DE102011003679A1 - Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating - Google Patents

Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating Download PDF

Info

Publication number
DE102011003679A1
DE102011003679A1 DE102011003679A DE102011003679A DE102011003679A1 DE 102011003679 A1 DE102011003679 A1 DE 102011003679A1 DE 102011003679 A DE102011003679 A DE 102011003679A DE 102011003679 A DE102011003679 A DE 102011003679A DE 102011003679 A1 DE102011003679 A1 DE 102011003679A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
calcium
block
piezoelectric
raw material
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011003679A
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Cromme
Kristin Schoenau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011003679A priority Critical patent/DE102011003679A1/en
Publication of DE102011003679A1 publication Critical patent/DE102011003679A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261Milling
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/05Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides
    • H10N30/8554Lead-zirconium titanate [PZT] based
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/76Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/768Perovskite structure ABO3
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C04B2235/9615Linear firing shrinkage
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/34Oxidic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Producing piezoelectric workpieces (7), comprises producing a ceramic raw material from at least one starting material, producing several piezoelectric layers (2) as a green film from the raw material, laminating a block (1) made of several piezoelectric layers and several electrode layers arranged between the piezoelectric layers, releasing and sintering the block or parts of the block, and (v) separating the piezoelectric workpieces from the block or parts of the block, where calcium is added quantitatively to the starting material and/or during the preparation of the ceramic raw material. Producing piezoelectric workpieces (7), comprises (i) producing a ceramic raw material from at least one starting material, (ii) producing several piezoelectric layers (2) as a green film from the raw material, (iii) laminating a block (1) made of several piezoelectric layers and several electrode layers arranged between the piezoelectric layers, (iv) releasing and sintering the block or parts of the block, and (v) separating the piezoelectric workpieces from the block or parts of the block, where calcium is added quantitatively to the starting material and/or during the preparation of the ceramic raw material to obtain a specific concentration of calcium in the raw material. An independent claim is also included for a system for producing the piezoelectric workpieces by the above method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anlage zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.The present invention relates to a method for the production of piezoelectric workpieces according to the preamble of claim 1 and a plant for the production of piezoelectric workpieces according to the preamble of claim 13.

Stand der TechnikState of the art

Piezoelektrische Aktoren werden für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise dienen piezoelektrische Aktoren zur Steuerung von Einspritzventilen in Verbrennungsmotoren. Kernstück der piezoelektrischen Aktoren ist dabei ein piezoelektrisches Werkstück.Piezoelectric actuators are used for various technical applications. For example, serve piezoelectric actuators for controlling injectors in internal combustion engines. The core of the piezoelectric actuators is a piezoelectric workpiece.

Aus keramischen Ausgangsmaterialien bzw. Rohmaterialien wird durch Mahlen ein Pulver bzw. Pulvergemisch hergestellt. Das Pulver wird anschließend kalziniert und dem kalzinierten Pulvergemisch werden Dotierstoffe, z. B. Bindemittel, Weichmacher und Lösungsmittel, zugegeben, so dass sich ein breiinger Schlicker als keramisches Rohmaterial bildet. Dabei kann es erforderlich sein, dass zum Mahlen eines Ausgangsmaterials Wasser erforderlich ist. Im Wasser ist Kalk als Calciumcarbonat (CaCO3) enthalten und damit auch Calciumcarbonat in Ionenform (Ca2+) aufgrund der Lösung in Wasser, so dass Calcium in Form von gelösten Ionen und Komplexen vorhanden ist. Dadurch gelangt in das Pulver, welches beim Mahlen mit Wasser hergestellt wird, unkontrolliert Calcium, so dass die Konzentration von Calcium in dem Pulver und damit auch in dem Rohmaterial starken Schwankungen unterworfen ist.From ceramic starting materials or raw materials, a powder or powder mixture is produced by grinding. The powder is then calcined and the calcined powder mixture dopants, for. As binders, plasticizers and solvents, is added, so that a breiinger slip forms as a ceramic raw material. It may be necessary that water is required to mill a starting material. In the water lime is contained as calcium carbonate (CaCO 3 ) and thus also calcium carbonate in ionic form (Ca 2+ ) due to the solution in water, so that calcium in the form of dissolved ions and complexes is present. As a result, calcium enters the powder, which is produced during grinding with water, so that the concentration of calcium in the powder and thus also in the raw material is subject to considerable fluctuations.

Aus dem kalzinieren Pulvergemisch als keramisches Rohmaterial mit den Dotierstoffen wird z. B. mit Walzen oder Gießen eine Grünfolie in einer Schichtdicke von z. B. 0,1 mm hergestellt. Zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken wird auch die Blocktechnik eingesetzt. Bei der Blocktechnik wird zunächst die keramische Grünfolie als piezoelektrische Schicht mit einem Elektrodenmaterial bedruckt, sodass sich eine Elektrodenschicht ausbildet. Diese Grünfolien mit den Elektrodenschichten werden anschließend zu einem Block gestapelt und verpresst, das heißt laminiert. Nach diesem Prozessschritt des Laminierens liegt ein monolithischer Block vor, bei dem sich die Grünfolien nicht mehr voneinander unterscheiden. Der laminierte Block wird in Teilblöcke getrennt und die Teilblöcke werden entbindert und gesintert. Aus den gesinterten Teilblöcken werden die die piezoelektrischen Werkstücke abgetrennt. Abweichend hiervon können auch von dem Block die piezoelektrischen Werkstücke als Rohlinge abgetrennt werden und anschließend werden die piezoelektrischen Werkstücke als Rohlinge entbindet und gesintert.From the calcining powder mixture as a ceramic raw material with the dopants z. B. with rollers or casting a green sheet in a layer thickness of z. B. 0.1 mm. The block technique is also used to produce piezoelectric workpieces. In the block technique, the ceramic green sheet is first printed as a piezoelectric layer with an electrode material, so that an electrode layer is formed. These green sheets with the electrode layers are then stacked into a block and pressed, that is laminated. After this process step of lamination there is a monolithic block in which the green sheets are no longer different from each other. The laminated block is separated into sub-blocks and the sub-blocks are debinded and sintered. From the sintered sub-blocks, the piezoelectric workpieces are separated. Notwithstanding this, the piezoelectric workpieces can be separated from the block as blanks and then the piezoelectric workpieces are unbound as blanks and sintered.

