DE1807602B2 - Piezoelektrische Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische Vorrichtungen mit mindestens einer Platte aus piezoelektrischem Material und mindestens zwei Elektroden, von denen zumindest eine aus mehr als einer Metallschicht zusammengesetzt ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger piezoelektrischer Vorrichtungen.

Herkömmliche piezoelektrische Vorrichtungen, die hin- und hergehende Antriebsmechanismen in Form von Bimorphen darstellen, bestehen aus zwei Schichten piezoelektrischen Materials auf entgegengesetzten Seiten eines stromleitenden Materials, z. B. Messing, das eine mittlere Elektrode darstellt, wobei Elektroden an den Außenseiten jeder piezoelektrischen Schicht in einer geschichteten Anordnung vorhanden sind. Die mittlere Elektrode ist mit einer Fläche einer jeden der beiden pie7oelektrischen Schichten mittels stromleitender Epoxydharzmischungen befestigt. Weiterhin bestehen die äußeren Elektroden aus einem Silberauftrag. Diese Elemente sind miteinander zu einer dünnen, einteiligen Anordnung geschichtet. Arbeitsweise und Anwendung solcher piezoelektrischer Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Hat der Bimorph Rechteckform und ist das eine Ende in einer frei tragenden Anordnung fest eingespannt, biegt oder krümmt sich das andere Ende in einem der Größe einer zwischen der mittleren und mindestens einer äußeren Elektrode angegebenen Spannung proportionalen Ausmaßes. Andererseits erhöht sich das Ausmaß einer derartigen Biegung, wenn Spannungen entgegengesetzter Polarität zwischen der mittleren Elektrode und jeder der äußeren Elektroden angelegt werden. Bei anderen Anwendungsfällen wird eine Signalspannung nur zwischen der mittleren Elektrode und einer äußeren Elektrode, d. h. durch eine Hälfte des Bimorph angelegt, damit der Bimorph sich durchbiegt, während das piezoelektrische Material in der anderen Hälfte des Bimorph eine Spannung erzeugt, die zwischen der mittleren und anderen äußeren Elektrode auftritt, welche proportional der Größe der Biegung oder Auslenkung ist. Das Anlegen von Wechselspannungen an die Elektrode ruft in dem nicht eingespannten Ende des Bimorph ein Hin- und Herbiegen synchron zu den sinusförmigen Änderungen der Eingangsspannungen hervor. Wenn die geometrische Form des Bimorph die einer beilagenförmigen Scheibe und diese Scheibe am äußeren Umfang eingespannt ist, bewegt sich entsprechend ihr innerer Umfang ähnlich der Biegung des oberen Teiles einer Blechkanne hin und her.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Funktion eines Bimorph sind vielfältig. Es ist vorgeschlagen worden, die hin- und hergehende Bewegung des Bimorph zu verwenden, um ein Abstimmelemenl in einer Mikrowellen-Resonanzkammer zu steuern, und eine äußere, leitende Elektrode des Bimorph unmittelbar als Teil der

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Wand einer solchen Kammer zu verwenden (US-PS 34 78 246. DT-PS 17 66418).

Wenn eine abstimmbare Mikrowellenkammer mit kellern Ansprechverhalten und der Möglichkeit der Bildung eines Nachlaufsignals erwünscht ist, ist ein abstimmbares Koaxialmagnetron eine wichtige Anwendungsform.

Die Ausführungsform eines derartigen Magnetrons enthält eine Resonanzkammer, welche koaxial einen Anodenblock des Magnetrons innerhalb des evakuier- .'o ten Gehäuses umgibt Die Dimensionen einer solchen Kammer haben einen bestimmenden Einfluß auf die Frequenz der erzeugten Schwingungen. So sind Abstimmvorrichtungen für das Koaxialmagnetron vorgeschlagen worden, bei denen die Lage einer Wand dieser Kammer geändert wird, um die Größe der Kammer zu verändern und damit eine Änderung (Verringerung oder Erhöhung) der Ausgangsfrequenz des Magnetrons zu erzielen. Der piezoelektrische Bimorph ist eine idea-Ie Vorrichtung zum Bewegen oder Einstellen der Lage der Kammerwandung.

