专利名称：压电陶瓷执行元件及其制造方法
现有技术本发明涉及一种压电陶瓷执行元件，主要由一个烧结的压电陶瓷薄膜片整体堆垛与安置在膜片之间的内电极组成，所述内电极在形成至少两个相互电气分离的电极组的情况下在堆垛的外侧面上与所述至少两个组的交替顺序排列的内电极相互电连接。
这种执行元件是普遍公知的。
压电陶瓷具有这样的特性，在施加机械力时，即特别是在机械压力或拉力作用下，其可被充电。另一方面，一个作用在压电陶瓷材料上的电场使材料机械张紧，特别是膨胀或压缩。
后面的效应被利用在执行元件中，以进行调节运动。
通过用一个压电陶瓷膜片堆垛与相应多的内电极构成执行元件，可以在有限的工作电压下也在压电陶瓷膜片内达到一个高的电场强度，因为在有两个电极组的情况下分别在两个相邻的内电极之间作用该工作电压。
在实践中，内电极的触点接通会有困难。在传统的执行元件中，相互分开的堆垛侧面区域这样涂有金属层，使得一个涂层与一个组的内电极电连接，另一个涂层与另一个组的内电极电连接。
在执行元件工作时，当执行元件相应于各个工作电压膨胀或压缩时，这些金属涂层承受明显的机械应力。这里，当工作电压频繁地接通和切断或其极性变化时，会出现高的交变应力。
金属涂层中的这种机械应力会导致涂层中产生裂纹，其后果是，或多或少数量的内电极不再能够与工作电压源连接，相邻的压电陶瓷膜片不再或实际上不再能对执行元件的工作起作用。
因此，在DE 19648545 A1中规定，前述金属涂层被另一个机械挠性的导电层覆盖，以使前述在DE 19648545 A1中也被称为基本金属涂层的金属层碎片始终保持相互导电连接。该附加层可以例如具有金属丝针织物或金属丝编织物的形状，或者也可以具有金属泡沫或波纹板的形状。
本发明优点本发明涉及这样的总思想，这些内电极分别至少在堆垛外侧面的一个区域上由板条式或突起式的金属元件接续，这些金属元件可以按优选方式通过电解沉积的金属形成。由此，这些内电极可以与压电陶瓷膜片的侧边缘隔开一定距离相互导电连接，例如通过可能制成波纹状的金属膜片、金属编织物或类似物，或者有导电能力的塑料膜片、例如硅树脂膜片，其中嵌入了导电颗粒，这样，这些膜片形成一个连续的平面导电带。
因为内电极在压电陶瓷堆垛外部形成接续的板条或突起，也就是说一个不连贯地构造的条带状基本金属层，其中这些板条或突起在执行元件工作时由于相邻压电陶瓷膜片的机械运动至多只承受低的应力。通过此时将这些板条或突起机械挠性地相互电连接，可以达到一种特别稳固的执行元件。
附图
借助附图来解释本发明的一个特别有利的实施形式。
在此，唯一的附图示出一个本发明执行元件的剖面图。
根据附图，一个本发明压电陶瓷执行元件1主要由一个烧结压电陶瓷膜片2的堆垛与安置在其间的金属内电极3组成，内电极3交替地伸展到所示执行元件1的右侧面或左侧面，即可以在相邻压电陶瓷膜片2之间从外部接触到。在分别相对的边缘区域上，每个内电极被相邻的压电陶瓷膜片2覆盖，从而在那里相应内电极3的边缘不能够从外部接触到。
通过下面进一步描述的电解金属沉积，在内电极3的从外部可达到的、附图中的右边缘区域或左边缘区域上成形上板条式的接续部4，这些接续部4例如分别由一个直接连接在内电极3上的镍层4′和一个从外面覆盖在其上的金层4″组成。
板条式接续部4的自由边缘通过导电的膜片5′或5″相互电连接，膜片5′或5″例如由塑料、如硅树脂或异分子共聚物与填充在其中的导电碳颗粒或金属颗粒组成，其中这些颗粒为了达到所希望的导电能力而被包得非常密实，塑料材料主要用于保证颗粒的机械连接。
板条式接续部4和膜片5′或5″可以例如通过热压相互导电连接。
两个膜片5′和5″本身与连接导线6′和6″电连接，通过这些连接导线，膜片5′和5″以及电连接在其上的内电极3可以这样与一个工作电压源连接，使得与膜片5′电连接的一组内电极3与梳状插入前述内电极3之间、与膜片5″电连接的内电极3分别具有相反的电极性，并且，每个处于其间的压电陶瓷膜片2被施加一个相应的电场。
根据工作电压的极性，执行元件1的上端部和下端部相应于双箭头P进行相互的相对运动。
