CN107336524B - 集成式压电打印头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于压电喷墨打印头的装置。压电打印头虽然更贵但是更受欢迎，这是因为所述压电打印头使用更多种类的油墨。所述压电打印头包括具有喷嘴、油墨腔室、至少一个主体腔室、至少一个隔膜材料和顶部电极的多个喷墨器。所述隔膜材料由具有构建的压电材料的箔组成。隔膜在所述主体腔室上的偏转有助于产生用于从所述喷嘴喷射液滴的压力脉冲。根据公开的示范性实施例，薄膜压电打印头使用利用聚合物和金属箔层处理的现有低成本的基于粘合剂的喷射堆叠制造，并且避免了基于微机电MEMS的制造***的成本和复杂性。根据本公开的另一示范性实施例，提供了一种厚混合膜压电打印头。

Description

集成式压电打印头
技术领域
本申请涉及喷墨打印设备领域，且更具体地涉及用于集成式压电喷墨打印头的方法和结构。
背景技术
按需喷墨(Drop on demand ink jet)技术广泛地用于印刷工业中。使用按需喷墨技术的打印机可以使用多个(即阵列)静电致动器、压电致动器或热致动器，用以从孔板(喷嘴板)中的多个喷嘴喷射油墨。尽管压电喷墨器比热喷墨器制造更昂贵，但是通常压电喷墨器比较受欢迎，这是例如因为压电喷墨器可以使用更多种类的油墨。
压电喷墨打印头包括致动器阵列(即，压电元件或换能器)。形成阵列的一种工艺包括用粘合剂将包括锆钛酸铅组合物的毯状或块状压电层可分离地结合到传输载体，以及切割所述毯状压电层以形成多个单独的压电元件。可以使用多道切割锯工序来去除相邻压电元件之间的所有压电材料，以在每个压电元件之间设置正确的间隔。
压电喷墨打印头通常还可包括柔性隔膜，压电元件阵列例如用环氧树脂粘合剂粘合到所述柔性隔膜上。隔膜可以是用作多个致动器共用的下部电极的金属层，或者是用为每一个致动器提供单独的导电下部电极的金属层所涂覆的非金属层。当在一个致动器两端施加电压时，致动器弯曲或偏转，导致隔膜挠曲，从而通过喷嘴从腔室排出一定量的油墨。所述挠曲进一步从主油墨储存器通过开口将油墨吸入腔室中以替代排出的油墨。
块状压电组合物可具有约2密耳至4密耳(50微米μm至100μm)的厚度，以及厚度为约20μm至50μm厚的不锈钢隔膜。块状压电层可切割成正方形或平行四边形以符合正方形或平行四边形的主体腔室。在打印过程中，油墨通过孔板中的喷嘴从主体腔室喷射出。
提高使用压电喷墨技术的喷墨打印机的打印分辨率是设计工程师的目标。增加喷射密度的一种方式是增加致动器的密度。在一个实施方式中，薄膜致动器阵列可以结合到相对长且窄的主体腔室，以确保隔膜的鲁棒性并控制隔膜的振动模式。
随着致动器尺寸和厚度的减小，形成相对小而薄的致动器并随后将所述致动器附接到隔膜变得更加困难。虽然打印头结构的微电子制造将对所得结构提供精确控制，但是这些方法是体积敏感的和资本密集的，这可能妨碍这些方法用于小体积产品或定制产品。
当前的薄膜压电***利用薄得多的隔膜，约在1至3μm的级别上。因此，期望具有相对长而薄的主体腔室以确保隔膜的鲁棒性并控制隔膜的振动模式。此外，当前的薄膜打印头制造工艺通常在微电子制造工艺中使用硅晶片或石英/玻璃面板，以实现这种膜所需的工艺控制。微电子处理可以是体积敏感和资本密集的。这可能妨碍其用于小体积产品或定制产品。
期望一种用于精确形成薄膜致动器和相关联的打印头结构的方法。
还需要制造在5-50μm范围内的高质量BNKT-BMT厚膜，其将覆盖薄膜和块状陶瓷之间的重要商业技术间隙。常规的流延和丝网印刷技术已经广泛用于制备压电厚膜，其通常需要高于1000℃的高温退火或烧结工艺。遗憾的是，由于严重的化学反应和衬底材料的氧化，这种极高的温度对于膜金属衬底是不可接受的。因此，人们先前曾广泛致力于使用浆料或浆液中的烧结助剂来降低厚膜的烧结温度。
然而，烧结助剂引起在最终烧结膜中形成第二非压电相，这可能导致对膜的电学性质和物理性质的实质性损害效应，并且通常需要在还原条件下处理以匹配衬底的温度极限。
