DE102011081278A1 - Piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht (10) und wenigstens eine Elektrodenschicht (20), wobei die Elektrodenschicht (20) aus einem Nichtedelmetall oder einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht und wenigstens eine Elektrodenschicht, wobei die Elektrodenschicht aus einem Nichtedelmetall oder einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff ausgebildet ist.
  • Piezoelektrische Bauteile gewinnen in der modernen Elektrotechnik immer mehr an Bedeutung. Beispielsweise werden piezoelektrische Bauteile in Form von Piezoaktoren als Stellantriebe, in Verbindung mit Ventilen und dergleichen verwendet. Diese können insbesondere als Vielschichtbauelemente mit einer Anzahl von jeweils alternierend angeordneten piezoelektrischen Keramikschichten und Elektrodenschichten ausgebildet sein.
  • Insbesondere für die Ansteuerung von piezokeramischen Aktoren im sogenannten Großsignalbetrieb sind hohe elektrische Feldstärken im kV/mm-Bereich notwendig. Dies führte zur Entwicklung sogenannter Vielschichtaktoren, bei denen die keramische Einzelschichtdicke auf weniger als 100 µm und damit die notwendige Ansteuerspannung auf unter 200 V gesenkt werden konnte.
  • Die gebräuchlichen Herstellungsverfahren für Piezokeramiken sind das Trockenpressverfahren und die Folientechnologie. Bei der Presstechnik wird ein Block des Piezomaterials in einer Form gepresst, gesintert, und anschließend weiterverarbeitet beispielsweise indem geeignete Keramikscheiben gesägt, eine Elektrode aufgedruckt und in entsprechender Anzahl zu Vielschichtaktoren laminiert werden.
  • Weit größere Verwendung finden monolithische Vielschichtaktoren. Diese werden in einem mehrstufigen Verfahren in großen Stückzahlen hergestellt. Bei der Folientechnik wird eine piezokeramische Mehrschichtstruktur als monolithischer Schichtverbund ausgebildet. Monolithisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Schichtverbund etwa durch gemeinsames Sintern (Co-Firing) der Keramikschichten und der dazwischen angeordneten Elektrodenschichten hergestellt wird. Beispielsweise werden zum Herstellen eines monolithischen Schichtverbunds mehrere, mit Elektrodenmaterial bedruckte keramische Grünfolien übereinander gestapelt, laminiert, gegebenenfalls entbindert und nachfolgend gesintert. Ein Verfahren zur Herstellung monolithischer Vielschichtaktoren durch Sintern von Grünfolien ist beispielsweise aus der DE 102 34 787 C1 bekannt. Typische Sintertemperaturen liegen zwischen 900°C und 1200°C.
  • Nachteilig ist, dass die verwendeten Materialien der Innenelektrode auf Grund des sogenannten Cofiring-Prozesses, der Kosinterung von Keramik und Innenelektrode, die Sintertemperatur der Keramik ertragen können müssen. Dies bedingt eine Verwendung von Edelmetallen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement bereit zu stellen, das wenigstens einen der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht und wenigstens eine Elektrodenschicht, wobei die Elektrodenschicht aus einem Nichtedelmetall oder einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff ausgebildet ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Begriffe "piezokeramisches" Material und "piezoelektrische Keramik" bezeichnen im Sinne der vorliegenden Erfindung ein keramisches Material, welches piezoelektrisch aktiv ist, als auch ein solches keramisches Material, welches erst durch Polarisation oder eine sonstige Vorbehandlung piezoelektrisch aktiv wird. Eine Piezokeramik wird durch Polarisation in einem homogenen elektrischen Feld piezoelektrisch aktiv.
  • Erfindungsgemäß können für piezokeramische Bauelemente Nichtedelmetall- oder Kohlenstoffelektroden vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise ist die Elektrodenschicht aus einem niedrig schmelzenden Nichtedelmetall oder Nichtedelmetalllegierung ausgebildet. In vorteilhafter Weise erlaubt die Verwendung von Nichtedelmetallen insbesondere niedrig schmelzenden Nichtedelmetallen oder Kohlenstoff als Material für Innenelektroden eine wesentlich kostengünstigere Herstellung von piezokeramischen Bauelementen.
