一種LTCC襯板上的膜型壓電閥設(shè)計(jì)方案

本研究開(kāi)發(fā)了一種LTCC襯板上的膜型壓電閥，設(shè)計(jì)制造了一種單變形壓動(dòng)器和一種互補(bǔ)的三維陶瓷結(jié)構(gòu)，閥門的性能通過(guò)氣體流量、執(zhí)行器位移和開(kāi)關(guān)時(shí)間來(lái)描述，在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)中，主動(dòng)壓電閥可作為集成Tas(微總分析系統(tǒng))、生物MEMS或其他微流控系統(tǒng)的一部分。

使用厚度為254米的杜邦PX951板材，用于制造帶有通道的LTCC模塊閥門，三個(gè)底層用于支撐通道確保機(jī)械穩(wěn)定性，通道的橫截面為250 米× 210 米，制作在接下來(lái)的三層。LTCC結(jié)構(gòu)的總厚度為六層，這入口和出口通道設(shè)計(jì)為21毫米和18毫米長(zhǎng)度分別為：入口、出口和閥座，以便于其它部件的組裝組件。最上面的LTCC膠帶是用于閥座的(2 mm × 2 mm)其被四個(gè)光束對(duì)準(zhǔn)并保持在適當(dāng)?shù)奈恢?00 米寬，空腔的外徑為10 mm以及內(nèi)部入口和出口過(guò)孔之間的距離空腔為3毫米。后處理和組裝包括將LTCC激光刻劃成單獨(dú)的模塊，膠合單體、入口和出口，以及電氣制造人脈，單形態(tài)閥的組裝從膠合開(kāi)始用樂(lè)泰WR粘合劑將17毫米鋼箔粘貼到閥座上氰基丙烯酸酯膠，單軸壓力機(jī)和硅橡膠緩沖層用于輕微地形成鋼內(nèi)部閥座，使薄膜和閥座之間產(chǎn)生間隙越小越好，粘合薄膜后，極化的PZ 29壓電圓盤用同樣的粘合劑粘在鋼上。

構(gòu)建的閥門最初是打開(kāi)的，并在施加電壓下單晶片的彎曲，獲得4.2–143.3毫升/分鐘的流速閥門處于0.1-1巴壓力下，如圖4所示,每個(gè)與開(kāi)路相比，測(cè)量點(diǎn)顯示約4%的泄漏流量，最大值約為7毫升/分鐘。泄漏可以大大減少通過(guò)在鋼膜中引入軟材料如橡膠,壓電動(dòng)器表現(xiàn)出作為函數(shù)的減小的位移壓力(圖5)。

另一方面，為了實(shí)現(xiàn)更大的位移和流量，應(yīng)修改執(zhí)行器的尺寸和邊界條件，或者使用壓電系數(shù)較高的材料，還可以引入其他執(zhí)行器方案。執(zhí)行器的位移(1.30–1.25m)低于計(jì)算預(yù)測(cè)(～2.25m)，主要原因是陶瓷和鋼之間的膠水過(guò)多，以及鋼層變形導(dǎo)致膜的剛度增加，另一方面，由于膠水的彈性和陶瓷頂角的運(yùn)動(dòng)不受約束，執(zhí)行器的邊界條件不像真正的固定條件下那樣剛性。

由于壓電執(zhí)行器具有較高的剛度和較高的送力能力，因此該閥門具有快速的驅(qū)動(dòng)能力。單變形產(chǎn)生了大約1.3米的位移，使閥門關(guān)閉。由于表面粗糙度和LTCC變形，閥門的脫態(tài)泄漏率為4%，防止了閥膜的完全密封，泄漏可以通過(guò)改善表面質(zhì)量、減少變形或在閥膜上引入軟材料來(lái)凸化。與其他報(bào)告的閥門相比，該閥門表現(xiàn)出適度的性能，特別是在泄漏比方面，泄漏比比壓力低于1巴的硅和聚合物基閥門的報(bào)告值大數(shù)倍，通過(guò)進(jìn)一步的工作，可以大大改善閥門的泄漏情況，由于優(yōu)越的表面質(zhì)量和精確的控制間隙，由于非常精確，但昂貴的制造方法，硅基閥門已經(jīng)提供了良好的密封，基于LTCC的閥門在廉價(jià)設(shè)備方面具有良好的前景，靈活快速開(kāi)發(fā)高耐久性的新結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)的LTCC程序在閥門的制造中是足夠的。然而，應(yīng)該引入新的技術(shù)來(lái)減少后處理和細(xì)化閥門結(jié)構(gòu)和壓電執(zhí)行器，以減小尺寸和提高性能。

審核編輯：湯梓紅

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