用于制造压电激励器部件的方法

摘要

为去粘合和烧结压电激励器部件(1)的多个堆叠装置(100)，把堆叠装置(100)并排平放地布置在载体设备(200)、例如载体板上。堆叠装置(100)可以布置在容纳装置(300)中并且由覆盖装置(400)覆盖。作为容纳装置和覆盖装置的支撑面(310、410)，可以使用格子状或者网状成形的材料或者冲孔的由铜构成的板材。该结构导致，在去粘合和/或烧结期间在激励器部件(1)的所有侧面上几乎均匀的周围环境条件占主导。

权利要求

1.用于制造压电激励器部件的方法，包括：

- 提供压电激励器部件（1）的多个堆叠装置（100），其中堆叠装置（100）分别包括压电层（30）和导电层（10、20），并且其中压电层（30）在堆叠装置的纵向上彼此上下堆叠，并且导电层（10、20）布置在压电层（30）之间，-提供多个容纳装置（300）用于容纳多个堆叠装置（100），其中每一个容纳装置具有支撑面（310）用于支撑多个堆叠装置（100）之一，其中支撑面具有开口（320），其中开口（320）在支撑面（310）中这样分布地布置，使得多个堆叠装置（100）之一的位于支撑面（310）上的侧面（S100a）与来自容纳装置（300）的周围环境的气体接触，- 在载体设备（200）上布置多个堆叠装置（100），使得堆叠装置（100）分别以堆叠装置的纵向并排平放地布置在载体设备（200）上，- 在容纳装置（310）中分别这样布置多个堆叠装置（100），使得所述堆叠装置（100）的相应侧面（S100a）位于支撑面（310）上，- 把处理气体供给所述堆叠装置（100），

- 去粘合和/或烧结多个堆叠装置（100），其中堆叠装置（100）在去粘合和/或烧结期间在载体设备（200）上并排平放地布置。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

- 提供多个覆盖装置（400）用于覆盖多个堆叠装置（100），其中每一个覆盖装置具有支撑面（410）用于在多个堆叠装置（100）的每一个堆叠装置的另一个侧面（S100b）上支撑所述覆盖装置中的相应覆盖装置，其中支撑面（410）具有开口（420），其中开口（420）在支撑面（410）中这样分布，使得多个堆叠装置（100）中的每一个堆叠装置的另一个侧面（S100b）与来自覆盖装置（400）的周围环境的气体接触，- 在多个堆叠装置（100）上这样布置多个覆盖装置（400），使得所述覆盖装置（400）中的相应覆盖装置的支撑面（420）位于堆叠装置（100）之一的另一个侧面（S100b）上。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中容纳装置（300）的支撑面（310）和覆盖装置（400）的支撑面（410）分别构造为合拢的网、格子或者穿孔的板材。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，

-其中多个堆叠装置（100）布置在多个载体设备（200）上，-其中所述多个载体设备（200）在用于去粘合和/或烧结所述多个堆叠装置的炉（1000）中彼此上下堆叠地布置。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中在彼此上下堆叠的载体设备（200）之间布置间隔保持器（700）。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其中覆盖设备（800）布置在载体设备（200）之上或者布置在多个彼此上下堆叠的载体设备（200）之上。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，包括：

-提供由多个扇形的载体元件（210）组成的结构形式的载体设备（200），-在用于去粘合和/或烧结的炉（1000）中这样布置多个载体元件（210），使得载体设备（200）构造为圆环形的。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：

在每一个载体元件（210）之上布置覆盖元件（900），其中该覆盖元件具有扇形的上部（910）和至少两个侧部（920），其中所述上部（910）与相应的载体元件（910）相间隔地布置，并且所述至少两个侧部（920）位于相应的载体元件（910）上。

9.根据权利要求2至3之一所述的方法，包括：

- 提供具有由铜构成的表面涂层的载体设备（200），

- 提供由铜构成的材料制成的多个容纳装置（300）和多个覆盖装置（400）。

说明书

用于制造压电激励器部件的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于制造压电激励器部件的方法，其中进行激励器部件的脱碳和烧结。

