DD287357B5 - Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben - Google Patents

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DD287357B5 DD33213289A DD33213289A DD287357B5 DD 287357 B5 DD287357 B5 DD 287357B5 DD 33213289 A DD33213289 A DD 33213289A DD 33213289 A DD33213289 A DD 33213289A DD 287357 B5 DD287357 B5 DD 287357B5
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Wolfgang Dipl-Ing Geiss
Konrad Dipl-Phys Voigt
Guenter Dipl-Phys Helke
Eike Dipl-Ing Wehrsdorfer
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Tridelta Ag Zentrum Mikroelekt
Univ Schiller Jena
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Description

Charakteristik des bekannton Standes der Technik
Es ist bekannt, piezokeramische Scheiben zu einem Stapel zu vereinigen. Dabei werden die einzelnen Scheiben beidseitig flächenhaft durch ein Dickschicht- oder Dünnschichtverfahren mit Kontaktierungsschichten (Elektroden) versehen. Benachbarte Scheiben werden mit einem Kleber verbunden, der entweder selbst elektrisch leitfähig ist (DE 2900609) oder in einen nicht leitfähigen Kleber werden profilierte Metallzwischenlagen, wie Metallnetze (DE 3223801) oderweltbiechartige Metallelektroden (US 4.530.138) eingebettet, welche die Kontaktierungsschichten berühren. Das Zusammenfügen (',er Scheiben geschieht unter Druckeinwirkung, die oftmals beim Betrieb des Bauelementes durch geeignete Anordnungen beibehalten wird. Die bekannten Verfahren zum Stapeln piezokeramischer Scheiben und deren Verbindung durch Kleber haben folgende Nachteile:
1. Durch die Verwendung von Metallzwischenlagen:
- Die große nichtaktive Masse der Zwischenlagen führt zur Verschlechterung (Verringerung) der Steifigkeit und der Resonanzfrequenz (Stellgeschwindigkeit in axialer Richtung des Stapels).
- Mehraufwand bei der Stapelmontage;
- Behinderung der Querkontraktion der Scheiben.
2. Durch die Verwendung von Kleberschichten:
- Der hohe Temperaturkoeffizient beeinträchtigt längenmeßtechnische Anwendungen.
- Es ist ebenfalls eine Verringerung der Steifigkeit zu verzeichnen.
Ziel der Erfindung '
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben zu schaffen, das weniger aufwendig bei der Montage des Stapels ist.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung bestehe darin, ein Vorfahren gemäß Titel der Erfindung zu schaffen, das es gestattet, das elastische Verhalten des Stapels (Steifigkeit, Ε-Modul) dem Idealzustand des massiven Keramikmaterials möglichst nahe anzugleichen, wobei das Ziel der Erfindung zu beachten ist. Zur Herstellung des Stapels werden die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Dünnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, Insbesondere Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden.
Erfindungsgemäß werden piezokeramische Scheiben mit einer Oberflächenrauhigkeit Rn, < 5μηι (Maximaldifferenz) und R, = 0,15 bis 0,5Mm (Mittelwert) verwendet. Durch ein an sich b^icanntos Sputterverfahren werden auf die Scheiben beidseitig bis auf den Rand reichende Elektrodenschichten aus relativ hartem Material, insbesondere aus CuNi abgeschieden. Anschließend wird jeweils auf eine Scheibe in einem Punktraster Kleber mit einer Viskosität im Bereich von 100 bis 50OmPa s aufgetragen und sofort danach die nächste Scheibe mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1 MPa deckungsgleich aufgelegt, wobei der Druck bis zum Aushärten des Klebers beibehalten wird. Abschließend nach dem Aufkleben der letzten Scheibe des Stapels werden die Randkontaktflächen ebenfalls durch ein Sputterverfahren nochmals mit Elektrodenmaterial überschichtet.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Zur Herstellung eines Mikrotranslators werden zunächst piezokeramische Scheiben einer PZT-Keramik bereitgestellt, pie Scheiben weisen dabei folgende Rauhigkeitswerte auf:
maximale Differenz Rm = 3,7pm
Mittelwort R1 = 0,41 pm.
Die Scheiben haben einen Durchmesser von 10 mm und eine Dicke von 0,5 mm.
Danach wird auf jede Seite einer Scheibe eine entsprechend gestaltete im wesentlichen aus CuNi bestehende Elektrode mit einer Schichtdicke von 0,8 μιη aufgesputtert. Die Elektrode wird dabei teilweise bis auf den Rand gezogen, um später die Kontaktierung des Stapels zu ermöglichen. Zur Herstellung des Stapels wird nun auf eine erste Scheibe punktförmig ein geeigneter Kleber, z. B.
Epoxidharz der Cyanacrylat, aufgebracht. Der Kleber besitzt eine Viskosität von 400 mPa · s. Sofort danach wird die nächste Scheibe deckungsgleich aufgelegt, wobei ein Druck von 0,5MPa auf die gesamte Fläche ausgeübt wird. Dieser Druck wird so lange beibehalten, bis der Kleber ausgehärtet ist.
Nachdem gemäß dieser genannten Verfahrensschritte ein Stapel von piezokeramischen Scheiben errichtet wurde, werden die Randkontaktflächen ebenfalls durch Sputtern auf eine Dicke von etwa 1,8 pm verstärkt.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Translators (mit Armatur) sollen zum Abschluß mit einem vergleichbaren, den Stand der Technik darstellenden Translator gegenübergestellt werden:
Erfindung Stand d. Technik
angelegte Spannung 100OV 1000 V
erreichte Längenänderung 1 22 pm 15μπΊ
Durchmesser d. Scheiben 10mm 10mm
Steifigkeit d. Stapels C 150 W/μηι 70N/pm
(in axiale Richtung)
Auch der Wert für die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Stapels (ohne Armatur) zeigt, daß dem angestrebten Wert für das massive Keramikmaterial nahegekommen wird. Sie betragen:
massives Material 290Η/μιη
erfindungsgemäßer Stapel 200-290 Ν/μπΊ
(Stapel mit Dickschichtelektroden
und Metallzwischenlagen 100 Ν/μιη).

