[发明专利]带有作为金属的、多孔的、可拉伸的导电层的外电极的多层执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种单片多层执行器，所述单片多层执行器由压电陶瓷所构成的薄膜的烧结过的堆叠构成，所述单片多层执行器具有被插入的金属内电极，其中一个极性的所有内电极通过涂敷在堆叠上的基本金属化部（Grundmetallisierung）而电并联，并且为了进行电接触，外电极与基本金属化部导电连接。

背景技术

压电陶瓷的多层执行器（参见图1、2和3）由压电活性材料2（例如铅-锆酸盐-钛酸盐（PZT））的所堆叠的薄层构成，所述压电陶瓷的多层执行器具有布置在其间的导电的内电极7，这些内电极7交替地被引向执行器表面。基本金属化部3、4连接这些内电极7。由此，内电极电并联并且组合成表示执行器的两个连接极的两个组。如果在连接极施加电压，则该电压并行地被传输到所有内电极，并且在所有活性材料层中引起电场，该活性材料由此以机械方式变形。所有这些机械变形之和在执行器的端面上可用作可用的拉伸和/或力20。

根据现有技术，压电陶瓷的多层执行器被实施为单片，也就是说，活性材料2作为所谓的绿膜在烧结之前通过丝网印刷方法被配备有内电极，被挤压成执行器堆叠，被热解并且然后被烧结，由此形成单片的执行器。

在被引出的内电极7的区域中，例如通过电流（galvanisch）方法或者金属浆料（Paste）的丝网印刷将基本金属化部3、4涂敷到执行器堆叠1上。基本金属化部3、4通过如下方式来加固：例如通过焊接结构化的板或者金属丝网对于每个由金属材料构成的基本金属化部涂敷外电极5。电连接线6被焊接到该外电极5上。

这样的多层执行器和外电极的结构和制造例如在WO 98/20721、US 5 281 885、US 4 845 399、US 5 406 164和JP 07-226541 A中予以详细描述。

这样构造的执行器具有如下缺点：在工作期间，强的拉应力作用于位于基本金属化部3、4之下的绝缘区域11（参见图3）。因为该绝缘区域11与基本金属化部3、4一起形成均质（homogen）单元，所以该均质单元在超过最弱的元件的抗拉强度时失灵，形成裂纹。裂纹在最大拉应力的区域9中开始并且朝向基本金属化部3、4延伸。在图3中示出了多个这些典型的裂纹13、14。

为了使这些裂纹不切断承载电流的层或外电极5（这会导致部件故障），例如通过相对应地结构化地来实施该层，必须使得该层是可拉伸的。该行为方式在EP 0 844 678 A1或者WO 98/20721中予以详细描述。

这些行为方式的基础分别是作为外电极的复杂结构化的金属部分（板、线、织品）：这些金属部分通过焊接或者胶粘导电地被涂敷到基本金属化部上。

不利的是，金属部分必须高成本地来制造并且必须通过昂贵的而且在技术上要求极高的且易发生故障的工艺被安置在基本金属化部上。

发明内容

本发明基于以下任务：改进根据权利要求1的前序部分所述的单片多层执行器，使得外电极可以利用简单且成本低廉的手段被涂敷到基本金属化部上，并且该外电极是可拉伸的来使得该外电极在在此不被切断的情况下减小在执行器中形成的裂纹的开裂能量。此外，说明了一种用于制造这样的多层执行器的方法。

根据本发明，该任务在多层执行器方面通过权利要求1的特征来解决。

通过外电极为金属的、多孔的、可拉伸的导电层，所述导电层由烧结在一起的金属颗粒构成并且被涂敷到基本金属化部上，从执行器本体出来通过基本金属化部而延伸到导电层中的裂纹并不切断外电极，因为裂纹尖端上的开裂能量在导电层的多孔构造中被减小。

在优选的实施形式中，金属颗粒球形地和/或线形地被构造。线形的金属颗粒在烧结时得到毡状的结构，该毡状的结构是极其可拉伸的，因为机械应力被转换为旋转运动。

必须恰当选择基本金属化部，该基本金属化部负责在陶瓷本体上的附着强度并且同时是导电层的支承体。

优选地，基本金属化部的金属部分由银或者银合金构成，并且给基本金属化部混合有一种或多种形成玻璃的物质。在优选的实施形式中，形成玻璃的物质是PbO、BiO₂或者SiO₂，因为这些物质在PZT陶瓷中不引起特性变化。

导电层的金属颗粒优选地由银、铜、银合金或者铜合金构成，其中以下材料是特别优选的：Ag、Pd的比例直至30% 的AgPd、Cu、Ni的比例直至50%的CuNi。CuNi合金比纯金属更耐氧化并且可以以更简单且更成本低廉的方法来烧结。