背景技术

[0002] 在制造压电激励器部件时首先用导电材料对压电层进行涂层、彼此上下堆叠并且接着压制所述压电层。随后由这样产生的材料块分开成激励器部件。接着在脱碳处理期间把在激励器的压电层或者导电层的材料中包含的有机成分，例如陶瓷膜和金属内电极糊中的粘合剂，通过燃烧从激励器本体中去除。之后把首先尚为多孔的激励器本体通过烧结处理转变为紧密的本体。

[0003] 在脱碳或者去粘合和烧结期间，占主导的周围环境条件——例如温度、在压电层的含铅陶瓷情况下的氧气分压和氧化铅分压(PbO分压)——对于完成的构件的质量起决定性作用。激励器部件的周围环境尤其是确定了在每一单个的构件上的热能的份额和每一个构件所暴露于的氧气分压。

[0004] 氧气分压的作用尤其是对于多层激励器的质量是关键的。在脱碳的情况下，氧气分压例如确定激励器本体中的有机成分的分解率。在此必须保证，氧气分压被调整为使得一方面把有机成分从激励器本体中除去，但是另一方面氧气不引起激励器的内部电极层的氧化。在脱碳和烧结的情况下，氧气分压对于金属电极层和陶瓷层之间的反应起作用，所述金属电极层和陶瓷层自然是不同的材料类型，尤其是金属或者氧化物材料。此外在烧结的情况下，构件的周围环境、尤其是温度和大气，对来自基于铅-锆石-钛(PZT)的压电陶瓷的氧化铅-废气起作用。

[0005] 去粘合或者烧结过程期间的不均匀的周围环境导致各个激励器构件的电气或者机械特征参量杂散。例如可能出现各个构件的偏转和绝缘电阻的波动，各个构件的几何结构的偏差，特别是构件的宽度或者弯曲的偏差。此外不均匀的周围环境条件能够导致内电极的连续性的波动，导致在各个构件中形成裂缝并且最终导致在稍后的运行中部件的可靠性的波动。

发明内容

[0006] 存在对用于制造压电激励器部件的方法的需求，利用该方法能够在很大程度上保证，在制造部件期间、尤其是在脱碳或者烧结期间，均匀的周围环境条件对于各个压电激励器部件占主导。

[0007] 这样的方法在权利要求中说明。

[0008] 用于制造压电激励器部件的方法的一种实施方式包括提供压电部件的多个堆叠装置，其中所述堆叠装置分别包括压电层和导电层，并且其中压电层在堆叠装置的纵向上彼此上下堆叠，并且导电层布置在压电层之间。多个堆叠装置这样布置在载体设备上，使得堆叠装置分别以堆叠装置的纵向并排平放地布置在载体设备上。多个堆叠装置被去粘合和/或烧结，其中堆叠装置在去粘合和/或烧结期间在载体设备上并排平放地布置。

[0009] 堆叠装置以其纵轴平行于载体设备的表面位于载体设备上，所述载体设备例如可以构造为载体板。激励器在载体设备上的平放结构尤其是在如下情况下被优选地使用，即当使用具有大的长度和小的宽度的激励器时，例如具有1到7直至1到10的长宽比的激励器。

[0010] 堆叠装置可以布置在载体板上的容纳装置中。容纳装置可以在载体设备上并排布置。容纳装置例如可以构造为合拢的网、格子或者穿孔的板材，尤其是由铜构成的板材。在所述网的巢中放入各个激励器的堆叠装置，使得多个堆叠装置在载体设备上并排平放地布置。

[0011] 堆叠装置可以分别由覆盖装置覆盖，所述覆盖装置同样用一材料构造，该材料形成为网或者格子，或者构造为穿孔的板材，尤其是由铜构成的板材。该结构导致，相同的周围环境条件对布置在容纳装置之一和覆盖装置之一之间的每一个激励器都起作用。因为每一个激励器的所有四个侧面都暴露于相同的周围环境条件，所以氧气分压在脱碳和烧结期间以及氧化铅分压在烧结期间均匀地分布在每一个激励器的全部四个侧面上。