Darüber hinaus ist vorgeschlagen worden, eine der iußeren Elektroden des Bimorph direkt als Kammerwandung oder als Teil der Kammerwandung, dessen Lage geändert werden soll, zu verwenden. Da eine derartige Elektrode einer senr geringe mechanische Trägheit besitzt, und das piezoelektrische Material sehr rasch anspricht, ist eine schnell ansprechende Kammerabstimmvorrichtung theoretisch möglich. Zusätzlich wirkt wie vorgeschlagen worden ist, die zwischen einer der äußeren Elektroden und der mittleren Elektrode erzeugte Spannung als ein die spezifische Frequenz kennzeichnendes Nachlaufsignal, mit der das Magnetron in diesem Augenblick schwingt.

Der herkömmliche Aufbau bekannter Bimorphe schließt jedoch eine leitende Epoxydharzmischung zum Verbinden der beiden piezoelektrischen Teile mit der mittleren Elektrode und ferner einen auf die piezoelektrischen Schichten als die äußeren Elektroden aufgebrachten Silberauftrag ein. In dieser Form ist der Bimorph, aber auch jede andere piezoelektrische Vorrichtung, z. B. eine Ein-Kristallvorrichtung, zur Verwendung bei so hohen Temperaturbedingungen, wie sie während des Entgasens des Magnetrons beim Evakuieren des Röhrengehäuses vorherrschen, ungeeignet. Das Epoxyd zerfällt in Kohlenstoff und kohlenstoffhaltige Gase. Zusätzlich neigen Kohlenstoffpartikel in Vakuumumgebung dazu, sich auf anderen Elementen innerhalb der Röhre niederzuschlagen, und das Epoxyd bildet weiterhin kohlenstoffhaltige Gase. Ein Gasen und Verkohlen hat nicht nur einen Zerfall des Bimorph, sondern auch ein Zerstören des Vakuums zur Folge. Somit beeinträchtigt dieser Zerfallvorgang gegebenenfalls die Betriebseigenschaften der Röhre erheblich. Zusätzlich zerfällt der Silberauftrag auch allmählich, und auf der Kathode des Magnetrons niedergeschlagene Teile an Silber haben zur Folge, daß die Kathode einen erheblichen Teil ihrer Fähigkeit, Elektronen abzugeben, verliert.

Bei der Ausbildung einer piezoelektrischen Vorrich- *<« tung der eingangs angegebenen Art ist es schwierig, einen ausreichend stabilen Aufbau zu erzielen. Das piezoelektrische Material ist relativ brüchig und hat eine unebene Oberfläche, des weiteren sind Elektroden aus bestimmten Metallen, wie z. B. aus Molybdän, verhält- <'? nismäßig starr und inkompressibel. Infolgedessen treten bei einem Verbinden durch Diffusion verhältnismäßig hohe Quetsch- oder Druckkräfte auf die Elemente auf, die bei hohen Temperaturbedingungen häufig ein Reißen der piezoelektrischen Schicht zur Folge haben. Da die piezoelektrische Vorrichtung bzw. der Bimorph in Betrieb biegsam sein muß, wurden bei bekannten Anordnungen die mittlere Elektrode und die an dieser anliegenden piezoelektrischen Schichten mittels Epoxydharz verklebt, wobei die begrenzte Elastizität des Epoxydharzes ausgenutzt wurde. In der Praxis haben jedoch derartige bekannte piezoelektrische Vorrichtungen keine ausreichende Elastizität ergeben, so daß bei rechteckförmigen oder ringförmigen Bimorphen das piezoelektrische Material oft von der mittleren Elektrode abgetrennt wurde oder einfach bei normalem Ausbiegen riß.