由于膜片5′和5″与压电陶瓷膜片2的边缘在空间上分开，并且由于膜片5′和5″此外具有一定弹性，执行元件1的运动丝毫不会引起对膜片5′和5″的破坏。
同样，膜片5′和5″也可以这样具有一个成波纹状的结构，使得分别在两个相邻地连接在膜片5′和5″上的内电极3及其板条状接续部4之间延伸一个向外侧凸出的凸起。
取代它，也可以用金属编织物或金属网或者也可以用一层金属泡沫替换导电的膜片5′和5″。
可以如下进行板条式接续部4的电化学生产将由烧结压电陶瓷膜片2组成的堆垛与安置在其间的内电极3固定在一个支架中。然后将内电极3在两个相对的侧面上、即在附图中所示堆垛的右侧面和左侧面上相互电触点接通，使得各个接触部还为堆垛彼此相对的侧面留出一个较大的连续区域。
然后在中性清洁剂中进行堆垛的清洁，例如在温度为55℃和处理时间为五分钟条件下进行。
之后在完全脱盐的水(VE水)中进行冲洗。
此后进行电化学金属沉积，例如从氨基磺酸镍中沉积出镍或沉积镍合金，在沉积镍合金的情况下，该氨基磺酸镍包含相应的添加物或合金成分。在需要情况下也可以进行从相应的电解液中沉积贵金属。
在沉积时，内电极3通过前述堆垛触点作为阴极电连接，并且使用一个合适的阳极。
氨基磺酸镍电解液可以具有一个在3和4之间的pH值和约40℃的温度。其它电解液在相似的工艺条件下工作。
阴极和阳极之间的电流强度相对于露出的陶瓷表面可以为1mA/cm2。这样沉积速度达到约0.1μm/min。
在制成金属层4′后在完全脱盐的水中重新进行一次冲洗。
接着在金电解液中进行硬质金沉积(Hartgold-Abscheidung)，其中，内电极3又作为阴极连接，并且可以使用一个镀铂钛制成的阳极。金电解液的pH值可以调整到4至5之间的一个值。温度还可以在40℃。电流强度相对于陶瓷膜片堆垛的露出的陶瓷表面可以为1mA/cm2。
可替换地，也可以无电流地从浓金电解液(Sudgold-Elektrolyten)中沉积出约0.1mm厚的均匀金层。该工艺步骤的温度可为80至90℃。
接着在完全脱盐的水中进行重新冲洗。
这样，板条式接续部4可供与导电膜片5′和5″或类似件连接使用。
权利要求
1.压电陶瓷执行元件(1)，主要由压电陶瓷薄膜片(2)的一个整体堆垛和安置在这些膜片之间的内电极(3)组成，这些内电极在形成至少两个相互电气分开的电极组的情况下在堆垛外侧面上相互电连接，其特征在于，内电极(3)分别在堆垛外侧面的一个区域上具有板条式接续部(4)。
2.如权利要求1所述的执行元件，其特征在于，接续部(4)由电解沉积的金属形成。
3.如权利要求1或2所述的执行元件，其特征在于，每个板条式接续部(4)由一个镍或镍合金层(4′)以及一个向外连接的金层(4″)组成。
4.如权利要求1或2所述的执行元件，其特征在于，每个板条式接续部(4)用铜制成。
5.如权利要求1或2所述的执行元件，其特征在于，每个板条式接续部(4)用锡银合金制成。
6.用于制造如权利要求1所述的压电陶瓷执行元件的方法，其特征在于，通过将内电极(3)作为阴极连接并将整体堆垛放入一个电解浴中，接续部(4)电化学制成。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，为了形成接续部(4)，首先沉积镍或镍合金，在另一个浴中沉积金。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，为了形成接续部(4)，沉积铜或锡银合金。
全文摘要
一种压电陶瓷执行元件(1),主要由压电陶瓷薄膜片(2)的一个整体堆垛和安置在这些膜片之间的内电极(3)组成,在堆垛外侧面上具有电化学成形在内电极上的板条(4),为了执行元件(1)的工作,通过所述板条(4)实现内电极(3)的触点接通(5',5″)。
文档编号H01L41/00GK1369115SQ00811398
公开日2002年9月11日 申请日期2000年8月2日 优先权日1999年8月6日
发明者洛塔尔·亨内肯, 阿明·格洛克, 于尔根·哈肯贝格 申请人:罗伯特·博施有限公司