[0012] 当容纳装置或者覆盖装置由铜实施时，另外在烧结过程期间在每一个激励器的侧面处出现铜和氧化铜的恒定分压。因为每一个激励器部件以其侧面要么与容纳装置的支撑面要么与覆盖装置的支撑面邻接，所以氧气分压中的可能的波动在烧结过程期间得到稳定。当激励器部件具有由铜构成的内电极层时，内电极能够通过由铜构成的容纳装置和/或覆盖装置被保护不被氧化，所述容纳装置和/或覆盖装置例如利用其支撑面中的开口构造为格子状的或者网状的。

[0013] 通过能够由成形为网状或者格子状的材料构造并且布置在载体设备、例如载体板上的容纳装置，能够避免激励器的堆叠装置和载体设备的材料之间的相互作用。

[0014] 容纳装置和覆盖装置在其支撑面中具有开口或者孔，所述容纳装置和覆盖装置中的堆叠装置的侧面位于所述支撑面上。在使用容纳装置和覆盖装置的这种网状的或者格子状的支撑面的情况下或者在为容纳装置和覆盖装置使用穿孔板材的情况下，容纳装置和覆盖装置的支撑面中的孔负责良好地和均匀地向激励器堆叠的所有四个侧面供给处理气体。

[0015] 可以彼此上下堆叠多个载体板，在所述载体板上构件平方地布置在容纳装置中。间隔螺栓可以用于将各个载体板彼此分开。具有布置在其上的激励器的彼此上下布置的载体设备可以用覆盖装置例如盖来覆盖。不过这种覆盖装置应该仪在烧结的情况下使用。在脱碳过程的情况下，该覆盖装置可能会阻止有机粘合剂的废料产物的运出。覆盖装置可以构造为由铜构成的盖，这导致炉中气氛的进一步稳定。

[0016] 根据用于制造压电激励器部件的方法的另一种实施方式，各个激励器的堆叠装置在去粘合和烧结期间在炉中布置在包括多个扇形的载体元件的载体设备上。这些扇形的载体元件可以在炉中并排布置在一个平面中成圆形。这种布置的多个平面也可以在去粘合或烧结炉中上下相叠地布置。各个间隔平面例如可以用间隔螺栓彼此相间隔地布置。激励器的各个堆叠装置在每一个载体设备上并排平放地布置。

[0017] 为改善周围环境的均匀性，载体设备可以另外分别用覆盖元件覆盖。所述覆盖元件分别具有放置到载体设备上的侧部和与载体设备相间隔地布置的上部。覆盖元件的上部同时构成另一个平面的载体设备，在其上可以布置激励器部件的另外的堆叠装置。因此在载体设备之上使用覆盖元件的情况下可以省去在不同平面的载体设备之间设置间隔螺栓。

[0018] 覆盖元件可以具有扇形的形状。每一个这样的扇段可以具有四个侧部，使得覆盖元件从所有四个侧面封闭。覆盖元件也可以仅具有两个侧面，其中缺少与相邻扇段的侧面。在这种实施方式的情况下，覆盖元件能够接连排列为，使得形成覆盖元件的连续的环，这相应于均匀的结构。

附图说明

[0019] 下面根据示出本发明的实施例的图详细阐述本发明。

[0020] 图1示出压电激励器部件的堆叠装置的实施方式，

[0021] 图2示出用于制造压电激励器部件的方法的一种实施方式，其中压电激励器部件在容纳装置中布置在载体设备上，

[0022] 图3示出用于制造压电激励器部件的方法的另一种实施方式，其中激励器部件布置在多个彼此上下堆叠的载体装置上，

[0023] 图4示出用于制造压电激励器部件的方法的另一种实施方式，其中激励器部件布置在载体装置的扇形的载体元件上，

[0024] 图5A示出用于覆盖载体装置的扇形的载体元件的覆盖元件的一种实施方式，[0025] 图5B示出用于覆盖载体装置的扇形的载体元件的覆盖元件的另一种实施方式。

具体实施方式

[0026] 在制造压电激励器部件的情况下用导电材料对压电层进行涂层并将所述压电层彼此上下堆叠。接着把所堆叠的层压制成一个材料块。由这样的材料块在未烧结状态下分开成各个压电激励器部件。