Um die durch Klebemittel, Epoxyd- und Silberauftrag auftretenden Probleme zu vermeiden, soll eine piezoelektrische Vorrichtung, z. B. ein Bimorph, ohne Verwendung dieser Materialien zusammengebaut werden. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es somit eine piezoelektrische Vorrichtung zu schaffen, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen und sehr hohem Vakuum geeignet ist, ohne daß ein Brechen, Reißen oder Zerspringen auftritt und ohne daß ein Entgasen eintritt.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine mittlere von mindestens drei Metallschichten, die zusammen die eine Elektrode bilden, durch Zusammenpressen einer beidseitig erhaben ausgeprägten Metallfolie zwischen den beiden anderen Metallschichten unter Bildung einer Diffusionsverbindung entstanden ist. Eine derartige piezoelektrische Vorrichtung ist insbesondere in der Mikrowellentechnik, und hier speziell für Koaxialmagnetrone, geeignet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine piezoelektrische Vorrichtung mit zwei gesonderten flachen Platten aus piezoelektrischem Material mit einer mittleren Elektrode zwischen diesen beiden Platten und zwei äußeren Elektroden vorgeschlagen, bei der die mittlere Elektrode mit zwei der mittleren Schichten versehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Vorrichtung wird eine Metallschicht auf die Oberflächen eines Gegenstandes aus piezoelektrischem Material aufplattiert, die Elektroden aufnehmen sollen, und es wird mindestens eine weitere metallische Schicht aul eine aufplattierte Schicht durch Diffusionsverbindung unter Anwendung von Wärme und Druck aufgebracht Dabei ist wesentlich, daß Metalle verwendet werden die auf das piezoelektrische Material aufplattiert und fest damit verbunden werden können.

So bestehen bei einer weiteren Ausgestaltung dei Erfindung die mittlere Schicht bzw. die mittlerer Schichten aus Gold; es können jedoch auch die an eine mittlere Schicht angrenzenden Metallschichten au; Gold bestehen. Das piezoelektrische Material weis vorzugsweise mindestens eine erste Schicht aus Chrom eine angrenzende zweite Schicht aus Kupfer auf dei oder jeder ersten Schicht und eine dritte Schicht au: Gold auf der oder jeder zweiten Schicht auf. Dabe kann eine dritte Schicht aus Gold an die Goldschich anschließend ausgebildet sein.

Die spezielle Folge von Metallschichten ergibt eim Elektrode, welche einwandfrei an dem piezoelektri sehen Material haftet. Es hat sich ferner herausgestell daß bei der mittleren Elektrode an Stelle von Silbe Molybdän physikalische Eigenschaften besitzt, die mi der.cn der piezoelektrischen Materialien, z. B. im Hin blL'. auf einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffi zier.ten, übereinstimmen. Das Molybdän kann mit Kup

fer, das Kupfer seinerseits mit Gold plattiert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß mindestens eine der Elektroden eine goldplattierte Molybdänschicht aufweist, deren Goldplattierung an eine solche Goldschicht anschließt. Dabei kann die Molybdänschicht auch auf beiden Seiten goldplattiert sein und einen Teil der mittleren Elektrode des Bimorph bilden. Die Materialien werden durch Diffusion aufgebracht und die Elemente auf diese Weise einwandfrei miteinander verbunden, so daß Klebemittel und Epoxydauftrag vollständig entfallen können.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elementes der vorstehend angegebenen Art, wobei mindestens eine erste metallische Schicht auf diejenigen Oberflächenteile eines Körpers aus piezoelektrischem Material aufplattiert wird, welche Elektroden aufnehmen sollen, und mindestens eine weitere metallische Schicht auf eine aufplattierte Schicht durch Diffusionsverbindens unter Anwendung von Wärme und Druck aufgebracht wird, vorgeschlagen, daß während des Diffusionsverbindens eine beiderseitig erhaben ausgeprägte Metallfolie zwischen den ersten und zweiten Schichten zur Bildung einer dritten Schicht angeordnet wird. Die beiderseitig erhaben ausgeprägte Folie wird dabei vorzugsweise aus Gold hergestellt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der die erste Schicht ergebende Plattiervorgang insbesondere der Reihe nach das Aufbringen einer ersten Schicht aus Chrom, einer zweiten Schicht aus Kupfer und einer dritten Schicht aus Gold auf den Körper des piezoelektrischen Materials um die zweite Schicht, die vorzugsweise aus einer goldplattierten Molybdänfläche hergestellt ist.