为了解决这些缺点，本文提供了一种使用化学溶液改性的混合沉积技术的高质量BNKT-BMT厚膜的简单工艺，即，使用相同组合物BNKT-BMT溶液的多种渗透工艺的使用，没有任何附加的烧结助剂。如在下面的详细描述中进一步讨论的，利用此技术，厚膜的退火温度降低到700℃，并且膜的压电性能大大增强。
发明内容
在本公开的一个实施例中，描述了一种压电喷墨打印头，其包含：多个喷墨器，所述喷墨器包括：喷嘴；油墨腔室；至少一个主体腔室；至少一个隔膜材料，其中所述隔膜材料由具有构建的压电材料的箔组成，所述隔膜材料被配置为使得隔膜在所述至少一个主体腔室上的偏转有助于产生压力脉冲，所述压力脉冲用于从喷嘴喷射液滴；以及顶部电极，所述顶部电极通过与所述顶部电极电连通的驱动电子器件可单独寻址。
在本公开的另一个实施例中，描述了一种压电喷墨打印头，其包含：多个喷墨器，所述喷墨器包括：喷嘴；油墨腔室；至少一个主体腔室；至少一个隔膜材料，其中隔膜由具有构建的压电材料的箔组成，所述隔膜材料被配置为使得所述隔膜在所述至少一个主体腔室上的偏转有助于产生压力脉冲，所述压力脉冲用于从所述喷嘴喷射液滴；以及顶部电极，所述顶部电极通过与所述顶部电极电连通的驱动电子器件可单独寻址；其中所述压电打印头通过以下步骤而形成：在衬底上方沉积包含压电材料的液体溶胶-凝胶溶液；将所述液体溶胶-凝胶溶液固化在所述衬底上以形成固化的压电复合物；以及由所述压电复合物形成用于所述喷墨打印头的致动器阵列，其中所述致动器阵列包括多个单独可寻址的致动器。
在本公开的另一个实施方案中，描述了一种制造BNKT-BMT厚混合膜的方法，所述方法包含：使用丝网印刷或施加浆料的任何其它方法将BNKT-BMT浆料沉积在不锈钢薄膜衬板上，其中所沉积的BNKT-BMT浆料然后被固化；以及渗透具有与丝网印刷膜相同组成的BNKT-BMT浆料溶液，其中所述渗透的BNKT-BMT浆料被固化，其中在10-40次渗透和固化循环之后，将厚混合膜在650℃-800℃下退火30分钟至2小时，最终厚度在5μm-50μm的范围内。
附图说明
示范性实施例可以采取以各种部件和部件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅用于示出优选实施例的目的，而不应被解释为限制本示范性实施例。
图1描绘了压电打印头的示范性实施例；
图2至8是描绘形成压电喷墨打印头的本教导的实施例的截面图；
图9和图10是描绘形成压电喷墨打印头的本教导的另一个实施例的截面图；
图11是根据本教导的实施例的包括打印头的打印机的透视图；以及
图12至17示出了根据本公开的示范性实施例用于利用模板来涂覆浆料制造压电打印头的一系列步骤。
应当注意，附图的一些细节已经被简化并且被绘制为便于理解本教导，而不是保持严格的结构精度、细节和比例。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的示范性实施例，其实例在附图中示出。尽可能在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
如本文所使用的，除非另有说明，否则词语“打印机”包括执行用于任何目的的打印输出功能的任何装置，诸如数字复印机、制书机、传真机、多功能机、静电照相设备，等等。
根据本文所述的示范性实施例，提供了相对较薄的膜压电驱动器***，其保持使用现有的具有聚合物和金属箔层的低成本的基于粘合剂的喷射堆叠制造工艺。这种方法避免了基于MEMS的制造工艺的成本和复杂性。使用诸如旋涂或甚至喷射溶液技术的方法，将压电材料直接沉积和构建在箔上。这些溶液可以包括各种溶胶凝胶化学品，通常逐层构建。这与传统的厚膜技术形成对比，在传统的厚膜技术中浆料状膜通过丝网或模板印刷和烧制为一层来放置在衬底上。
根据本文所述的另一示范性实施例，提供了一种厚膜压电驱动器***，其中浆料状膜被涂覆到用作隔膜的金属箔层衬底。
通过将压电材料直接施加到原箔或预切割箔片，可以利用标准的打印头制造技术而没有显著的变化。
用作隔膜的箔也可以用作公共电极，通常为地，而顶部信号电极可以通过多种方法形成，包括但不限于溅射和电镀金属膜、印刷导电电极和毯状膜，被图案化或直接写入。
