[发明专利]压电陶瓷多层执行器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷多层执行器以及各种制造该压电陶瓷多层执行器的方法。

背景技术

基于压电效应，适当晶体结构的压电陶瓷能够在在其内部生成电场时伸展或者收缩。这种长度变化在控制电信号方面几乎没有延迟地发生，并且此外是可精确调节的。因此，压电多层执行器被作为调整元件。

因为在这种多层执行器(Vielschichtaktor)中的控制电场强处于几个kv/mm的范围内，但是在实际中使用多层执行器时期望适度的驱动电压，因此制造具有在100μm范围内的层厚度的压电陶瓷多层执行器。典型的制造方法是注浆(Schlickergieβen)或者干印。各个陶瓷层被金属化并且相互堆叠，从而在两个陶瓷层之间，相反极性的内电极能够产生压电效应。通过平行于压电陶瓷多层执行器的堆叠方向(Stapelrichtung)或者纵轴的外部金属化，相同电势的所有内电极互相以电的方式被驱动。为了分别相反电势的内电极不被短路，这些内电极在分别相反电势的内电极的外部金属化的范围内以与其它电极相错位的方式被布置。由于在压电陶瓷多层执行器内的这种层结构，形成引起压电非活性区(inaktive Zone)的设计。因为压电陶瓷多层执行器只在压电活性区域中在其长度上伸展或者收缩，因为在该区域中，不同极性的内电极直接彼此重叠地布置，因此在通向压电非活性区的过渡区中出现多层执行器内的机械应力。该机械应力导致在多层执行器的位置结构中形成裂纹，所述裂纹形成能够影响外部金属化至各个电极的电接触或者甚至能够导致多层执行器完全失灵。裂纹形成问题通过使用全活性压电多层执行器来减小。在该全活性压电多层执行器中，不存在压电非活性的或者惰性的区域，因为两个电势的内电极均全面地在多层执行器的整个截面上延伸直到其边缘。

EP 1 206 804 B1公开了一种压电多层执行器的制造方法。在各个多层结构上，在相同极性的电极的侧面上以电化学的方式沉积导电材料。这些材料构成桥(Steg)，其中在使布置在所述桥之间的电极侧面绝缘之后，所述桥相互电连接。

DE 42 24 284 A1公开了对多层条(Vielschicht-Riegel)的制造及其随后的烧结，作为制造压电陶瓷多层执行器的预备阶段。这种条例如具有如下深度和长度：根据后来的多层执行器，所述深度垂直于其堆叠方向，所述长度平行于其堆叠方向。垂直于堆叠方向的条的宽度是压电多层执行器后来的宽度的多倍。在烧结之后，各个压电多层执行器的电极结构共同在多层条处生成，并且随后将该多层条分成各个多层执行器。为了制造电极结构，在每隔一个电极的侧面上以电化学的方式沉积导电的材料。其间的区域(也就是陶瓷和电极)通过蚀刻或者机械剥蚀(Abtragen)被还原到烧结的多层条中。该过程是耗费的，因为烧结的多层条对机械的和化学的侵蚀(Angriff)有耐抗能力。随后，在还原的区域中施加绝缘层，并且为每个后来的多层执行器生成外电极。接着，将烧结的多层条分成各个压电陶瓷多层执行器。

US 5,568,679和WO2005/075113A1同样描述了在已经烧结的多层预制体上生成结构化的外电极。在相同极性的每个内电极上，以电化学方式沉积电绝缘材料，从而这些电极的侧面对外绝缘。随后，在外侧上施加导电材料，该导电材料将另一极性的电极的仍暴露的侧面相互连接。接着，将具有结构化电极的烧结的多层条分成各个压电陶瓷多层执行器。

发明内容

本发明的任务是，提供用于压电陶瓷多层执行器的制造方法，所述制造方法能够以较少的耗费并因此以与现有技术相比较低的成本来实施。提供可相应便宜制造的压电陶瓷多层执行器同样是本发明的任务。