CN1115732C - 陶瓷膜片结构的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷膜片结构的制造方法，包括：在具有至少一个窗口部位和至少一层的陶瓷生坯基片上叠置具有至少一层的陶瓷生坯薄片，以便覆盖窗口部位，获得单一的叠层体；烧结该单一的叠层体，以使膜片部分具有向窗口部位相反一侧的突出。

Description

陶瓷膜片结构的制造方法
技术领域
本发明涉及陶瓷膜片结构的制造方法，该膜片结构用做各种传感器、压电/电致伸缩执行元件等的构成部件。
背景技术
陶瓷膜片结构具有如下结构，其中在具有至少一个窗口部位的基片上叠置柔性膜片薄板，以便覆盖窗口部位并用做膜片。这种陶瓷膜片结构通过如下构成方式用于各种传感器，即由膜片部分通过适当方式检测由待测量对象所引起的弯曲位移，或者用做压电/电致伸缩执行装置的构成部件，利用膜片部分的形变对形成在执行装置内的压力室加压。
陶瓷膜片结构的制造方法是在陶瓷生坯基片上(以下称为生坯基片)单一地叠置陶瓷生坯薄片(以下称为生坯薄片)，从而获得叠层件，然后烧结叠层件。烧结之后，生坯基片变成基片，生坯薄片变成膜片。近年来，已经使用的陶瓷膜片结构3具有膜片部分1，膜片形状是朝向与基片2的窗口部位8相反一侧突出，如图1所示，以便防止在烧结时产生破裂或下陷。具有上述突出形状的这种膜片部分1与具有平坦形状的膜片部分相比，可以具有更高的固有谐振频率。而且，已经证实具有突出形状的膜片部分有优异的机械强度，而且对在膜片部分1表面上形成的膜烧结不会影响机械强度。
制造具有突出形状的陶瓷膜片结构时，用于生坯基片和生坯薄片的材料，亦即处于图2中斜线所示范围内的材料应是满足下列公式1)、2)、和3)的材料。
1)S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
2)0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
3)S(基片)-S(薄片)≤20(S基片)和S(薄片)分别表示生坯基片和生坯薄片的收缩率(％)。T70(基片)和T70(薄片)表示生坯基片和生坯薄片的中间烧结温度。)
日本特许公开平8-51238公开了利用这种材料，可以在生坯薄片中制成向基片的窗口部位相反一侧突出，从而烧结时不发生任何破裂等。亦即，通过在生坯基片与生坯薄片之间设置收缩率和中间烧结温度的差，可以形成薄的陶瓷部位。
而且，收缩率(％)表示在与烧结叠层体相同的温度单独烧结生坯基片和生坯薄片时在表面方向的收缩率(％)，收缩率(％)表示为{(烧结前长度-烧结后长度)/烧结前长度}×100％。表面方向不是厚度方向，它表示在生坯基片或者生坯薄片成型的表面上预定方向。中间烧结温度表示上述收缩率达到70％时的烧结温度，烧结步骤中的S(基片)和S(薄片)、中间烧结温度是展示烧结速率的标志。
但是，日本特许公开平8-51238所公开的方法是基于如下假设，从靠近生坯薄片的部位到远离生坯薄片的部位，生坯基片的收缩率和中间烧结温度是一致的。在此方法中，膜片结构具有大的波度，在包括膜片结构的陶瓷板引起整体翘曲。如图5和图7所示，陶瓷膜片结构3由基片2和膜片板12组成。多个陶瓷膜片结构3构成陶瓷板15。即使陶瓷板15再次在加负载的条件下烧结，也难以还原上述翘曲和波度。加在陶瓷板15上的负载过大时，膜片部分和/或基片会受损。保持翘曲或波度于原样时，膜片结构的尺寸精度变劣。因而在膜片板上的图型印刷精度变劣，和/或产生膜片板上形成的膜厚变化。所以，这种膜片结构用于传感器时，传感器的检测精度产生变化；用于压电/电致伸缩执行装置时，执行装置变劣或产生位移变化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种陶瓷膜片结构的制造方法，可以形成具有向基片窗口部位相反一侧突出的膜片部分，并有利于使包括膜片结构的陶瓷板的翘曲和/或膜片结构的波度降至最小。
根据本发明，提供一种陶瓷片结构的制造方法，包括：
在具有至少一个窗口部位和至少一层的陶瓷生坯基片上叠置具有至少一层的陶瓷生坯薄片，以便覆盖窗口部位，获得单一的叠层体；
烧结该单一的叠层体，以使膜片部分具有向窗口部位相反一侧的突出：
其中，陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片满足：
<1>S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