具有压电材料的箔层衬底被结合到喷射堆叠的其余部分作为最终层叠工艺的一部分。根据示范性实施例，寻址的单独元件通过多种手段来实现，包括刻划或蚀刻到单个致动器的毯状金属，或者可被图案化以直接形成电极的金属。
所公开的用于将压电材料集成到箔衬底中以用作打印头的方法和设备的扩展包括：1)连续处理，其中用压电材料涂覆隔膜原料的线圈或骨架肋板，并在卷轴中处理为卷轴样式；2)近净形状，其中单个地形成或以片材形成冲压或蚀刻的隔膜并且具有直接加工到其上的压电材料。
随着致动器尺寸和厚度的减小，形成相对小而薄的致动器并随后将所述致动器附接到隔膜变得更加困难。参考图1，提供了本公开的示范性实施例，包括用于直接在衬底、隔膜或者具体地打印头结构上形成致动器阵列驱动器***的结构。
如图1所示，提供了压电打印头阵列结构8，所述结构包括由壁70、孔板72和箔衬底12封闭的油墨腔室76，箔衬底12用作从喷嘴74排出油墨的隔膜。每个单独的致动器60附接到箔衬底12，并且包括顶板50、第一溶胶-凝胶层10和第二溶胶-凝胶层30。
在压电打印头阵列结构的操作过程中，在用作电极的顶板50与用作打印头致动器60的公共电极的箔衬底12之间施加电压，其激励溶胶-凝胶层10和30(即压电材料)，使得箔衬底(即，隔膜)膨胀，以从喷嘴74排出墨滴。
图2至7是描述可以在本教导的实施例过程中形成的各种工艺中结构的截面图。将理解，附图是一般化的示意图，并且根据实施例的结构可以包括为了简单起见未示出的其它子结构，而各种所示的子结构可以去除或进行修改。图2示出了液体致动器材料10从分配器14沉积到衬底12上。分配器14可以是旋转涂覆装置，其包括例如定位衬底12并旋转衬底12的卡盘或平台16。也可以设想其它分配器，包括但不限于喷涂装置和浸涂装置。
衬底12可以是随后将附接到打印头喷射堆叠的打印头隔膜，如下所述。在压电层的形成过程中，隔膜可以可去除地附接到支撑衬底。在另一个实施例中，在压电层的形成过程中，隔膜可以已经附接到打印头喷射堆叠的一部分，使得衬底12包括打印头隔膜和喷射堆叠，且图2描绘了将致动器材料10沉积到附接到打印头喷射堆叠的打印头隔膜上。在如下所述的另一个实施例中，衬底12可以是在最终打印头结构中不存在的传输层。
根据示范性实施例，材料箔隔膜12的厚度为从500nm(0.5μm)和30000nm(30μm)。
在一个实施例中，致动器材料10可以是在适当的溶液中包括压电材料的液态化学稳定的溶胶-凝胶溶液或复合物。例如，溶胶-凝胶溶液可包括从约0.3摩尔/升(mol/L)至约0.7mol/L的压电材料，其中压电材料包括Bi-Na-K-Ti-O氧化物(即，可以是组合物BivNawKxTiyOz的氧化物，其中v-z的值如下所述，或为另一种形式的氧化物)。在溶液中，规定的元素作为增溶的分子前体存在。除了Bi-Na-K-Ti-O氧化物之外，压电材料还可包括Bi-Mg-Ti-O氧化物(即，可以呈BiaMgbTicOd形式的形式的氧化物，其中a-d的值如下所述，或另一种形式的氧化物)。以重量百分比(wt％)测量，溶胶-凝胶溶液可以包括压电材料，或者Bi-Na-K-Ti-O或者Bi-Na-K-Ti-O和Bi-Mg-Ti-O的混合物(即Bi-Na-K-Ti-O+Bi-Mg-Ti-O)，其在压电溶胶-凝胶溶液的从约15wt％至约40wt％的范围内。
压电材料溶质的分子前体与足够量的溶剂和任选的本文所述的任何另外的材料混合，使得压电材料具有从约0.3mol/L至约0.7mol/L的浓度。溶剂可包括以下中的一个或多个：丁醇(即丁基醇，C4H9OH)、乙醇(即乙基醇，C2H5OH)、甲醇(即甲基醇，CH3OH)、异丙醇(即异丙基醇，C3H7OH)和2-甲氧基乙醇(即甲基纤维素，C3H8O2)。可设想其它醇溶剂。溶胶-凝胶溶液可以具有在约4.0厘泊(cP)至约8.0cP范围内的粘度。
溶胶-凝胶溶液可以使用各种技术制备。在一个示范性技术中，可以在溶剂中混合Bi、Na、K和Ti前体，然后一起反应以形成溶胶-凝胶。形成BivNawKxTiyOz氧化物压电材料的氧组分由分子前体提供。如果溶胶-凝胶还包括BiaMgbTicOd，则Bi、Mg和Ti前体可随后在Bi-N-K-Ti-O溶液中混合，在随后的下述退火过程中形成BivNawKxTiyOz-BiaMgbTicOd固溶体。形成BiaMgbTicOd氧化物压电材料的氧组分由分子前体提供。