Die DE 197 57 877 A1 zeigt ein Verfahren zur parallelen Herstellung mehrerer piezoelektrischer Aktoren. Aus einem ungebrannten piezoelektrischen Keramikwerkstoff werden dünne Folien hergestellt und in diese Folien eine erste und zweite Verbindungsöffnung eingebracht, wobei jedem Aktor eine erste und zweite Verbindungsöffnung zugeordnet ist. Die Folien werden anschließend mit mehreren Elektroden beschichtet, wobei bei jedem Aktor in jeder Folie zumindest eine Elektrode zugeordnet ist. Die Vielzahl von Folien werden anschließend übereinander gestapelt, wobei die Schicht infolge der Folie so gewählt ist, dass die übereinander angeordneten Verbindungsöffnungen alternierend nur in jeder zweiten Folienschicht von einer Aussparung der Elektroden umgeben sind. Anschließend erfolgt ein Brennen der gestapelten Anordnung und ein Zertrennen der gestapelten Anordnung in einzelne Aktoren.The DE 197 57 877 A1 shows a method for parallel production of multiple piezoelectric actuators. From an unfired piezoelectric ceramic material thin films are produced and introduced into these films, a first and second connection opening, wherein each actuator is associated with a first and second connection opening. The films are then coated with a plurality of electrodes, wherein at least one electrode is associated with each actuator in each film. The plurality of films are then stacked on top of each other, wherein the layer is chosen as a result of the film so that the superposed connection openings are alternately surrounded only in every second layer of film by a recess of the electrodes. Subsequently, a burning of the stacked arrangement and a severing of the stacked arrangement into individual actuators takes place.

Aus der DE 102 17 097 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Laminats durch Laminieren einer Vielzahl von Stücken keramischer Schichten bekannt.From the DE 102 17 097 A1 For example, a method for producing a ceramic laminate by laminating a plurality of pieces of ceramic layers is known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken mit den Schritten: Herstellen eines keramischen Rohmaterials aus wenigstens einem Ausgangsmaterial, Herstellen einer Vielzahl von piezoelektrischen Schichten als Grünfolie aus dem Rohmaterial, Laminieren eines Blocks aus der Vielzahl von piezoelektrischen Schichten und einer Vielzahl von zwischen den piezoelektrischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten, Entbinden und Sintern des Blocks oder Teilen des Blocks, Abtrennen von piezoelektrischen Werkstücken von dem Block oder Teilen des Blocks, wobei zu dem wenigstens einen Ausgangsmaterial und/oder während der Herstellung des keramischen Rohmaterials Calcium quantitativ gezielt zugegeben wird, d. h. vorzugsweise in einer erfassten und/oder vorgegebenen Menge, um eine bestimmte Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zu erhalten. Als Teile des Blocks werden neben den Teilblöcken auch die piezoelektrischen Werkstücke, auch als Rohlinge vor dem Bindern und/oder Sintern, aufgefasst.A method of producing piezoelectric workpieces according to the present invention, comprising the steps of: preparing a ceramic raw material from at least one raw material, forming a plurality of piezoelectric layers as a green sheet from the raw material, laminating a block of the plurality of piezoelectric layers, and a plurality of interposed between the piezoelectric layers Electrode layers, debonding and sintering of the block or parts of the block, separating piezoelectric workpieces from the block or parts of the block, wherein to the at least one starting material and / or during the production of the ceramic raw material calcium is added selectively quantitative, d. H. preferably in a detected and / or predetermined amount to obtain a certain concentration of calcium in the raw material. As part of the block next to the sub-blocks and the piezoelectric workpieces, even as blanks before binding and / or sintering, understood.

Das Calcium wird somit gezielt in einer bestimmten bzw. vorgegebenen Menge zugegeben, so dass eine bestimmte bzw. vorgegebene Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial erreicht werden kann und dadurch letztlich auch in den piezoelektrischen Werkstücken. Die Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial bzw. in der Grünfolie hat einen wesentlichen Einfluss auf die elektrochemischen Eigenschaften und auf die Dauerhaltbarkeit des piezoelektrischen Werkstückes. Durch die gezielte Zugabe von Calcium kann eine bestimmte Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial bzw. in dem piezoelektrischen Werkstück erreicht werden und dadurch die elektromechanischen Eigenschaften und die Dauerhaltbarkeit der piezoelektrischen Werkstücke wesentlich verbessert werden, weil eine bestimmte, vorgegebene Konzentration von Calcium ständig erreicht werden kann.The calcium is thus added selectively in a certain or predetermined amount, so that a certain or predetermined concentration of calcium can be achieved in the raw material and thereby ultimately in the piezoelectric workpieces. The concentration of calcium in the raw material or in the green sheet has a significant influence on the electrochemical properties and on the Durability of the piezoelectric workpiece. By deliberately adding calcium, a certain concentration of calcium in the raw material or in the piezoelectric workpiece can be achieved and thereby the electromechanical properties and the durability of the piezoelectric workpieces can be substantially improved, because a certain predetermined concentration of calcium can be constantly achieved ,

Insbesondere wird vor der Zugabe des Calciums die Konzentration des Calciums in dem wenigstens einen Ausgangsmaterial bestimmt und in Abhängigkeit von der Konzentration des Calciums in dem wenigstens einen Ausgangsmaterial wird das Calcium gezielt zugegeben. Wenigstens ein Ausgangsmaterial kann Calcium, auch Calcium in einer Verbindung, enthalten. Um eine bestimmte bzw. vorgegebene Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zu erhalten, ist es erforderlich, diese Konzentration von Calcium in dem wenigstens einen keramischen Ausgangsmaterial zu bestimmen und anschließend in Abhängigkeit von der bestimmten oder erfassten Konzentration an Calcium das Calcium zuzugeben, um die bestimmte bzw. vorgegebene Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zu erhalten.In particular, prior to the addition of the calcium, the concentration of calcium in the at least one starting material is determined and, depending on the concentration of calcium in the at least one starting material, the calcium is purposefully added. At least one starting material may contain calcium, also calcium in a compound. In order to obtain a given concentration of calcium in the raw material, it is necessary to determine this concentration of calcium in the at least one ceramic starting material and then to add the calcium depending on the determined or detected concentration of calcium or given concentration of calcium in the raw material.

In einer weiteren Ausgestaltung wird in einem Herstellungsschritt zur Herstellung des keramischen Rohmaterials aus dem wenigstens einen Ausgangsmaterial dem herzustellenden Rohmaterial aufgrund des Herstellungsschrittes Calcium zugegeben, diese Zugabe des Calciums wird quantitativ erfasst und in Abhängigkeit von der erfassten quantitativen Zugabe des Calciums wird das Calcium gezielt zugegeben.In a further embodiment, in a production step for producing the ceramic raw material from the at least one starting material, calcium is added to the raw material to be produced on the basis of the preparation step, this addition of calcium is quantitatively detected and the calcium is selectively added depending on the detected quantitative addition of the calcium.