  • Der Begriff "niedrig schmelzendes" Metall bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Metall, dass unterhalb einer Temperatur von 950°C schmilzt. Insbesondere niedrig schmelzende Nichtedelmetalle können ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Germanium, Praseodym, Promethium, Lanthan, Einsteinium, Calcium, Yttrium, Europium, Arsen, Cer, Strontium, Barium, Tellur, Radium, Aluminium, Magnesium, Neptunium, Plutonium, Antimon, Zink, Blei, Cadmium, Thallium, Astat, Bismut, Polonium, Zinn, Selen, Lithium, Indium, Schwefel, Iod, Natrium, Kalium, Phosphor, Rubidium, Caesium, Gallium und/oder Francium. Vorzugsweise geeignete, insbesondere niedrig schmelzende, Nichtedelmetalle sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Germanium, Aluminium, Magnesium, Zink, Blei, Zinn, Indium und/oder Gallium. Bevorzugte, insbesondere niedrig schmelzende, Nichtedelmetalle sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Indium, Blei, Cadmium, Zinn, Zink, Magnesium, Kupfer, Nickel, Chrom und/oder Aluminium.
  • Ein besonders bevorzugtes niedrig schmelzendes Nichtedelmetall ist Aluminium. Aluminium weist eine hohe spezifische elektrische und spezifische Wärme-Leitfähigkeit auf. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Elektrodenschichten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg und/oder AlSiMg, ausgebildet.
  • Aluminium ist beispielsweise in Form von Rein- oder Reinstaluminium verwendbar. Unter Reinstaluminium wird aus Hüttenaluminium unter Verwendung von Raffinationsverfahren hergestelltes Aluminium verstanden, das einen Reinheitsgrad von 99,9% aufweisen kann. Unter Reinaluminium wird unlegiertes Aluminium mit geringen Verunreinigungen verstanden. Reinaluminium ist vorzugsweise in Reinheitsgraden von 90 bis 99,9% verwendbar. Dieses zeichnet sich durch seine hohe elektrische spezifische Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit aus.
  • Bevorzugte Aluminiumlegierungen umfassen vorzugsweise Aluminiumwerkstoffe herstellbar durch Legieren von Aluminium mit anderen Metallen, insbesondere Mangan, Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel und Zink.
  • Geeignete Aluminiumlegierungen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg-, AlSiMg-, AlCuMg-, AlCuSiMn-, AlZnMg-, AlZnMgCu-, AlSi-, AlSiCu-, AlCuTi- und/oder AlCuTiMg-Legierungen. Bevorzugte Aluminiumlegierungen sind insbesondere AlMg- und AlSiMg-Legierungen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Material für Elektrodenschichten ist Kohlenstoff. In vorteilhafter Weise erlaubt die Verwendung von Kohlenstoff als Material für Innenelektroden ebenfalls eine wesentlich kostengünstigere Herstellung von Bauelementen. Die Verwendung von Kohlenstoffelektroden stellt einen weiteren beträchtlichen Vorteil in Bezug auf piezokeramische Bauelemente bereit, da Kohlenstoff ein geringes Atomgewicht aufweist. Eine besonders bevorzugte Form des Kohlenstoffs ist Graphit. Bevorzugtes Graphitmaterial ist natürliches Graphit, künstliches Graphit oder graphitisierte Kohlenstoffpartikel, insbesondere graphitisierte Kohlenstofffasern.
  • Von Vorteil ist die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoff. Insbesondere ist von Vorteil, dass Kohlenstoff eine geringe Wärmeausdehnung in der Größenordnung der Keramik aufweist. Dies kann schädliche Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen vermindern.
  • In bevorzugten Ausführungsformen weist die piezoelektrische Keramikschicht eine Schichtdicke < 20 µm auf.
  • In vorteilhafter Weise wird eine Senkung der notwendigen Ansteuerspannung des Bauelementes ermöglicht. Insbesondere sind piezokeramische Mehrschicht-Bauelemente, insbesondere umfassend Aluminium-Elektrodenschichten, mit piezoelektrischen Keramikschichten einer Schichtdicke von weniger als 20 µm im aktorischen Betrieb mit Ansteuerspannungen unter 24 V bis zur Großsignalsättigung ansteuerbar. Insbesondere kann somit das Leistungspotential wesentlich verbessert werden. Insbesondere vorteilhaft im Sensor-/Generatorbetrieb ist die Kenngröße Ladung/Volumen bei einer Schichtdicke der piezoelektrischen Keramikschichten von weniger als 20 µm maximierbar.
  • In bevorzugten Ausführungsformen liegt die Schichtdicke der piezoelektrischen Keramikschichten im Bereich von ≥ 0,1 µm bis < 20 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 1 µm bis ≤ 15 µm, bevorzugt im Bereich von ≥ 5 µm bis ≤ 10 µm.
  • Keramikschichten mit einer derart geringen Einzelschichtdicke sind mit bekannten Verfahren zur Herstellung von piezokeramischen Bauelementen bislang nicht herstellbar. Eine Aerosol-Abscheidung von piezoelektrischen Keramikpartikeln kann dies jedoch ermöglichen.
  • Bevorzugt sind die piezoelektrischen Keramikschichten ausgebildet aus Materialien ausgewählt aus der Gruppe der Perowskite. Bevorzugt sind die piezoelektrischen Keramikschichten ausgebildet aus Materialien ausgewählt aus der Gruppe umfassend Blei-Zirkonat-Titanat, Lithiumniobat, Kalium-Natrium-Niobat, Barium-Titanat, Blei-Magnesium-Niobat – Blei-Titanat (PMN-PT), Blei-Zirkonium-Niobat – Blei-Titanat und/oder Bismuth-Natrium-Titanat. Insbesondere bevorzugt ist Blei-Zirkonat-Titanat (PZT-Keramik).
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch eine geringe Schichtdicke der piezoelektrischen Keramikschichten ebenfalls die Schichtdicke der Innenelektroden verringert werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Elektrodenschichten eine Schichtdicke ≤ 3 µm auf. In weiter bevorzugten Ausführungsformen weisen die Elektrodenschichten eine Schichtdicke ≤ 2 µm, bevorzugt ≤ 1 µm auf.
  • In bevorzugten Ausführungsformen liegt die Schichtdicke der Elektrodenschichten im Bereich von ≥ 0,1 µm bis ≤ 3 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,5 µm bis ≤ 2 µm. In vorteilhafter Weise sind insbesondere bei ausreichender Stromtragfähigkeit sehr geringe Schichtdicken der Elektroden möglich.
  • Das Mehrschicht-Bauelement weist wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht und wenigstens eine Elektrodenschicht auf. Das Bauelement weist vorzugsweise mehrere piezoelektrische Keramikschichten und Elektrodenschichten auf. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Bauelement einen Schichtenstapel, in dem piezoelektrische Keramikschichten und Elektrodenschichten alternierend angeordnet sind.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist das piezokeramische Mehrschicht-Bauelement als piezoelektrischer Aktor insbesondere Vielschichtaktor oder piezoelektrischer Wandler ausgebildet. Weiter kann das piezokeramische Mehrschicht-Bauelement als Piezosensor, Piezogenerator oder Piezotransformator ausgebildet sein.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines piezokeramischen Mehrschicht-Bauelements umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht und wenigstens eine Elektrodenschicht, wobei man mittels Aerosol-Abscheidung von Partikeln ausgewählt aus der Gruppe umfassend Partikel von Nichtedelmetallen, Partikel von Nichtedelmetalllegierungen oder Kohlenstoffpartikel eine Elektrodenschicht ausgebildet aus einem Nichtedelmetall, einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff abscheidet.
  • Vorzugsweise sind die Partikel Partikel eines niedrig schmelzenden Nichtedelmetalls oder Partikel einer niedrig schmelzenden Nichtedelmetalllegierung und bilden eine Elektrodenschicht ausgebildet aus einem niedrig schmelzenden Nichtedelmetall oder Nichtedelmetalllegierung aus.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung eines piezokeramischen Mehrschicht-Bauelements umfassend einen Schichtenstapel, in dem piezoelektrische Keramikschichten und Elektrodenschichten alternierend angeordnet sind.
  • Bevorzugt ist eine Aerosolabscheidung mittels der sogenannten aerosol deposition method. Bei der Aerosolabscheidung wird aus einem Pulver ein Aerosol hergestellt. Eine Aerosol-Abscheidung von Partikeln erfolgt insbesondere bei hoher Geschwindigkeit und niedriger Temperatur. Das Aerosol kann beispielsweise in einer Vakuumstrecke unter der Sogwirkung einer Vakuumpumpe beschleunigt werden. Beim Aufprall der Partikel auf ein Substrat bildet sich die Schicht. Vorzugsweise treten die Partikel aus einer in drei Achsen verfahrbaren Düse aus. Alternativ kann das Substrat bei still stehender Düse verfahren werden. In vorteilhafter Weise treffen die Pulverpartikel mit einer hohen kinetischen Energie auf.
  • Eine bevorzugte Geschwindigkeit der Partikel liegt im Bereich von ≥ 10 m/s bis ≤ 3000 m/s, vorzugsweise im Bereich von ≥ 100 m/s bis ≤ 1000 m/s.
  • In vorteilhafter Weise ermöglicht das Abscheiden eines Aerosols eine Abscheidung sehr dünner Schichten. Vorteilhaft ist insbesondere, dass dichte Schichten, beispielsweise nanokristalline hochdichte Schichten, hergestellt werden können.
  • Geeigneter Weise verwendet man für die Aerosol-Abscheidung Partikel von Nichtedelmetallen, Partikel von Nichtedelmetalllegierungen oder Kohlenstoffpartikel einer Partikelgröße im Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 100 µm, vorzugsweise eine Partikelgröße im Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 10 µm, insbesondere eine Partikelgröße im Bereich von ≥ 300 nm bis ≤ 5 µm.
  • In bevorzugten Ausführungsformen scheidet man die Elektrodenschichten bei Temperaturen ≤ 300°C ab. Vorzugsweise scheidet man die Elektrodenschichten bei Temperaturen im Bereich von ≥ 18°C bis ≤ 300°C ab.
  • Die Vorteile der Aerosol-Abscheidung liegen insbesondere darin, dass die Abscheidung bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Wärmebehandlung stattfinden kann. Dies ermöglicht insbesondere eine Verwendung von niedrig schmelzenden Nichtedelmetallen.
  • Bevorzugte Partikel insbesondere niedrig schmelzender Nichtedelmetalle sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Indium-, Blei-, Cadmium-, Zinn-, Zink-, Magnesium-, Kupfer-, Nickel-, Chrom- und/oder Aluminium-Partikel.
  • Weiter bevorzugt sind Kohlenstoff-Partikel. Besonders bevorzugt sind Graphit-Partikel. Bevorzugtes Graphitmaterial ist natürliches Graphit, künstliches Graphit oder graphitisierte Kohlenstoffpartikel, insbesondere graphitisierte Kohlenstofffasern.
  • Weiter bevorzugt sind Mischungen von Partikeln aus einem oder mehreren niedrig schmelzenden Nichtedelmetallen, insbesondere Aluminium, und Polymeren oder Kohlenstoff. Bevorzugte Kunststoffe sind hochtemperaturstabile Kunststoffe insbesondere ausgewählt aus Polycarbonat, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyoxymethylen, Polysulfon, Polyetherimid oder Polyamid.
  • In bevorzugten Ausführungsformen scheidet man mittels Aerosol-Abscheidung von Aluminium-Partikeln oder Partikeln einer Aluminiumlegierung eine Elektrodenschicht ausgebildet aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg und/oder AlSiMg, ab.
  • In bevorzugten Ausführungsformen verwendet man Aluminium-Partikel oder Partikel von Aluminium-Legierungen. Geeignete Aluminiumlegierungen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg-, AlSiMg-, AlCuMg-, AlCuSiMn-, AlZnMg-, AlZnMgCu-, AlSi-, AlSiCu-, AlCuTi- und/oder AlCuTiMg-Legierungen. Bevorzugte Aluminiumlegierungen sind insbesondere AlMg- und AlSiMg-Legierungen.
  • In vorteilhafter Weise kann durch die Abscheidung eines Aerosols die Schichtdicke der Innenelektrodenschichten verringert werden. Dies ist beispielsweise bei einem üblichen Siebdruckverfahren nicht möglich.
  • Vorzugsweise bringt man Elektrodenschichten mit einer Schichtdicke ≤ 3 µm, vorzugsweise ≤ 2 µm, weiter bevorzugt ≤ 1 µm auf. Bevorzugt bringt man Elektrodenschichten mit einer Schichtdicke im Bereich von ≥ 0,1 µm bis ≤ 3 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,5 µm bis ≤ 2 µm, auf.
  • Vorzugsweise scheidet man mittels Aerosol-Abscheidung von piezokeramischen Partikeln ebenfalls die piezoelektrischen Keramikschichten ab. Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Abscheidung der Elektrodenschichten und der Keramikschichten in einer Anlage eine Zeitersparnis bieten kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass ohne die Notwendigkeit des Ausschleusens des Bauteils dieses während der Herstellung nicht in Kontakt zu Sauerstoff tritt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen scheidet man mittels Aerosol-Abscheidung von piezokeramischen Partikeln eine piezoelektrische Keramikschicht mit einer Schichtdicke von < 20 µm ab. Es ist besonders vorteilhaft, dass die piezoelektrischen Keramikschichten und die Elektrodenschichten durch Aerosol-Abscheidung aufgebracht werden. Dies kann bei geeignetem Aufbau ohne zeitaufwändige Umbauarbeiten in einer Anlage in direkter Abfolge geschehen.
  • Piezokeramische Partikel umfassen vorzugsweise Partikel piezoelektrischer Materialien ausgewählt aus der Gruppe umfassend Blei-Zirkonat-Titanat, Lithiumniobat, Kalium-Natrium-Niobat, Barium-Titanat, Blei-Magnesium-Niobat – Blei-Titanat (PMN-PT), Blei-Zirkonium-Niobat – Blei-Titanat und/oder Bismuth-Natrium-Titanat, insbesondere Blei-Zirkonat-Titanat.
  • In geeigneter Weise verwendet man für die Aerosol-Abscheidung piezokeramische Partikel einer Partikelgröße im Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 50 µm, vorzugsweise eine Partikelgröße im Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 10 µm, insbesondere eine Partikelgröße im Bereich von ≥ 300 nm bis ≤ 5 µm.
  • In bevorzugten Ausführungsformen scheidet man Schichtdicken der piezoelektrischen Keramikschichten im Bereich von ≥ 0,1 µm bis < 20 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 1 µm bis ≤ 15 µm, bevorzugt im Bereich von ≥ 5 µm bis ≤ 10 µm, ab.
  • Das Abscheiden eines Aerosols insbesondere eine Aerosolabscheidung mittels des sogenannten Aerosol-Deposition-Verfahrens (AD method) ermöglicht in vorteilhafter Weise eine dreidimensionale Ausgestaltung des Mehrschichtaufbaus durch die Möglichkeit zur strukturkonformen Beschichtung, beispielsweise von gewölbten Oberflächen.
  • In bevorzugten Ausführungsformen scheidet man die piezoelektrischen Keramikschichten bei Temperaturen ≤ 300°C ab. Vorzugsweise scheidet man die piezoelektrischen Keramikschichten bei Temperaturen im Bereich von ≥ 18°C bis ≤ 300°C ab.
  • In bevorzugten Ausführungsformen tempert man die piezoelektrischen Keramikschichten bei Temperaturen ≤ 800°C. Vorzugsweise tempert man die piezoelektrischen Keramikschichten bei Temperaturen im Bereich von ≥ 400°C bis ≤ 700°C, bevorzugt im Bereich von ≥ 400°C bis ≤ 600°C.
  • Es ist insbesondere von Vorteil, dass obwohl die Schichten bei niedrigen Temperaturen abgeschieden und getempert werden können, das Bauelement eine hohe Festigkeit aufweisen kann. Insbesondere kann die Festigkeit des Bauelements der eines mittels Grünschichttechnologie hergestellten Bauelementes entsprechen.
  • Durch eine Abscheidung und Temperung der Schichten bei niedrigen Verfahrenstemperaturen kann eine Generierung schädlicher mechanischer Spannungen in den Piezokeramikschichten, die durch die Verschiedenheit der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Piezokeramik und Innenelektrode bedingt ist, weitgehend vermieden werden.
  • Weiterhin kann die Temperung bei so niedrigen Temperaturen stattfinden, dass die Innenelektroden weder aufschmelzen, noch vermehrt oxidieren oder mit den Keramikschichten chemisch reagieren. Insbesondere können unerwünschte chemische Reaktionen zwischen Piezokeramik und Innenelektrodenmaterial aufgrund der geringen Abscheidungs- und Temperungstemperaturen weitgehend unterdrückt werden.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen kann in einem weiteren Verfahrensschritt optional eine isolierende Oberflächenbeschichtung zur elektrischen Passivierung des Bauelementes abgeschieden werden.
  • Beispiele und schematische Figuren, die der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen, sind nachstehend angegeben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines piezokeramischen Mehrschicht-Bauelements.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf das in 1 dargestellte Bauelement.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines piezokeramischen Mehrschicht-Bauelements 1. Das piezokeramische Mehrschicht-Bauelement 1 umfasst einen Schichtenstapel, in dem piezoelektrische Keramikschichten 10 und Elektrodenschichten 20 zur Bildung des Stapels alternierend angeordnet sind. Die piezoelektrischen Keramikschichten 10 weisen eine Schichtdicke von 20 µm auf. Die piezoelektrischen Keramikschichten 10 sind ausgebildet aus Blei-Zirkonat-Titanat und wurden durch Abscheiden eines Aerosols von Blei-Zirkonat-Titanat-Partikel in einem Trägergas abgeschieden. Die Elektrodenschichten 20 weisen eine Schichtdicke von 1 µm auf und sind ausgebildet aus Aluminium. Die Elektrodenschichten 20 sind zur elektrischen Kontaktierung in alternierender Polarität jeweils mit zumindest einer seitlich am Stapel angeordneten Metallisierung 50 verbunden.
  • Die 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Elektrodenschicht 20. Die Elektrodenschicht 20 weist einen elektrisch inaktiven Kontaktierungsbereich 60 und eine Außenmetallisierung 50 auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10234787 C1 [0005]

Claims (9)

  1. Piezokeramisches Mehrschicht-Bauelement umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht (10) und wenigstens eine Elektrodenschicht (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (20) aus einem Nichtedelmetall oder einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff ausgebildet ist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg und/oder AlSiMg, ausgebildet ist.
  3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramikschicht (10) eine Schichtdicke < 20 µm aufweist, wobei die Schichtdicke der piezoelektrischen Keramikschicht (10) insbesondere im Bereich von ≥ 0,1 µm bis < 20 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 1 µm bis ≤ 15 µm, bevorzugt im Bereich von ≥ 5 µm bis ≤ 10 µm, liegt.
  4. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Elektrodenschicht (20) im Bereich von ≥ 0,1 µm bis ≤ 3 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,5 µm bis ≤ 2 µm, liegt.
  5. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement einen Schichtenstapel, in dem piezoelektrische Keramikschichten (10) und Elektrodenschichten (20) alternierend angeordnet sind, umfasst.
  6. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement als piezoelektrischer Aktor insbesondere Vielschichtaktor oder piezoelektrischer Wandler ausgebildet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines piezokeramischen Mehrschicht-Bauelements umfassend wenigstens eine piezoelektrische Keramikschicht (10) und wenigstens eine Elektrodenschicht (20), dadurch gekennzeichnet, dass man mittels Aerosol-Abscheidung von Partikeln ausgewählt aus der Gruppe umfassend Partikel von Nichtedelmetallen, Partikel von Nichtedelmetalllegierungen oder Kohlenstoffpartikel eine Elektrodenschicht (20) ausgebildet aus einem Nichtedelmetall oder einer Nichtedelmetalllegierung oder Kohlenstoff abscheidet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels Aerosol-Abscheidung von Aluminium-Partikeln oder Partikeln einer Aluminiumlegierung eine Elektrodenschicht (20) ausgebildet aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend AlMg und/oder AlSiMg, abscheidet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels Aerosol-Abscheidung von piezokeramischen Partikeln eine piezoelektrische Keramikschicht (10) mit einer Schichtdicke von < 20 µm abscheidet.
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