在另一个实施例中，可以制备两种分开的溶液。对于第一溶液，Bi、Na、K和Ti前体可以在溶剂中混合，然后一起反应以形成第一溶胶-凝胶组分。对于第二溶液，Bi、Mg和Ti前体可以在溶剂中混合并一起反应以形成第二溶胶-凝胶组分。随后，将第一溶胶-凝胶组分和第二溶胶-凝胶组分混合在一起以形成溶胶-凝胶。
溶胶-凝胶溶液可以在约室温(即约20℃)至约100℃的温度下分配。在将溶胶-凝胶溶液10沉积到衬底12上的过程中，衬底12可以通过旋涂装置14旋转以形成具有相对均匀厚度的薄的溶胶-凝胶层10，如图3所示。在溶胶-凝胶层的形成过程中，衬底12可以以从约2500转/分钟(rpm)至约3500rpm、或从约2750rpm至约3250rpm或约3000rpm的速度旋转。旋转可以实施足够的持续时间，以使溶胶-凝胶层10薄至每个涂层约50纳米(nm)和每个涂层约200nm之间的厚度。可以如下所述施加多个涂层，以形成具有所需厚度的最终结构。
随后，溶胶-凝胶层10经历第一固化工艺以部分或完全地干燥溶胶-凝胶层，以除去至少部分的溶剂组分。第一固化工艺和如下所述的后续固化工艺可包括使用烧结工艺、热解工艺、煅烧工艺和/或退火工艺中的一种或多种来加热溶胶-凝胶层的干燥工艺。分子前体在所述高温处理过程中反应，得到所需组合物的最终氧化物压电体。
在一个实施例中，图3的溶胶-凝胶层10可被加热至从约400℃至约500℃、或从约425℃至约475℃或至约450℃的第一温度。第一温度可以保持从约4分钟至约10分钟，或从约6分钟至约8分钟，例如约7分钟。随后，可将溶胶-凝胶层10加热至从约600℃至约700℃、或从约625℃至约675℃或至约650℃的第二温度。第二温度可以保持约1分钟至约5分钟之间、或从约2分钟至约4分钟，例如约3分钟。
接下来，上述沉积和第一固化工艺可以足以形成具有期望厚度的最终致动器层的多次迭代来重复进行，以得到图4的结构。尽管图4描绘了一起形成致动器层叠或复合物32(以下称为压电复合物32)的两层溶胶-凝胶层10、30，但是应当理解，在压电复合物32的制造过程中可以形成任何数量的致动器层。例如，可以形成从约5层至约500层、或从约5层至约300层、或从约5层至约200层、或从约10层至约250层、或从约10层至约100层、或从约15层至约75层、或多于10层、或多于100层、或多于250层、或多于500层以形成压电复合物32。在此实施例中，每一溶胶-凝胶层直接形成在先前部分或完全固化的溶胶-凝胶层上，其间没有中间层，使得压电复合物包括彼此物理接触的至少两层压电材料。尽管下面参考多个致动器层描述了所述工艺和结构，但应当理解，在另一个实施例中，单个致动器层10可以具有不需要额外压电层的足够的厚度，在这种情况下，压电复合物是指单个压电层。
在形成最终的压电层之后，图4结构经历第二或最终固化工艺以去除形成压电复合物32的溶胶-凝胶层的大部分或全部溶剂组分。最终固化工艺可包括将图4结构加热至从约600℃至约700℃、或从约625℃至约675℃或至约650℃的温度。此温度可以保持约20分钟至约40分钟之间、或从约25分钟至约35分钟、例如约30分钟的持续时间。在此最终固化工艺之后，所得到的压电复合物32可以具有期望的厚度，例如从500nm(0.5μm)至约25000nm(0.25μm)或从约500nm(0.5μm)至约900nm(0.9μm)、或从约600nm(0.6μm)至约800nm(0.8μm)、或约700nm(0.7μm)。完全固化的压电复合物的化学组成可包括形式为BivNawKxTiyOz的Bi-Na-K-Ti-O，其中“v”为从0至0.5的范围(即0～0.5，其中Bi组分的范围是从0到0.5mol)，“w”在约0.5～1的范围内，“x”在约0～0.5的范围内，“y”在约0.5～1的范围内，并且“z”在约1.5～3.5的范围内。在各种实施例中，Bi-Na-K-Ti-O可以用BiaMgbTicOd形式的Bi-Mg-Ti-O进行改性(即在溶液中混合)，其中“a”为从约0.5～1的范围，“b”在从约0～0.5的范围内“c”在从约0～0.5的范围内，并且“d”在从约1.5～3.5的范围内。