In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Herstellungsschritt ein Mahlvorgang bei dem Wasser zugegeben und/oder benötigt wird. Aus einem keramischen Ausgangsmaterial wird durch Mahlen Pulver hergestellt. Bei dem Mahlvorgang kann die Zugabe von Wasser erforderlich sein bzw. es kann aus verfahrenstechnischen Gründen Wasser zum Mahlvorgang benötigt werden, so dass dadurch zu dem keramischen Ausgangsmaterial beim Mahlen das Wasser gelangt. Im Wasser ist Calcium in Form von Kalk (CaCO3) in Ionenform (Ca2+) aufgrund der Lösung im Wasser enthalten, so dass Calcium in Form von gelösten Ionen und Komplexen vorliegt, und dadurch gelangt in das beim Mahlen hergestellte Pulver Calcium. Die Zugabe von Wasser sowie auch die Konzentration des Calciums im Wasser ist starken Schwankungen ausgesetzt, so dass dadurch auch die Konzentration vom Calcium in dem Pulver, welches mit diesem Mahlvorgang hergestellt wird, starken Schwankungen ausgesetzt ist. Dadurch wird mit diesem Herstellungsschritt das Rohmaterial mit Calcium angereichert und die Zugabe ist dabei starken Schwankungen ausgesetzt. Durch die quantitative Erfassung der Zugabe des Calciums in diesem Mahlvorgang und der gezielten Zugabe des Calciums zum Erreichen einer bestimmten Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial kann eine im Wesentlichen konstante Konzentration von Calcium in dem keramischen Rohmaterial bzw. in den piezoelektrischen Werkstücken erreicht werden. Je mehr Calcium in dem Mahlvorgang unkontrolliert und ungezielt zugegeben wird, desto weniger Calcium wird im erfindungsgemäßen Verfahren gezielt zugegeben und umgekehrt. Dadurch kann eine im Wesentlichen konstante Konzentration von Calcium in dem keramischen Ausgangsmaterial bzw. in dem piezoelektrischen Werkstück erreicht werden können und somit auch konstante elektromechanische Eigenschaften und eine konstante Dauerhaltbarkeit der hergestellten piezoelektrischen Werkstücke erzielt werden.In a supplementary embodiment, the production step is a grinding process in which water is added and / or needed. From a ceramic starting material is prepared by grinding powder. In the grinding process, the addition of water may be required or it may be necessary for procedural reasons water for grinding, so that thereby enters the ceramic starting material during grinding, the water. In the water calcium in the form of lime (CaCO 3 ) in ionic form (Ca 2+ ) is contained due to the solution in the water, so that calcium is in the form of dissolved ions and complexes, and thereby enters into the powder produced during grinding calcium. The addition of water as well as the concentration of calcium in the water is subject to great fluctuations, so that the concentration of calcium in the powder, which is produced with this grinding process, is also subject to strong fluctuations. As a result, with this production step, the raw material is enriched with calcium and the addition is exposed to strong fluctuations. By quantitatively detecting the addition of calcium in this grinding operation and the targeted addition of calcium to achieve a certain concentration of calcium in the raw material, a substantially constant concentration of calcium in the ceramic raw material or in the piezoelectric workpieces can be achieved. The more calcium is added uncontrolled and untargeted in the grinding process, the less calcium is deliberately added in the process of the invention and vice versa. Thereby, a substantially constant concentration of calcium in the ceramic starting material or in the piezoelectric workpiece can be achieved and thus also constant electromechanical properties and a constant durability of the piezoelectric workpieces produced can be achieved.

Vorzugsweise wird das Calcium als chemische Verbindung gezielt zugegeben.Preferably, the calcium is added as a chemical compound targeted.

In einer Variante wird zur Herstellung des keramischen Rohmaterials wenigstens ein Ausgangsstoff zu einem Pulver gemahlen und vorzugsweise das Pulver kalziniert. Das Pulver ist dabei beispielsweise ein PZT-Pulver, d. h. ein Blei-Zirkon-Titanatpulver.In one variant, at least one starting material is ground to a powder for the production of the ceramic raw material, and preferably the powder is calcined. The powder is, for example, a PZT powder, d. H. a lead zirconium titanate powder.

Zweckmäßig wird während der Herstellung des keramischen Rohmaterials wenigstens ein Dotierstoff, z. B. Bindemittel und/oder Weichmacher und/oder Lösungsmittel, zugegeben, insbesondere wird der wenigstens eine Dotierstoff dem Pulver zugegeben. Der Dotierstoff wird vorzugsweise nach dem Mahlen dem Pulver oder dem kalzinierten Pulver zugegeben.Suitably during the manufacture of the ceramic raw material at least one dopant, for. As binders and / or plasticizers and / or solvents, added, in particular, the at least one dopant is added to the powder. The dopant is preferably added to the powder or calcined powder after milling.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Calcium dem wenigstens einen Ausgangsmaterial, insbesondere vor dem Mahlen, gezielt zugegeben und/oder das Calcium wird dem Pulver gezielt zugegeben, insbesondere zusammen mit dem wenigstens einen Dotierstoff. Das Calcium kann beispielsweise dem keramischen Ausgangsmaterial vor dem Mahlen quantitativ zugegeben werden oder es wird als Dotierstoff nach dem Mahlen dem Pulver gezielt quantitativ zugegeben, um eine vorgegebene bzw. bestimmte Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zu erhalten.In a further embodiment, the calcium is specifically added to the at least one starting material, in particular before the grinding, and / or the calcium is added selectively to the powder, in particular together with the at least one dopant. For example, the calcium may be added quantitatively to the ceramic raw material prior to milling, or it may be selectively added quantitatively as a dopant after grinding to the powder to obtain a predetermined concentration of calcium in the raw material.

Insbesondere wird eine derartige Menge an Calcium gezielt zugegeben, so dass die Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zwischen 10 und 600 ppm, vorzugsweise zwischen 50 und 300 ppm, insbesondere zwischen 150 und 200 ppm, liegt.In particular, such an amount of calcium is deliberately added so that the concentration of calcium in the raw material is between 10 and 600 ppm, preferably between 50 and 300 ppm, in particular between 150 and 200 ppm.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Konzentration ein Massenanteil in mg pro kg.In another embodiment, the concentration is a mass fraction in mg per kg.