Die beidseitig erhaben ausgeprägte Metallfolie bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Vorrichtung gibt dieser Vorrichtung die gewünschte Biegsamkeit; sie ist vorzugsweise waffelartig ausgebildet und aus einer ursprünglich flachen, ebenen Folie hergestellt, die an bestimmten Stellen aus der Ebene dieser Folie ausgebogen wird. Derartige Erhebungen können in beiden Richtungen aus der ursprünglichen Ebene der Folie vorspringen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Querschnitt in auseinandergezogener Darstellung das Verfahren nach der Erfindung und die anfängliche Schichtanordnung vor dem Verbinden der Elemente eines verbesserten Bimorph,

F i g. 2 einen schematischen, im Querschnitt erheblich vergrößerten Maßstab des Bimorph nach Beendigung des Bindeverfahrens,

F i g. 3 in schaubildlicher Ansicht die Form einer erhaben ausgearbeiteten Bindeschicht.

F i g. 1 zeigt im Querschnitt zwei dünne, ebene Schichten oder Scheiben 1 und 2 aus piezoelektrischem Material. Das piezoelektrische Material der Scheiben 1 und 2 ist z. B. ein 45 bis 55%iges Gemisch aus Bleizirkonat und Bariumtitanat.

Jede der piezoelektrischen Scheiben 1 und 2 besitzt einen dünnen Metallüberzug auf Vorder- und Rückseite. Dieser Oberzug enthält eine aufplattierte Schicht 3 aus Chrom. Auf der Oberseite der Chromschicht 3 ist ein weiterer dünner Metallüberzug aus Kupfer vorhanden, und auf das Kupfer 4 ist eine dünne Schicht 5 aus Gold aufplattiert. Die gesamte Schichtung der Elemente, welche einen Bimorph bilden, stellt selbst eine dünne Platte dar. Die Darstellung nach F i g. 1 ist ganz erheb lieh vergrößert und in den Proportionen ■ verzerr wiedergegeben, um die Elemente der Erfindung bessei darstellen zu können. Die tatsächliche Dicke einer pie zoelektrischen Scheibe 1 oder 2 bei einer bevorzugter Aus'ührungsform der Erfindung liegt in der Größen Ordnung von 0,02 cm. Die Dicke der Chromschicht 2 liegt zwischen 50 bis 500 Angströmeinheiten, die de·

ίο K-upferüberzuges 4 in der Größenordnung von 1000 bi; 2000 Angströmeinheiten und die Dicke des auf die Oberseite der Kupferschicht aufgebrachten Goldüber Zuges 5 in d"^r Größenordnung von 10 bis 50 Angström einheiten.

Der Metallüberzug aus piezoelektrischem Materia kann auf beliebige Weise hergestellt werden. Es wire ein herkömmliches lonengalvanisierverfahren als be sondere Form des Aufdampfverfahrens für dieser Zweck empfohlen.

Die die Schicht 6 bildende Metallfolie stellt die mitt lere Elektrode des Bimorph dar. Die Folie 6 besteht zi diesem Zweck aus Molybdän, da Molybdän physikali sehe Eigenschaften, wie z. B. einen thermischen Aus dehnungskoeffizienten hat, die mit den physikalischer Eigenschaften des piezoelektrischen Materials im Ein klang stehen. Dadurch werden übermäßige Wärmebe anspruchungen an der Verbindungsstelle, d.h. dei Grenzfläche zwischen den piezoelektrischen Schichtet und der Mittelelektrode, vermieden, welche durch ver schiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten zwi sehen ungleichen Materialien verursacht werden, went die Temperatur steigt. Eine dünne Kupferschicht 7 is auf die Vorder- und Rückseite der Molybdänfolie auf plattiert