一个实施例可以包括1-y[Bi0.5(Nax,K1-x)TiO3]+yBi(Mg0.5,Ti0.5)O3。在一个实施例中，“x”可以在从约0.5～0.8的范围内，“y”可以在从约0～0.1的范围内。在一个实施例中，x＝0.78，y的范围为从约0～0.04。在一个实施例中，x＝0.78且y＝0.035，并且压电材料氧化物可以是0.965Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5TiO3+0.035Bi(Mg0.5Ti0.5)O3固溶体的形式。
在形成如图4所示的压电复合物32之后，打印头处理可以继续以形成完成的打印头。在一个实施例中，导电顶部电极层40可以形成在压电复合物32的暴露表面上。在此实施例中，顶部电极层40可以形成为如图所示的毯层(blanket layer)。顶部电极层40可以是举例而言诸如铜、金、钛、镍或金属合金的金属或导电非金属，并且可以形成为从约100nm(0.1μm)至约1100nm(1.1μm)的厚度。顶部电极层40可以使用溅射、化学气相沉积、电镀或其它合适的工艺形成。
接下来，对顶部电极层40进行图案化以得到如图6所示的单独的顶部电极(即，顶板)50的阵列。例如，可以使用掩模并化学地和/或机械地蚀刻顶部电极层40的一部分的光刻工艺来实施图案化，以得到顶部电极阵列50。在另一个实施例中，可以使用激光烧蚀工艺。在其它实施例中，多个顶部电极50可以直接形成、写入或印刷在图4结构的顶部上，使得不需要图5的毯层40的单独图案化并且使得处理绕过图5结构，直接从图4前进到图5。
接下来，对压电复合物32进行图案化，如图7所示，以提供单独的致动器60的阵列。压电复合物32可以使用例如光刻和化学和/或机械蚀刻、使用例如切割锯(例如晶片锯)的切割工艺或另一工艺来图案化。在一个实施例中，衬底12可以用作蚀刻停止层。
随后，如果在先前的处理过程中衬底12尚未被去除，则从平台16(图2)去除打印头隔膜12(在此实施例中为衬底12)。然后，使用合适的粘合剂或其它结合技术(例如钎焊、焊接、夹紧等)将打印头隔膜12、致动器60的阵列和顶板50的阵列结合到打印头喷射堆叠，作为最终层叠工艺的一部分，理想地在一定温度下进行以防止对材料的损害。打印头喷射堆叠可以包括多个壁70和具有多个喷嘴74的孔板72，如图8所示。壁70、孔板72和隔膜12可以提供多个油墨腔室76。
在此实施例中，部分地由喷嘴74、油墨腔室76、隔膜12、致动器60和顶部电极50形成多个喷墨器。每个顶部电极可通过(为了简单起见未单独示出)与顶部电极50、隔膜12和致动器60电连通的驱动电子器件单独可寻址。导电的隔膜12用作多个喷射器共用的底部电极(即底板)。在打印过程中，响应于在顶部电极50和隔膜60之间施加的电压，油墨106(图11)通过喷嘴74从油墨腔室76喷射。响应于所述电压，相关联的致动器60弯曲或偏转，其使隔膜60在相关联的油墨腔室76上方偏转，并且在油墨腔室76中产生压力脉冲以从相关联的喷嘴74喷射油墨。
BNKT-BMT厚混合膜的制备可以分为两个主要步骤：(1)使用常规丝网印刷方法或涂覆浆料的其它方法(例如注射器分配、材料喷射等)在不锈钢薄膜衬底上沉积BNKT-BMT浆料，随后在250℃～600℃下干燥15分钟至1小时，以及(2)渗透具有丝网印刷膜的相同组成的BNKT-BMT溶液或其它无铅压电溶液，并在250℃-600℃范围内干燥5-20分钟。在渗透和干燥工艺完成之后，混合膜最终在650℃-800℃下退火30分钟至2小时。混合物和丝网印刷膜的最终场厚度在5-50μm的范围内。
在存在溶液相的情况下，丝网印刷膜的相对快速的致密化和晶粒生长由于在烧结工艺的早期阶段中由润湿的溶液施加在固体颗粒上的毛细力而开始。在这个阶段，颗粒被良好地填充，并且互连的孔变得隔离，因此孔隙度的消除随着使其表面能最小化而进行。另外，渗透的溶液由于晶粒容易聚结而促进较易结晶、快速生长和致密化以及均匀化，即使在低退火温度(在700℃)下进行30分钟至1小时，在孔内和膜的晶界处也没有严重变形或晶粒形状的变化。