In einer ergänzenden Variante werden von dem Block Teilblöcke als Teile des Blocks abgetrennt und die Teilblöcke werden entbindert und gesintert und/oder die piezoelektrischen Werkstücke als Teile des Blocks werden vor oder nach dem Entbinden und/oder Sintern von dem Block oder Teilblock abgetrennt. Abtrennen der piezoelektrischen Werkstücke kann vor oder nach dem Entbinden und/oder Sintern ausgeführt werden.In a supplementary variant of the block sub-blocks are separated as parts of the block and the sub-blocks are debinded and sintered and / or the piezoelectric workpieces as parts of the block are separated from the block or sub-block before or after debonding and / or sintering. Separation of the piezoelectric workpieces may be performed before or after debonding and / or sintering.

In einer weiteren Variante wird das Calcium derart gezielt zugegeben, dass die Konzentration von Calcium in den hergestellten piezoelektrischen Werkstücken im Wesentlichen konstant ist. Im Wesentlichen konstant bedeutet dabei, dass die Konzentration von Calcium in dem piezoelektrischen Werkstück und/oder in dem keramischen Rohmaterial sich um weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% unterscheidet. Dadurch können in vorteilhafter Weise an den piezoelektrischen Werkstücken konstante Konzentrationen an Calcium erreicht werden. Dabei werden vorzugsweise derartige Konzentrationen erreicht, für die die Verwendung des piezoelektrischen Werkstückes die optimalsten elektromechanischen Eigenschaften und/oder Dauerhaltbarkeit aufweist. Dadurch ist es möglich, die positiven Wirkungen des Calciums in den piezoelektrischen Werkstücken optimal für die Anwendung des piezoelektrischen Werkstückes auszunutzen.In a further variant, the calcium is added in such a targeted manner that the concentration of calcium in the piezoelectric workpieces produced is essentially constant. Substantially constant means that the concentration of calcium in the piezoelectric workpiece and / or in the ceramic raw material differs by less than 30%, 20%, 10% or 5%. As a result, constant concentrations of calcium can advantageously be achieved on the piezoelectric workpieces. In this case, preferably such concentrations are achieved for which the use of the piezoelectric workpiece has the most optimal electromechanical properties and / or durability. This makes it possible to optimally utilize the positive effects of calcium in the piezoelectric workpieces for the application of the piezoelectric workpiece.

Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Ventils, insbesondere Brennstoffeinspritzventils, mit den Schritten: Herstellen eines piezoelektrischen Werkstückes mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Schichten und einer Vielzahl von zwischen den piezoelektrischen Schichten angeordneten Elektrodenschichten, vorzugsweise zur Verfügung stellen eines Ventilgehäuses, vorzugsweise zur Verfügung stellen einer Düsennadel, vorzugsweise Verbinden des piezoelektrischen Werkstückes, des Ventilgehäuses und der Düsennadel zu dem Ventil, wobei das piezoelektrischen Werkstück mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt wird.Method according to the invention for producing a valve, in particular a fuel injection valve, comprising the steps: producing a piezoelectric workpiece having a plurality of piezoelectric layers and a plurality of electrode layers arranged between the piezoelectric layers, preferably providing a valve housing, preferably providing a nozzle needle, preferably Connecting the piezoelectric workpiece, the valve housing and the nozzle needle to the valve, wherein the piezoelectric workpiece is produced by a method described in this patent application.

Erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken, wobei von der Anlage ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.Inventive plant for the production of piezoelectric workpieces, wherein from the plant a method described in this patent application process is executable.

In einer ergänzenden Ausführungsform wird die Elektrodenschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. Metall, mit einem physikalischen oder chemischen Beschichtungsverfahren, z. B. Aufdampfen, Sputtern oder Siebdrucken, auf die Grünfolie aufgebracht.In a supplementary embodiment, the electrode layer is made of an electrically conductive material, for. As metal, with a physical or chemical coating method, for. As vapor deposition, sputtering or screen printing, applied to the green sheet.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung werden die piezoelektrischen Werkstücke mit einem Dicingverfahren von dem wenigstens einen gesinterten Teilblock abgetrennt.In an additional embodiment, the piezoelectric workpieces are separated from the at least one sintered sub-block by a dicing process.

In einer ergänzenden Variante wird das abgetrennte wenigstens eine piezoelektrische Werkstück abgeschliffen.In a supplementary variant, the separated at least one piezoelectric workpiece is ground.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine perspektivische Ansicht eines laminierten Blockes, 1 a perspective view of a laminated block,

2 eine perspektivische Ansicht eines von dem Block abgetrennten Teilblockes, 2 a perspective view of a separated from the block sub-block,

3 eine perspektivische Ansicht eines von dem Teilblock abgetrennten piezoelektrischen Werkstückes, 3 a perspective view of a separated from the sub-block piezoelectric workpiece,

4 eine stark vereinfachte Ansicht eines Brennstoffeinspritzventil, 4 a simplified view of a fuel injector,

5 eine stark vereinfachte Ansicht einer Anlage zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken und 5 a highly simplified view of a plant for the production of piezoelectric workpieces and

6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Grünfolie. 6 a flow diagram of a method for producing a green sheet.

Piezoelektrische Aktoren 7 werden für die verschiedensten technischen Anwendungen, zum Beispiel zum Bewegen von Düsennadeln in Brennstoffeinspritzventilen 13 von Verbrennungsmotoren, eingesetzt (nicht dargestellt). Die piezoelektrischen Aktoren umfassen dabei ein piezoelektrisches Werkstück 7.Piezoelectric actuators 7 They are used for a wide variety of technical applications, for example for moving nozzle needles in fuel injectors 13 of internal combustion engines, used (not shown). The piezoelectric actuators comprise a piezoelectric workpiece 7 ,

Ein Ventil 12 als Brennstoffeinspritzventil 13 (4) wird als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt, um Kraftstoff in einen Verbrennungsraum (nicht dargestellt) einzuspritzen. Das Brennstoffeinspritzventil 13 umfasst neben dem piezoelektrischen Werkstück 7 eine von dem Werkstück 7 bewegte Düsennadel, ein Ventilgehäuse vorzugsweise ein Federelement zum Rückbewegen der Düsennadel und einen Ventilsitzkörper mit einer von der Düsennadel zu öffnenden und zu schließenden Einspritzöffnung und vorzugsweise einen Brennstoffkanal, wobei der Ventilsitzkörper vorzugsweise an dem Ventilgehäuse ausgebildet ist (nicht dargestellt).A valve 12 as a fuel injection valve 13 ( 4 ) is used as an injector for fuel injection systems of internal combustion engines to inject fuel into a combustion chamber (not shown). The fuel injector 13 includes next to the piezoelectric workpiece 7 one of the workpiece 7 moving nozzle needle, a valve housing preferably a spring element for moving back the nozzle needle and a valve seat body with an opening from the nozzle needle and to be closed injection port and preferably a fuel passage, wherein the valve seat body is preferably formed on the valve housing (not shown).