<2>0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
<3>S(基片)-S(薄片)≤20(S(基片)，S(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的收缩率(％)。T70(基片)和T70(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的中间烧结温度。)
而且，如下式所示的陶瓷生坯基片的平均烧结温度差大于零
(N代表构成陶瓷生坯基片的层数。T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)。tn和tn+1分别代表烧结单一的叠层体之后，从第n层的下表面和上表面到基片中心线的距离，对于中心线之下的表面设置-，对于中心线之上的表面设置+)。
根据本发明，还提供一种陶瓷膜片结构的制造方法，包括：
在具有至少一个窗口部位和至少一层的陶瓷生坯基片上叠置具有至少一层的陶瓷生坯薄片，以便覆盖窗口部位，获得单一的叠层体；
烧结该单一的叠层体，以使膜片部分具有向窗口部位相反一侧的突出；
其中，陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片满足：
<1>S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
<2>0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
<3>S(基片)-S(薄片)≤20(S(基片)，S(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的收缩率(％)。T70(基片)和T70(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的中间烧结温度。)
而且，如式5所示的陶瓷生坯基片的平均收缩率之差大于零
Figure C9711487200072
(N代表构成陶瓷生坯基片的层数。S(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的收缩率(％)。tn和tn+1分别代表烧结单一的叠层体之后，从第n层的下表面和上表面到基片中心线的距离，对于中心线之下的表面设置-，对中心线之上的表面设置+)。
最好由式6获得的中间烧结温度(℃)大于陶瓷生坯薄片的中间烧结温度(℃)，
(M代表烧结单一的叠层体之后，构成基片的各层之中位于中心线之下的层数。An代表烧结单一的叠层体之后从陶瓷基片底部起第n层的厚度。但是，就第M层而言，An代表从该层下表面到中心线的距离。T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)。A代表烧结单一的叠层体之后从基片最下层的下表面到中心线的距离。)
该中间烧结温度(℃)由式7获得
Figure C9711487200081
(L代表构成陶瓷生坯基片的层数。T70(薄片)n代表当陶瓷生坯薄片位于陶瓷生坯基片上侧，从构成陶瓷生坯薄片的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)。Bn代表烧结单一的叠层体之后从构成膜片板的各层底部位于第n层的厚度。B表示膜片板的厚度。)
陶瓷生坯薄片最好由部分稳定的氧化锆、完全稳定的氧化锆、氧化铝或者它们的混合物制成，或者由烧结后变成上述材料之一的原材料制成，任何一种材料的平均颗粒直径为0.05-1.0μm。
附图说明
图1是展示具有突出形状膜片部分的陶瓷膜片结构的实施例的剖面图。
图2是构成突出形状膜片部分的生坯基片和生坯薄片的收缩率和中间烧结温度的数值范围曲线图。
图3是展示具有突出形状膜片部分的陶瓷膜片结构的另一实施例的剖面图。
图4是烧结具有多层的单一的叠层体之后陶瓷基片的实施例的部分剖面图。
图5是展示具有突出形状膜片部分的陶瓷膜片结构的又一实施例的剖面图。
图6是展示具有突出形状膜片部分的陶瓷膜片结构的又一实施例的剖面图。
图7是具有多层陶瓷膜片结构的陶瓷板的透视图。
具体实施方式
本发明中，采用生坯基片和生坯薄片制造陶瓷膜片结构，两者具有的收缩率和中间烧结温度满足下式1、2和3：
<1>S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