参考图12至17，示出了根据本公开的示范性实施例的与使用压电浆料材料制造打印头结构相关联的一系列步骤。根据所描述的示范性实施例，使用模板工艺来涂覆压电浆料；然而，应当理解，所提供的示范性实施例不限于模板工艺，而是还可以包括涂覆浆料材料的任何其它方法。
如图12所示，首先提供模板110，其与金属膜衬底12接触，如图13所示。
接下来，如图14所示，压电浆料材料112沉积在模板110上并且挤压穿过模板110，如图15所示，其中压电浆料材料112沉积在箔衬底12上。
接下来，如图16所示，去除模板110并且如图17所示固化压电浆料。
根据本文的公开内容，对上述结构和方法的各种修改将是显而易见的。例如，如图9所示，可以在衬底82上方形成释放层80，并且可以在释放层80上形成顶部电极层84。随后，例如，使用如上所述的工艺，可以在顶部电极层84上形成包括一个或多个单独压电层的压电复合物86。
随后，如果释放层80是热塑性材质，则例如通过将可溶解的释放层80溶解在溶剂中，或者通过加热和流动释放层80，可以从衬底82释放顶部电极层84和压电复合物86。然后，可以使用例如粘合剂90或其它结合技术将压电复合物86结合到隔膜12。在一个实施例中，在附接顶部电极层84和压电复合物86的过程中，隔膜12可以是完整的喷射堆叠92的一部分。在另一个实施例中，隔膜12、顶部电极层84和压电复合物86可以随后附接到喷射堆叠92。在任一种情况下，处理可以继续以形成单独的顶部电极50和致动器60(例如图8所示)和其它驱动电子器件。
在一个实施例中，可以处理或清洁图2的隔膜12的暴露表面2以增强隔膜12和固化的压电溶胶-凝胶溶液10之间的接触结合。在一个实施例中，隔膜12的暴露表面可以使用例如一种或多种溶剂、洗涤剂或温和的蚀刻剂来做化学处理。在另一实施例中，可以通过暴露于等离子体(例如氧等离子体)和/或包括氢的还原性气体来处理隔膜12的暴露表面。在另一个实施例中，可以使用超声清洁工艺处理隔膜12的暴露表面，或使用诸如化学、机械或化学机械抛光工艺的抛光工艺处理隔膜12的暴露表面。在另一个实施例中，在将溶胶-凝胶层10涂覆或分配到隔膜12之前，可以先在隔膜12的暴露表面上方形成任选的粘附层、缓冲层或表面能量修改层。例如，可以在附接到旋涂装置14的卡盘16之前或之后实施可以由图9中的层80表示的一个或多个这些处理工艺。
应当理解，可以实施其它处理阶段来代替或附加于上述实施例。例如，各种打印头结构可以定位在堆叠层压(stack press)中以增强或促进各种打印头层的物理和/或电附接。完成的打印头可以包括其它油墨腔室、油墨路径、油墨储存器、用作驱动电子器件的电结构或与打印头的功能、外观或附接相关的其它电结构或机械结构。
图11描绘了包括打印机外壳102的打印机100，包括本教导的实施例的至少一个打印头104已经安装在打印机外壳102中。外壳102可以包围打印头104。在操作过程中，油墨106从一个或多个打印头104喷射。打印头104根据数字指令操作以在打印介质108(例如纸张，塑料等)上产生期望的图像。打印头104可以在扫描运动中相对于打印介质108来回移动，以通过刈幅来产生打印图像。可替代地，打印头104可以保持固定并且打印介质108相对于打印介质108移动，从而在单次通过中产生与打印头104一样宽的图像。打印头104可以比打印介质108窄或者与打印介质108同宽。在另一个实施例中，打印头104可以打印到中间表面，例如旋转鼓或旋转带(为了简单起见未示出)，用于随后转移到打印介质中。
本文的详细描述的一些部分是以由常规计算机组件(包括中央处理单元(CPU)，用于CPU的内存存储设备和连接的显示设备)实施的关于数据位的操作的算法和符号表示的方式来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将其工作的实质最有效地传达给本领域其它技术人员的手段。算法通常被认为是导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操纵的步骤。通常，尽管不是必须地，这些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的电信号或磁信号的形式。已经证明，主要出于公共使用的原因，有时将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。