Für die Herstellung des piezoelektrischen Werkstückes 7 wird keramisches Rohmaterial benötigt. In 6 ist ein Flussdiagramm zur Herstellung von keramischem Rohmaterial bzw. einer Grünfolie 24 dargestellt. Ein erstes Ausgangsmaterial 14 wird dabei in einer Mühle einem Mahlvorgang 17 zugeführt und zu einem Pulver gemahlen. In analoger Weise wird auch das zweite Ausgangsmaterial 15 und das dritte Ausgangsmaterial 16 zu dem Pulver gemahlen. Abweichend hiervon kann auch wenigstens ein Ausgangsmaterial bereits als Pulver vorliegen, so dass für dieses wenigstens eine Ausgangsmaterial kein Mahlvorgang 17 erforderlich ist (nicht dargestellt). Das Pulver wird anschließend kalziniert (nicht dargestellt) und darauffolgend werden dem kalzinierten Pulver Dotierstoffe 18 zugeführt. Als Dotierstoffe 18 werden dabei ein Bindemittel 19, ein Weichmacher 20 und ein Lösungsmittel 21 zugegeben. Außerdem wird erfindungsgemäß gezielt auch Calcium 22 als Dotierstoff 18 quantitativ gezielt zugegeben, um eine bestimmte Konzentration von Calcium 22 in dem keramischen Rohmaterial zu erhalten. Es wird dabei eine derartige Menge an Calcium 22 zugegeben, dass die Konzentration von Calcium 22 in dem keramischen Rohmaterial ungefähr 150 ppm beträgt.For the production of the piezoelectric workpiece 7 ceramic raw material is needed. In 6 is a flow chart for the production of ceramic raw material or a green sheet 24 shown. A first source material 14 is doing a grinding process in a mill 17 fed and ground to a powder. In analog Way is also the second source material 15 and the third starting material 16 ground to the powder. Notwithstanding this, at least one starting material may already be present as a powder, so that for this at least one starting material no grinding process 17 is required (not shown). The powder is then calcined (not shown) and subsequently dopants are added to the calcined powder 18 fed. As dopants 18 become a binder 19 , a plasticizer 20 and a solvent 21 added. In addition, according to the invention, calcium is also targeted 22 as dopant 18 quantitatively added to a specific concentration of calcium 22 in the ceramic raw material. There will be such an amount of calcium 22 added that the concentration of calcium 22 in the ceramic raw material is about 150 ppm.

Dabei wird die Konzentration des Calciums in dem Ausgangsmaterial 14, 15, 16 erfasst und ferner auch eine unkontrollierte und ungezielte Zugabe von Calcium 22 während eines Mahlvorganges 17. Beim Mahlen des ersten Ausgangsmateriales 14 wird Wasser benötigt und im Wasser ist Kalk als Calciumcarbonat (CaCO3) gelöst und dadurch sind auch Calciumionen (Ca2+) in dem Wasser enthalten, so dass Calcium in Form von gelösten Ionen in dem Wasser vorhanden ist. Dadurch enthält das aus dem ersten Ausgangsmaterial 14 gemahlene Pulver zusätzlich Calcium 22 aus dem Wasser für den Mahlvorgang 17. Diese bereits in den Ausgangsmaterialien 14, 15 und 16 enthaltenen Konzentrationen von Calcium 22 nach dem Mahlvorgang werden erfasst und bestimmt und anschließend wird Calcium 22 als Dotierstoff 18 nach dem kalzinieren in einer derartigen Menge gezielt und kontrolliert zugegeben, so dass die Konzentration von Calcium 22 in dem keramischen Rohmaterial im Wesentlichen konstant 150 ppm beträgt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die aus dem keramischen Rohmaterial hergestellten piezoelektrischen Werkstücke im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweisen, weil die Konzentration von Calcium 22 einen Einfluss auf die elektromechanischen Eigenschaften und die Dauerhaltbarkeit des piezoelektrischen Werkstückes 7 hat. In das keramische Rohmaterial wird nach der Zugabe der Dotierstoffe 18 die Grünfolie 24 in dem Vorgang 23 zur Herstellung der Grünfolie 24 hergestellt.At this time, the concentration of calcium in the starting material becomes 14 . 15 . 16 and also uncontrolled and untargeted addition of calcium 22 during a grinding process 17 , When grinding the first starting material 14 Water is needed and in the water lime is dissolved as calcium carbonate (CaCO 3 ) and thereby also calcium ions (Ca 2+ ) are contained in the water, so that calcium is present in the form of dissolved ions in the water. As a result, contains from the first starting material 14 ground powder additionally calcium 22 out of the water for the grinding process 17 , These already in the starting materials 14 . 15 and 16 contained concentrations of calcium 22 After the grinding process are detected and determined and then calcium 22 as dopant 18 after calcining in such an amount targeted and controlled added, so that the concentration of calcium 22 in the ceramic raw material is substantially constant at 150 ppm. As a result, it is advantageously ensured that the piezoelectric workpieces made of the ceramic raw material have substantially the same properties, because the concentration of calcium 22 an influence on the electromechanical properties and the durability of the piezoelectric workpiece 7 Has. In the ceramic raw material after the addition of the dopants 18 the green sheet 24 in the process 23 for the production of the green sheet 24 produced.

Bei der Herstellung des piezoelektrischen Werkstücks 7 werden zunächst aus dem keramischen Rohmaterial, zum Beispiel mit Walzen oder Gießen, keramische Grünfolien 24 in dem Vorgang 23 hergestellt und auf diese keramische Grünfolien 24 wird ein elektrisch leitfähiges Material, vorzugsweise eine dünne Metallschicht, mit chemischen oder physikalischen Oberflächenbeschichtungsverfahren, zum Beispiel Aufdampfen, Sputtern oder einem Siebdruckverfahren, aufgebracht. Diese elektrisch leitfähigen Metallschichten stellen dabei Elektrodenschichten 3 dar. Die piezoelektrischen Schichten 2, welche mit der Elektrodenschicht 3 beschichtet sind, werden anschließend zu einem Block 1 gestapelt und verpresst, das heißt laminiert. Anschließend liegt ein monolithischer Block 1 vor, bei dem sich die piezoelektrischen Schichten 2 nicht mehr unterscheiden. Die piezoelektrischen Schichten 2 aus dem ungebrannten Keramikwerkstoff sind ferner mit einem Bindemittel versehen.In the production of the piezoelectric workpiece 7 are first from the ceramic raw material, for example, with rollers or casting, ceramic green sheets 24 in the process 23 made and on these ceramic green sheets 24 For example, an electrically conductive material, preferably a thin metal layer, is applied by chemical or physical surface coating methods, for example vapor deposition, sputtering or screen printing. These electrically conductive metal layers thereby provide electrode layers 3 dar. The piezoelectric layers 2 , which with the electrode layer 3 are coated, then become a block 1 stacked and pressed, that is laminated. Then there is a monolithic block 1 before, in which the piezoelectric layers 2 no longer distinguish. The piezoelectric layers 2 from the unfired ceramic material are further provided with a binder.