[0027] 图1示出在分开之后的这样的压电激励器部件1的堆叠装置100。该层堆叠具有多个彼此上下叠层的压电层30。在各个压电层之间布置由导电材料构成的电极层10和20。压电层30和在它们之间布置的导电层10、20在堆叠装置100的纵向上彼此上下堆叠。

[0028] 压电层30例如可以是基于铅-锆石-钛(PZT)的压电陶瓷的膜。导电层10和20可以由铜实施。此外，该材料堆叠在陶瓷膜30和金属的内电极糊10和20中具有有机成分，例如粘合剂。为继续处理未烧结本体，该有机成分在脱碳或者去粘合过程期间通过燃烧从激励器部件的本体中被除去。随后把该首先尚表示多孔本体的堆叠装置100通过烧结处理变换为一种紧密本体。

[0029] 对于激励器部件的质量、尤其是其电气和机械特征参量，在去粘合和烧结过程期间重要的是：使全部在其中处理的激励器部件暴露于均匀的周围环境条件。重要的是，激励器部件的每一个单个的堆叠装置如何被施加在载体设备上以及多个这些堆叠装置如何布置在去粘合或烧结炉中。

[0030] 图2示出载体设备200，该载体设备200例如可以构造为载体板。在该载体板200上，多个堆叠装置100以这些堆叠装置的纵向平放地布置。各个堆叠装置由容纳装置300保持。容纳装置300布置在载体板200上。所述容纳装置分别具有支撑面310，这些支撑面彼此连接。容纳装置的支撑面例如可以成三角形或者锯齿形地接连排列合拢。

[0031] 压电激励器部件1的堆叠装置100以其侧面S100a放入到各个容纳装置300中。在此，激励器部件的侧面S100a接触容纳装置的支撑面310。支撑面310可以具有开口或者孔320。容纳装置例如可以由金属材料、例如由铜构成，其中该金属具有网状的或者格子状的结构。容纳装置的各个支撑面310也可以由彼比连接的冲孔的板材构造。

[0032] 在放入压电部件的各个堆叠装置100之后，可以把覆盖装置400放到激励器部件1的从容纳装置300中突出的侧面S100b上。在此，覆盖装置400的支撑面410接触压电激励器部件1的堆叠装置100的侧面S100b。

[0033] 覆盖装置可以像容纳装置那样构造。覆盖装置例如可以具有金属材料。支撑面以网状或者格子状成型并且具有多个小的开口420。同样也可以使用冲孔的板材。

[0034] 在导电的内电极层由铜构成的压电激励器部件的情况下，容纳装置300和覆盖装置400可以同样包含由铜构成的材料。这种由铜构成的容纳装置或者覆盖装置使得能够在去粘合或烧结炉中在去粘合过程或者烧结过程期间在激励器部件的所有侧面上存在铜和氧化铜的恒定的分压。因为激励器部件的侧面S100a位于覆盖装置的支撑面上并且侧面S100b位于覆盖装置400的支撑面上，所以在烧结过程期间氧气分压中的可能的波动能够得到稳定。

[0035] 当激励器部件的内电极层由铜构造并且容纳装置300或者覆盖装置400同样由铜构成的材料构造时，由铜构成的内电极在去粘合过程或者烧结过程期间在很大程度上被保护不被氧化。在去粘合或烧结炉中包含的氧气首先与容纳装置或者覆盖装置的铜反应，使得氧化处理首先在容纳装置和覆盖装置的支撑面处、而不在堆叠装置的内部中的电极层上发生。为提高激励器部件的周围环境中的铜的量，载体板200也可以由铜制造。

[0036] 各个压电激励器的层堆叠在容纳装置中以平放方式的布置导致，相同的周围环境条件对容纳装置中放入的全部激励器部件起作用。因此在脱碳和烧结期间氧气分压和在烧结期间氧化铅分压均匀地分布在每一个激励器部件的所有四个侧面上。

[0037] 此外，在载体设备200上布置的容纳装置300阻止在激励器部件1和载体设备200的材料之间的相互作用。此外，容纳装置300的支撑面310中的开口320或覆盖装置400的支撑面410中的开口420使得能够把处理气体良好地和均匀地供给激励器部件的全部四个侧面。