Zwischen einer Seite der mit Kupfer plattierten Mo lybdänfolie 6 und der plattierten piezoelektrischer Scheibe 1 ist ein dünner Metallkörper, d. h. die erhaber gearbeitete oder gepreßte Folie 8 angeordnet In glei eher Weise ist zwischen der anderen Seite der Molyb

dänlolie 6 und der plattierten piezoelektrischen Schei be 2 ein zweiter dünner Metallkörper, d. h. die erhaber gearbeitete bzw. gepreßte Folie 9 angeordnet Wie au: F i g. 1, am besten aber aus F i g. 3 zu ersehen ist, be sitzt jede der Folien 8 und 9 eine waffeiförmige Ober

flächengestaltung, oder anders ausgedrückt, eine mi Erhebungen versehene gitterförmige Oberflächenge spaltung, was als erhaben ausgearbeitete Folie bezeich net werden soll. Jede der erhaben ausgearbeiteten Me tallfolien 8 und 9 besteht vorzugsweise aus Gold

F i g. 3 zeigt das waffeiförmige, d. h. mit Erhebungei versehene Gittermuster der erhaben ausgearbeitete! Goldfolien 8 und 9, welche bei der Ausführungsforn und dem Verfahren nach den F i g. 1 und 2 benutzt wer den.

Wie bereits erwähnt, sind die Dimensionen des dar gestellten Bimorph zu Darstellungszwecken übertrie ben gezeichnet. Typische Abmessungen dieser Elemen te. Blech und Plattierung, werden angegeben, um da: Wesen der Erfindung richtig wiederzugeben. Die Mo

lybdänfolie 6 ist vollständig plattiert, in der Größenord nung von 0,005 cm dick, der Kupferüberzug 7 hat ein« Dicke in der Größenordnung von 1000 bis 2000 Ang strömeinheiten, und das Waffelmuster der erhaben aus gearbeiteten Goldfolie 8 und 9 reicht in seiner Dick«

f<5 von 0.0018 cm. der tatsächlichen Dicke der GoldfoU« vor dem Prägen, bis zu 0.0063 cm der größten Dick« der Folie, gemessen von der Höhe einer Erhebung au einer Seite bis zur Höhe einer Erhebung auf der ande

ren Seite der Folic

Wenn die Elemente in der in F i g. 1 dargestellten Anordnung übereinandergeschichtet worden sind, wird die auf diese Weise erhaltene Anordnung in eine Kammer gebracht, wo die Elemente zu einer einheitlichen Masse verbunden werden. Dies wird nach einem Diffusionsverfahren erreicht. Um die Elemente durch Diffusion miteinander zu verbinden, werden die Elemente einem hohen Druck ausgesetzt und gleichzeitig auf eine hohe Temperatur erhitzt. Dieses Verfahren bewirkt, daß miteinander verträgliche Elemente eines Metalles in das benachbarte Metall diffundieren und eine feste Bindung oder Vereinigung zwischen den beiden Metallen eingehen. Dieses Verfahren ist in F i g. 1 schematisch durch die Oberflächen von Platten 12 und 14 eines Spannstockes und ein Thermometer 16 dargestellt, welches eine hohe Temperatur anzeigt.

Die Platten 12 und 14 werden aufeinander zu bewegt und drücken die geschichtete Anordnung zusammen, wobei die Elemente einem hohen mechanischen Druck ausgesetzt werden. Dieser Druck kann in der Größenordnung von 1,4 bis 5,6, zweckmäßig bei 2,8 kg/cm² liegen. Die Temperatur, auf die die Umgebung und damit die geschichtete Anordnung bei diesem Verfahren aufgeheizt wird, liegt in der Größenordnung von 600 bis 650°C. Wenn dieser Druck und diese Temperatur ungefähr eine halbe Stunde aufgebracht worden sind, wird die Temperatur verringert, der Druck entfernt, und die Schichtung kann sich jetzt als einheitliche Masse abkühlen.

