切割也在烧结陶瓷上进行。

粘合剂烧尽 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

通过非常缓慢地将生坯部件加热至500~700℃的温度来除去粘合剂材料、添加剂和剩余溶剂这些有机化合物，它们从陶瓷中分解并蒸发。

烧结 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

为了使晶粒生长和扩散形成致密的压电陶瓷元件，需要在高温下烧结。必须使用该过程优化若干参数，例如，温度上升速率、保温时间和空气条件。

加工 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

根据具体产品，大多数产品在终端处理之前或之后以某种方式进行机械加工或矫正。通常采用研磨工艺，研磨介质的晶粒尺寸适合于部件上的所需表面粗糙度。

终端处理 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

对于多层压电陶瓷产品，应用外部电极以连接到部件内部的内部电极。对于单层压电陶瓷产品，端接提供外部电极。

通过丝网印刷和烧制电极浆料（通常为银）或通过溅射工艺进行终端处理。

极化 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

在极化过程中，施加足够的DC电场，并且该施加的电场在电场方向上起主导作用，并导致材料的残余极化。这种对准在极化过程中实现，极化是在高温下将高电场（2-3kV / mm）施加到外部电极一段特定的时间。

最终检验 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

在极化之后，压电陶瓷元件和叠堆将根据规范程序进行最终检查，是统计方法和100％测量的组合。可以根据客户规格测试各种机械和电气参数。通常，对于多层压电陶瓷，电容、介电损耗和机械应变水平（行程/位移）被指定用于检测，而对于单层压电陶瓷，检测频率响应（最小阻抗，耦合）是更有意义的。

堆叠 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

单层压电陶瓷和多层压电陶瓷都可以进行堆叠。元件通过环氧粘合剂粘合在一起。两端增加非致动压电陶瓷端片以提供电绝缘并分散负载。堆叠内的各个元件通常通过公共总线电连接在一起。

包装 - 用于单层和多层压电陶瓷加工过程

组件正确包装在塑料托盘、塑料袋、泡沫中或放在胶带上，然后放入准备装运的盒子中。用于真空应用的产品会经过特定的清洁和包装过程。