EP3465789A2 - Method for producing a plurality of piezoelectric multilayer components - Google Patents

Method for producing a plurality of piezoelectric multilayer components

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EP3465789A2
EP3465789A2 EP17728135.9A EP17728135A EP3465789A2 EP 3465789 A2 EP3465789 A2 EP 3465789A2 EP 17728135 A EP17728135 A EP 17728135A EP 3465789 A2 EP3465789 A2 EP 3465789A2
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EP
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piezoelectric
components
piezoelectric multilayer
multilayer components
multilayer
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Application number
EP17728135.9A
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Bernhard Doellgast
Markus Puff
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TDK Electronics AG
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Abstract

The present invention relates to a method for producing a plurality of piezoelectric multilayer components (1), wherein the piezoelectric multilayer components (1) are ground without the addition of an abrasive, and wherein a material abrasion of the piezoelectric multilayer components (1) is carried out by rubbing the piezoelectric multilayer components (1) against each other.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Process for producing a variety of
piezoelektrischen Vielschichtbauelementen piezoelectric multilayer components
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur The present invention relates to a method for
Herstellung einer Vielzahl von piezoelektrischen Production of a variety of piezoelectric
Vielschichtbauelementen. Bei den piezoelektrischen Multilayer components. In the piezoelectric
Vielschichtbauelementen kann es sich beispielsweise um piezoelektrische Transformatoren handeln, die zur Erzeugung eines nicht-thermischen Atmosphärendruck-Plasmas geeignet sind . Multilayer devices may be, for example, piezoelectric transformers suitable for producing a non-thermal atmospheric pressure plasma.
Bei der Herstellung von piezoelektrischen In the production of piezoelectric
Vielschichtbauelementen können die Bauelemente einem Prozess unterzogen werden, bei dem ungeordnete Bauelemente mit losem Korn als Schleifmittel geschliffen werden, um eine glatte Oberfläche der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente zu erzielen . In multilayer devices, the devices may be subjected to a process in which disordered loose grain devices are ground as an abrasive to achieve a smooth surface of the piezoelectric multilayer devices.
Nachteile dieses Prozesses bestehen darin, dass die auf diese Weise gefertigten Bauelemente eine Oberfläche aufweisen, die den Anforderungen an die Glattheit oftmals nicht genügt. Disadvantages of this process are that the components produced in this way have a surface that often does not meet the requirements of smoothness.
Ferner kann die Separierung des Schleifmittels von den Furthermore, the separation of the abrasive from the
Bauelementen sehr aufwendig sein. Be very complex components.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von piezoelektrischen Vielschichtbauelementen anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem vorliegenden The object of the present invention is now to provide an improved method for producing a plurality of piezoelectric multilayer components. This object is achieved by a method according to the present invention
Anspruch 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von piezoelektrischen Vielschichtbauelementen vorgeschlagen, wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente ohne den Zusatz eines Schleifmittels geschliffen werden, wobei ein Materialabrieb von den piezoelektrischen Claim 1 solved. It is proposed a method for producing a plurality of piezoelectric multilayer devices, wherein the piezoelectric multilayer devices are ground without the addition of an abrasive, wherein a material abrasion of the piezoelectric
Vielschichtbauelementen durch das Reiben der  Multilayer components by rubbing the
piezoelektrischen Vielschichtbauelemente aneinander erfolgt. piezoelectric multilayer components to each other.
Insbesondere kann der Materialabrieb nur durch das Reiben der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente aneinander erfolgen. Bei dem Verfahren wird somit kein Schleifmittel verwendet. In particular, the material abrasion can be done only by rubbing the piezoelectric multilayer components together. The method thus uses no abrasive.
Unter einem „Schleifmittel" kann hier jeder Abrasivstoff verstanden werden, der zur Erzielung eines Materialabtrages genutzt werden kann. Bei einem Schleifmittel handelt es sich typischerweise um eine feinkörnige, harte und scharfkantige Substanz. Bekannte Schleifmittel sind beispielsweise Sand oder ZrÜ2. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch den An "abrasive" may be understood here to mean any abrasive that can be used to achieve a removal of material, an abrasive which is typically a fine-grained, hard and sharp-edged substance Known abrasives are, for example, sand or ZrO.sub.2 through the
Verzicht auf jegliche Schleifmittel aus. Es hat sich gezeigt, dass durch das Reiben der Vielschichtbauelemente aneinander deutlich glattere Oberflächen erreicht werden können als dies mit Schleifmitteln möglich ist. Schleifmittel, beispielsweise Sand mit einer Körnung zwischen 0,1 und 0,5 mm, verursachen bei dem Scheuerprozess starke Riefen in der Oberfläche der Vielschichtbauelemente. Damit kann es zu lokale Unebenheiten in der Oberfläche kommen. Diese können bei der Verwendung der Vielschichtbauelemente zur Plasmaerzeugung zu lokalen  Waiver of any abrasive. It has been shown that by rubbing the multilayer components together significantly smoother surfaces can be achieved than is possible with abrasives. Abrasives, for example sand with a grain size between 0.1 and 0.5 mm, cause severe scoring in the surface of the multilayer components in the scrubbing process. This can lead to local unevenness in the surface. These can be too local when using the multilayer components for plasma generation
Feldüberhöhungen führen, wodurch es zu lokalen Zündungen von Plasma an unerwünschten Stellen der Vielschichtbauelemente kommen kann. Dadurch wird zum einen der Wirkungsgrad Field overshoots, which can lead to local ignitions of plasma at undesirable points of the multilayer devices. This will on the one hand the efficiency
verringert und zum anderen das Bauelement unter Umständen beschädigt, sodass es zu einem frühzeitigen Ausfall des reduced and on the other hand the device may damaged, leading to premature failure of the
Bauelements kommen kann. Component can come.