Während des Diffusionsverfahrens sind die Goldschicht 5 und die Kupferschicht 4 ineinander diffundiert und diffundieren weiter mit der erhaben gearbeiteten Goldfolie 8 auf einer der Seiten. Darüber hinaus diffundiert auf der anderen Seite die Goldfolie 8 in die Kupferplattierung 7 auf der Molybdänfolie 6 zur Ausbildung der Einheit oder Bindung zwischen jedem dieser Elemente.

In gleicher Weise diffundiert die Kupferschicht 7 auf der entgegengesetzten Seite der Molybdänfolie in eine Seite der erhaben ausgearbeiteten Goldfolie 9 und verbindet die beiden fest miteinander, und die gegenüberliegende Seite der Goldfolie 9 diffundiert in den Goldüberzug 5 und die Kupferfolie 4 auf der piezoelektrischen Scheibe 2 und bildet zwischen diesen eine Einheit.

Während dieses Diffusionsverfahrens werden die waffeiförmigen Goldfolien 8 und 9 etwas niedergedrückt oder abgeflacht. Da das piezoelektrische Material spröde ist und bei den kleinen Dimensionen eine verhältnismäßig unebene Oberfläche hat, ergibt diese Zusammendrückbarkeit oder Nachgiebigkeit eine Entlastung der Beanspruchung oder eine Vergleichmäßigung für das piezoelektrische Material.

Somit wird eine Bindung mit allen Teilen der vorher plattierten piezoelektrischen Oberflächen hergestellt, ohne daß das piezoelektrische Material springt oder bricht, was sonst der Fall ist. wenn man versucht, eine spröde, unebene Oberfläche mit einer starren, unebenen Oberfläche, wie z. B. das Molybdänblech 6, unter hohem Druck, wie er während eines Diffusionsbindeverfahrens herrscht, zu verbinden. Darüber hinaus verbleibt trotz der Pressung oder Flachdrückens eine gewisse Biegsamkeit oder Zusammendrückbarkeit in den waffeiförmigen, d.h. den erhaben ausgearbeiteten Goldfolien 8 und 9 vorhanden, die ein gewisses Nachgeben zwischen der plattierten piezoelektrischen Blechscheibe 1 und der plattierten, mittleren Molybdänelektrode 6 mit ihrer Plattierung 7 ergibt, wenn sie im Betrieb hin- und hergebogen wird.

Bei dem fertigen Bimorph werden Beanspruchungen an der Bindestelle zwischen der mittleren Elektrode und den piezoelektrischen Schichten 1 und 2 bei dieser Ausführungsform auf ein Minimum herabgesetzt.

Wollte man versuchen, den tatsächlich erreichten Effekt zu erklären, müßte zunächst festgestellt werden, daß man sich über die Ursache oder die Ursachen für

ίο diesen Effekt nicht völlig im klaren ist. Man könnte daran denken, daß die erhaben ausgearbeiteten Goldfolien 8 und 9, obgleich sie etwas abgeflacht sind, in gewissem Grade die ursprüngliche erhabene Form, natürlich mit stark verringerten Abmessungen der Erhebungen, im Material beibehalten. Diese Annahme könnte eine Erklärung für die Tatsache sein oder auch nicht, daß das fertige Produkt eine verbesserte Biegsamkeit und damit ein verbessertes Haften der verschiedenen Bauteile im Vergleich zu bekannten piezoelektrischen Vorrichtungen im allgemeinen und Bimorphen im besonderen zeigt.

