DE102010031381A1

DE102010031381A1 - Beeinflussung des Schwindungsverhaltens beim Sintern von riegelförmigen Grünkörpern

Info

Publication number: DE102010031381A1
Application number: DE102010031381A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Melcher; Jan Benes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Riegel 6, der aus einem geschichteten Block abgeterstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel 6 eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien 1a, 1b und einen inaktiven Bereich aufweist. Erfindungsgemäß wird eine inhomogene Schwindung des Riegels (6) beim Sintervorgang zumindest vermindert. Dies wird in einer ersten Ausführungsform dadurch erreicht, dass der inaktive Bereich angenähert mittig in dem aktiven Bereich angeordnet ist und der inaktive Bereich aus unbeschichteten Folien 2 zusammengesetzt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Riegel, der aus einem beschichteten Block abgeteilt ist, wobei der Riegel für ein Sintern zur Herstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien und einen inaktiven Bereich aufweist.
Derartige Riegel bzw. Blöcke, aus denen die Riegel abgeteilt werden, sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in einen Durchschubofen gesintert. Dazu sind in auf einer Schubplatte angeordneten Chargenplatten Schlitze eingelassen, in die Ballastplatten eingesteckt werden. Zwischen diesen Ballastplatten werden Grünkörper in Form von Riegeln eingelegt und anschließend werden die Ballastplatten und folglich die dazwischenliegenden Riegel von Deckplatten abgedeckt. Die so vorbereitete Charge wird unter Zuführung von zusätzlicher Prozessluft durch den Durchschubofen hindurchgeführt. Problematisch bzw. unerwünscht ist ein beim Sintervorgang auftretender Verzug und/oder eine ungleichmäßige Schwindung der einzelnen Riegel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, insbesondere eine über einen Riegel ungleichmäßige Schwindung des Riegels beim Sintervorgang zumindest zu vermindern.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform dadurch gelöst, dass der inaktive Bereich angenähert mittig in dem aktiven Bereich angeordnet ist und der inaktive Bereich aus unbeschichteten Folien zusammengesetzt ist. Der so aufgebaute inaktive Bereich weist eine geringere Sinterschwindung auf und wirkt somit der Einschnürung des Riegels im Bereich der beim Stand der Technik auftretenden höchsten seitlichen Einschnürung D_E entgegen. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der inaktive Bereich beidseitig zu dem aktiven Bereich eine graduelle Übergangszone aufweisen, die durch erhöhten Elektrodenabstand gebildet wird. Dabei wird der Abstand zwischen zwei Elektroden stufenweise zur Mitte hin erhöht, was die mechanische Kompatibilität deutlich verbessert. Die Ag-Diffusion in den unbedruckten bzw. unbeschichteten Bereich hinein ist dann ausreichend, um eine übermäßige mechanische Spannung und folglich die Delamination zu verhindern. Dabei kann für die unbeschichteten Folien ein Stapel von 25 Schichten ausreichend sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Kopfbereich und/oder ein Fußbereich aus einer mit Metallpaste, insbesondere silberhaltiger Paste beschichteten Folien aufgebaut und an die beiden aktiven Bereiche angesetzt. Dieser Kopfbereich und/oder Fußbereich (Floating electrodes) besteht aus Schichten, die mit einer Ag-haltigen Paste beschichtet sind.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Riegel und einer Chargenplatte eine Zwischenlage eingefügt ist. Diese Zwischenlage kann aus Zirkoniumoxid-Kugeln oder Rundstäben bestehen. Diese Zwischenlagen vermindern die Reibung des Riegels auf der Chargenplatte und reduzieren somit den insbesondere trapezförmigen Verzug D_T. Alternativ kann auch ein Braunling aus Bleizirkonat-Titanat zwischen den Riegel und der Chargenplatte zwischengefügt werden. Schließlich kann der Riegel auch auf seine Breitseite ggf. unter Anwendung der zuvor beschriebenen Maßnahme auf die Chargenplatte gelegt werden. Durch alle diese Maßnahmen wird der trapezoide Verzug D_T eines Riegels vermindert. Neben diesem Verzug kommt es außerdem zu der ersten Ausführungsform beschriebenen Einschnürung an den Enden des Riegels. Eine Ursache hierfür ist die Tatsache, dass die Enden des Riegels beim Aufheizen des Ofens die stärkste Erwärmung erfahren und vorzeitig zu sintern beginnen. Diesem Effekt kann neben der geschilderten ersten Maßnahme auch dadurch begegnet werden, dass der Riegel an dessen Enden im Bereich der ersten Isozonen im Grünzustand eingeschnitten ist. Die so abgeteilten Randstücke nehmen anfangs den größten Teil der thermischen Energie auf und schirmen den restlichen Riegel ab, ohne mit ihm in mechanischem Kontakt zu stehen. Diese Endbereiche werden nach dem Sintern des Riegels entfernt und ausgesondert.
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch beliebige Kombinationen der einzelnen Maßnahmen angewendet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Blocks bzw. eines daraus abgeteilten Riegels mit einem erfindungsgemäßem Aufbau,
2 einen Riegel, der unter Einfügung von Zirkoniumoxidrundstäben auf einer Chargenplatte angeordnet ist,
3 einen Riegel, der unter Zwischenfügung von Zirkoniumoxidkugeln auf einer Chargenplatte angeordnet ist,
4 einen Riegel, der unter Zwischenfügung eines Braunlings auf einer Chargenplatte abgelegt ist, und
5 einen Riegel mit möglichem Verzug.
Ausführungsformen der Erfindung
Der in 1 dargestellte Schnitt durch einen Block bzw. einen daraus abgeteilten Riegel weist zwei aktive Bereiche aus beschichteten Folien 1a, 1b auf. Dabei bildet die Beschichtung die jeweils abwechselnd zu gegenüberliegenden Seiten des fertigen Piezoaktors herausgeführten Innenelektroden, die mit Außenelektroden zur Zuführung einer Spannung kontaktiert werden. Durch die angelegte Spannung führen die aktiven Bereiche eine Ausdehnung aus, die für den gewünschten Effekt, beispielsweise beim Verbau in einem Piezoinjektor zur Betätigung eines Ventils, eingesetzt werden.
Zwischen den beschichteten Folien 1a, 1b ist ein inaktiver Bereich aus unbeschichteten Folien 2 eingefügt, der von jeweils einem Übergangsbereich 3a, 3b, bei dem der Abstand zwischen zwei Elektroden stufenweise zur Mitte hin erhöht ist, eingefasst ist. Endseitig weist der Stapel Deckpakete 4a, 4b auf, die als so genannte Floating Electrodes (dies bedeutet, dass die Elektroden nicht zur Kaontaktierung herausgeführt werden) aus mit einer Ag-haltigen Paste beschichteten Folien aufgebaut sind. Diese Deckpakete 4a, 4b bilden den Kopfbereich und den Fussbereich des fertigen Piezoaktors. Durch die Anordnung der unbeschichteten Folien in der Mitte des Blocks bzw. des Riegels wird in diesem Bereich die Schwindung zumindest deutlich reduziert.
In der später erläuterten 5 ist dieser Bereich der Schwindung etwa in der Mitte in Höhe der Kennzeichnung ½D_E angeordnet.
Alternative oder ergänzende Maßnahmen zur Minderung des Verzugs beim Sintern sind gemäß 3 das Unterlegen von Zirkoniumoxidkugeln 7 unter den Riegel 6 beim Auflegen auf die Chargenplatte.
In 2 sind alternativ Zirkoniumoxidrundstäbe 5 unter den Riegel gelegt. Das Material für die Kugeln beziehungsweise die Rundstäbe muss aber nicht zwangsmäßig Zirkonium sein.
4 zeigt einen Riegel 6, unter den ein Braunling 8 beim Auflegen auf die Chargenplatte eingefügt ist. Zusätzlich ist in dieser Figur auf beiden Seiten des Riegels 6 ein Einschnitt 9 angebracht, der die seitliche Einschnürung des Riegels 6 vermindert.
In 5 sind ausgehend von dem äußeren idealen Quader, dessen Form nach dem Sintern in überzeichneter Form dargestellt. Dabei treten folgende Deformationen auf. Dies sind auf beiden Seiten eine seitliche Einschnürung D_E, eine Ausbildung in einer Trapezform D_T und ein (einseitiger) Höhenunterschied D_H.