Nach der Herstellung des monolithischen Blockes 1 werden in einem weiteren Verfahrensschritt aus dem monolithischen Bock 1 eine Vielzahl von Teilblöcken 4 als Teile des Blocks abgetrennt, das heißt aus dem Block 1 werden durch Abtrennen eine Vielzahl von Teilblöcken 4 als Riegel 5 bzw. Platten 6 hergestellt bzw. abgetrennt. Ein derartiger riegelförmiger Teilblock 4 ist in 2 dargestellt und aus dem in 1 dargestellten Block 1 kann eine größere Anzahl von Teilblöcken 4 durch Abtrennen hergestellt werden.After the production of the monolithic block 1 become in a further process step from the monolithic block 1 a variety of sub-blocks 4 separated as parts of the block, that is from the block 1 by separating a plurality of sub-blocks 4 as a bar 5 or plates 6 prepared or separated. Such a bar-shaped sub-block 4 is in 2 represented and from the in 1 represented block 1 can have a larger number of subblocks 4 be prepared by separating.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Teilblöcke 4 in einem Entbinde- und Sinterofen entbindert und gesintert. Dabei tritt während des Sinterns ein Sinterschwinden im Bereich von 17 bis 18 Volumenprozent auf, weil der Keramikwerkstoff verdichtet wird. Das Entbindern dient dazu, das Bindemittel, zum Beispiel Kunststoff, aus den Teilblöcken 4 zu entfernen. Nach dem Entbinden und Sintern der Teilblöcke 4 werden aus jedem Teilblock 4 gemäß der Darstellung in 2 fünf piezoelektrische Werkstücke 7 (3) mittels eines Dicingverfahrens abgetrennt. Das Dicingverfahren ist dabei ein Hochgeschwindigkeits-Trennschleifen. Die entsprechenden Trenn- bzw. Arbeitslinien an dem Teilblock 4 sind in 2 strichliert dargestellt.In a further method step, the sub-blocks 4 debinded and sintered in a debinding and sintering furnace. During sintering, a sintering shrinkage in the range of 17 to 18 percent by volume occurs because the ceramic material is compressed. The debinding serves to the binder, for example plastic, from the sub-blocks 4 to remove. After debonding and sintering of the sub-blocks 4 become from each subblock 4 as shown in 2 five piezoelectric workpieces 7 ( 3 ) separated by a dicing process. The dicing process is a high-speed cut-off grinding. The corresponding separation or working lines on the sub-block 4 are in 2 shown in dashed lines.

Abweichend hiervon können aus dem Block 1 die piezoelektrischen Werkstücke 7 als Rohlinge bzw. Teile des Blocks 1 abgetrennt werden und erst anschließend werden die piezoelektrischen Werkstücke 7 als Rohlinge entbindert und gesintert.Deviating from this, from the block 1 the piezoelectric workpieces 7 as blanks or parts of the block 1 are separated and only then the piezoelectric workpieces 7 debinded and sintered as blanks.

Die piezoelektrischen Schichten 2, welche aus dem keramischen Rohmaterial mit dem angereicherten Calcium 22 hergestellt worden sind, weisen somit eine im Wesentlichen konstante Konzentration von 150 ppm an Calcium 22 auf. Das Calcium 22 hat wesentlichen Einfluss auf die elektromechanischen Eigenschaften des piezoelektrischen Werkstückes 7. Die Zugabe von Calcium 22 zu dem keramischen Rohmaterial führt zu einem verbesserten Verdichtungsverhalten beim Sintern des piezoelektrischen Werkstückes durch Bildung einer temporären Flüssigphase. Als Folge entsteht ein besonders homogenes Korngefüge in der Keramik des piezoelektrischen Werkstückes 7. Durch das homogene Gefüge wird die Polungsfähigkeit und die mechanische Stabilität des piezoelektrischen Werkstückes 7 verbessert, gleichzeitig wird die Fertigungsstreuung eingeengt.The piezoelectric layers 2 which consists of the ceramic raw material with the enriched calcium 22 thus have a substantially constant concentration of calcium of 150 ppm 22 on. The calcium 22 has significant influence on the electromechanical properties of the piezoelectric workpiece 7 , The addition of calcium 22 to the ceramic raw material leads to an improved compression behavior during sintering of the piezoelectric workpiece by formation of a temporary liquid phase. As a result, a particularly homogeneous grain structure arises in the ceramic of the piezoelectric workpiece 7 , Due to the homogeneous structure, the polishability and the mechanical Stability of the piezoelectric workpiece 7 improves, at the same time the production spread is narrowed.

Auch die Großsignaleigenschaften werden vom Calcium 22 beeinflusst. Die Calciumionen (Ca2+) werden in der Perovskitstruktur als Weichdotierung bevorzugt auf den A-Platz (als isovalanter Ersatz für Pb2+) eingebaut. Die Ausbildung eine kovalenten Bindung zum Sauerstoff führt zu einer Verringerung des Anteils an stabiler ferroelektrischer Phase und zu verkleinerten Domänen. Die Verkleinerung der Domänenstruktur führt zu einer verbesserten Beweglichkeit, wodurch insbesondere der Hub des piezoelektrischen Werkstückes 7 steigt.Also the large signal characteristics are from the calcium 22 affected. The calcium ions (Ca 2+ ) are preferably incorporated in the perovskite structure as soft doping on the A-site (as an isovalant substitute for Pb 2+ ). The formation of a covalent bond to the oxygen leads to a reduction in the proportion of stable ferroelectric phase and reduced domains. The reduction of the domain structure leads to improved mobility, which in particular the stroke of the piezoelectric workpiece 7 increases.