<2>0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
<3>S(基片)-S(薄片)≤20(式中符号含义如上所示。)而且，基片中由式4所示的平均烧结温度之差应大于0，或者由式5所示的平均收缩率之差大于0。
Figure C9711487200091
式<4>中，N代表构成生坯基片的层数。T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)，如图3所示，tn和tn+1分别代表从第n层的下表面和上表面到基片中心线的距离，对于中心线之下的表面设置-，对于中心线之上的表面设置+。中心线是烧结单一的叠层体之后在最下层4的下表面和位于第N层6的上表面之间相互连接中点而形成的线。式5中，S(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的收缩率(％)。
顺便提及，式1中的S(基片)可由下式8计算：
Figure C9711487200092
(N和S(基片)的含义如上。Cn代表烧结单一的叠层体之后从单一的叠层体底部起位于第n层的厚度。C代表烧结单一的叠层体之后的基片厚度)。T70(基片)可由下式9计算：
(N，T70(基片)n，Cn和C的含义如上。)构成多层生坯薄片时，可以按相同方式计算S(基片)和T70(基片)。
因此，根据本发明的方法，通过改变与生坯薄片的距离来调节生坯基片的中间烧结温度和收缩率对生坯薄片的影响。亦即，由各自具有独立的中间烧结温度和独立的收缩率的多层构成生坯基片，并调节这些值。因此，膜片部分可以具有朝向形成于基片中的窗口部位相反一侧的突出形状，可有利于使膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲减至最小。
具体的，如图4所示的烧结单一的叠层体之后的基片7中，平均烧结温度之差和平均收缩率之差可由下式<4>和<5>计算：
平均烧结温度之差 = T 1 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 350 - 250 + T 2 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 250 - 150 + T 3 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 150 - 50 + T 4 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 50 50 + T 5 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] 50 250 + T 6 &times; [ ( 1 / 2 X 2 ] 250 350
＝(-60000T1-40000T2-20000T3+0T4+60000T5+60000T6)/2平均收缩率之差 = S 1 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 350 - 250 + S 2 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 250 - 150 + S 3 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 150 - 50 + S 4 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] - 50 50 + S 6 &times; [ ( 1 / 2 ) X 2 ] 50 250 + S 6 &times; [ ( 1 / 2 X 2 ] 250 350 ＝(-60000S1-40000S2-20000S3+0S4+60000S5+60000S6)/2
而且，T1-T6和S1-S6分别代表位于第n层的中间烧结温度和收缩率。烧结之后第五层的厚度是200μm。烧结之后其他层的厚度是100μm。
构成生坯基片的各层相互连接时，在各层之间的每一间隙中形成连接层。在这种情况下，连接层在上述计算中做为基片看待。
本发明中，烧结单一的叠层体之后位于基片中心线之下部分中的生坯基片的中间烧结温度(℃)，从提高突出形状的形成稳定性来看，最好高于生坯薄片的烧结温度。