Claims

Riegel (6), der aus einem geschichteten Block abgeteilt ist, wobei der Riegel (6) für ein Sintern zur Herstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien (1a, 1b) und einen inaktiven Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der inaktive Bereich angenähert mittig in dem aktiven Bereich angeordnet ist und der inaktive Bereich aus unbeschichteten Folien (2) zusammengesetzt ist.
Riegel (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfbereich und/oder ein Fußbereich aus mit einer Metallpaste, insbesondere einer silberhaltigen Paste beschichteten Folien aufgebaut ist.
Riegel (6), der aus einem geschichteten Block abgeteilt ist, wobei der Riegel (6) für ein Sintern zur Herstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel (6) eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien (1a, 1b) und einen inaktiven Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Riegel und einer Chargenplatte eine Zwischenlage eingefügt ist.
Riegel (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage Kugeln, insbesondere Zirkoniumoxidkugeln (7) oder Rundstäbe, insbesondere Zirkonium-Rundstäbe (5) sind.
Riegel (6), der aus einem geschichteten Block abgeteilt ist, wobei der Riegel (6) für ein Sintern zur Herstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel (6) eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien (1a, 1b) und einen inaktiven Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (6) auf seine Breitseite auf eine Chargenplatte aufgelegt ist.
Riegel (6), der aus einem geschichteten Block abgeteilt ist, wobei der Riegel (6) für ein Sintern zur Herstellung eines Stapel-Piezoaktors vorgesehen ist und jeder Riegel (6) eine Anzahl von Schichten bildend einen aktiven Bereich aus beschichteten Folien (1a, 1b) und einen inaktiven Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (6) an seinen Enden eingeschnitten ist.