然而，应当理解，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些物理量的方便的标记。除非另有明确说明，如从本文的讨论中显而易见的，应当理解，在整个描述中，利用诸如“处理”或“运算”或“计算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机***或类似电子计算设备的动作和处理，所述计算机***或类似电子计算设备将计算机***的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操作并变换成类似地表示为计算机***存储器或寄存器或其它这样的信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。
示范性实施例还涉及用于实施本文所讨论的操作的装置。所述装置可以是为了所需目的而特别构造的，或者它可以包含由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，计算机可读存储介质诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡，或适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个耦合到计算机***总线。
本文呈现的算法和显示不是固有地与任何特定计算机或其它装置相关。各种通用***可以与根据本文的教导的程序一起使用，或者可以证明构造更专用的装置以实施本文所描述的方法是方便的。通过上面的描述，用于各种这些***的结构是显而易见的。另外，不参考任何特定的编程语言来描述示范性实施例。应当理解，可以使用各种编程语言来实现如本文所描述的示范性实施例的教导。
机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；盘存储介质；光存储介质；闪存存储设备；以及电、光、声或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)，这里仅仅提到几个实例。
贯穿本说明书示出的方法可以在可在计算机上执行的计算机程序产品中实现。计算机程序产品可以包含其上记录有控制程序的非暂时性计算机可读记录介质，诸如盘、硬盘驱动器等。非暂时性计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其它磁性存储介质、CD-ROM、DVD或任何其它光学介质、RAM、PROM、EPROM、闪存-EPROM或其它存储器芯片或存储器盒，或计算机可以从其读取和使用的任何其它有形介质。
可替代地，所述方法可以在诸如可传输载波的瞬态介质中实现，其中控制程序被实现为使用传输介质的数据信号，诸如声波或光波，诸如在无线电波、红外数据通信等过程中产生的那些数据信号。

Claims (20)

1.一种压电喷墨打印头，其包含：
多个喷墨器，其包括：
喷嘴；
多个油墨腔室；
至少一个隔膜材料，其中所述隔膜材料由具有构建的压电材料的箔组成，所述隔膜材料被配置为使得隔膜在相关联的油墨腔室上的偏转有助于产生压力脉冲，所述压力脉冲用于从所述喷嘴喷射液滴；以及
顶部电极，所述顶部电极通过与所述顶部电极电连通的驱动电子器件单独可寻址；
其中所述压电材料被构建成多层，其特征在于，通过将BNKT-BMT浆料沉积在所述箔上形成构建的压电材料层，其中所沉积的BNKT-BMT浆料然后被固化；以及
使用与BNKT-BMT浆料相同的组合物渗透所述BNKT-BMT浆料，其中被渗透的BNKT-BMT浆料被固化，其中在多次渗透和固化循环之后，将厚混合膜在650℃-800℃下退火30分钟至2小时，最终厚度在5μm-50μm的范围内。