Auch die verbesserte Langzeitstabilität ist eine Folge von der Zugabe von Calcium 22. Die Dotierung von Calcium 22 in einer bestimmten Konzentration führt zu einer besonders vorteilhaften Reduzierung von Anzahl und Mobilität der Sauerstoffleerstellen. Hierbei verbessert sich die Langzeitstabilität des Materials gegenüber elektrischer Ermüdung.Also, the improved long-term stability is a consequence of the addition of calcium 22 , The doping of calcium 22 in a certain concentration leads to a particularly advantageous reduction in the number and mobility of oxygen vacancies. This improves the long-term stability of the material against electrical fatigue.

Das Calcium 22 wird dabei z. B. in einer festen Calciumverbindung, z. B. CaO, bei der Herstellung des keramischen Rohmaterials zugegeben, z. B. vor dem Mahlvorgang 17 zu einem Ausgangsmaterial 14, 15, 16 oder dem kalzinierten Pulver mit den Dotierstoffen 18 wird Calcium 22 als metallorganische Verbindung zugegeben.The calcium 22 is z. B. in a solid calcium compound, for. As CaO, added in the preparation of the ceramic raw material, for. B. before the grinding process 17 to a source material 14 . 15 . 16 or the calcined powder with the dopants 18 becomes calcium 22 added as an organometallic compound.

Insgesamt betrachtet sind mit den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken 7 und einer erfindungsgemäßen Anlage 25 wesentliche Vorteile verbunden. Das Calcium 22 wird quantitativ gezielt dahingehend zugegeben, dass eine bestimmte vorgegebene Konzentration an Calcium 22 erreicht werden kann. Dadurch können die Eigenschaften des Calciums 22 zur Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften der piezoelektrischen Werkstücke gezielt eingesetzt werden, weil die piezoelektrischen Werkstücke 7 einerseits eine im Wesentlichen konstante Konzentration an Calcium 22 aufweisen und eine derartige Menge an Calcium 22 gezielt zugegeben wird, dass für den entsprechenden Anwendungszweck der piezoelektrischen Aktoren 7 diese die optimalen bzw. besten elektromechanischen Eigenschaften aufweisen.Overall, with the inventive method for the production of piezoelectric workpieces 7 and a plant according to the invention 25 significant benefits. The calcium 22 is quantitatively added specifically to the effect that a certain predetermined concentration of calcium 22 can be achieved. This allows the properties of calcium 22 to improve the electrochemical properties of the piezoelectric workpieces are used selectively, because the piezoelectric workpieces 7 on the one hand, a substantially constant concentration of calcium 22 and such an amount of calcium 22 is specifically added that for the corresponding application of the piezoelectric actuators 7 These have the best or best electromechanical properties.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19757877 A1 [0005] DE 19757877 A1 [0005]
  • DE 10217097 A1 [0006] DE 10217097 A1 [0006]

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken (7) mit den Schritten: – Herstellen eines keramischen Rohmaterials aus wenigstens einem Ausgangsmaterial (14, 15, 16), – Herstellen einer Vielzahl von piezoelektrischen Schichten (2) als Grünfolie (24) aus dem Rohmaterial, – Laminieren eines Blocks (1) aus der Vielzahl von piezoelektrischen Schichten (2) und einer Vielzahl von zwischen den piezoelektrischen Schichten (2) angeordneten Elektrodenschichten (3), – Entbinden und Sintern des Blocks (1) oder Teilen (4) des Blocks (1), – Abtrennen von piezoelektrischen Werkstücken (7) von dem Block (1) oder Teilen (4) des Blocks (1), dadurch gekennzeichnet, dass zu dem wenigstens einen Ausgangsmaterial und/oder während der Herstellung des keramischen Rohmaterials Calcium (22) quantitativ gezielt zugegeben wird, um eine bestimmte Konzentration von Calcium (22) in dem Rohmaterial zu erhalten.Method for producing piezoelectric workpieces ( 7 ) comprising the steps of: - producing a ceramic raw material from at least one starting material ( 14 . 15 . 16 ), - producing a plurality of piezoelectric layers ( 2 ) as a green sheet ( 24 ) from the raw material, - lamination of a block ( 1 ) of the plurality of piezoelectric layers ( 2 ) and a plurality of between the piezoelectric layers ( 2 ) arranged electrode layers ( 3 ), - debonding and sintering the block ( 1 ) or parts ( 4 ) of the block ( 1 ), - separating piezoelectric workpieces ( 7 ) from the block ( 1 ) or parts ( 4 ) of the block ( 1 ), characterized in that to the at least one starting material and / or during the production of the ceramic raw material calcium ( 22 ) is added quantitatively in a targeted manner to a certain concentration of calcium ( 22 ) in the raw material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zugabe des Calciums die Konzentration des Calciums (22) in dem wenigstens einen Ausgangsmaterial bestimmt wird und in Abhängigkeit von der Konzentration des Calciums (22) in dem wenigstens einen Ausgangsmaterial das Calcium (22) gezielt zugegeben wird.A method according to claim 1, characterized in that prior to the addition of calcium, the concentration of calcium ( 22 ) in which at least one starting material is determined and depending on the concentration of calcium ( 22 ) in the at least one starting material the calcium ( 22 ) is added selectively. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Herstellungsschritt zur Herstellung des keramischen Rohmaterials aus dem wenigstens einen Ausgangsmaterial dem herzustellenden Rohmaterial aufgrund des Herstellungsschrittes Calcium (22) zugegeben wird, diese Zugabe des Calciums (22) quantitativ erfasst wird und in Abhängigkeit von der erfassten quantitativen Zugabe des Calciums (22) das Calcium (22) gezielt zugegeben wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in a production step for producing the ceramic raw material from the at least one starting material to the raw material to be produced due to the manufacturing step calcium ( 22 ), this addition of calcium ( 22 ) is quantified and, depending on the quantitative addition of calcium ( 22 ) the calcium ( 22 ) is added selectively. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Herstellungsschritt ein Mahlvorgang ist bei dem Wasser zugegeben und/oder benötigt wird.A method according to claim 3, characterized in that the production step is a grinding process in which water is added and / or needed. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium (22) als chemische Verbindung gezielt zugegeben wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the calcium ( 22 ) is added as a chemical compound targeted. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des keramischen Rohmaterials wenigstens ein Ausgangsstoff zu einem Pulver gemahlen wird und vorzugsweise das Pulver kalziniert wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that for the production of the ceramic raw material at least one starting material is ground to a powder and preferably the powder is calcined. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung des keramischen Rohmaterials wenigstens ein Dotierstoff (18), z. B. Bindemittel (19) und/oder Weichmacher (20) und/oder Lösungsmittel (21), zugegeben wird, insbesondere der wenigstens eine Dotierstoff (18) dem Pulver zugegeben wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that during the production of the ceramic raw material at least one dopant ( 18 ), z. B. Binder ( 19 ) and / or plasticizers ( 20 ) and / or solvent ( 21 ), in particular the at least one dopant ( 18 ) is added to the powder. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium (22) dem wenigstens einen Ausgangsmaterial, insbesondere vor dem Mahlen, gezielt zugegeben wird und/oder das Calcium (22) dem Pulver gezielt zugegeben wird, insbesondere zusammen mit dem wenigstens einen Dotierstoff (18).Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the calcium ( 22 ) is added to the at least one starting material, in particular before grinding, specifically and / or the calcium ( 22 ) is added selectively to the powder, in particular together with the at least one dopant ( 18 ). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine derartige Menge an Calcium (22) gezielt zugegeben wird, so dass die Konzentration von Calcium in dem Rohmaterial zwischen 10 und 600 ppm, vorzugsweise zwischen 50 und 300 ppm, insbesondere zwischen 150 und 200 ppm, liegt.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that such an amount of calcium ( 22 ) is added so that the concentration of calcium in the raw material is between 10 and 600 ppm, preferably between 50 and 300 ppm, in particular between 150 and 200 ppm. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration ein Massenanteil in mg pro kg ist.A method according to claim 9, characterized in that the concentration is a mass fraction in mg per kg. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Block (1) Teilblöcke (4) abgetrennt werden und die Teilblöcke (4) entbindert und gesintert werden. und/oder die piezoelektrischen Werkstücke (7) vor oder nach dem Entbinden und/oder Sintern von dem Block (1) oder Teilblock (4) abgetrennt werden.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that from the block ( 1 ) Subblocks ( 4 ) and the subblocks ( 4 ) are debinded and sintered. and / or the piezoelectric workpieces ( 7 ) before or after debonding and / or sintering of the block ( 1 ) or partial block ( 4 ) are separated. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium (22) derart gezielt zugegeben wird, dass die Konzentration von Calcium (22) in den hergestellten piezoelektrischen Werkstücken (7) im Wesentlichen konstant ist.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the calcium ( 22 ) is added in such a targeted manner that the concentration of calcium ( 22 ) in the manufactured piezoelectric workpieces ( 7 ) is substantially constant. Anlage (25) zur Herstellung von piezoelektrischen Werkstücken (7), dadurch gekennzeichnet, dass von der Anlage (25) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 12 ausführbar ist.Investment ( 25 ) for the production of piezoelectric workpieces ( 7 ), characterized in that of the plant ( 25 ) a method according to one or more of claims 1 to 12 is executable.
DE102011003679A 2011-02-07 2011-02-07 Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating Withdrawn DE102011003679A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003679A DE102011003679A1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003679A DE102011003679A1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011003679A1 true DE102011003679A1 (en) 2012-08-09