烧结之后位于中心线之下的生坯基片的中间烧结温度(℃)由下式6表示：
Figure C9711487200105
(M代表烧结单一的叠层体之后，在构成基片的各层中位于中心线之下的层数。An代表烧结单一的叠层体之后，在构成基片的各层中从最低层起位于第n层的厚度。但是，就从最低层起位于第m层来说，An从该层下表面到中心线的厚度。T70(基片)n的含义如上所示。A代表代表烧结单一的叠层体之后，从基片最低层的下表面到中心线的距离。)生坯薄片的中间烧结温度(℃)由下式7表示：
Figure C9711487200106
(L代表构成生坯薄片的层数。T70(薄片)n代表当单一的叠层体设置成生坯薄片位于基片之上时，在构成生坯薄片的各层中从最低层起位于第n层的中间烧结温度(℃)。Bn代表在构成膜片板的各层中从最低层起位于第n层的厚度。B代表膜片板的厚度。)
本发明中，采用满足上述条件的生坯基片和生坯薄片制造陶瓷膜片结构。具体地，按如下方式制造：
开始，模塑成型生坯基片和生坯薄片。作为生坯基片和生坯薄片的材料，可以采用富铝红柱石、氧化铍、尖晶石、二氧化钛、氮化铝、氮化硅、稳定的氧化锆、部分稳定的氧化锆、氧化铝及其混合物。另外，也可以采用烧结之后变成上述材料之一的原材料。
具体地，用于生坯薄片的材料最好是部分稳定的氧化锆、稳定的氧化锆、氧化铝及其混合物，或者烧结之后变成这些材料之一的原材料。更具体地，作为日本特许公开平5-270912所公开的本发明人，使用了具有部分稳定的氧化锆作为主成分的材料，主要由四方晶系结构构成，或者由选自四方晶系结构、立方晶系结构和单斜晶系中的至少两种构成的混晶构成。
就保证生坯基片和生坯薄片的可靠性和单一的形成而言，用于生坯基片的材料最好与生坯薄片相同。另外，也可以采用陶瓷材料例如玻璃陶瓷或堇青石。
而且，从膜片部分的机械强度来看，生坯薄片应采用以下材料形成，部分稳定的氧化锆、稳定的氧化锆、氧化铝、含上述混合物作为主成分的材料、或者烧结之后变成这些材料之一的原材料、平均颗粒尺寸为0.05-1.0μm的粉末状材料。
从强度、杨氏模量来看，陶瓷膜片结构的膜片板最好是30μm以下，3-20-μm更好。膜片板最好具有90％以上的相对密度(块密度/理论密度)，95％以上更好，98％以上最好。
对基片厚度无特别限制，根据其膜片结构的使用来适当地确定。然而，为了提高本发明的效果，基片的总厚度最好是50μm以上。
生坯基片和生坯薄片可以按以下方法获得，向上述材料添加粘合剂、增塑剂、分散剂、助熔剂和有机溶剂等，制备浆料或膏；通过传统的已知方法例如刮刀法、压延法、印刷法和回动轧制涂敷法制成组成部件；对组成部件按需要进行切割、修正、冲制等；堆叠组成部件给出预定形状和预定厚度。
然后，在生坯基片上叠置生坯薄片制备单一的叠层体。生坯薄片叠置在生坯基片上以便覆盖形成于生坯薄片的窗口。通过热压等可以获得单一的叠层体。
最后，对单一的叠层体烧结，以便获得陶瓷膜片结构，其膜片部分具有向形成于基片的窗口部分相反一侧的突出形状。而且，烧结温度最好是1200-1700℃，1300-1600℃更好。
[实施例]
通过实施例对本发明做更详细的说明。但是，本发明不受这些实施例的限制。
(实施例1)
采用本发明的方法，制造具有两层基片的陶瓷膜片结构，以便满足上式1、2、3和4。
向平均颗粒直径为0.4-1.0μm的100重量份的部分稳定的氧化锆粉末(含0.1-0.5％的氧化铝)添加7.6重量份的聚乙烯醇缩丁醛作为粘合剂，3.8重量份的邻苯二甲酸二辛酯作为增塑剂，80重量份的比例为1∶1(体积)的甲苯和2-丙醇的混合物作为溶剂，和0-2.0重量份的脱水山梨糖醇脂肪酸酯作为分散剂、如果需要的话。用球磨机把它们混合5-50小时，获得浆料。对浆料除气，调节粘度，以使用于生坯薄片的浆料粘度为2000cps和用于生坯基片的浆料粘度为20000cps。
利用刮刀法对上述浆料成型为预定形状，获得构成生坯基片的各层，通过回动轧制涂敷获得生坯薄片。
顺便提及，当由球磨机混合材料的时间较长时，或者当分散剂量较多时，收缩率变小。当球磨混合时间较长或者二氧化铝量较多时，中间烧结温度变低。通过控制这些因素，生坯基片的收缩率调节为20.76％，生坯薄片的收缩率调节为21.5％。
生坯基片的第一层(当陶瓷膜片结构被设置，以致膜片板置于上侧时，从底部起位于第n处的层称为第n层。下同)的中间烧结温度调节为1310℃，第二层的中间烧结温度调节为1330℃，生坯薄片的中间烧结温度调节为1272℃。