Der Verzicht auf ein Schleifmittel ermöglicht es dagegen, eine glatte, abgerundete Oberfläche der The absence of an abrasive, however, allows a smooth, rounded surface of the
Vielschichtbauelemente zu gewährleisten. Dementsprechend weist die Oberfläche eines mit dem erfindungsgemäßen  To ensure multilayer components. Accordingly, the surface of a with the inventive
Verfahren gefertigten piezoelektrischen Process manufactured piezoelectric
Vielschichtbauelements keine wesentlichen lokalen Multilayer device no significant local
Unebenheiten auf. Daher kann die lokale Feldüberhöhung durch lokale Spitzen in der Rauheit der Oberfläche vermieden werden. Auch im Bereich der Kanten des Bumps up. Therefore, the local field peak can be avoided by local peaks in the roughness of the surface. Also in the area of the edges of the
Vielschichtbauelementes kann eine glatte, abgerundete Multilayer device can be a smooth, rounded
Oberfläche sichergestellt werden. Surface to be ensured.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens, bei dem kein Another advantage of the method in which no
Schleifmittel verwendet wird, besteht darin, dass nach Abrasive is used is that after
Abschluss des SchleifVorgangs auf dem Schritt der Trennung der Vielschichtbauelemente von dem Schleifmittel verzichtet werden kann. Dieser Schritt ist unter Umständen sehr Completion of the grinding process on the step of separation of the multilayer components of the abrasive can be dispensed with. This step may be very
aufwändig. Durch den Verzicht auf ein zusätzliches consuming. By doing without an additional
Schleifmittel kann die Herstellung somit mit weniger Abrasive can thus manufacture with less
Verfahrensschritten durchgeführt werden. Daher ist das Procedural steps are performed. That's why
Herstellungsverfahren kostengünstig und schnell durchführbar. Manufacturing process inexpensive and quickly feasible.
Das Material kann bei dem Verfahren sowohl von den The material can be used in the process both by the
Außenflächen als auch von den Kanten der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente abgerieben werden. Die Außenflächen können vier Seitenflächen, deren Flächennormale jeweils senkrecht auf einer longitudinalen Achse der External surfaces are rubbed off as well as from the edges of the piezoelectric multilayer components. The outer surfaces may be four side surfaces whose surface normal in each case perpendicular to a longitudinal axis of the
Vielschichtbauelemente steht, und zwei Stirnflächen, deren Flächennormale jeweils parallel zu der longitudinalen Achse ist, aufweisen. Zwei benachbarte Außenflächen können dabei stets senkrecht aufeinander stehen. Dabei grenzen zwei benachbarte Außenflächen jeweils an eine Kante an. Multi-layer components is, and two end faces whose surface normal is parallel to the longitudinal axis, respectively. Two adjacent external surfaces can do this always perpendicular to each other. In this case, two adjacent outer surfaces adjoin one edge in each case.
Das piezoelektrische Vielschichtbauelement kann im The piezoelectric multilayer component can in
Wesentlichen quaderförmig sein. Das Verfahren ist jedoch auch für anders geformte Vielschichtbauelemente geeignet, Be substantially cuboid. However, the method is also suitable for differently shaped multilayer components,
beispielsweise für zylinderförmige Bauelemente. for example, for cylindrical components.
Durch den Materialabrieb von den Außenflächen können die Außenflächen glatter werden, d. h. die Rauheit der der By the abrasion of material from the outer surfaces, the outer surfaces can be smoother, d. H. the roughness of the
Außenflächen kann in Folge des Materialabriebs abnehmen. External surfaces may decrease as a result of material abrasion.
Durch den Materialabrieb von den Kanten der Due to the material abrasion from the edges of the
Vielschichtbauelemente können die Kanten abgerundet werden. Dementsprechend kann durch das Verfahren eine vormals spitze Kante zu einer gerundeten Kante umgeformt werden, wobei der Multilayer components, the edges can be rounded. Accordingly, by the method, a formerly sharp edge can be formed into a rounded edge, wherein the
Radius der gerundeten Kante umso größer ist, je mehr Material abgetragen wurde. Gerundete Kanten weisen bei Radius of the rounded edge is greater, the more material has been removed. Rounded edges add
piezoelektrischen Transformatoren den Vorteil gegenüber spitzen Kanten auf, dass es an einer gerundeten Kante nicht zu einer lokalen Felderhöhung kommt. Dementsprechend kann es an einer gerundeten Kante nicht zu einer unerwünschten piezoelectric transformers have the advantage over sharp edges that there is no local field increase at a rounded edge. Accordingly, it may not be undesirable on a rounded edge
Plasmazündung kommen. Plasma ignition come.
Das hier beschriebene Verfahren ist zur Herstellung The method described here is for the production
verschiedenster piezoelektrischer Vielschichtbauelemente geeignet, beispielsweise zur Herstellung von Transformatoren, Aktoren oder Kondensatoren. various piezoelectric multilayer components suitable, for example for the production of transformers, actuators or capacitors.
Bei dem Schleifen können die piezoelektrischen In the grinding, the piezoelectric
Vielschichtbauelemente in einem losen Zustand vorliegen. Multilayer devices are present in a loose state.
Beispielsweise können die Bauelemente in einem losen Zustand in einer Trommel angeordnet sein. Als loser Zustand kann dabei ein Zustand bezeichnet werden, bei dem die Vielschichtbauelemente nicht mechanisch miteinander verbunden sind . For example, the components may be arranged in a loose state in a drum. As a loose state can be called a state in which the Multilayer devices are not mechanically connected to each other.