[0038] 容纳装置300相对于覆盖装置400互补地构造。当覆盖装置400布置在容纳装置300上时，在容纳装置的支撑面310和覆盖装置的支撑面410之间产生巢，在所述巢中可以放入压电激励器的堆叠装置。通过所述巢为激励器部件创造隔离的区域，在所述隔离的区域中存在恒定的周围环境条件。因此为压电激励器部件的每一个堆叠100创造了一种均匀的、静止的气氛。

[0039] 图3示出用于制造压电激励器部件的方法的另—种实施方式。在此提供多个载体设备200，在所述载体设备200上平放地布置压电激励器部件。各个压电激励器部件布置在容纳装置300中并且被覆盖装置400覆盖。

[0040] 多个这种载体设备200连同在容纳装置和覆盖装置的巢中平放布置的激励器部件1一起在基本载体600上彼此上下堆叠。在此，载体设备200通过间隔保持器700彼此相间隔地布置。间隔保持器700可以构造为间隔螺栓，其用于将各个载体板200彼此分开。

[0041] 另外，彼此上下堆叠的载体设备可以由覆盖设备800覆盖。覆盖设备800例如可以构造为矩形的。但是用覆盖设备800覆盖彼此上下堆叠布置的压电部件应该仅在烧结的情况下使用。在脱碳的情况下，盖子可能会阻止有机粘合剂的裂化产物的运出。覆盖设备800优选由铜构成的材料构造，这导致烧结炉中的气氛的进一步稳定。

[0042] 图4示出用于制造、尤其是用于去粘合和烧结压电激励器层堆叠100的方法的另一种实施方式。载体设备200包括多个扇形的载体元件210。这些载体元件可以由陶瓷材料、例如氧化铝陶瓷或者氧化镁陶瓷构造，其用薄的铜层涂层。

[0043] 各个扇形的载体元件210在去粘合或烧结炉中被布置为，使得载体设备200具有闭合的圆环的形状。在每一个载体元件上平放地布置激励器部件的堆叠装置。这样的圆环形的载体设备的多个平面可以上下相叠地引入到炉中。不同平面的各个载体设备可以用间隔保持器700彼此相间隔地布置在炉中。

[0044] 当去粘合或烧结炉具有圆形的平面图，其中加热元件布置在炉的外侧上和/或布置在炉中的中心轴线上，并且用于供给处理气体——例如氮气、氢气和水蒸汽——的管道同样布置在该炉的圆筒形内部空间的外侧上，对这种各个激励器并排平放在其上的扇形的载体元件的使用使得能够为每一个单个的激励器实现均匀的周围环境。

[0045] 为进一步提高周围环境的均匀性，可以另外用覆盖元件900覆盖激励器部件。图5A和5B示出覆盖元件900a、900b的不同的实施方式，这些覆盖元件尤其能够用于覆盖扇形的载体元件210。覆盖元件900a和900b分别具有上部910和侧部920。

[0046] 在图5A中所示的覆盖元件900a的实施方式中设置四个侧部920。这些侧部920被放置到载体元件210上。上部910然后通过侧部920与载体设备200相间隔地布置。

[0047] 在图5B中所示的覆盖元件900b的实施方式中仅设置两个侧部，其中缺少在图5A中设置的与载体元件的相邻扇段的侧部。在该实施方式中，覆盖元件可以在图4中所示的圆环形的载体设备上组成连续的环，这相应于理想的均匀的结构。

[0048] 附图标记列表

[0049] 1 压电激励器部件

[0050] 10、20 导电层/电极层

[0051] 30 压电材料

[0052] 100 压电激励器部件的堆叠装置

[0053] 200 载体设备

[0054] 210 扇形的载体元件

[0055] 300 容纳装置

[0056] 310 支撑面

[0057] 320 开口

[0058] 400 覆盖装置

[0059] 410 支撑面

[0060] 420 开口

[0061] 500 巢

[0062] 600 基本载体

[0063] 700 间隔保持器

[0064] 800 覆盖设备

[0065] 900 覆盖元件