Weiterhin könnte eine andere Erklärung darauf basieren, daß während des beschriebenen Diffusionsbindeverfahrens etwas von der von dem erweichten Meta!! umgebenen Luft nicht entweicht, sondern zwischen den erhaben ausgearbeiteten Goldfolien und den beiden plattierten Anordnungen eingeschlossen wird, mit welchen es verbunden wird. Berücksichtigt man die hohe Temperatur, bei der das Verfahren durchgeführt wird, könnte man sich vorstellen, daß nach abgeschlossener Bindung und nach Abkühlung des fertigen Produktes Niedrigdruckbereiche oder Leerräume an solchen Stellen verbleiben, an denen Luft, die nicht entweichen konnte, während des Verfahrens eingeschlossen worden ist. Das Vorhandensein solcher Lunker oder Leerräume, die schematisch in F i g. 2 als Bereiche 16 dargestellt sind, kann zu den verbesserten Eigenschaften des endgültigen Produktes beitragen. F i g. 2 zeigt schematisch und im Querschnitt die durch Diffusion miteinander verbundenen Bauteile, die den fertigen Bimorph bilden. In dieser Figur haben gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1.

Nach Fertigstellung der beschriebenen Anordnung wird das piezoelektrische Material in herkömmlicher Weise elektrisch polarisiert. Dies kann dadurch erfolgen, daß ein elektrischer Strom in einer Richtung durch eine äußere und die mittlere Elektrode des Bimorph zum Polarisieren einer piezoelektrischen Schicht und ein elektrischer Strom in der entgegengesetzten Richtung zwischen der mittleren Elektrode und der anderen äußeren Elektrode des Bimorph zum Polarisieren der anderen piezoelektrischen Schicht geschickt wird.

Da die Verwendung von kohlenstoffhaltigem Epoxydmaterial bei der Durchführung vorliegender Erfin- dung vermieden wird, gibt der Bimorph keine kohlenstoffhaltigen Gase ab, selbst wenn er in einer Umgebung hoher Temperatur und hohen Vakuums betrieber wird, wie dies bei Elektronenentladungsvorrichtunger der Fall ist In gleicher Weise ermöglicht das Vermei· den eines Silberanstriches, daß der Bimorph in Elektro nenentladungsvorrichtungen betrieben werden kann ohne daß ein Vergiften oder Zerstören der Elektronet emittierenden Kathoden die Folge wäre.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwen

dete. erhaben ausgearbeitete Metallschicht, die bei spielsweise als geprägte Gitteroberflächenausgestal tung der Goldfolien 8 und β bezeichnet worden ist er möglicht die Verwendung des Verfahrens der Diffu

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sionsbindung, um die geschichtete Anordnung ohne unerwünschte Klebemittel oder Epoxydharze oder Materialien und ohne ein Reißen der piezoelektrischen Schicht miteinander zu binden. Darüber hinaus gestattet die anfänglich erhaben ausgearbeitete Schicht während des Betriebes des Bimorph, selbst wenn sie wahrscheinlich verformt jst, noch eine geringe, aber notwendige Relativbewegung zwischen dem piezoelektrischen Material und der mittleren Elektrode, um die dazwischen während des Auslenkens erzeugte Beanspruchung zu verringern und jedes Reißen des piezoelektrischen Materials zu vermeiden.

Das bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Chrom ist ein leitendes Metall, das mit dem piezoelektrischen Material besser als Kupfer bindet. Somit wird nach diesem besonderen Merkmal der Erfindung eine Chromschicht zunächst auf das piezoelektrische Material aufplattiert. Eine Kupferschicht kann dann auf das Chorm aufplattiert werden. Die Goldschicht, die anschließend auf die Oberseite der Kupferschicht aufplattiert wird, verhindert eine Oxydation des Kupfers, während das plattierte piezoelektrische Material vor dem vollständigen Zusammensetzen des Bimorph gespeichert werden kann. Die Chrom-Ktpfer-Goldplattierung, die auf jede der piezoelektrischen Scheiben 1 und 2 bei der bevorzugten Ausführungsform aufgebracht wird, dient nur als Beispiel, und es können auch andere geeignete Plattierungskombinationen hierfür verwendet werden.

Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß Gold sehr schnell in das Kupfer diffundiert. Somit wird die waffeiförmige, d. h. erhaben ausgearbeitete Folie zwischen der piezoelektrischen Schicht und der kupferplattierten Molybdänfolie zweckmäßig aus Gold hergestellt. Auch kann Kupfer gut auf Molybdän aufplattierl werden, wie oben bereits erw'ähnt, wird Molybdän we gen seiner physikalischen Verträglichkeit mit verschiedenen piezoelektrischen Materialien bevorzugt. Da je-

ίο doch Gold nicht einfach mit Molybdän eine Diffusionsbindung eingeht, ist es zweckmäßig, die Kupferplattierung zuerst aufzubringen.

Es gibt jedoch auch andere Materialien, die als innerste Schicht der als die Schicht 6 dargestellten mittlerer Elektrode dienen. Demgemäß bieten sich andere Elemente, welche zwischen der piezoelektrischen Schichi 1 oder 2 und der mittleren Schicht 6 diffusionsgebunden werden können, von selbst dem Fachmann an.
Somit können solche Materialien an Stelle der nach der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden. Das Zwischenmaterial oder die Zwischenfolie, wie z. B. 8 und 9, jedoch soll unabhängig von der Zusammensetzung ein erhaben ausgearbeitete: Oberflächenmuster besitzen, das einem geprägten Git ter gleicht, um die Beanspruchungsentlastung zwischer der verhältnismäßig starren oder nicht zusammen drückbaren Oberfläche des Elektrodenmaterials unc dem spröden piezoelektrischen Material zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrische Vorrichtung mit mindestens einer Platte aus piezoelektrischem Material und mindestens zwei Elektroden, von denen zumindest eine aus mehr als einer Metallschicht zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere von mindestens drei Metallschichten (3 bis 9), die zusammen die eine Elektrode bilden, durch Zusammenpressen einer beidseitig erhaben ausgeprägten Metallfolie (F i g. 3) zwischen den beiden anderen Metallschichten unter Bildung einer Diffusionsverbindung entstanden ist.

2. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei gesonderten flachen Platten (1, 2) aus piezoelektrischem Material mit einer mittleren Elektrode zwischen diesen beiden Platten und zwei äußeren Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Elektrode mit zwei der mittleren Schichten (8,9) versehen ist.

3. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht oder die mittleren Schichten (8, 9) aus Gold bestehen.

4. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine mittlere Schicht (8, 9) angrenzenden Metallschichten (7) aus Gold bestehen.

5. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material mindestens eine erste Schicht (3) aus Chrom, eine angrenzende zweite Schicht (4) aus Kupfer auf der oder jeder ersten Schicht und eine dritte Schicht (5) aus Gold auf der oder jeder zweiten Schicht (4) aufweist.

6. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schicht (5) aus Gold an die Goldschicht (8 oder 9) anschließend ausgebildet ist.

7. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden eine goldplattierte Molybdänschicht (6) aufweist, deren Goldplattierung (7) an eine Goldschicht (8,9) anschließt.

8. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänschicht (6) auf beiden Seiten goldplattiert ist und einen Teil der mittleren Elektrode des Bimorph bildet.

9. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine erste metallische Schicht auf diejenigen Oberflächenteile eines Körpers aus piezoelektrischem Material aufplattiert wird, welche Elektroden aufnehmen sollen, und mindestens eine weitere metallische Schicht auf eine aufplattierte Schicht durch Diffusionsverbinden unter Anwendung von Wärme und Druck aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während ftc des Diffusionsverbindens eine beidseitig erhaben ausgeprägte Metallfolie (8, 9) zwischen den ersten und zweiten Schichten (3, 4, 5 bis 6, 7, 8, 9) zur Bildung einer dritten Schicht angeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn- <λ zeichnet, daß die beidseitig erhaben ausgeprägte Folie aus Gold hergestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch

gekennzeichnet, daß der die erste Schicht ergebende Plattiervorgang der Reihe nach das Aufbringen einer ersten Schicht aus Chrom, einer zweiten Schicht aus Kupfer und einer dritten Schicht aus Gold auf den Körper des piezoelektrischen Materials umfaßt

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus einem goldplattierten Molybdänblech hergestellt wird.