Das hier beschriebene Schleifen der piezoelektrischen The grinding of the piezoelectric
Vielschichtbauelemente soll dazu dienen, eine Oberfläche der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente selbst abzutragen. Beabsichtigt ist nicht, die Oberfläche der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente von einer Kontamination zu befreien. Bei dem Herstellungsverfahren befindet sich üblicherweise keine Kontamination auf der Oberfläche, die entfernt werden müsste . Multi-layer devices should serve to remove a surface of the piezoelectric multilayer devices themselves. The intention is not to free the surface of the piezoelectric multilayer components from contamination. In the manufacturing process there is usually no contamination on the surface that would have to be removed.
Die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente können als The piezoelectric multilayer components can be used as
Grünkörper geschliffen werden, wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente nach dem Schleifen gesintert werden. Green body are ground, wherein the piezoelectric multilayer devices are sintered after grinding.
Ein Grünkörper ist ein ungebrannter Rohling. Ein Grünkörper ist ein Körper im grünen Zustand, das heißt ein keramischer Körper vor der Durchführung eines Brenn- oder A green body is an unfired blank. A green body is a body in the green state, that is, a ceramic body before performing a burning or
Sinterprozesses. Im Grünzustand kann Material von den Sintering process. In the green state, material from the
Vielschichtbauelementen in einfacher Weise abgetragen werden, da die Härte der Vielschichtbauelemente vor dem Sintern deutlich geringer ist als nach Durchführung eines  Multi-layer devices are removed in a simple manner, since the hardness of the multilayer components is significantly lower before sintering than after performing a
Sintervorgangs. Da der Materialabrieb nach dem Sintern erheblich aufwendiger wäre, wird der Schleifprozess Sintering process. Since the material abrasion after sintering would be considerably more expensive, the grinding process
vorzugsweise vor dem Sintern durchgeführt. preferably performed before sintering.
Ein Grünkörper weist eine Härte auf, die deutlich geringer ist als die Härte eines typischen harten Massenguts, wie etwa einer Schraube, eines Nagels oder einer Stahlfeder. Der A green body has a hardness which is significantly lower than the hardness of a typical hard bulk material, such as a screw, a nail or a steel spring. Of the
Grünkörper ist weicher und elastischer als derartige Green body is softer and more elastic than such
Metallteile . Der Grünkörper enthält oft einen organischen Binder, der für die vorherige Formgebung benötigt wird. Der organische Binder weist typischerweise Weichmacher auf. Diese können durch eine Temperaturbehandlung entfernt werden, wobei das Bauelement härter wird. Metal parts. The green body often contains an organic binder needed for the previous molding. The organic binder typically has plasticizers. These can be removed by a temperature treatment, wherein the device is harder.
Vor dem Schleifen der piezoelektrischen Bauelemente kann ein Temperprozess durchgeführt werden. Bei dem Temperprozess kann das piezoelektrische Bauelement erhöhten Temperaturen von 100 °C bis 150 °C ausgesetzt werden. Dabei können die Weichmacher des organischen Binders zumindest teilweise entfernt werden. Durch das Entfernen der Weichmacher wird die Härte des Before the grinding of the piezoelectric components, a tempering process can be performed. In the annealing process, the piezoelectric device may be exposed to elevated temperatures of 100 ° C to 150 ° C. The plasticizers of the organic binder can be at least partially removed. By removing the plasticizer, the hardness of the
Bauelements erhöht. Dementsprechend kann durch den Component increases. Accordingly, by the
Temperprozess die Härte des Bauelements in gewünschter Weise eingestellt werden. Insbesondere kann es der Temperprozess ermöglichen, die Härte der piezoelektrischen Bauelemente derart einzustellen, dass sie bei dem Schleifen nicht in unerwünschter Weise deformiert werden. Annealing process, the hardness of the device can be adjusted as desired. In particular, the tempering process may allow the hardness of the piezoelectric components to be adjusted such that they are not undesirably deformed during the grinding.
Die bei dem Temperprozess gewählte Temperatur hängt von dem verwendeten Weichmacher ab. Der Temperprozess kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden. The temperature selected during the annealing process depends on the plasticizer used. The tempering process can be carried out under reduced pressure.
Der Temperprozess kann dem Abdampfen von Lösungsmitteln und/oder Weichmachern aus einem organischen Binder und damit aus dem piezoelektrischen Vielschichtbauelement dienen. Die Vielschichtbauelemente werden durch den Temperprozess härter. In einer Ausführungsform, weisen die piezoelektrischen The tempering process can serve to evaporate solvents and / or plasticizers from an organic binder and thus from the piezoelectric multilayer component. The multilayer components are hardened by the annealing process. In one embodiment, the piezoelectric
Vielschichtbauelements erst nach der Durchführung des Multilayer device after the implementation of the
Temperprozesses eine Härte auf, die das Schleifen ohne Annealing process to a hardness, which grinding without
Schleifmittel ermöglicht. Bei dem Temperprozess wird der Binder bzw. ein Polymer des Binders nicht zersetzt. Der Binder wird nicht gasförmig aus einer Keramik des piezoelektrischen Vielschichtbauelements ausgetrieben. Es handelt sich bei dem Temperprozess somit nicht um ein Entbindern. Der Temperaturbereich von 100 °C bis 150 °C, der während des Temperprozesses auftritt, reicht für ein Entbindern nicht aus. Das Polymer wird während des Abrasive allows. In the annealing process, the binder or a polymer of the binder is not decomposed. The binder is not expelled in gaseous form from a ceramic of the piezoelectric multilayer component. Thus, the annealing process is not debinding. The temperature range of 100 ° C to 150 ° C, which occurs during the annealing process, is not sufficient for debindering. The polymer is during the
Temperprozesses vielmehr intakt belassen. Das Bauteil kann durch das zumindest teilweise Entfernen des Lösungsmittels und/oder der Weichmacher härter werden, es bleibt jedoch ein Grünling. Der Schritt des Entbinderns kann erst nach dem Schritt des Schleifens ohne Zusatz von Schleifmittel Tempering process rather left intact. The component can be hardened by the at least partial removal of the solvent and / or the plasticizer, but it remains a green compact. The step of debinding can only after the step of grinding without the addition of abrasive
durchgeführt werden. be performed.
Eine Härte des piezoelektrischen Vielschichtbauelements kann beim Temperprozess erhöht werden. A hardness of the piezoelectric multilayer component can be increased during the annealing process.
Bei dem Temperprozess kann ein Lösungsmittel und/oder In the annealing process, a solvent and / or
Weichmacher eines organischen Binders zumindest teilweise aus dem piezoelektrischen Vielschichtbauelement entfernt werden. Plasticizer of an organic binder are at least partially removed from the piezoelectric multilayer component.
Die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente können bei dem Temperprozess Temperaturen von 100 °C bis 150 °C ausgesetzt werden . The piezoelectric multilayer components can be exposed to temperatures of 100 ° C to 150 ° C during the annealing process.
Nach dem Schleifen können die Bauelemente gegebenenfalls getrocknet werden. After grinding, the components can optionally be dried.
Nach dem Schleifen und gegebenenfalls nach dem Trocknen werden thermische Prozesse durchgeführt, beispielsweise After grinding and optionally after drying, thermal processes are carried out, for example
Entbindern und/oder Sintern. Das Schleifen kann in einer Trommel durchgeführt werden, die mit einer Vielzahl der piezoelektrischen Debinding and / or sintering. The grinding can be carried out in a drum equipped with a variety of piezoelectric
Vielschichtbauelemente beladen ist, wobei der Materialabrieb durch das Einstellen zumindest eines von Laufzeit des  Multilayer components is loaded, the material abrasion by adjusting at least one of running time of
SchleifVorgangs , der Anzahl der piezoelektrischen Abrasive process, the number of piezoelectric
Vielschichtbauelemente in der Trommel und der Multilayer components in the drum and the
Rotationsgeschwindigkeit der Trommel in gewünschter Weise eingestellt wird. Die drei hier genannten Parameter Rotation speed of the drum is set in the desired manner. The three parameters mentioned here
beeinflussen jeweils den Materialabrieb während des each affect the material abrasion during the
SchleifVorgangs . Grinding process.
Durch eine Erhöhung der Laufzeit, das heißt der Zeit, in der die Trommel rotiert, wird der Abtrag des Materials von den Vielschichtbauelementen erhöht. Laufzeit und Materialabrieb sind dabei nahezu linear zueinander. By increasing the transit time, ie the time in which the drum rotates, the removal of the material from the multilayer components is increased. Running time and material abrasion are almost linear to each other.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel, das heißt die The rotational speed of the drum, that is the
Geschwindigkeit, mit der die Trommel sich dreht, beeinflusst ebenfalls den Materialabrieb der Vielschichtbauelemente. Der genaue Einfluss der Rotationsgeschwindigkeit auf den The speed with which the drum rotates also influences the material abrasion of the multilayer components. The exact influence of the rotational speed on the
Materialabrieb hängt von der Geometrie und der Größe sowie dem genauen Aufbau der Vielschichtbauelemente ab. Die Material abrasion depends on the geometry and the size as well as the exact structure of the multilayer components. The
Rotationsgeschwindigkeit sollte derart gewählt werden, dass ein möglichst hoher Materialabrieb pro Sekunde erreicht wird, um auf diese Weise die Dauer des Schleifprozesses zu Rotation speed should be chosen so that the highest possible material abrasion per second is achieved, in order to increase the duration of the grinding process
minimieren . minimize.
Die Anzahl der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente in der Trommel, das heißt die Beladung der Trommel, sollte ebenfalls auf einen für den Materialabrieb optimalen Wert eingestellt werden. Werden pro Volumeneinheit zu viele The number of piezoelectric multilayer components in the drum, that is to say the loading of the drum, should also be set to an optimum value for material abrasion. Be too many per unit volume
Vielschichtbauelemente in die Trommel geladen, so können die Vielschichtbauelemente sich gegenseitig verkeilen und es kommt kaum noch zu einem Reiben der Bauelemente aneinander. Dadurch wird der Materialabrieb stark gehemmt. Auch wenn zu wenige Vielschichtbauelemente in die Trommel geladen werden, kommt es nur zu wenigen Reibvorgängen der Bauelemente Multi-layer devices loaded into the drum, so the multilayer devices can wedge each other and it Hardly comes to a rubbing of the components together. As a result, the material abrasion is greatly inhibited. Even if too few multilayer components are loaded into the drum, only a few rubbing processes of the components occur
aneinander, wodurch ebenfalls die erreichbare Reibung to each other, whereby also the achievable friction
reduziert würde. would be reduced.
Die Vielschichtbauelemente können bei dem Schleifen von dem Medium Wasser umgeben sein. Wasser wirkt dabei nicht als Schleifmittel, da das Wasser nicht für einen Materialabrieb von der Oberfläche der Vielschichtbauelemente sorgt. The multilayer components may be surrounded by the medium of water in the grinding. Water does not act as an abrasive because the water does not cause any material abrasion from the surface of the multilayer components.
Insbesondere können sich in der Trommel während des In particular, in the drum during the
Schleifens der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente neben den Vielschichtbauelementen nur Wasser und Luft befinden. Alternativ oder ergänzend zu Wasser kann auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden. Grinding the piezoelectric multilayer components next to the multilayer components only water and air are. Alternatively or in addition to water, another liquid can also be used.
Wasser oder eine andere Flüssigkeit dient dazu, das Water or another liquid serves to make that
abgeriebene Material in der Schwebe zu halten. Wird keine Flüssigkeit als Medium verwendet werden, so kann sich das abgeriebene Material als Staub auf die Oberflächen der hold abraded material in suspension. If no liquid is used as a medium, the abraded material may be deposited as dust on the surfaces of the
Bauelemente absetzen und diese verkleben. Dadurch könnte ein weiterer Abtrag verhindert oder zumindest erschwert werden. Zudem erfolgt durch die Verwendung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit als Medium eine Dämpfung der Bewegungen der piezoelektrischen Bauelemente, wodurch es insgesamt zu gleichmäßigeren Bewegungen kommt, so dass das Material von den piezoelektrischen Vielschichtbauelementen gleichmäßiger abgetragen wird. Set down components and glue them together. As a result, further removal could be prevented or at least made more difficult. In addition, by the use of water or other liquid as the medium, an attenuation of the movements of the piezoelectric components, whereby it comes to more uniform movements, so that the material is removed more uniformly from the piezoelectric multilayer components.
Das Wasser kann ferner dazu dienen eine Oberflächenspannung zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann dem Wasser Seife zugesetzt sein. Bei den piezoelektrischen Vielschichtbauelementen kann es sich um piezoelektrische Transformatoren handeln. The water can also serve to influence a surface tension. For this purpose soap may be added to the water. The piezoelectric multilayer components may be piezoelectric transformers.
Insbesondere kann es sich dabei um Transformatoren handeln, die für die Verwendung in einem Plasmagenerator zur Erzeugung von nicht-thermischen Atmosphärendruck-Plasma geeignet sind. Bei diesen Bauelementen ist es insbesondere wichtig, eine glatte, abgerundete Oberfläche zu erzielen, da ansonsten durch lokale Feldüberhöhungen Plasmazündungen in In particular, these may be transformers suitable for use in a plasma generator for producing non-thermal atmospheric pressure plasma. In these components, it is particularly important to achieve a smooth, rounded surface, since otherwise by local field peaks plasma ignitions in
unerwünschter Weise entstehen würden, durch die das would arise undesirably, by which the
Bauelement beschädigt werden könnte. Component could be damaged.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der In the following, the present invention is based on the
Figuren näher beschrieben. Figures described in more detail.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines FIG. 1 shows a perspective view of a
piezoelektrischen VielSchichtbauelements ,  piezoelectric multilayer component,
Figur 2 zeigt eine Detailaufnahme eines FIG. 2 shows a detail of a
Vielschichtbauelementes , das mit dem  Multilayer device that with the
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,  process according to the invention was produced,
Figur 3 zeigt eine Detailaufnahme eines Vergleichsbeispiels eines Vielschichtbauelementes, das unter Verwendung des Scheuermittels Zr02 gefertigt wurde. FIG. 3 shows a detail of a comparative example of a multilayer component which was produced using the scrubber Zr0 2 .
Figur 4 zeigt eine weitere Detailaufnahme eines FIG. 4 shows a further detail of a
Vergleichsbeispiels eines Vielschichtbauelementes, das unter Verwendung eines Scheuermittels gefertigt wurde .  Comparative example of a multilayer component, which was manufactured using a scouring agent.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines FIG. 1 shows a perspective view of a
piezoelektrischen Vielschichtbauelementes 1, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt wurde. Bei dem piezoelectric multilayer component 1, which with the inventive method was made. In which
piezoelektrischen Vielschichtbauelement 1 handelt es sich um einen piezoelektrischen Transformator. Der piezoelektrische Transformator kann insbesondere in einer Vorrichtung zur Erzeugung von nichtthermischem Atmosphärendruck-Plasma eingesetzt werden. Piezoelectric multilayer component 1 is a piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer can be used in particular in a device for generating non-atmospheric atmospheric pressure plasma.
Ein piezoelektrischer Transformator ist eine Bauform eines Resonanztransformators, welcher auf Piezoelektrizität basiert und im Gegensatz zu den herkömmlichen magnetischen A piezoelectric transformer is a type of resonant transformer based on piezoelectricity and unlike the conventional magnetic ones
Transformatoren ein elektromechanisches System darstellt. Der piezoelektrische Transformator ist beispielsweise ein  Transformers represents an electromechanical system. The piezoelectric transformer is, for example, a
Transformator vom Rosen-Typ. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 weist einenRoses type transformer. The piezoelectric multilayer component 1 has a
Eingangsbereich 2 und einen Ausgangsbereich 3 auf, wobei der Ausgangsbereich 3 sich in einer longitudinalen Richtung z an den Eingangsbereich 2 anschließt. Im Eingangsbereich 2 weist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 Elektroden 4 auf, an die eine Wechselspannung angelegt werden kann. DieEntrance area 2 and an output area 3, wherein the output area 3 is connected in a longitudinal direction z to the input area 2. In the input area 2, the piezoelectric multilayer component 1 has electrodes 4, to which an alternating voltage can be applied. The
Elektroden 4 erstrecken sich in der longitudinalen Richtung z des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 1. Die Electrodes 4 extend in the longitudinal direction z of the piezoelectric multilayer component 1
Elektroden 4 sind in einer Stapelrichtung x, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung z ist, abwechselnd mit einem piezoelektrischen Material 5 gestapelt. Das piezoelektrische Material 5 ist dabei in Stapelrichtung x polarisiert. Electrodes 4 are stacked alternately with a piezoelectric material 5 in a stacking direction x which is perpendicular to the longitudinal direction z. The piezoelectric material 5 is polarized in the stacking direction x.
Eine y-Richtung y steht jeweils senkrecht auf der A y-direction y is perpendicular to the respective
Stapelrichtung x und der longitudinalen Richtung z. Stacking direction x and the longitudinal direction z.
Die Elektroden 4 sind im Innern des piezoelektrischen The electrodes 4 are inside the piezoelectric
Vielschichtbauelements 1 angeordnet und werden auch als Multilayer component 1 is arranged and also called
Innenelektroden bezeichnet. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 weist eine erste Seitenfläche 6 und eine zweite Seitenfläche 7, die der ersten Seitenfläche 6 gegenüberliegt, auf. Auf der ersten Seitenfläche 6 ist eine erste Außenelektrode 8 angeordnet. Auf der zweiten Internal electrodes. The piezoelectric Multilayer component 1 has a first side surface 6 and a second side surface 7, which lies opposite the first side surface 6. On the first side surface 6, a first outer electrode 8 is arranged. On the second
Seitenfläche 7 ist eine zweite Außenelektrode (nicht gezeigt) angeordnet. Die innenliegenden Elektroden 4 sind in Side surface 7, a second outer electrode (not shown) is arranged. The internal electrodes 4 are in
Stapelrichtung x abwechselnd entweder mit der ersten Stacking direction x alternately with either the first
Außenelektrode 8 oder der zweiten Außenelektrode elektrisch kontaktiert . Outer electrode 8 or the second outer electrode electrically contacted.
Ferner weist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 eine dritte Seitenfläche 20 und eine vierte Seitenfläche 21 auf, die einander gegenüberliegen und die senkrecht zu der ersten Seitenfläche 6 und der zweiten Seitenfläche 7 Further, the piezoelectric multilayer component 1 has a third side surface 20 and a fourth side surface 21 facing each other and perpendicular to the first side surface 6 and the second side surface 7
angeordnet sind. Die Flächennormalen der dritten und der vierten Seitenflächen 20, 21 zeigen jeweils in Stapelrichtung x . are arranged. The surface normals of the third and fourth side surfaces 20, 21 each point in the stacking direction x.
Der Eingangsbereich 2 kann mit einer geringen Wechselspannung angesteuert werden, die zwischen den Elektroden 4 angelegt wird. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts wird die The input region 2 can be driven with a low alternating voltage, which is applied between the electrodes 4. Due to the piezoelectric effect, the
eingangsseitig angelegte Wechselspannung zunächst in eine mechanische Schwingung umgewandelt. Die Frequenz der The input side applied AC voltage is first converted into a mechanical vibration. The frequency of
mechanischen Schwingung ist dabei wesentlich von der mechanical vibration is essential of the
Geometrie und dem mechanischen Aufbau des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 1 abhängig. Geometry and the mechanical structure of the piezoelectric multilayer component 1 dependent.
Der Ausgangsbereich 3 weist piezoelektrisches Material 9 auf und ist frei von innenliegenden Elektroden. Das The output region 3 comprises piezoelectric material 9 and is free of internal electrodes. The
piezoelektrische Material 9 im Ausgangsbereich ist in der longitudinalen Richtung z polarisiert. Bei dem Piezoelectric material 9 in the output region is polarized in the longitudinal direction z. In which
piezoelektrischen Material 9 des Ausgangsbereichs 3 kann es sich um das gleiche Material wie bei dem piezoelektrischen Material 5 des Eingangsbereichs 2 handeln, wobei sich die piezoelektrischen Materialien 5 und 9 in ihrer Piezoelectric material 9 of the output region 3 may be the same material as the piezoelectric material Material 5 of the input area 2 act, with the piezoelectric materials 5 and 9 in their
Polarisationsrichtung unterscheiden können. Im Can distinguish polarization direction. in the
Ausgangsbereich 3 ist das piezoelektrische Material 9 zu einer einzigen monolithischen Schicht geformt, die Output area 3, the piezoelectric material 9 is formed into a single monolithic layer, the
vollständig in der longitudinalen Richtung z polarisiert ist. Dabei weist das piezoelektrische Material 9 im is completely polarized in the longitudinal direction z. In this case, the piezoelectric material 9 in
Ausgangsbereich 3 nur eine einzige Polarisationsrichtung auf.  Output area 3 only a single polarization direction.
Wird an die Elektroden 4 im Eingangsbereich 2 eine Is the electrodes 4 in the input area 2 a
Wechselspannung angelegt, so bildet sich innerhalb des piezoelektrischen Materials 5, 9 eine mechanische Welle aus, die durch den piezoelektrischen Effekt im Ausgangsbereich 3 eine Ausgangsspannung erzeugt. Der Ausgangsbereich 3 weist eine ausgangsseitige Stirnfläche 10 auf. Im Ausgangsbereich 3 wird somit eine elektrische Spannung zwischen der Stirnfläche 10 und dem Ende der Elektroden 4 des Eingangsbereichs 2 erzeugt. An der ausgangsseitigen Stirnfläche 10 wird dabei eine Hochspannung erzeugt. Dabei entsteht auch zwischen der ausgangseitigen Stirnfläche und einer Umgebung des Applied AC voltage, so formed within the piezoelectric material 5, 9, a mechanical wave, which generates an output voltage by the piezoelectric effect in the output region 3. The exit area 3 has an exit-side end face 10. In the output region 3, an electrical voltage is thus generated between the end face 10 and the end of the electrodes 4 of the input region 2. At the output-side end face 10, a high voltage is generated. It also arises between the output side face and an environment of
piezoelektrischen Vielschichtbauelements eine hohe piezoelectric multilayer component a high
Potentialdifferenz, die ausreicht, um ein starkes Potential difference that is enough to make a strong
elektrisches Feld zu erzeugen, dass ein Prozessgas ionisiert. Auf diese Weise erzeugt das piezoelektrische generate electric field that ionizes a process gas. In this way, the piezoelectric generates
Vielschichtbauelement 1 hohe elektrische Felder, die in der Lage sind, Gase oder Flüssigkeiten durch elektrische Anregung zu ionisieren. Dabei werden Atome oder Moleküle des  Multilayer Device 1 high electric fields capable of ionizing gases or liquids by electrical excitation. In this case, atoms or molecules of the
jeweiligen Gases bzw. der jeweiligen Flüssigkeit ionisiert und bilden ein Plasma. Es kommt immer dann zu einer ionize respective gas and the respective liquid and form a plasma. It always comes to one
Ionisation, wenn die elektrische Feldstärke an der Oberfläche des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 1 die  Ionization when the electric field strength at the surface of the piezoelectric multilayer component 1 the
Zündfeldstärke des Plasmas überschreitet. Als Zündfeldstärke eines Plasmas wird dabei die Feldstärke bezeichnet, die zur Ionisation der Atome oder Moleküle erforderlich ist. Ignition field strength of the plasma exceeds. As ignition field strength of a plasma is the field strength that is required for the ionization of the atoms or molecules.
Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 weist ferner eine eingangsseitige Stirnfläche 22 auf, die der The piezoelectric multilayer component 1 further has an input-side end face 22, which is the
ausgangseitigen Stirnfläche 10 gegenüberliegt. Des Weiteren weist das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 Kanten 23 auf. Die Kanten 23 können abgerundet sein. Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 wird während seiner Herstellung einem Schleifprozess unterzogen, bei dem kein Schleifmittel verwendet wird und bei dem ein Output side end face 10 is opposite. Furthermore, the piezoelectric multilayer component 1 has edges 23. The edges 23 may be rounded. The piezoelectric multilayer component 1 is subjected during its manufacture to a grinding process in which no abrasive is used and in which
Materialabrieb von dem piezoelektrischen Material abrasion of the piezoelectric
Vielschichtbauelement 1 durch das Reiben des Multilayer component 1 by rubbing the
piezoelektrischen Vielschichtbauelementes 1 an weiteren piezoelektrischen Vielschichtbauelementen erfolgt. piezoelectric multilayer component 1 takes place on further piezoelectric multilayer components.
Figur 2 zeigt eine Detailaufnahme eines Ausschnittes eines piezoelektrischen Vielschichtbauelementes 1, das mit dem hier beschriebenen Verfahren gefertigt wurde, wobei ein Figure 2 shows a detailed view of a section of a piezoelectric multilayer component 1, which was manufactured by the method described here, wherein a
Materialabrieb von den Seitenflächen 6, 7, 20, 21, den  Material abrasion from the side surfaces 6, 7, 20, 21, the
Stirnflächen 21, 22 und den Kanten 23 des piezoelektrischen Vielschichtbauelementes 1 durch ein Reiben der Bauelemente aneinander erfolgt. Dabei sind die Vielschichtbauelemente in einem losen Zustand in einer Trommel angeordnet. End faces 21, 22 and the edges 23 of the piezoelectric multilayer component 1 by rubbing of the components together. In this case, the multilayer components are arranged in a loose state in a drum.
Im Vergleich dazu ist in Figur 3 eine Detailaufnahme eines Vergleichsbeispiels eines Vielschichtbauelementes gezeigt, das einem Scheuerprozess unterzogen wurde, bei dem ZrÜ2 als Schleifmittel verwendet wurde. In comparison, FIG. 3 shows a detail of a comparative example of a multilayer component which has been subjected to a scrubbing process using ZrÜ 2 as an abrasive.
Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt, dass durch den A comparison of Figures 2 and 3 shows that through the
Verzicht auf ein Schleifmittel das Material von den Seitenflächen und Kanten der Vielschichtbauelemente m einer Weise abgetragen werden kann, die zu weniger rauen Abandoning an abrasive material from the Side surfaces and edges of the multilayer components m can be removed in a way that less rough
Seitenflächen und glatter abgerundeten Kanten führt. Auf diese Weise kann das Entstehen von lokalen Unebenheiten an den Außenflächen des Vielschichtbauelementes vermieden werden. Dementsprechend kann die unerwünschte Plasmazündung an solchen lokalen Unebenheiten vermieden werden. Side surfaces and smooth rounded edges leads. In this way, the formation of local unevennesses on the outer surfaces of the multilayer component can be avoided. Accordingly, the undesirable plasma ignition at such local bumps can be avoided.
Figur 4 zeigt eine Detailaufnahme eines Vergleichsbeispiels eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements , das ohne vorherige Durchführung eines Temperprozesses und unter der Verwendung eines Schleifmittels, das Schleifkörner aufweist, geschliffen wurde. Figur 4 zeigt, dass ein Schleifkorn 24 bei dem SchleifVorgang in das piezoelektrische FIG. 4 shows a detailed view of a comparative example of a multilayer piezoelectric component which has been ground without the prior use of an annealing process and with the use of an abrasive substance which has abrasive grains. FIG. 4 shows that an abrasive grain 24 is in the piezoelectric process during the grinding process
Vielschichtbauelement gedrückt wurde und in diesem nach dem Schleifprozess verblieben ist. Das Schleifkorn 24 wirkt sich in dem Vielschichtbauelement 1 negativ aus. Es führt Multilayer component was pressed and remained in this after the grinding process. The abrasive grain 24 has a negative effect in the multilayer component 1. It leads
beispielsweise zu einer erheblichen Unebenheit der For example, a significant unevenness of the
Oberfläche . Surface .