通过叠置上述各层，制成由两层构成的生坯基片。而且，生坯薄片叠置在生坯基片上，在200kg/cm2的压力下进行热压，获得单一的叠层体。在1500℃烧结单一的叠层体3小时，制成包括四层膜片结构3的陶瓷板，每层结构各具有三个窗口部位8，如图5所示。窗口部位即膜片部位1在烧结后为尺寸是0.5×0.7mm的矩形。沿0.5mm的边的两个相邻窗口之间的距离是0.3mm。此外，基片2的第一层9设置有烧结后直径为0.2mm的通孔10，并与窗口部位8连接。在基片2中，第一层9和第二层11烧结后各具有100μm的厚度。膜片板12烧结后的厚度为10μm。
对上述膜片结构测量膜片中是否存在突出形状。对每个膜片结构测量波度的量，对包括膜片结构的陶瓷板测量翘曲的量。结果如表1所示。另外，表1展示了生坯基片的平均烧结温度和平均收缩率的差，中间烧结温度(T70(基片))，整个生坯基片的收缩率(S(基片))，中心线之下的生坯基片部分的中间烧结温度，这些是根据式4、5、8、9和6计算的。顺便提及，计算这些时，对从构成这些层的薄片中取出的10×10mm的样品测量生坯基片每层的中间烧结温度(T70(基片)n)的和收缩率(S(基片)n)。结果也列于表1。
(实施例2-8)
在实施例2-8的每个之中，按与实施例1相同的方式制造具有满足上述1、2、3和式4和中至少一个的四个陶瓷膜片结构，并由两层构成，只是改变构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率。在实施例4和8中，生坯薄片的中间烧结温度和收缩率分别是1262℃和21.38％。
对上述膜片结构测量膜片部分的突出形状、膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲。结果如表1所示。表1还展示了其它值，例如生坯基片的平均烧结温度的差，这些值是根据构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率和上述公式计算的。
                                                      表1
  n层   厚度(μm) T70(基片)n(℃) T70(基片)(℃) S(基片)n(％) S(基片)(％) 平均烧结温度之差 平均收缩率之差 中心线以下的中间烧结温度(℃) 翘曲和/或波度 突出形状的存在
实施例 1 第一层第二层   100100   13101330   1320   20.7620.76   20.76     0   ＞0   1310   小   存在
2 第一层第二层   100100   12721310   1291   20.0020.72   20.36   ＞0   ＞0   1272   小   存在
3 第一层第二层   100100   13401370   1355   20.4720.47   20.47   ＞0     0   1340   小   存在
4 第一层第二层   100100   13301400   1365   20.4520.45   20.45   ＞0     0   1330   小   存在
5 第一层第二层   100100   13221322   1322   20.7020.97   20.84     0   ＞0   1322   小   存在
6 第一层第二层   100100   13221322   1322   20.0021.07   20.54     0   ＞0   1322   小   存在
7 第一层第二层   100100   13101310   1310   22.4823.07   22.78     0   ＞0   1310   小   存在
8 第一层第二层   100100   13601360   1360   18.0022.38   20.19     0   ＞0   1360   小   存在
(对比例1-6)
按与实施例1相同的方式制造具有膜片结构的陶瓷板，膜片结构满足上述公式1、2和3，或者式2和3，不满足式4和5、或者式1、4和5，只是构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率不同于实施例1。顺便提及，生坯薄片的中间烧结温度和收缩率分别是1272℃和21.50％，这与实施例1相同。