Claims (1)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben, bei dem die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Dünnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, insbesondere Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden werden, gekennzeichnet dadurch, daß piezokeramische Scheiben mit einer Oberflächenrauhigkeit Rm < 5MmundRa = 0,15 bis 0,5 μηι verwendet warden, daß durch ein an sich bekanntes Sputterverfahren auf die Scheiben beidseitig bis auf den Seitenrand reichende Elektrodenschichten aus relativ hartom Material, insbesondere aus CuNi, abgeschieden werden, daß anschließend jeweils auf eine Scheibe der Kleber in einem Punktraster mit einer Viskosität im Bereich von 100 bis 50OmPa · saufgetragen wird und sofort danach die nächste Scheibe mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1 MPa deckungsgleich aufgelegt wird, wobei der Druck bis zum Aushärten des Klebers beibehalten wird, daß abschließend nach dem Aufkleben der letzten Scheibe des Stapels die Randkontaktflächen ebenfalls durch ein Sputterverfahren nochmals mit Elektrodenmaterial überschichtet werden.
    Anwendungsgebiet der Erfindung
    Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der piezoelektrischen Bauelemente. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben, bei dem die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Drnnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, nämlich Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinader verbunden werden. Der Stapel findet Anwendung als Mikrotranslator.z.B. im Präzisionsgerätebau.
DD33213289A 1989-08-28 1989-08-28 Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben DD287357B5 (de)

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DE4014526A DE4014526A1 (de) 1989-08-28 1990-05-07 Verfahren zum herstellen eines stapels von piezokeramischen scheiben
GB9012454A GB2235577B (en) 1989-08-28 1990-06-05 A process for producing an assembly of laminar piezoceramic elements and an assembly produced thereby
NL9001736A NL9001736A (nl) 1989-08-28 1990-08-01 Werkwijze voor het vervaardigen van een stapel van piezo-keramische schijven.

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