Family

ID=46546838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011003679A Withdrawn DE102011003679A1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011003679A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757877A1 (en) 1997-12-24 1999-07-01 Bosch Gmbh Robert Method of manufacturing piezoelectric actuators and piezoelectric actuator
DE10217097A1 (en) 2001-04-18 2002-11-21 Denso Corp Process for the production of a ceramic laminate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757877A1 (en) 1997-12-24 1999-07-01 Bosch Gmbh Robert Method of manufacturing piezoelectric actuators and piezoelectric actuator
DE10217097A1 (en) 2001-04-18 2002-11-21 Denso Corp Process for the production of a ceramic laminate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0894341B1 (en) Monolithic multilayer piezoelectric actuator and its process of production
EP2200951B1 (en) Ceramic material, method for producing the same, and electro-ceramic component comprising the ceramic material
EP1908131A1 (en) Method for producing a monolithic piezo actuator with stack elements, monilithic piezo actuator with stack elements, and use of the piezo actuator
DE102011117709A1 (en) Ceramic material, method for producing the same and electroceramic component comprising the ceramic material
WO2010136367A1 (en) Piezoelectric component
EP2513993B9 (en) Piezoelectric ceramic material, method for the production thereof, and multilayer component
EP2140508B1 (en) Piezoelectric component comprising a security layer and an infiltration barrier and a method for the production thereof
EP2526574B1 (en) Method for producing a piezoelectric multilayer component
DE102011003679A1 (en) Producing piezoelectric workpieces, comprises producing ceramic raw material from a starting material, producing several piezoelectric layers as green film, laminating a block, releasing and sintering block or parts of block, and separating
EP2529423B1 (en) Piezo electrical component
EP2245680A1 (en) Method for polarizing a piezoceramic material
EP3445736A1 (en) Piezoelectric ceramic, method for the production thereof and electroceramic component comprising the piezoceramic
DE102012218755B4 (en) Method for producing an electronic component as a stack and designed as a stack electronic component
DE102006024958A1 (en) Piezo-actuator for controlling of valve, particularly inject valve of internal-combustion engine, has stack with piezo-ceramic layers and safety layer is arranged in stack, where safety layer has phase transition material
DE102008002504A1 (en) Method for producing a stacked piezoactuator and piezoactuator
EP2847805B1 (en) Method for producing a multi-layered structural element, and a multi-layered structural element produced according to said method
DE102006046217B3 (en) Piezo-stack of ceramic raw material i.e. lead zirconate, manufacturing method, involves inserting stack in matrix-shaped arranged saw patterns in supporting device, and removing and projecting corners of inserted stacks from patterns
DE102007028094A1 (en) Lead zirconate titanate ceramic with texturing, method of making the ceramic and use of the ceramic
WO2011138323A1 (en) Ceramic material containing pzt, component comprising the ceramic material containing pzt, use of the component, and method for producing the ceramic material containing pzt
DE102020107305B4 (en) Piezoelectric multilayer element
EP2529424B1 (en) Method and casting slip for producing piezoelectric ceramic
DE19817482A1 (en) Thick ferroelectric ceramic layers, useful as actuators, sensors, capacitors, vibrators or storage elements, or for ferroelectric printing processes
DE102011003680A1 (en) Method for manufacturing piezoelectric workpiece, involves forming several perforations on isolation zones that are formed directly superposed on piezoelectric layers between which electrode layers are provided
DE102011083543A1 (en) Piezo element comprises a base body that is made of lead free piezoceramic, comprises regions having different phase transition temperatures, and has monotonic rising gradient of phase transition temperature along preferred direction
DE102016204888A1 (en) Piezoelectric actuator unit and manufacturing method for producing an actuator unit

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0041240000

Ipc: H01L0041390000

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0041240000

Ipc: H01L0041390000

Effective date: 20121120

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee