耐湿气的保护层制造技术

本发明专利技术的主题是具有耐潮湿的保护层的压电陶瓷的多层式执行器及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐湿气的保护层
本专利申请的主题是具有耐湿气的保护层的压电陶瓷的多层式执行器及其制造方法。压电陶瓷的多层式执行器（图1）由压电活性材料（2）例如锆钛酸铅（PZT）的堆叠式薄层组成，该压电陶瓷的多层式执行器具有被布置在这些薄层之间的导电的内部电极（7），这些内部电极交替地被引导到执行器表面上。外部电极（3）、（4）连接内部电极，由此，将内部电极并联电连接并且汇总成两个组，这两个组表示执行器的这两个连接极。如果施加电压到连接极上，则电压被并行地传输到所有内部电极上并且因此在活性材料的所有层中引起电场，由此使该活性材料机械变形。所有这些机械变形的总和在执行器的端面作为可利用的延展（6）和/或力可供使用。
技术介绍
这样的层结构通常根据混烧方法被制造。该活性材料在此在作为所谓的绿薄膜被烧结之前通过丝网印刷方法借助稀有金属膏来配备有内部电极、被压成执行器堆叠、被热解并且然后被烧结，由此形成单片式执行器。执行器本体的表面随后通过成型方法、一般性地通过抛光来被加工。在所引出的内部电极（7）的区域中，例如通过电镀方法或通过金属膏的丝网印刷来施加基本金属化部（3）到执行器（1）上。该基本金属化部通过施加金属材料（4），例如通过焊接导线网来被增强。电连接导线（5）被焊接到该被增强的层上。这样的执行器的和外部电极的构造和制造例如在出版文献DE3330538A1、DE4036287C2、US5281885、US4845399、US5406164和JP07-226541A中详细地被描述。在执行器的不配备有金属化部的侧面上，所有电极伸出到构件表面上。电场强度在那里和在部件内部中一样高并且为每毫米数千伏。来自执行器周围环境的、进入到表面附近的极性分子，例如水蒸气在该电场中被极化、定向并且被吸引到表面上。在那，极性分子在陶瓷表面上被吸收并且通过不同的电化学反应导致，电流在伸出到表面上的电极之间流动。这些电化学反应直接在陶瓷表面上发生，但在数分钟之后也沿着接近表面的晶界发生。此外，这些电化学反应其中的一些是不可逆转的并且导致执行器的退化并且在最严重的情况下导致执行器的失效。这些电化学反应的类型并没有被彻底阐明，然而，在执行器表面上以及沿着水合晶界的电化学的水解和离子迁移看起来像是起着主导作用。出于所提到的原因，压电陶瓷的执行器因此非常灵敏地对周围环境湿气作出反应并且在潮湿的周围环境中可能仅仅以脉冲运行的方式被运行，以便在脉冲间歇中使湿气可以再次被吸收，或者以足够高的频率来被运行。执行器基本上覆盖有绝缘层，以便防止在执行器表面上的电弧。这些电弧大多是未经填充的或经填充的聚合物并且对于水蒸气而言良好地以至非常好地可穿透。并没有已知的能解决漏电流问题的聚合物覆层。目前为止的抵制该问题的可能性还没有取得令人满意的成果。例如可以将内部电极略微拉回到执行器的内部中，从而在执行器表面上形成封闭的陶瓷层（被掩埋的电极，例如US2008048528）。然而，封闭的陶瓷层由于制造公差而必须为大约0.2mm厚。在运行中，该陶瓷层被动地被延展并且不可避免地起裂纹，由此使该陶瓷层失去其保护作用。另一方面，可以制成具有被掩埋的电极的执行器部分件，其具有仅仅约2mm的高度。因为在如此短的部分件中在执行器运行时不能够构建足够的机械张应力，所以这些部分件理论上不起裂纹（例如JP8-236828）。然而，仅仅理论上（统计学上）保证无裂纹。如果对这样的执行器进行检查，则绝对会发现，尽管如此仍然对于湿气灵敏的执行器的高份额。为了避开被掩埋的电极的公差问题，可以将未经烧结的压电陶瓷薄膜层压到执行器表面上并且接着烧结（例如DE10021919）。也可以借助模版印刷来施加并且烧结由压电陶瓷膏组成的层。在这两种情况下，在统计学上看同样存在通过执行器运行引起的在覆层中形成裂纹的危险。配备有经烧结的陶瓷保护层的所有执行器因此不能够以对于执行器而言可能的全功率来被运行。必须注意：保护层在运行中保持无裂纹。此外，在非常薄的压电陶瓷保护层情况下，湿气沿着晶界的电化学反应的后果受到重视。层越薄，出现的反应就越明显。即使在相对厚的0.2mm的陶瓷层情况下，这些反应可以以漏电流的形式被证实。当前已知的唯一并有效的方法是，将执行器包封到严密密封的金属壳体中，其中，必须确保：壳体之内的被吸收的湿气通过合适的填充介质来在化学上被分解（US2014368086）。在此不利的是，在制造中的不可忽视的附加耗费，执行器的提高的成本和明显增大的结构空间。
技术实现思路
由此得出本专利技术的任务：提供具有耐湿气的保护层的多层式执行器，该多层式执行器可以被相对简单地制成，低成本地被生产，并且具有尽可能小的结构空间。此外，执行器应在运行中示出尽可能小的漏电流。该任务通过根据本专利技术的根据权利要求1所述的多层式执行器来得以解决。优选的实施方式在从属权利要求中被描述。根据本专利技术，将执行器表面上的借助空气流沉积方法、特别优选借助ADM方法所产生的层作为防湿气的保护层（图2）。保护层优选是陶瓷层，其中，陶瓷可以优选从压电陶瓷、铝氧化物、锆氧化物或钛氧化物或其他无机材料中选择。在ADM方法（气溶胶沉积方法或也作RTIC=RoomTemperatureImpactConsolidation（室温冲击固结））情况下，粒子在气体流中被加速到超音速并且沉积到执行器表面上。在此，除了塑性变形之外也发生：粒子碎裂成纳米大小的断片，这些断片布置成稠密的和好粘附的层。整个方法在室温下进行。在施加粒子期间的温度是<600℃，优选<300℃。因此，保护层基本上由（碎裂的并相互连接的）粒子组成。可以借助在施加之后的调温来再处理该粒子层，尤其在<800℃，优选<600℃、特别优选为300℃的温度情况下。如此产生的层的层厚度可以在1–100µm之间的范围中，其中，5–30µm的范围是特别优选的。借助ADM产生的层非常稠密（相对的密度>95%、优选>98%）、无孔并且不包含如通过烧结过程所形成的那样的“晶界”。也不发生如在经烧结的陶瓷中所出现的那样的电化学导电过程。这些层可能基于它们的在充分的保护作用的情况下的高的密度而非常薄并且因此在执行器的运行中保持无裂缝。根据一种优选的实施方式，压电陶瓷的多层式执行器的进行防湿气保护的保护层由粒子、优选陶瓷粒子组成。在一种优选的实施方式中，由陶瓷粒子组成的保护层优选在<600℃、优选<300℃的温度下被施加并且在<800℃、优选<600℃、特别优选300℃的温度下被再处理。在另一种优选的实施方式中，由陶瓷离子组成的保护层借助空气流沉积方法、特别优选借助气溶胶沉积来施加。在另一种优选的实施方式中，由陶瓷粒子组成的该保护层包围除该端侧以外的整个执行器，其中，仅仅保持无保护层的、用于焊接连接导线的位置开放。在另一种优选的实施方式中，由陶瓷粒子组成的该保护层仅仅覆盖该执行器的不带外部电极层的侧面。在另一种优选的实施方式中，由陶瓷粒子组成的该保护层不传导电流。在另一种优选的实施方式中，由陶瓷粒子组成的该保护层与水蒸气不发生化学反应。在另一种优选的实施方式中，该保护层由压电陶瓷粒子、铝氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷的多层式执行器，所述压电陶瓷的多层式执行器具有进行防湿气保护的保护层，其特征在于，所述保护层由粒子、优选陶瓷粒子组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.26 DE 102015216317.2;2015.08.28 DE 10201521.一种压电陶瓷的多层式执行器，所述压电陶瓷的多层式执行器具有进行防湿气保护的保护层，其特征在于，所述保护层由粒子、优选陶瓷粒子组成。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷的多层式执行器，其特征在于，所述保护层由陶瓷粒子组成并且优选在<600℃、优选<300℃的温度下被施加并且在<800℃、优选<600℃、特别优选300℃的温度下被再处理。3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷的多层式执行器，所述压电陶瓷的多层式执行器具有进行防湿气保护的保护层，其特征在于，所述保护层由陶瓷粒子组成并且借助空气流沉积方法、特别优选借助气溶胶沉积来被施加。4.根据以上权利要求中任一项所述的压电陶瓷的多层式执行器，其特征在于，由陶瓷粒子组成的所述保护层包围...

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ施赖纳，T艾因赫林格米勒，T施密特，R莫斯，M舒伯特，R宾迪希，
申请(专利权)人：陶瓷技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE