DE112012001935T5 - Elektromechanische Umformungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

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Abstract

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektromechanische Umformungsvorrichtung bereitzustellen, bei der die piezoelektrische Eigenschaft sich wahrscheinlich mit der Zeit nicht verschlechtert, selbst wenn Änderungen der Temperatur, wozu die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase gehört, vorkommen sollten. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 umfasst eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 mit Alkali-Niobat und einen unbiegsamen Körper 12, der auf die Hauptfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird. Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 besteht aus Kristallstrukturen, wie etwa orthorhombischen Kristallen, die auf der Seite gebildet sind, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, tetragonalen Kristallen, die auf der Seite gebildet sind, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, sowie auf der Seite, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, und kubischen Kristallen, die auf der Seite gebildet sind, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase. Der Elastizitätsmodul des unbiegsamen Körpers 12 beträgt 60 GPa oder mehr. Der Volumenanteil der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11, die in einem Bereich vorliegt, in dem der Abstand von der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und dem unbiegsamen Körper 12 [2 mm oder weniger beträgt], ist gleich 40% oder mehr.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Umformungsvorrichtung, die Kristallstrukturen umfasst, die einen orthorhombischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, einen tetragonalen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, und auf der Seite, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, und einen kubischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, umfassen, und ein Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Heutzutage wird eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung für eine elektromechanische Umformungsvorrichtung, wie etwa Stellglieder, Ultraschallsensoren, Ultraschall-Wandler oder dergleichen, verwendet. Eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft aufweist, enthält eine Bleiverbindung, wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder dergleichen. Dies ist jedoch ein Anlass zur Besorgnis bezüglich der negativen Auswirkung, die sie auf die Umwelt ausübt. Daher erregt nun eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die von einer derartigen Bleiverbindung frei ist, Aufsehen und wird erforscht und weiterentwickelt. Wie es nachstehend in der Patentreferenz 1 offenbart wird, ist die piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einem Kalium-Natrium-Niobat-System eben eine derartige Zusammensetzung, die bleifrei ist und dennoch eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft eines relativ hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten sowie einer relativ hohen Curie-Temperatur Tc aufweist, so dass sie bei hohen Temperaturen angemessen verwendet werden kann.
  • Die Art der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, die eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft aufweist, wird heutzutage für die Herstellung einer elektromechanischen Umformungsvorrichtung, wie etwa Stellglieder, Ultraschallsensoren, Ultraschall-Wandler oder dergleichen, verwendet und enthält eine Bleiverbindung, wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder dergleichen. Diese Art von piezoelektrischer Keramikzusammensetzung ist jedoch ein Anlass zur Besorgnis bezüglich der negativen Auswirkung, die sie auf die Umwelt ausübt. Daher erregt nun eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die von einer derartigen Bleiverbindung frei ist, Aufsehen und wird erforscht und weiterentwickelt. Wie es nachstehend in der Patentreferenz 1 offenbart wird, ist die piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einem Kalium-Natrium-Niobat-System eben eine derartige Zusammensetzung, die bleifrei ist und dennoch eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft eines relativ hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten sowie einer relativ hohen Curie-Temperatur Tc aufweist, so dass sie bei hohen Temperaturen angemessen verwendet werden kann.
  • Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit Kalium-Natrium-Niobat-System bindet eine Kristallphase einer Perovskit-Struktur ein, die durch die Zusammensetzungsformel ABO3 dargestellt wird. Obwohl die Perovskit-Struktur von einer derartigen Zusammensetzung abhängig ist, macht die piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die das Material mit Kalium-Natrium-Niobat-System einbindet, deutlich, dass die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc ungefähr 300 bis 400 Grad Celsius beträgt, und dass die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t ungefähr –30 Grad bis +100 Grad Celsius beträgt. Falls eine derartige piezoelektrische Keramikzusammensetzung bei der Herstellung einer elektromechanischen Umformungsvorrichtung verwendet wird, dann erfolgt die Polarisation typischerweise durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes in dem Temperaturbereich, der benötigt wird, um den tetragonalen Kristall zu bilden, um die piezoelektrische Eigenschaft zu erzielen.
  • DRUCKSCHRIFTEN AUS DEM STAND DER TECHNIK
    • Patentdruckschrift 1: JP-A-2008-162889
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Problemstellung
  • Falls eine elektromechanische Umformungsvorrichtung unter der Temperatur verwendet wird, die über die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc hinausgeht, ist die Polarisation ungeordnet, und die piezoelektrische Eigenschaft geht verloren (d. h. es erfolgt eine Depolarisation). Die Depolarisation erfolgt gemäßigt auf einer Temperatur, die von 100 bis 150 Grad Celsius reicht und tiefer als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc ist. Um somit eine elektromechanische Umformungsvorrichtung richtig auszulegen, ist es notwendig, die Obergrenze der Betriebstemperatur der Vorrichtung auf 100 Grad oder tiefer als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc einzustellen. Die piezoelektrische Eigenschaft einer derartigen elektromechanischen Umformungsvorrichtung verschlechtert sich jedoch mit der Zeit durch Änderungen an der Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t. Um daher eine langfristige Produktzuverlässigkeit beizubehalten, ist es besser, dass die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t nicht innerhalb der Betriebstemperatur der elektromechanischen Umformungsvorrichtung liegt.
  • Es muss ein Ultraschall-Durchflussmesser verwendet werden, um das Durchflussvolumen der Zirkulationsleitung der chemischen Lösung zu messen, die in der Halbleiter-Herstellungseinrichtung in einem widrigen Umfeld bei einer Betriebstemperatur, die von 0 bis 200 Grad Celsius reicht, integriert ist. Um die langfristige Produktgarantie des Ultraschallsensors (elektromechanische Umformungsvorrichtung) zu erfüllen, der in einem derartigen Durchflussmesser zu verwenden ist, ist eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung zu verwenden, die beispielsweise eine Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc von 340 Grad C oder höher und eine Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t von minus 20 Grad Celsius oder tiefer aufweist. Um eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit Kalium-Natrium-Niobat-System zu erreichen, welche die Bedingung der Phasenübergangstemperatur erfüllt und eine bevorzugte piezoelektrische Eigenschaft aufweist, werden derzeit Änderungen an einer derartigen Zusammensetzung vorgenommen. Eine derartige geeignete Zusammensetzung muss jedoch erst noch entwickelt werden.
  • Angesichts der zuvor erwähnten Probleme ist es der vorliegenden Erfindung gelungen, eine elektromechanische Umformungsvorrichtung bereitzustellen, deren piezoelektrische Eigenschaft sich mit der Zeit wahrscheinlich nicht verschlechtert, selbst wenn Temperaturänderungen auftreten sollten, wozu Änderungen an der Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase gehören. Ebenso wurde ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen dieser elektromechanischen Umformungsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, bereitgestellt.
  • Problemlösung
  • Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, bezieht sich der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine elektromechanische Umformungsvorrichtung, die Kristallstrukturen umfasst, die einen orthorhombischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, einen tetragonalen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, und auf der Seite, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, und einen kubischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase ist, umfassen, und wobei die elektromechanische Umformungsvorrichtung eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung umfasst, deren Volumenanteil, der in dem Bereich liegt, in dem der Abstand von dem Anbindungspunkt des unbiegsamen Körpers zu der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 2 mm oder weniger beträgt, gleich 40% oder mehr ist, im Vergleich zu der gesamten piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, und wobei die elektromechanische Umformungsvorrichtung einen unbiegsamen Körper umfasst, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist und der direkt auf die Hauptfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung oder indirekt auf die Hauptfläche anhand von Zwischenelektroden geklebt wird.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der relativ feste unbiegsame Körper, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist, auf die Hauptfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung oder auf die Elektroden, die auf der Hauptfläche der Zusammensetzung gebildet sind, geklebt. Der Haftbereich des festen unbiegsamen Körpers ist ausreichend gesichert, so dass der Massenanteil der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, der in dem Bereich von 2 mm oder weniger von dem Anbindungspunkt zwischen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und dem unbiegsamen Körper liegt, 40% oder mehr beträgt. Dadurch erschwert der unbiegsame Körper, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt wird, das Erstellen des Phasenübergangs der Kristallstrukturen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, auch wenn eine Änderung an der Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase erfolgen sollte. Selbst wenn ein Phasenübergang der Kristallstrukturen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung erfolgt, kommt es dann zu einer Gitterverzerrung der Kristallstrukturen. Dann wird das Ausdehnen oder Zusammenziehen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung auf Grund der Variation der Temperatur (d. h. des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten) wesentlich größer im Vergleich zu der des unbiegsamen Körpers. Durch das Kleben des unbiegsamen Körpers auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung wird bei der vorliegenden Erfindung die externe Kraft, die in der Richtung wirkt, in der die Gitterverzerrung durch den Phasenübergang erfolgt, geregelt. Somit ist es unwahrscheinlich, dass der Phasenübergang erfolgt, wodurch es schwieriger wird, eine weitere Depolarisation durch Wiederholung der Gitterverzerrung während des Phasenübergangs zu regeln. Daher ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die zeitabhängige Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung zu regeln, wodurch die Zuverlässigkeit dieser elektromechanischen Umformungsvorrichtung verbessert wird.
  • Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase im Bereich der Betriebstemperatur der Vorrichtung und/oder im Bereich der Lagertemperatur der Vorrichtung liegt, und die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase in dem Bereich liegt, der höher als die Betriebstemperatur ist.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung variiert die Temperatur der elektromechanischen Umformungsvorrichtung entweder im Gebrauch oder bei der Lagerung und geht über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinaus oder fällt unter diese Temperatur ab. Selbst wenn eine derartige Änderung der Temperatur erfolgen sollte, macht der unbiegsame Körper, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt wird, den Phasenübergang der Kristallstrukturen unwahrscheinlich und regelt somit die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft mit der Zeit. Auch übersteigt die Temperatur der Vorrichtung nie die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die kubische Phase, während die Vorrichtung verwendet wird, wodurch sie es ermöglicht, den Verlust der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung auf Grund einer weiteren Depolarisation der Zusammensetzung zu vermeiden.
  • Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei der unbiegsame Körper anhand eines wärmehärtenden Harzklebstoffs auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt wird.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht unter Verwendung eines wärmehärtender Harzklebstoffs das Erhitzen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung auf die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs das Kleben des unbiegsamen Körpers, während sich die piezoelektrische Keramikzusammensetzung in dem Zustand einer tetragonalen Kristallstruktur befindet. Ein derartiger unbiegsamer Körper macht den Übergang von der tetragonalen auf die orthorhombische Phase der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung unwahrscheinlich und regelt somit die weitere Depolarisation der Zusammensetzung.
  • Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die elektromechanische Umformungsvorrichtung, gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei der unbiegsame Körper durch einen Klebstoff auf Epoxidbasis auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt wird.
  • Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch das Verwenden eines Klebstoffs auf Epoxidbasis das Haftvermögen des unbiegsamen Körpers angemessen gesichert, und ein derartiger Klebstoff ist starr genug, um Vibrationen zu übertragen, so dass die Ultraschallvibrationen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung wirksam generiert werden.
  • Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß dem dritten oder vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei der Klebstoff, der den unbiegsamen Körper auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung klebt, eine Aushärtungstemperatur in dem Bereich aufweist, der um 50 Grad Celsius oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht und der um 50 Grad Celsius oder mehr unter die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase abfällt.
  • Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung härtet der Klebstoff durch Erhitzen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung auf die Temperatur, auf der die Zusammensetzung zum tetragonalen Kristall wird, aus und klebt somit den unbiegsamen Körper auf die Zusammensetzung. Die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs ist tiefer als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, so dass die Kristallstruktur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung nicht zum kubischen Kristall wird, während der unbiegsame Körper auf die Zusammensetzung geklebt wird, wodurch verhindert wird, dass die Zusammensetzung depolarisiert wird. Selbst wenn die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase tiefer werden sollte als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Temperatur, während die elektromechanische Umformungsvorrichtung verwendet wird, macht der unbiegsame Körper, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt ist, den Übergang von der tetragonalen auf die orthorhombische Phase unwahrscheinlich und verhindert somit, dass sich die piezoelektrische Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung mit der Zeit verschlechtert.
  • Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei die piezoelektrische Keramikzusammensetzung als {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 im Zusammensetzungsbereich von 0,90 ≤ a ≤ 1,2, 0,02 ≤ x ≤ 0,2, 0,2 ≤ y ≤ 0,8, 0 ≤ z ≤ 0,5, 0 ≤ w ≤ 0,2 formuliert ist.
  • Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung aus Alkali-Niobat mit einer bevorzugten piezoelektrischen Eigenschaft auf der Curie-Temperatur von 340 Grad Celsius oder mehr und mit der piezoelektrischen Konstante d33 von 260 pC/N oder mehr zu erreichen. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung, die aus einer derartigen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung hergestellt wird, stellt die Produktzuverlässigkeit vollkommen sicher.
  • Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei der unbiegsame Körper aus einer Keramikzusammensetzung hergestellt wird, die Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid in größeren Proportionen enthält.
  • Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen unbiegsamen Körper zu erzielen, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist. Auch ist es möglich, durch Emittieren von Ultraschallwellen aus der elektromechanischen Umformungsvorrichtung in eine Flüssigkeit, die piezoelektrische Keramikzusammensetzung aus Siliciumdioxid (SiO2) oder Aluminiumoxid in größeren Proportionen auf die Oberfläche der elektromechanischen Umformungsvorrichtung aufzutragen, damit sie als akustische Anpassungsschicht dient und somit die akustische Strahlungseffizienz der Ultraschallwellen verbessert.
  • Der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis siebten Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei die piezoelektrische Keramikzusammensetzung eine Hauptfläche umfasst, die als akustische Strahlungsfläche dient, und wobei der unbiegsame Körper, der auf die akustische Strahlungsfläche der Zusammensetzung geklebt ist, als akustische Anpassungsschicht dient, um Ultraschallwellen zu emittieren, und wobei die Dicke des unbiegsamen Körpers als t = {v/(4f)} ± 10% oder t = [v/(21)] ± 10% formuliert ist, wobei f die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung bedeutet und v die Schallgeschwindigkeit des unbiegsamen Körpers bedeutet und t die Dicke des unbiegsamen Körpers bedeutet.
  • Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die piezoelektrische Keramikzusammensetzung derart gebildet, dass der unbiegsame Körper auf die Hauptfläche geklebt wird, die als akustische Strahlungsfläche dient, wobei der unbiegsame Körper eine Dicke t aufweist, die 1/2 oder 1/4 der Wellenlänge λ (= v/f) der Ultraschallwellen entspricht, die von der akustischen Strahlungsfläche emittiert werden, wodurch der unbiegsame Körper als akustische Anpassungsschicht dienen kann, so dass es möglich ist, die Ultraschallwellen effizient aus der elektromechanischen Umformungsvorrichtung zu emittieren, in welchem Fall es unnötig ist, den unbiegsamen Körper und die akustische Anpassungsschicht getrennt zu erstellen, wodurch sich die Kosten der Bauteile bei der Herstellung der elektromechanischen Umformungsvorrichtung reduzieren.
  • Der neunte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der Erfindung, wobei das Verfahren einen Polarisationsvorgang umfasst, bei dem ein Paar Elektroden auf der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gebildet wird, und wobei die Polarisation auf der Zusammensetzung bereitgestellt wird, indem ein elektrischer Gleichstrom zwischen den Elektroden vorgegeben wird; und einen Klebevorgang umfasst, bei dem die piezoelektrische Keramikzusammensetzung und der unbiegsame Körper durch einen wärmehärtenden Klebstoff mit einem Aushärtungstemperaturbereich, der um 50 Grad Celsius oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht und um 50 Grad Celsius oder mehr unter die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase abfällt, zusammengeklebt werden, und wobei bei dem Klebevorgang der wärmehärtende Klebstoff nach Beendigung des vorhergehenden Polarisationsvorgangs in dem Aushärtungstemperaturbereich erhitzt wird.
  • Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem Polarisationsvorgang ein elektrischer Gleichstrom zwischen dem Elektrodenpaar, das auf der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gebildet ist, vorgegeben, um die Zusammensetzung zu polarisieren. Durch das Verwenden des wärmehärtenden Klebstoffs in einem Aushärtungstemperaturbereichs, der um 50 Grad Celsius oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht und um 50 Grad Celsius oder mehr unter die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase abfällt, und durch das Erhitzen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung in dem Aushärtungstemperaturbereich, härtet der wärmehärtende Klebstoff wodurch bewirkt wird, dass der unbiegsame Körper auf der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung klebt. Ein derartiges Erhitzen bewirkt, dass die Kristallstrukturen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung zu einem tetragonalen Kristall werden und somit den unbiegsamen Körper auf die Zusammensetzung kleben, und wobei die Temperatur der elektromechanischen Umformungsvorrichtung tiefer wird als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, so dass der unbiegsame Körper eine externe Kraft induziert, um die Gitterverzerrung des tetragonalen Kristalls zu erhalten. Daraufhin ist es unwahrscheinlich, dass es zu dem Übergang von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung kommt, wodurch die Depolarisation der Zusammensetzung verhindert wird. Daher ist es möglich zu verhindern, dass sich die piezoelektrische Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung mit der Zeit verschlechtert, so dass eine höchst zuverlässige elektromechanische Umformungsvorrichtung hergestellt werden kann.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Wie zuvor beschrieben, stellen die ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung eine elektromechanische Umformungsvorrichtung bereit, deren piezoelektrische Eigenschaft sich wahrscheinlich mit der Zeit nicht verschlechtert, selbst wenn Änderungen an der Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase vorkommen, und wobei der neunte Aspekt das bevorzugte Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung bereitstellt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine schräge perspektivische Ansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 eine Querschnittsansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 eine Querschnittsansicht der Grundstruktur des Ultraschall-Durchflussmessers.
  • 4 das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 weiter das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 weiter das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 das Klebemuster des unbiegsamen Körpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 weiter das Klebemuster des unbiegsamen Körpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 weiter das Klebemuster des unbiegsamen Körpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 eine andere Querschnittsansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 noch eine andere Querschnittsansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Nachstehend werden die Ausführungsformen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
  • 1 ist eine schräge perspektivische Ansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 und einen unbiegsamen Körper 12, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt ist. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung wird als Ultraschallsensor des Ultraschall-Durchflussmessers verwendet. (Siehe 3)
  • Der Ultraschall-Durchflussmesser 15, wie in 3 gezeigt, wird auf der Zirkulationsleitung der chemischen Lösung bereitgestellt, um das Volumen der chemischen Lösung W1 zu messen, die durch die Halbleiter-Herstellungseinrichtung fließt. Der Ultraschall-Durchflussmesser 15 besteht aus einer U-förmigen Röhre 16, 17, mit einer elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10, die an beiden Rändern der Röhre bereitgestellt wird und Ultraschallwellen durch die chemische Lösung W1 sendet und empfängt, wodurch die Geschwindigkeit der Lösung durch den Zeitunterschied der Ultraschallwellen gemessen wird, die in der Lösung hin und her pulsieren.
  • Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11, die aus einer scheibenförmigen Kalium-Natrium-Niobat-Serie (Alkali-Niobat-Serie) besteht, deren Durchmesser 10 mm beträgt, die 1,4 mm dick ist und einen Elastizitätsmodul von ungefähr 100 GPa bis 130 GPa aufweist. Der unbiegsame Körper 12 der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 ist ebenfalls scheibenförmig, besteht aus Siliciumdioxid (SiO2), weist einen Durchmesser von 10 mm auf und ist 0,7 mm dick, und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist er eine plattenartige Struktur mit dem gleichen Außendurchmesser wie derjenige der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 auf, ist jedoch dünner und weist einen Elastizitätsmodul von 60 GPa und einen linearen Dehnungskoeffizienten von 8 ppm/°C auf.
  • Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 umfasst eine erste größere akustische Strahlungsfläche 21 und eine zweite größere hintere Oberfläche 22 und ein Paar Elektroden 23 und 24 (einschließlich der Faltelektrode 23a), die auf den Oberflächen 21 und 22 der Zusammensetzung 11 bereitgestellt werden, wobei die Elektrode 23 auf der ersten größeren akustischen Strahlungsfläche 21 bereitgestellt wird, auf die der unbiegsame Körper 12 anhand der Elektrode 23 geklebt wird. Bei der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 werden der gefaltete Teil 23a der ersten Elektrode 23 (der akustischen Hauptstrahlungsfläche 21) und die zweite Elektrode 24, die auf der zweiten hinteren Oberfläche 22 bereitgestellt wird, an die externe Verkabelung angeschlossen (Signaldraht 26 und Erdungsdraht 27, wie in 3 gezeigt). Bei der zweiten hinteren Oberfläche 22 sind die Elektroden 23a und 24 durch die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 dazwischen getrennt.
  • Der unbiegsame Körper 12 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf die gesamte erste größere Fläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt, wobei die Oberfläche 21 als akustische Strahlungsfläche dient, um Ultraschallwellen zu emittieren. Der unbiegsame Körper 12 weist eine Dicke t (= 0,7 mm) auf und wird gemäß der Formel (1) gebildet: t = {v/(4f)} ± 10%, wobei t die Dicke (= 0,7 mm) bedeutet und f die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 bedeutet und v die Schallgeschwindigkeit innerhalb des unbiegsamen Körpers 12 bedeutet.
  • Der unbiegsame Körper 12 weist eine Dicke t auf, die 1/4 der Dicke der Ultraschallwellenlänge λ (= v/f) ist. Die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 beträgt 2 MHz, und die Schallgeschwindigkeit v innerhalb des unbiegsamen Körpers 12 beträgt ungefähr 5600 m/s. Mit einer derartigen Dicke t dient der unbiegsame Körper 12 als akustische Anpassungsschicht. Die Klebeschicht 13 zwischen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und dem unbiegsamen Körper 12 ist ungefähr mehrere Dutzend Mikrometer dick, was die Verbreitung der Ultraschallwellenlänge λ (= v/f) nicht beeinträchtigt, wobei die Klebeschicht 13 dünner als der unbiegsame Körper 12 ist. Die Klebeschicht 13 der vorliegenden Ausführungsform besteht beispielsweise aus einem wärmehärtenden Epoxidharz, das bei 150 Grad Celsius aushärtet.
  • Wie in 3 gezeigt, wird die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in die Grundplatte 18 des Ultraschall-Durchflussmessers 15 gesetzt. Die akustische Strahlungsfläche 21 (siehe 4) (aus welcher der unbiegsame Körper 12 besteht) ist die akustische Strahlungsfläche und steht dem U-förmigen Röhrendurchgang 16 der chemischen Lösung gegenüber.
  • Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 umfasst eine Kristallphasen-Perovskit-Struktur, die gemäß der Formel (2) gebildet ist: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3.
  • Die vorliegende Erfindung übernimmt die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11, die in dem Zusammensetzungsbereich der Formel (2) liegt: 0,90 ≤ a ≤ 1,2, 0,02 ≤ x ≤ 0,2, 0,2 ≤ y ≤ 0,8, 0 ≤ z ≤ 0,5, 0 ≤ w ≤ 0,2. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform umfasst die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 und erfüllt somit den Zusammensetzungswert von: a = 0,98, x = 0,04, y = 0,54, z = 0 und w = 0,04.
  • Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 gemäß der Formel (2) weist eine Kristallstruktur, d. h. orthorhombische Kristalle, auf, die auf der Seite ausgebildet sind, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t, und weist tetragonale Kristalle auf, die auf der Seite ausgebildet sind, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t, und auf der Seite, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc, und weist kubische Kristalle auf, die auf der Seite ausgebildet sind, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc. Als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 eine Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t von 30 Grad Celsius, eine Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase (die Curie-Temperatur) Tc von 345 Grad Celsius und eine piezoelektrische Konstante d33 von 260 pC/N auf.
  • Nachstehend wird das Verfahren zum Herstellen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 beschrieben.
  • Zuerst wird das Grundpulver (mit einem Reinheitsgrad von 99% oder mehr) aus K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Ta2O5 und Sb2O3 angesetzt. Gemäß der Formel (2) wird das Grundpulver, das jedes metallische Element enthält, gewogen, um a = 0,98, x = 0,04, y = 0,54, z = 0 und w = 0,04 zu erreichen. Dann wird das Grundpulver unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt, um eine Aufschlämmung zu erhalten. Anschließend wird die Aufschlämmung 24 Stunden in Alkohol eingeweicht. Die Art des Grundpulvers (Verbindung), das jedes metallische Element enthält, ist nicht eingeschränkt. Ein oxidiertes Material, ein Carbonat oder dergleichen jedes metallischen Elements kann verwendet werden.
  • Die Aufschlämmung, die bei dem obigen Prozess gewonnen wird, wird getrocknet und drei Stunden lang auf 900 Grad Celsius gebrannt. Unter Verwendung einer Kugelmühle wird die Aufschlämmung 24 Stunden lang zermalmt. Es wird eine Polyvinylalkohol-Wasserlösung zu der Aufschlämmung hinzugefügt und sie wird pelletiert. Dann wird das pelletierte Pulver unter einem Druck von 20 MPa zu einer Scheibe gepresst, deren Durchmesser 11,5 mm beträgt und die 0,2 mm dick ist. Die Scheibe wird 2,5 Stunden lang auf 1000 bis 1200 Grad Celsius gesintert, wobei es sich um die geeignete Temperatur handelt, um einen gesinterten Körper maximaler Dichte zu erzielen.
  • Die beiden Oberfläche des gesinterten Körpers werden gleichzeitig geschleift, bis er zu einer Scheibe wird, deren Durchmesser 10 mm beträgt und die 1,4 mm dick ist. Die Silberpaste (leitfähige Metallpaste) wird auf die beiden Oberflächen der Scheibe aufgetragen und die Scheibe wird auf 700 Grad Celsius erhitzt, um die Elektroden 23, 24 zu bilden. In Silikonöl wird eine Gleichstromspannung von 3 kV/mm an die Elektroden 23, 24 auf 130 Grad Celsius 20 Minuten lang angelegt, um eine Polarisation in Dickenrichtung zu erreichen, wodurch die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 (Polarisationsprozess) erstellt wird.
  • Unter Verwendung eines wärmehärtenden Klebstoffs in einem Aushärtungstemperaturbereich, der um 50 Grad Celsius höher als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t ist (gleich 30 Grad Celsius), und um 50 Grad Celsius tiefer als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc ist (gleich 345 Grad Celsius), wird der unbiegsame Körper 12 auf die akustische Strahlungsfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt. Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der wärmehärtende Harzserien-Klebstoff ein Klebstoff der Epoxid-Serie mit einer Aushärtungstemperatur von 150 Grad Celsius. Der Klebevorgang umfasst das Erhitzen des Klebstoffs der Epoxid-Serie auf die Aushärtungstemperatur von 150 Grad Celsius, um den unbiegsamen Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 zu kleben und somit die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 herzustellen.
  • Die Erfinder haben wiederholt die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 auf die Wirkung von Abkühlung und Erhitzung derselben getestet, um die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der Vorrichtung 10 mit der Zeit zu bestimmen. Die Testergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
  • Die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft mit der Zeit wurde durch das folgende Verfahren bestimmt. Zunächst wurden die Drähte 26 und 27 an die Elektroden 23, 24 eines Paars elektromechanische Umformungsvorrichtungen 10 angeschlossen, die gemäß dem obigen Verfahren hergestellt wurden. Dann wurden die elektromechanischen Umformungsvorrichtungen 10 in die Grundplatte 18 des Ultraschall-Durchflussmessers 15 gesetzt, wie in 3 gezeigt. Dann wurden Ultraschallwellen zwischen jede Vorrichtung 10 gegeben und die standardmäßige Sende-/Empfangsempfindlichkeit (der Spannungswert der empfangenen Signale) der Ultraschallwellen wurde eingestellt. Dann wurden die elektromechanischen Umformungsvorrichtungen 10 aus dem Ultraschall-Durchflussmesser 15 entfernt und die Auswirkung von Abkühlung und Erhitzung derselben wurde getestet, indem sie 100mal wiederholt, eine Stunde lang auf 20 Grad Celsius unter Null abgekühlt wurden und 100mal eine Stunde lang auf 200 Grad Celsius erhitzt wurden. Dann wurden die elektromechanischen Umformungsvorrichtungen 10 wieder in die Grundplatte 18 des Ultraschall-Durchflussmessers 15 gesetzt und die Sende-/Empfangsempfindlichkeit wurde gemessen. Nun wurde die Abnahmerate (dB) der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen nach dem Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung mit der standardmäßigen Einstellung der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen vor dem Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung verglichen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Das Praktische Beispiel 1, wie in Tabelle 1 gezeigt, bedeutet, dass die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 anhand des obigen Verfahrens hergestellt wurde.
  • Die Erfinder stellten die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der Praktischen Beispiele 2 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 her, indem sie die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs änderten, so dass der unbiegsame Körper 12 wirksam geklebt wurde, indem sie die Materialien änderten, die beim Bilden des unbiegsamen Körpers 12 verwendet wurden, indem sie die Klebeposition des unbiegsamen Körpers 12 änderten und indem sie die Dicke der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 10 änderten. Der Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung wurde an der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 vorgenommen, um die Abnahmerate (dB) der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen mit der Zeit zu berechnen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Außer dass Keramik auf Siliciumdioxidbasis als Material verwendet wurde, um den unbiegsamen Körper 12 herzustellen, wurde bei dem Test Aluminium oder Polyetheretherketon-(PEEK)Harz verwendet. Der Elastizitätsmodul von Aluminium beträgt 70 GPa, und der Elastizitätsmodul von Polyetheretherketon-Harz beträgt 4 GPa. Obwohl er in Tabelle 1 nicht gezeigt wird, beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient von Aluminium und Polyetheretherketon-Harz jeweils 24 ppm/°C und 45 ppm/°C. Tabelle 1
    Figure DE112012001935T5_0002
    Figure DE112012001935T5_0003
  • Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Praktischen Beispiels 2 ist anders als diejenige des Praktischen Beispiels 1, da der unbiegsame Körper 12 auf die Rückfläche 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 des Praktischen Beispiels 2 sind jedoch die gleichen wie diejenigen des Praktischen Beispiels 1. Auch die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Praktischen Beispiels 3 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da der unbiegsame Körper 12, der auf die Rückfläche 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, aus Aluminium besteht. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 des Praktischen Beispiels 3 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der Praktischen Beispiele 4 bis 6 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da die Dicke der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 der Vorrichtung 10 der Praktischen Beispiele 4 bis 6 anders ist und von 2 bis 5 mm reicht. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 der Praktischen Beispiele 4 bis 6 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1.
  • Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 1 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs, der verwendet wird, um den unbiegsamen Körper 12 (die akustische Anpassungsschicht) zu kleben, auf 60 Grad Celsius geändert wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 2 ist anders als die des Praktischen Beispiels 2, da die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs auf 60 Grad Celsius geändert wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 2. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 3 ist anders als die des Praktischen Beispiels 3, da die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs auf 60 Grad Celsius geändert wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 3.
  • Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 4 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da das Polyetheretherketon-(PEEK)Harz auf die Rückfläche 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 5 ist anders als die des Vergleichsbeispiels 4, da die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs auf 60 Grad Celsius geändert wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Vergleichsbeispiels 4.
  • Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Praktischen Beispiels 6 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da der unbiegsame Körper 12 nicht geklebt wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1. Mit Bezug auf das Vergleichsbeispiel 6 muss zwischen der akustischen Strahlungsfläche 21 und dem unbiegsamen Körper 12 (akustische Anpassungsschicht) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 Schmierfett aufgetragen werden, weil der unbiegsame Körper 12 dicht in den Ultraschall-Durchflussmesser 15 eingesetzt werden soll. Dann wird die Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen innerhalb des Durchflussmessers 15 gemessen. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 des Vergleichsbeispiels 7 ist anders als die des Praktischen Beispiels 1, da die Dicke der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 auf 7 mm geändert wird. Die anderen Strukturen der Vorrichtung 10 sind jedoch die gleichen wie die des Praktischen Beispiels 1.
  • Das Volumenverhältnis in der Nähe des Klebstoffs, wie in Tabelle 1 gezeigt, bedeutet den Volumenanteil der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 in dem Bereich R1 (wie in 4 und 5 gestrichelt dargestellt), wobei der Abstand von der Stelle (an der Oberfläche der Klebstoffschicht 13), an welcher der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt ist, gegenüber dem Gesamtvolumen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 2 mm oder weniger beträgt. Daher ist beim Kleben des unbiegsamen Körpers 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11, die 2 mm oder weniger dick ist (gemäß den Praktischen Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5), das Gesamtvolumen der Zusammensetzung 11 in dem Bereich R1 enthalten. Somit beträgt das Volumenverhältnis in der des Klebstoffs 100%. (Siehe 4).
  • Falls die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 2 mm oder mehr dick ist, geht sie teilweise über den Bereich R1 hinaus. Somit ist das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle geringer (siehe 5). Bei dem Praktischen Beispiel 5, bei dem der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, die 3 mm dick ist, beträgt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 67%. Bei dem Praktischen Beispiel 5, bei dem der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, die 5 mm dick ist, beträgt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 40%. Bei dem Vergleichsbeispiel 7, bei dem der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, die 7 mm dick ist, beträgt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 29%. Bei dem Vergleichsbeispiel 6, bei dem der unbiegsame Körper 12 nicht auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, beträgt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 0%.
  • Bei den Praktischen Beispielen 2 und 3 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 5, bei denen der unbiegsame Körper auf die Rückfläche 22 der akustischen Strahlungsfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, wird die akustische Anpassungsschicht aus dem gleichen Material und in der gleichen Form ausgebildet wie der unbiegsame Körper 12 des Praktischen Beispiels 1, und die akustische Anpassungsschicht wird auf die akustische Strahlungsfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt, wobei Schmierfett verwendet wird, um die Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen zu messen. Somit ergibt die akustische Anpassungsschicht die gleiche Messbedingung wie die des Praktischen Beispiels 1, wodurch es möglich wird, die Klebewirkung des unbiegsamen Körpers 12 richtig zu identifizieren.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt und mit Bezug auf die Praktischen Beispiele 1 bis 6, wird der unbiegsame Körper 12, der aus Keramik auf Siliciumdioxidbasis oder aus Aluminium hergestellt wird und einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist, auf die Oberfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 durch Erhitzen dieser Oberfläche auf 150 Grad Celsius geklebt. Bei den Praktischen Beispielen 1 bis 6 liegt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 in dem Bereich R1, wobei der Abstand von der Stelle auf dem unbiegsamen Körper 12, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, 2 mm oder weniger dick ist und das Volumenverhältnis 40% oder mehr beträgt. Somit beträgt bei den Praktischen Beispielen 1 bis 6 die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen, wie es der Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung zeigt, 0,4 dB bis –0,1 dB (weniger als 5%), wodurch bestätigt wird, dass ein geringeres Risiko besteht, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sich die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 mit der Zeit verschlechtert. Bei den Praktischen Beispielen 1 bis 4, bei denen das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 100% beträgt, ist die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen gering, d. h. von 0,2 dB bis –0,1 dB, wodurch es möglich wird, eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 zu erzielen, deren piezoelektrische Eigenschaft sich weniger wahrscheinlich mit der Zeit verschlechtert. Mit anderen Worten und bezüglich der Praktischen Beispiele 1 bis 6 bewirkt das Kleben des unbiegsamen Körpers 12 eine externe Kraft in die Richtung, in der die Gitterverzerrung, die durch den Phasenübergang induziert wird, geregelt wird. Somit ist es unwahrscheinlich, dass ein derartiger Phasenübergang vorkommt. Somit wird das Fortschreiten der Depolarisation durch die Wiederholung der Gitterverzerrung geregelt, wodurch die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft mit der Zeit abnimmt. Auch ist die Klebestelle des unbiegsamen Körpers 12 nicht nur die akustische Strahlungsfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11, sondern bei den Praktischen Beispielen 2 und 3, bei denen der unbiegsame Körper 12 auf die Rückfläche 22 der Zusammensetzung 11 geklebt wird, ist die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen gering, wobei der Wert bei –0,1 dB liegt, wodurch bestätigt wird, dass es unwahrscheinlich ist, dass sich die piezoelektrische Eigenschaft der Zusammensetzung 11 mit der Zeit verschlechtert.
  • Im Fall des Vergleichsbeispiels 6, bei dem der unbiegsame Körper 12 nicht auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, bewirkt das Wiederholen des Phasenübergangs mit Änderungen bei der Temperatur, welche die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t umfasst, den Fortschritt der Depolarisation der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11. Daher wurde bei dem Vergleichsbeispiel 6 die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen nach dem Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung mit –4,2 dB gezeigt, was bedeutet, dass sich der Abfall der Sende-/Empfangsempfindlichkeit um ungefähr 40% verringert hatte. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass als eine der Eigenschaften der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 die piezoelektrische Konstante d33, die ursprünglich 260 pC/N betrug, auf 160 pC/N abgefallen war, wie es der Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung zeigte.
  • Mit Bezug auf die Vergleichsbeispiele 1 bis 3, bei denen die Aushärtungstemperatur des unbiegsamen Körpers 12 tief ist (60 Grad Celsius), ist das Haftvermögen des unbiegsamen Körpers 12 an der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 nicht sehr wirksam, und die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen, wie sie durch den Test der Abkühlungs-/Erhitzungs-Wirkung gezeigt wird, beträgt –2,3 dB (über 20%). Mit Bezug auf die Vergleichsbeispiele 4 und 5, bei denen das Polyetheretherketon-Harz, das einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist, geklebt wird, ist die Wirksamkeit des Haftvermögens gering, und die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen beträgt dabei –0,9 dB oder weniger (über 10%), wodurch eine zeitliche Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft gezeigt wird. Mit Bezug auf das Vergleichsbeispiel 7, bei dem die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 7 mm dick ist, beträgt das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 29%. Mit anderen Worten steigt der Volumenanteil der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11, die über den Bereich R1 hinausgeht, in dem der Abstand von der Klebestelle des unbiegsamen Körpers 12 gleich 2 mm oder weniger ist, auf ungefähr 70% an. Somit kann mit Bezug auf das Vergleichsbeispiel 7 die Klebewirkung des unbiegsamen Körpers 12 auf der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 nicht ausreichend erzielt werden, wie es durch die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallwellen gezeigt wird, die –0,6 dB beträgt, wodurch sich die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft bestätigt.
  • Demnach kann gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgende Wirkung erzielt werden.
    • (1) Bei jeder piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 der Praktischen Beispiele 1 bis 6 wird der vergleichsweise feste unbiegsame Körper 12, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist, anhand der Elektrode 23 auf die akustische Strahlungsfläche 21 geklebt, und das Haftvermögen des unbiegsamen Körpers 12 wird derart ausreichend gesichert, dass das Volumenverhältnis (in der Nähe der Klebestelle) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 in dem Bereich liegt, in dem der Abstand von der Klebestelle des unbiegsamen Körpers 12 2 mm oder weniger beträgt, wobei das Volumenverhältnis 40% oder mehr betragen sollte. Auch wenn eine Änderung der Temperatur, welche die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t betrifft, macht es der unbiegsame Körper 12, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, unwahrscheinlich, dass der Phasenübergang der Kristallstruktur (wobei sich der tetragonale Kristall in den orthorhombischen Kristall ändert) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 vorkommt. Insbesondere falls die Dicke der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 als Grundlage der Klebestelle mit der Zusammensetzung 11 und dem unbiegsamen Körper 12 2 mm oder weniger beträgt (bei den Praktischen Beispielen 1 bis 4), erreicht das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 100%. Somit ermöglicht es ein derartiger unbiegsamer Körper 12, den Phasenübergang der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 sicher zu verhindern, wodurch die zeitliche Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 verhindert wird und die Produktzuverlässigkeit des Ultraschall-Durchflussmessers 15 erhöht wird.
    • (2) Der Ultraschall-Durchflussmesser 15, der bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird auf der Zirkulationsleitung der chemischen Lösung bereitgestellt, um das Durchflussvolumen der chemischen Lösung W1 zu messen, die der Halbleiter-Herstellungseinrichtung zugeführt wird. Der Durchflussmesser 15 wird in einer rauen Umgebung verwendet, in der die Betriebstemperatur von 0 bis 200 Grad Celsius reicht. Mit anderen Worten liegt die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t (= 30 Grad Celsius) in diesem Betriebstemperaturbereich. Während der Ultraschall-Durchflussmesser 15 verwendet wird, geht die Temperatur der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 somit über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t hinaus oder fällt darunter ab. Selbst wenn es zu einer Änderung der Temperatur des unbiegsamen Körpers 12, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 klebt wird, kommt, ist es unwahrscheinlich, dass ein Phasenübergang der Kristallstruktur vorkommt, wodurch die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der Zusammensetzung 11 mit der Zeit verhindert wird. Die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc (= 345 Grad Celsius) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 liegt in einem höheren Temperaturbereich als die Betriebstemperaturgrenze des Ultraschall-Durchflussmessers 15. In diesem Fall steigt die Temperatur der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 während der Verwendung des Ultraschall-Durchflussmessers 15 nicht bis auf eine höhere Temperaturseite an als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc, wodurch der Fortschritt der Depolarisation der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 vermieden wird, und wodurch eine günstige piezoelektrische Eigenschaft beibehalten wird. Daher ermöglicht der Ultraschall-Durchflussmesser 15 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das richtige Messen des Durchflussvolumens der chemischen Lösung W1.
    • (3) Mit Bezug auf die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der unbiegsame Körper 12 mit einem Epoxid-Serien-Klebstoff auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt, um ein ausreichendes Haftvermögen zu erreichen. Der Epoxid-Serien-Klebstoff weist eine geeignete Steifigkeit auf, um Ultraschallvibrationen zu übertragen, wodurch die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 Ultraschallvibrationen wirksam übertragen kann.
    • (4) Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Curie-Temperatur von 340 Grad Celsius oder mehr auf, wodurch die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 der Alkali-Niobat-Serie mit einer piezoelektrischen Eigenschaft versehen wird, die eine piezoelektrische Konstante von 260 pC/N oder mehr aufweist. Demnach ermöglicht die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10, die eine derartige piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 verwendet, ein wirksames Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, wodurch die Produktzuverlässigkeit des Ultraschall-Durchflussmessers 15 sichergestellt wird. Auch wird die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 bleifrei hergestellt, wodurch Umweltschäden bei der Entsorgung der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 vermieden werden.
    • (5) Mit Bezug auf die Praktischen Beispiele 1, 2 und 4 bis 6 ist es durch die Verwendung des Klebstoffs mit Keramik auf Siliciumdioxid-Basis, der aus Siliciumdioxid (SiO2) als Hauptbestandteil besteht, möglich, einen unbiegsamen Körper 12 zu erzielen, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist. Mit Bezug auf die Praktischen Beispiele 1, 4 bis 6 weist der unbiegsame Körper 12, der auf die akustische Strahlungsfläche 21 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, eine Dicke t auf, die einem Viertel (1/4) der Ultraschallwellenlänge λ (= v/f) entspricht, die von der akustischen Strahlungsfläche 21 emittiert wird, wodurch der unbiegsame Körper 12 als akustische Anpassungsschicht dienen kann, wodurch es ermöglicht wird, dass die Ultraschallwellen wirksam von der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 emittiert werden. Es ist somit nicht notwendig, den unbiegsamen Körper 12 und die akustische Anpassungsschicht getrennt anzusetzen, wodurch sich die Kosten der Bauteile bei der Herstellung der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 reduzieren.
    • (6) Mit Bezug auf das Praktische Beispiel 3 ist es durch die Verwendung eines Aluminium-Klebstoffs möglich, einen unbiegsamen Körper 12 zu erzielen, der einen Elastizitätsmodul von 70 GPa aufweist. Da Aluminium ein vergleichsweise leichtes Metall ist, reduziert sich auch das Gewicht der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 und des unbiegsamen Körpers 12.
    • (7) Der Epoxid-Serien-Klebstoff, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine Aushärtungstemperatur (von 150 Grad Celsius) auf, die um 50 Grad Celsius oder mehr höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t, und um 50 Grad Celsius niedriger ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc. Der unbiegsame Körper 12 wird in dem Temperaturbereich auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt, und zwar spezifisch auf 150 Grad Celsius, auf welcher Temperatur die Kristallstruktur der Zusammensetzung 11 ein tetragonaler Kristall ist und die um 50 Grad Celsius oder mehr höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t, und um 50 Grad Celsius niedriger ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase Tc. Somit führt das Kleben des unbiegsamen Körpers 12 auf die Zusammensetzung 11 nicht zum tetragonalen Kristallphasenübergang auf die Kristallstrukturen, wodurch der Fortschritt der Depolarisation der Zusammensetzung 11 verhindert wird. Selbst wenn die Temperatur niedriger wird als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase To-t, übt der unbiegsame Körper 12 eine externe Kraft aus, um die Gitterverzerrung des tetragonalen Kristalls zu bewahren, wodurch es unwahrscheinlich wird, dass sich der tetragonale Kristall in einen orthorhombischen Kristall ändert, und wodurch eine zeitliche Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 verhindert wird.
    • (8) Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der unbiegsame Körper 12, der die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 umfasst, dünner als die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11, und der Klebstoff 13, der den unbiegsamen Körper 12 auf die Zusammensetzung 11 klebt, ist dünner als der unbiegsame Körper 12, wodurch die Vorrichtung 10 kompakter und dünner gemacht werden kann, so dass sie mühelos in die Grundplatte 18 des Ultraschall-Durchflussmessers 15 der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gesetzt werden kann. Falls die Schicht des Klebstoffs 13 zu dick ist, wirkt sie wie ein Dämpfungsmaterial (Puffer), das die Empfindlichkeit der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 reduziert. Da die Steifigkeit des Klebstoffs 13 geringer ist als die des unbiegsamen Körpers 12, verringert eine Schicht des Klebstoffs 13, die zu dick ist, die Wirkung bei der Regelung der Gitterverzerrung, die durch den Phasenübergang verursacht wird, was somit zur Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 mit der Zeit führt. Dagegen übernimmt die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Klebstoffschicht 13 mit einer Dicke von mehreren Dutzend Mikrometern, die sich nicht negativ auf die Ausbreitung der Ultraschallwellen auswirkt, wodurch die Verschlechterung der Empfindlichkeit der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 sicher vermieden wird.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wie folgt geändert werden.
  • Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben, wird der unbiegsame Körper 12 derart gebildet, dass die folgende Formel aufgestellt wird: t = {v/(4f)} ± 10% (t = Dicke des unbiegsamen Körpers 12, f = Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11, v = Schallgeschwindigkeit innerhalb des unbiegsamen Körpers 12). Es ist jedoch möglich, den unbiegsamen Körper 12 derart zu bilden, dass er die Bedingung der Formel t = {v/(2f)} ± 10% erfüllt. Mit anderen Worten ist es möglich, den unbiegsamen Körper 12 mit einer Dicke zu bilden, die halb so groß ist wie die der Ultraschallwellenlänge λ. Dadurch kann der unbiegsame Körper 12 als akustische Anpassungsschicht dienen, die somit wirksam Ultraschallwellen aus der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 anhand des unbiegsamen Körpers 12 emittiert, in welchem Fall die Dicke t des unbiegsamen Körpers 12 zweimal so groß ist wie die der vorhergehenden Ausführungsform. Die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, übernimmt den unbiegsamen Körper 12 mit einer kleineren Dicke als die der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11. Es ist jedoch möglich, einen unbiegsamen Körper 12 mit einer größeren Dicke als die der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 beim Herstellen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 zu kleben. Falls jedoch die Dicke des unbiegsamen Körpers 12 zu groß ist, wird die Schwingungslast zu stark. Falls dagegen die Dicke des unbiegsamen Körpers 12 zu klein ist, ist seine Festigkeit unzureichend, wodurch er seine Wirkung verliert, die es schwierig machen würde, dass der Phasenübergang erfolgt. Somit ist es besser, den unbiegsamen Körper 12 gemäß der geeigneten Dicke t und unter Berücksichtigung der Festigkeit oder der Schwingungen der Materialien zum Bilden des unbiegsamen Körpers 12, sowie der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und der Schallgeschwindigkeit v innerhalb des unbiegsamen Körpers 12 zu bilden.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, ist der unbiegsame Körper 12, der auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, scheibenförmig, jedoch ohne auf die Scheibenform eingeschränkt zu sein. Der unbiegsame Körper 12 kann beispielsweise ein rahmenförmiger (ringförmiger) Körper sein, der in der Mitte ein Loch aufweist, oder es handelt sich um einen gitterförmigen Körper mit mehreren Löchern. Auch ist es außer einem kreisförmigen unbiegsamen Körper möglich, andere Formen zu übernehmen, wie etwa ein Dreieck, ein Quadrat oder ein Vieleck, wobei es dann einige Bereiche auf der Klebefläche (der ersten Hauptfläche 21 (akustische Strahlungsfläche 21) oder der zweiten Hauptfläche 22 (Rückfläche 22)) der zu bildenden piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 gibt, auf die der unbiegsame Körper 12 nicht geklebt wird. Auch in diesem Fall sollte der unbiegsame Körper 12 derart geklebt werden, dass das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 40% oder mehr beträgt.
  • 6 zeigt die Ausführungsform der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10A, auf welcher der gitterförmige unbiegsame Körper 12A an der ersten Hauptfläche 21 (der akustischen Strahlungsfläche 21) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 geklebt ist. 6 zeigt den unbiegsamen Körper 12A auch in einer spezifischen Größe und mit Gitterzwischenräumen, derart (auf die Zusammensetzung 11) geklebt, dass der Volumenanteil (Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle) der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 40% oder mehr beträgt und in dem Bereich R1 liegt (gestrichelt gezeigt), in dem der Abstand von der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und des unbiegsamen Körpers 12A 2 mm oder weniger beträgt. In diesem Fall, bei dem der gitterförmige unbiegsame Körper 12A verwendet wird, ist es besser, die Breite der Lücke des Gitters des unbiegsamen Körpers 12A auf 2 mm oder weniger einzustellen, wodurch es ermöglicht wird, das richtige Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 sicherzustellen. Eine derartige Klebewirkung des unbiegsamen Körpers 12A verhindert, dass sich die piezoelektrische Eigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 mit der Zeit verschlechtert.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, wird der Klebstoff 13 auf der gesamten Grenzfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und des unbiegsamen Körpers 12 bereitgestellt, um den unbiegsamen Körper 12 auf die Zusammensetzung 11 zu kleben, es können jedoch andere Bildungsmuster verwendet werden. Das Bildungsmuster des Klebstoffs 13, das an der Grenzfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und des unbiegsamen Körpers 12 gebildet wird, kann auch ein Gitter sein, wie in 7 gezeigt, oder es kann sich um Linien, wie in 8 gezeigt, oder Punkte, wie in 9 gezeigt, handeln. Wenn eines der Klebemuster übernommen wird, wie in 7 bis 9 gezeigt, wird der unbiegsame Körper 12 gemäß dem Zwischenraum und der Breite des Musters derart geklebt, dass das Volumenverhältnis in der Nähe der Klebestelle 40% oder mehr beträgt. Bei dem Klebevorgang kann der unbiegsame Körper 12 auch auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt werden, nachdem der Klebstoff 13 auf die Oberfläche des unbiegsamen Körpers 12 geklebt wurde, oder nachdem er auf die Oberfläche der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 aufgetragen wurde.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, wird der unbiegsame Körper 12 aus Keramik auf Siliciumdioxid-Basis gebildet und wird auf die erste Hauptfläche 21 (akustische Strahlungsfläche 21) geklebt (bei den Praktischen Beispielen 1 und 4 bis 6), oder er wird aus Keramik auf Siliciumdioxid-Basis oder aus Aluminium gebildet und der unbiegsame Körper 12 wird auf die zweite Hauptfläche 22 (Rückfläche 22) geklebt, bei den Praktischen Beispielen 2 und 3. Der unbiegsame Körper 12 ist nicht darauf eingeschränkt, aus Keramik auf Siliciumdioxid-Basis oder aus Aluminium gebildet zu sein, sondern kann aus anderen Materialien, die einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweisen, gebildet sein. Insbesondere umfasst der unbiegsame Körper 12, der auf die erste Hauptfläche 21 und auf die zweite Hauptfläche 22 geklebt werden soll, einen unbiegsamen Körper 12, der nicht nur Siliciumdioxid sondern auch Aluminium oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid als Hauptbestandteil umfasst. Der unbiegsame Körper 12, der auf die zweite Hauptfläche 22 geklebt werden soll, umfasst nicht nur Aluminium sondern auch Kupfer oder Edelstahl oder dergleichen.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, ist die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 scheibenförmig. Die erste Hauptfläche 21 oder die zweite Hauptfläche 22, die auf den unbiegsamen Körper 12 geklebt werden soll, ist flach, muss aber nicht flach sein, da es möglich ist, einen netzartigen Schlitz (Hutabschnitt) entweder auf der ersten Hauptfläche 21 oder auf der zweiten Hauptfläche 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 bereitzustellen. Der Schlitz, der an der Oberfläche der Zusammensetzung 11 gebildet ist, ermöglicht eine größere Flexibilität in Querrichtung, was die piezoelektrische Eigenschaft der Zusammensetzung 11 verbessert. Somit wird die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 hergestellt, indem der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt wird, die eine Oberfläche aufweist, aus welcher der Schlitz 31 gebildet ist oder nicht. Mit Bezug auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11A, wie in 10 gezeigt, während der unbiegsame Körper 12 auf die Oberfläche 21 geklebt wird, auf welcher der Schlitz 31 gebildet ist, wird ein Luftspalt auf dem konkaven Abschnitt des Schlitzes 31 gebildet, wobei es dann möglich ist, ein elastisches Material, wie etwa Gummi oder dergleichen, in den konkaven Abschnitt einzufügen. Wie in 11 gezeigt, ist es ebenfalls möglich, ein festes Material 32, wie etwa ein Epoxidharz, in den konkaven Abschnitt des Schlitzes 31 einzufügen, wodurch verhindert wird, dass sich der Luftspalt zwischen dem unbiegsamen Körper 12 und der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11A bildet. Somit ändert sich eine akustische Impedanz der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 (eines Ultraschall-Wandlers), um eine wirksamere akustische Kopplung zu ermöglichen, so dass eine Verstärkungswirkung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11A ermöglicht wird, die somit das Haftvermögen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11A und des harten Materials 32 als Füllstoff bewahrt. Die Verwendung des harten Materials 32, das einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist, ermöglicht es, die Gitterverzerrung zu regeln, die während des Phasenübergangs der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11A auftritt.
  • Bei der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 in die Grundplatte 18 oder in einen Sensormontagehalter oder dergleichen einzusetzen, die bzw. der den Ultraschall-Durchflussmesser 15 umfasst, so dass die Grundpatte 18 oder der Halter oder dergleichen als unbiegsamer Körper dienen kann. In diesem Fall ist es notwendig, ein Material zu verwenden, das einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, wird der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 durch einen wärmehärtenden Harzserien-Klebstoff, wie etwa einen Epoxidserien-Klebstoff, geklebt. Die Art des Klebstoffs kann jedoch geändert werden. Neben einer Epoxidharzart kann ein Polyimidharz-Klebstoff verwendet werden, oder es kann ein thermoplastischer Klebstoff oder lichthärtender Klebstoff verwendet werden. Wenn der unbiegsame Körper 12 zudem unter Verwendung eines Materials mit hoher Lötbarkeit gebildet wird, kann Lötmetall als Haftmittel verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, den unbiegsamen Körper 12 durch Einbinden des Klebstoffbestandteils und durch Erhitzen desselben, bis sich die Hafteigenschaft an der Oberfläche des unbiegsamen Körpers 12 zeigt, zu bilden, wodurch es ermöglicht wird, den unbiegsamen Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 zu kleben.
  • Bei der elektromechanischen Umformungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, wird der unbiegsame Körper 12 auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung 11 geklebt, indem die Elektroden 23, 24 an den Hauptflächen 21 und 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 angebracht werden, doch sind diese Oberflächen nicht die einzigen, die verfügbar sind. Wenn beispielsweise der unbiegsame Körper 12 unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials, wie etwa von Metall oder dergleichen, gebildet wird, ist es möglich, den unbiegsamen Körper 12 (der nun als Elektrode dient) direkt auf die Hauptflächen 21 und 22 der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 zu kleben, wodurch die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 gebildet wird. Beim Bilden der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 von der dicken Art kann der unbiegsame Körper 12 direkt auf eine Seitenfläche der Vorrichtung 10 geklebt werden, auf der die Elektroden 23, 24 nicht gebildet wurden.
  • Bei der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, die metallischen Elemente Bi, Fe oder dergleichen zu der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 hinzuzufügen, wodurch erreicht wird, dass die Zusammensetzung 11 eine günstige piezoelektrische Eigenschaft aufweist.
  • Bei der Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, wird die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 als Ultraschallsensor des Ultraschall-Durchflussmessers 15 verwendet, doch die Vorrichtung 10 ist nicht auf diese Verwendung eingeschränkt. Beispielsweise kann sie als Sensor zur Luftblasenerkennung verwendet werden, um die Abnahmerate der Ultraschallwellen zu messen, die sich gegen die zirkulierende chemische Lösung ausbreiten, und um das Vorliegen oder Fehlen der Blasen basierend auf der Abnahmerate der Ultraschallwellen zu erkennen. Auch kann die Vorrichtung 10 als Ultraschall-Konzentrationsmesser verwendet werden, um die Konzentration der zirkulierenden chemischen Lösung basierend auf der Abnahmerate der Ultraschallwellen zu erkennen. Auch kann die Vorrichtung 10 als Klopfsensor oder Stellglied in einem Verbrennungsmotor, in einem Ultraschall-Wandler oder in einer Ultraschall-Waschmaschine oder dergleichen verwendet werden. Schließlich ist die elektromechanische Umformungsvorrichtung 10 scheibenförmig. Form oder Größe der Vorrichtung 10 kann jedoch gemäß der beabsichtigten Verwendung geändert werden.
  • Neben den technischen Ideen der vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben, sind auch die nachstehend beschriebenen technischen Ideen zu berücksichtigen.
    • (1) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung in dem Bereich liegt, in dem der Abstand von der Klebestelle der Zusammensetzung und dem unbiegsamen Körper gleich 2 mm oder weniger ist, und dass der Volumenanteil gegenüber dem Gesamtvolumen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 45% oder mehr beträgt.
    • (2) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des unbiegsamen Körpers gleich 65 GPa oder mehr ist.
    • (3) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des unbiegsamen Körpers zwischen 65 GPa und 80 GPa liegt.
    • (4) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des unbiegsamen Körpers 24 ppm/°C oder weniger beträgt.
    • (5) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des unbiegsamen Körpers zwischen 7 ppm/°C und 24 ppm/°C liegt.
    • (6) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des unbiegsamen Körpers kleiner ist als die der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, und dass die Dicke des Klebstoffs, der beim Kleben des unbiegsamen Körpers auf die Zusammensetzung verwendet wird, kleiner ist als die des unbiegsamen Körpers.
    • (7) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des unbiegsamen Körpers kleiner ist als die der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, und dass die Dicke des Klebstoffs, der beim Kleben der Elektrode und des unbiegsamen Körpers auf die Zusammensetzung verwendet wird, kleiner ist als die des unbiegsamen Körpers.
    • (8) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode durch Erhitzen der leitfähigen Metallpaste gebildet wird.
    • (9) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramikzusammensetzung bleifrei ist.
    • (10) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramikzusammensetzung eine Keramikzusammensetzung der Alkali-Niobat-Serie ist, die eine Kristallphase einer Perovskit-Struktur aufweist.
    • (11) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung – als Norm für das Haftvermögen der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung 11 und des unbiegsamen Körpers 12 – gleich 2 mm oder weniger ist.
    • (12) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramikzusammensetzung in der Form einer Platte gebildet ist, welche die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche umfasst, und dass der unbiegsame Körper plattenartig ist und die gleiche Größe aufweist oder größer ist als der Außendurchmesser der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, die auf die gesamte erste Hauptfläche und zweite Hauptfläche der Zusammensetzung geklebt werden soll.
    • (13) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Keramikzusammensetzung in der Form einer Platte gebildet ist, welche die erste Hauptfläche als akustische Strahlungsfläche und die zweite Hauptfläche als Rückseite der akustischen Strahlungsfläche umfasst.
    • (14) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase in dem Bereich von 0 bis 100 Grad Celsius liegt, und dass die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs 150 Grad Celsius beträgt.
    • (15) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß dem dritten oder vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein wärmehärtendes Epoxidharz umfasst, das auf einer Temperatur aushärtet, welche um 100 Grad oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht.
    • (16) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an eine Stelle gesetzt wird, die im Gebrauch auf 100 Grad Celsius oder mehr erhitzt wird.
    • (17) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in den Ultraschall-Durchflussmesser gesetzt wird, um das Durchflussvolumen der chemischen Lösung zu messen, die der Halbleiter-Herstellungseinrichtung zugeführt wird.
    • (18) Eine elektromechanische Umformungsvorrichtung gemäß einem der ersten bis achten Aspekte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Ultraschall-Sensor verwendet wird, um Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, und dass nach 100 Zyklen eines Tests der thermischen Wirkung, der in einem Temperaturbereich ausgeführt wurde, der tiefer und höher als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase ist, festgestellt wurde, dass die Abnahmerate der Sende-/Empfangsempfindlichkeit gleich 5% oder weniger als der Standardwert war, der vor dem Test der thermischen Wirkung eingestellt wurde.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 10A
    Elektromechanische Umformungsvorrichtung
    11, 11A
    Piezoelektrische Keramikzusammensetzung
    12, 12A
    Unbiegsamer Körper
    21
    Erste Hauptfläche (akustische Strahlungsfläche) als Hauptfläche
    22
    Zweite Hauptfläche (Rückfläche) als Hauptfläche
    23, 24
    Elektrode
    R1
    Bereich kleiner als 2 mm
    To-t
    Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase
    Tc
    Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase

Claims (9)

  1. Elektromechanische Umformungsvorrichtung, umfassend Kristallstrukturen, umfassend einen orthorhombischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, einen tetragonalen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase, und auf der Seite, auf der die Temperatur tiefer ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, und einen kubischen Kristall, der auf der Seite gebildet ist, auf der die Temperatur höher ist als die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase, und wobei die elektromechanische Umformungsvorrichtung eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung umfasst, bei welcher der Volumenanteil, der in dem Bereich liegt, bei dem der Abstand von dem Anbindungspunkt des unbiegsamen Körpers an die piezoelektrische Keramikzusammensetzung zwei Millimeter oder weniger beträgt, im Vergleich zu der gesamten piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gleich 40% oder mehr ist, und wobei die elektromechanische Umformungsvorrichtung einen unbiegsamen Körper umfasst, der einen Elastizitätsmodul von 60 GPa oder mehr aufweist und der direkt auf die Hauptfläche einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung oder indirekt anhand von Zwischenelektroden auf die Hauptfläche geklebt ist.
  2. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase in dem Bereich der Betriebstemperatur der Vorrichtung und/oder in dem Bereich der Lagertemperatur der Vorrichtung liegt, und wobei die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase in einem Temperaturbereich liegt, der höher als die Betriebstemperatur ist.
  3. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein unbiegsamer Körper mit einem wärmehärtenden Harzklebstoff auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt ist.
  4. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der unbiegsame Körper mit einem Klebstoff auf Epoxidbasis auf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung geklebt ist.
  5. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Klebstoff, der den unbiegsamen Körperauf die piezoelektrische Keramikzusammensetzung klebt, eine Aushärtungstemperatur in dem Bereich aufweist, der um 50 Grad Celsius oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht und der um 50 Grad Celsius oder mehr unter die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase abfällt.
  6. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die piezoelektrische Keramikzusammensetzung als {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 in dem Zusammensetzungsbereich von 0,90 ≤ a ≤ 1,2, 0,02 ≤ x ≤ 0,2, 0,2 ≤ y ≤ 0,8, 0 ≤ z ≤ 0,5, 0 ≤ w ≤ 0,2 formuliert ist.
  7. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der unbiegsame Körper aus einer Keramikzusammensetzung hergestellt ist, die Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid in größeren Proportionen umfasst.
  8. Elektromechanische Umformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die piezoelektrische Keramikzusammensetzung eine Hauptfläche umfasst, die als akustische Strahlungsfläche dient, und wobei der unbiegsame Körper, der auf die akustische Strahlungsfläche der Zusammensetzung geklebt ist, als akustische Anpassungsschicht dient, um Ultraschallwellen zu emittieren, und wobei die Dicke des unbiegsamen Körpers als t = {v/(4f)} ± 10% oder t = [v/(2f)] ± 10% formuliert ist, wobei f die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung bedeutet, und v die Schallgeschwindigkeit des unbiegsamen Körpers bedeutet, und t die Dicke des unbiegsamen Körpers bedeutet.
  9. Verfahren zum Herstellen der elektromechanischen Umformungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren einen Polarisationsvorgang umfasst, bei dem ein Elektrodenpaar auf der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gebildet wird, und bei dem die Polarisation auf der Zusammensetzung bereitgestellt wird, indem ein elektrischer Gleichstrom zwischen den Elektroden vorgegeben wird; und umfassend einen Klebevorgang, bei dem die piezoelektrische Keramikzusammensetzung und der unbiegsame Körper mit einem wärmehärtenden Klebstoff zusammen geklebt werden, der einen Aushärtungstemperaturbereich aufweist, der um 50 Grad Celsius oder mehr über die Übergangstemperatur von der orthorhombischen auf die tetragonale Phase hinausgeht und um 50 Grad Celsius oder mehr unter die Übergangstemperatur von der tetragonalen auf die kubische Phase abfällt, und wobei bei dem Klebevorgang der wärmehärtende Klebstoff nach Beendigung des vorhergehenden Polarisationsvorgangs in dem Aushärtungstemperaturbereich erhitzt wird.
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