Die Verwendung eines Schleifmittels hat gegenüber dem The use of an abrasive has over the
Schleifen der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente ohne Schleifmittel lediglich den Vorteil, dass ein Abtrag der Oberfläche schneller vorgenommen werden kann. Es überwiegt jedoch der Nachteil, dass bei Verwendung eines Schleifmittels die Oberfläche deutlich rauer wird, wie in Figur 3 gezeigt, und dass sogar Körner des Schleifmittels in die Oberfläche eindringen können. Alternativ ist es auch denkbar, die piezoelektrischen Grinding the piezoelectric multilayer components without abrasive only the advantage that a removal of the surface can be made faster. However, the disadvantage is that when using an abrasive, the surface becomes significantly rougher, as shown in Figure 3, and even grains of the abrasive can penetrate into the surface. Alternatively, it is also conceivable, the piezoelectric
Vielschichtbauelemente gemeinsam mit keramischen Kegeln und ohne Zusatz eines Schleifmittels zu schleifen. Dabei kann eine Glattheit der Oberflächen erreicht werden, die vergleichbar ist mit dem Ergebnis des Materialabriebs durch das Reiben der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente 1 aneinander. Allerdings ist dann noch ein zusätzlicher Schritt zur Trennung der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente und der keramischen Kegel nach dem Schleifen erforderlich. Multi-layer components to be ground together with ceramic cones and without the addition of an abrasive. In this case, a smoothness of the surfaces can be achieved, the is comparable to the result of the material abrasion by rubbing the piezoelectric multilayer components 1 together. However, then an additional step for the separation of the piezoelectric multilayer components and the ceramic cone after grinding is still required.
Werden die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente 1 aneinander gerieben, kann eine glatte Oberfläche erzielt werden. Wird der Schleifprozess für zwei Stunden ausgeführt können die Kanten der piezoelektrischen If the piezoelectric multilayer components 1 rubbed against each other, a smooth surface can be achieved. If the grinding process is carried out for two hours, the edges of the piezoelectric
Vielschichtbauelemente 1 in gewünschter Weise abgerundet werden . Multi-layer components 1 are rounded in the desired manner.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 piezoelektrisches VielSchichtbauelement1 piezoelectric multilayer component
2 Eingangsbereich 2 entrance area
3 Ausgangsbereich  3 output area
4 Elektrode  4 electrode
5 piezoelektrisches Material  5 piezoelectric material
6 erste Seitenfläche  6 first side surface
7 zweite Seitenfläche  7 second side surface
8 erste Außenelektrode  8 first outer electrode
9 piezoelektrisches Material  9 piezoelectric material
10 ausgangsseitige Stirnfläche  10 output side face
20 dritte Seitenfläche  20 third side surface
21 vierte Seitenfläche  21 fourth side surface
22 eingangsseitige Stirnfläche  22 input-side end face
23 Kanten  23 edges
24 Schleifkorn  24 abrasive grain
X Stapelrichtung X stacking direction
y y-Richtung y y direction
z longitudinale Richtung z longitudinal direction

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von 1. A process for producing a variety of
piezoelektrischen Vielschichtbauelementen (1),  piezoelectric multilayer components (1),
wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) ohne Zusatz eines Schleifmittels geschliffen werden, wobei ein Materialabrieb von den piezoelektrischen Vielschichtbauelementen (1) durch Reiben der  wherein the piezoelectric multilayer components (1) are ground without the addition of an abrasive, wherein a material abrasion of the piezoelectric multilayer components (1) by rubbing the
piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) aneinander erfolgt.  Piezoelectric multilayer components (1) to each other.
2. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, 2. Method according to the previous claim,
wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) als Grünkörper geschliffen werden und wobei die  wherein the piezoelectric multilayer components (1) are ground as a green body and wherein the
piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) nach dem piezoelectric multilayer components (1) according to the
Schleifen gesintert werden. Sanding be sintered.
3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, 3. Method according to one of the preceding claims,
wobei vor dem Schleifen der piezoelektrischen  being before grinding the piezoelectric
Vielschichtbauelemente (1) ein Temperprozess  Multilayer components (1) an annealing process
durchgeführt wird, bei dem die piezoelektrischen  is performed, in which the piezoelectric
Vielschichtbauelemente (1) einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden. 4. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch,  Multi-layer devices (1) are exposed to an elevated temperature. 4. Method according to the preceding claim,
wobei eine Härte des piezoelektrischen  being a hardness of the piezoelectric
Vielschichtbauelements (1) beim Temperprozess erhöht wird . 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4,  Multilayer component (1) is increased during the annealing process. 5. The method according to any one of claims 3 or 4,
wobei bei dem Temperprozess ein Lösungsmittel und/oder Weichmacher eines organischen Binders zumindest teilweise aus dem piezoelektrischen wherein in the annealing process, a solvent and / or plasticizer of an organic binder, at least partly from the piezoelectric
Vielschichtbauelement (1) entfernt  Removed multilayer component (1)
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, 6. The method according to any one of claims 3 to 5,
wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) bei dem Temperprozess Temperaturen von 100 °C bis 150 °C ausgesetzt werden.  wherein the piezoelectric multilayer components (1) in the annealing process temperatures of 100 ° C to 150 ° C are exposed.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
wobei das Schleifen in einer Trommel durchgeführt wi die mit einer Vielzahl der piezoelektrischen  wherein the grinding is performed in a drum having the plurality of piezoelectric ones
Vielschichtbauelemente (1) beladen ist,  Multilayer components (1) is loaded,
wobei der Materialabrieb durch Einstellen zumindest eines von Laufzeit des SchleifVorgangs , Anzahl der piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1) in der Trommel und Rotationsgeschwindigkeit der Trommel in gewünschter Weise eingestellt wird.  wherein the material abrasion is adjusted as desired by adjusting at least one of the running time of the grinding operation, the number of piezoelectric multilayer components (1) in the drum and the rotational speed of the drum.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, 8. Method according to one of the preceding claims,
wobei die piezoelektrischen Vielschichtbauelemente (1] bei dem Schleifen von dem Medium Wasser umgeben sind.  wherein the piezoelectric multilayer components (1) are surrounded by the medium of water in the grinding.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
wobei es sich bei den piezoelektrischen  where it is the piezoelectric
Vielschichtbauelementen (1) um piezoelektrische  Multilayer components (1) to piezoelectric
Transformatoren handelt.  Transformers acts.
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