对上述膜片结构测量膜片部分的突出形状，膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲。结果如表2所示。表2还展示了其它值，例如生坯基片的平均烧结温度的差，这些值是根据构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率和上述公式计算的。
                                                  表2
  n层   厚度(μm)  T70(基片)n(℃) T70(基片)(℃) S(基片)n(％) S(基片)(％) 平均烧结温度之差 平均收缩率之差 中心线以下的中间烧结温度(℃) 翘曲和/或波度 突出形状的存在
对比例 1 第一层第二层   100100   12721272   1272   20.0020.00   20.00     0     0   1272   小  不存在
2 第一层第二层   100100   13101310   1310   20.7220.72   20.72     0     0   1310   中   存在
3 第一层第二层   100100   13301330   1330   20.7920.79   20.79     0     0   1330   大   存在
4 第一层第二层   100100   13301310   1320   20.7620.76   20.76     ＜0     0   1330   大   存在
5 第一层第二层   100100   13221322   1322   20.9720.97   20.97     0     0   1322   大   存在
6 第一层第二层   100100   13221322   1322   20.9721.70   20.84     0     ＜0   1322   极大   存在
(实施例9)
制造具有膜片结构的陶瓷板，基片由五层构成，以便满足1，2，3，4和5。
用平均直径在0.2～0.8μm范围的氧化铝粉末100份重量，与作为粘合剂的聚乙烯醇缩丁醛11份重量、作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯5.5份重量、作为溶剂的比例为1∶1(体积)的甲苯和2-丙醇的混合物11份重量、和如果需要的作为分散剂的脱水山梨糖醇脂肪酸酯0-3.0份重量，在球磨机混合5～50小时，制备浆料。对浆料涂气，调节粘度，以使用于生坯薄片的粘度为2000cps，用于生坯基片的粘度为20000cps。按与实施例1相同的方式形成构成生坯基片和生坯薄片的各层。
通过控制与实施例1相同的因素，把生坯薄片的收缩率和中间烧结温度调节为21.4％和1270℃。另一方面，把生坯基片的收缩率调节为从第一层起为20.50％、20.63％、20.59％、20.38％、20.79％、，生坯基片的中间烧结温度调节为1310℃、1340℃、1330℃、1360℃和1330℃。
堆叠上述各层，以便获得由五层构成的生坯基片。然后，在生坯基片上叠置生坯薄片，制成单一的叠层体，在100℃于200kg/cm2进行一分钟热压处理。在1550℃对单一的叠层体烧结3小时，制成具有四个膜片结构3的陶瓷板15，每个膜片结构3具有三个窗口8，如图6所示。每个窗口部分8即膜片部分1的形状在烧结后为0.8×1.2mm的矩形。烧结之后沿0.8mm一边的两个相邻窗口8之间的距离是0.5mm。基片2的第四和第二层具有与第五层相同的形状。第一和第三层设置有烧结后直径各为0.2mm的通孔10，并与各窗口部分8连接。基片2的第一、第二、第三、第四和第五层分别具有200μm、250μm、100μm、50μm和100μm的厚度。膜片板12的厚度为20μm。
对上述膜片结构测量膜片部分的突出形状、膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲。结果如表3所示。表3还展示了其它值，例如生坯基片的平均烧结温度之差和平均收缩率之差，整个生坯基片的中间烧结温度和收缩率，生坯基片中心线之下部分的中间烧结温度，根据上式计算这些值。
(实施例10)
按与实施例9相同的方式制造具有膜片结构的陶瓷板，其基片由五层构成，使其满足式1、2、3和4，只是构成生坯基片的各层具有不同于实施例9的中间烧结温度和收缩率。顺便提及，生坯薄片具有1260℃的中间烧结温度和21.3％的收缩率。