2.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中在层叠之前先在至少一个隔膜上形成所述压电材料。
3.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述压电材料被定向。
4.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述压电材料被图案化。
5.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述压电材料具有0.5um到25um的厚度。
6.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述至少一个隔膜材料具有0.5um到30um的厚度。
7.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述至少一个隔膜材料是金属箔。
8.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述至少一个隔膜材料是不锈钢箔。
9.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中相对于每个的至少一个隔膜材料定位有导电区域，并且向所述导电区域施加电压以引起导致在所述至少一个隔膜中偏转的压电力。
10.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述构建的压电材料是具有5层至500层压电材料的压电复合物。
11.根据权利要求1所述的压电喷墨打印头，其中所述压电打印头通过以下步骤形成：在衬底上方沉积包含压电材料的液体溶胶-凝胶溶液；
将所述液体溶胶-凝胶溶液固化在所述衬底上以形成固化的压电复合物；以及
由所述压电复合物形成用于所述喷墨打印头的致动器阵列，其中所述致动器阵列包含多个单独可寻址的致动器。
12.根据权利要求11所述的压电喷墨打印头，其中所述衬底是打印头隔膜，并且通过将所述打印头隔膜附接到打印头喷射堆来进一步形成所述压电喷墨打印头。
13.根据权利要求12所述的压电喷墨打印头，其还包含：
在所述衬底上方的导电顶部电极层，其中所述液体溶胶-凝胶溶液首先沉积在所述衬底上方并沉积到所述顶部电极层上，所述固化的压电复合物将所述顶部电极层附接到打印头隔膜，并且从所述衬底去除所述固化的压电复合物和所述顶部电极层。
14.根据权利要求12所述的压电喷墨打印头，其中在层叠之前先在至少一个隔膜上形成所述压电材料。
15.根据权利要求12所述的压电喷墨打印头，其中所述压电材料被图案化。
16.根据权利要求12所述的压电喷墨打印头，其中所述压电材料具有0.5um到25um的厚度，并且所述至少一个隔膜材料具有0.5um到30um的厚度。
17.根据权利要求12所述的压电喷墨打印头，其中所述至少一个隔膜材料是金属箔。
18.根据权利要求11所述的压电喷墨打印头，其中重复所述液体溶胶-凝胶溶液的沉积和固化步骤以形成具有5层至500层压电材料的压电复合物。
19.一种制造BNKT-BMT厚混合膜的方法，所述方法包含：
在不锈钢薄膜衬底上沉积BNKT-BMT浆料，其中所沉积的BNKT-BMT浆料然后被固化；以及
使用与BNKT-BMT浆料相同的组合物渗透所述BNKT-BMT浆料，其中被渗透的BNKT-BMT浆料被固化，其中在多次渗透和固化循环之后，将厚混合膜在650℃-800℃下退火30分钟至2小时，最终厚度在5μm-50μm的范围内。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所固化的经沉积BNKT-BMT浆料在250℃-600℃下固化15分钟至1小时，并且所述BNKT-BMT浆料的固化渗透物在250℃-600℃下固化5-20分钟。
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