对上述膜片结构测量膜片部分的突出形状、膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷基片的翘曲。结果如表3所示。表3还展示了其它值，例如生坯基片的平均烧结温度之差，这些值是根据构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率和上式计算的。
(对比例7)
按与实施例9相同的方式制造具有膜片结构的陶瓷板，该膜片结构满足式1、2和3，不满足式4，只是构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率不同于实施例9。顺便提及，正如实施例9，用于膜片板的生坯薄片的中间烧结温度和收缩率分别是1270℃和21.40％。
对上述膜片结构测量膜片部分的突出形状，膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲。结果如表3所示。表3中还展示了其它值，例如生坯基片的平均烧结温度之差，这些值是根据构成生坯基片的各层的中间烧结温度和收缩率和上式计算的。
                                           表3
 n层 厚度(μm) T70(基片)n(℃) T70(基片)(℃) S(基片)n(％) S(基片)(％) 平均烧结温度之差 平均收缩率之差 中心线以下的中间烧结温度(℃) 翘曲和/或波度 突出形状的存在
实施例9 第一层第二层第三层第四层第五层   20025010050100   13101340133013601330   1330   20.5020.6320.5920.3820.79   20.59     0   ＞0     1323     小   存在
实施例10 第一层第二层第三层第四层第五层   20025010050100   13301320134513701360   1336   20.7220.9120.7820.3820.79   20.78   ＜0   ＜0   1326     小   存在
对比例7 第一层第二层第三层第四层第五层   20025010050100   13601310130013151320   1325   20.7220.3020.5320.3820.79   20.53   ＜0   ＜0   1339   大   存在
各实施例中，所有膜片部分具有突出形状，只有在膜片结构产生的轻度波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的轻度翘曲。另一方面，在各对比例，某些膜片部分不具有突出形状。对于对比例中具有突出形状的膜片部分来说，膜片结构或者包括膜片结构的陶瓷板具有严重的翘曲或波度。
本发明的方法中，控制生坯基片和生坯薄片的中间烧结温度和收缩率，使其满足是预定各式。因此，使得考虑生坯基片的中间烧结温度和收缩率对生坯薄片的影响的变化的调节成为可能，该调节包括取决于离开生坯薄片的距离的影响变化。作为结果，膜片部分具有向基片窗口部位相反一侧的突出形状，烧结后膜片结构的波度和/或包括膜片结构的陶瓷板的翘曲可以有利地减至最小。所以，膜片结构用做传感器时，可以防止检测精度的变化。膜片结构用做压电/电致伸缩执行装置时，可以避免变劣或位移变化。

Claims (6)

1、一种陶瓷膜片结构的制造方法，包括：
在具有至少一个窗口部位和至少一层的陶瓷生坯基片上叠置具有至少一层的陶瓷生坯薄片，以便覆盖窗口部位，获得单一的叠层体；
烧结该单一的叠层体，以使所述陶瓷膜片具有向窗口部位相反一侧的突出；
其中，陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片满足：
1)S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
2)0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
3)S(基片)-S(薄片)≤20其中S(基片)、S(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的收缩率(％)，T70(基片)和T70(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的中间烧结温度(℃)，所述中间烧结温度表示上述收缩率达到70％时的烧结温度，
其特征在于，如下式所示的陶瓷生坯基片的平均烧结温度差大于零，
Figure C9711487200021
其中N代表构成陶瓷生坯基片的层数，T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)，tn和tn+1分别代表烧结单一的叠层体之后，从第n层的下表面和上表面到基片中心线的距离，对于中心线之下的表面定义为-，对于中心线之上的表面定义为+。
2.根据权利要求1的陶瓷膜片结构的制造方法，其特征在于由式6)获得的中间烧结温度(℃)大于陶瓷生坯薄片的中间烧结温度(℃)，
Figure C9711487200022
其中M代表烧结单一的叠层体之后，构成基片的各层之中位于所述基片中心线之下的层数，An代表烧结单一的叠层体之后从陶瓷基片底部起第n层的厚度，但是，就第M层而言，An代表从该层下表面到中心线的距离，T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的所述中间烧结温度(℃)，A代表烧结单一的叠层体之后从基片最下层的下表面到基片中心线的距离，
该中间烧结温度(℃)由式7获得
其中L代表构成陶瓷生坯基片的层数，T70(薄片)n代表当陶瓷生坯薄片位于陶瓷生坯基片上侧，从构成陶瓷生坯薄片的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)，Bn代表烧结单一的叠层体之后从构成膜片板的各层底部起位于第n层的厚度，B代表膜片板的厚度。
3.根据权利要求1或2的陶瓷膜片结构的制造方法，其特征在于，陶瓷生坯薄片由部分稳定的氧化锆、完全稳定的氧化锆、氧化铝或者它们的混合物制成，或者由烧结后变成上述材料之一的原材料制成，任何一种材料的平均颗粒直径为0.05-1.0μm。
4.一种陶瓷膜片结构的制造方法，包括：
在具有至少一个窗口部位和至少一层的陶瓷生坯基片上叠置具有至少一层的陶瓷生坯薄片，以便覆盖窗口部位，获得单一的叠层体；
烧结该单一的叠层体，以使所述陶瓷膜片具有向窗口部位相反一侧的突出；
其中，陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片满足：
1)S(基片)-S(薄片)≥-0.08{T70(基片)-T70(薄片)}-1
2)0≤T70(基片)-T70(薄片)≤300
3)S(基片)-S(薄片)≤20其中S(基片)、S(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的收缩率(％)，T70(基片)和T70(薄片)分别代表陶瓷生坯基片和陶瓷生坯薄片的中间烧结温度(℃)，所述中间烧结温度表示上述收缩率达到70％时的烧结温度，
其特征在于，如式5所示的陶瓷生坯基片的平均收缩率之差大于零
其中N代表构成陶瓷生坯基片的层数，S(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的收缩率(％)，tn和tn+1分别代表烧结单一的叠层体之后，从第n层的下表面和上表面到基片中心线的距离，对于中心线之下的定义为设置-，对于中心线之上的表面定义为+。
5.根据权利要求4的陶瓷膜片结构的制造方法，其特征在于由式6)获得的中间烧结温度(℃)大于陶瓷生坯薄片的中间烧结温度(℃)，
Figure C9711487200041
其中M代表烧结单一的叠层体之后，构成基片的各层之中位于所述基片中心线之下的层数，An代表烧结单一的叠层体之后从陶瓷基片底部起第n层的厚度，但是，就第M层而言，An代表从该层下表面到中心线的距离，T70(基片)n代表从其上具有陶瓷生坯薄片的陶瓷生坯基片中的叠层体底部起位于第n层的所述中间烧结温度(℃)，A代表烧结单一的叠层体之后从基片最下层的下表面到基片中心线的距离，
该中间烧结温度(℃)由式7获得
其中L代表构成陶瓷生坯基片的层数，T70(薄片)n代表当陶瓷生坯薄片位于陶瓷生坯基片上侧，从构成陶瓷生坯薄片的叠层体底部起位于第n层的中间烧结温度(℃)，Bn代表烧结单一的叠层体之后从构成膜片板的各层底部起位于第n层的厚度，B代表膜片板的厚度。
6.根据权利要求4或5的陶瓷膜片结构的制造方法，其特征在于，陶瓷生坯薄片由部分稳定的氧化锆、完全稳定的氧化锆、氧化铝或者它们的混合物制成，或者由烧结后变成上述材料之一的原材料制成，任何一种材料的平均颗粒直径为0.05-1.0μm。
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