Beschreibung

Keramikmaterial, Verfahren zur Herstellung desselben und elektrokeramisches Bauelement umfassend das Keramikmaterial

Es wird ein Keramikmaterial angegeben, umfassend

Bleizirkonat-Titanat , das zusätzlich K und gegebenenfalls Cu enthält .

Wesentliche Voraussetzung für die Performance von

Bleizirkonat- Titanatmaterielien sind die Anpassung der

Zusammensetzung an die morphotrope Phasengrenze (MPG) , ein hinreichendes Kornwachstum und die

Anpassung der Sintertemperatur an das verwendete

Elektrodenmaterial .

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Keramikmaterial mit verbesserter Leistung für elektrokeramische Bauelemente bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Keramikmaterial nach dem Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen des Keramikmaterials sowie ein Herstellungsverfahren für das Keramikmaterial und elektrokeramische Bauelemente mit dem Keramikmaterial sind Gegenstand weiterer Patentansprüche. Des weiteren wird in einem unabhängigen Anspruch das Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements beansprucht.

Die beschriebene Aufgabenstellung wird durch die Zugabe von K und gegebenenfalls Cu zu einem Keramikmaterial, umfassend Bleizirkonat-Titanat gelöst.

Durch die Zugabe von K und gegebenenfalls Cu zu dem

Bleizirkonat-Titanat kann bei der Herstellung die Korngröße der Keramik gesteuert werden. Die Korngröße steht in direktem Zusammenhang mit den piezzoelektrischen Eigenschaften der Keramik . Durch geeignete Wahl des Zirkonat-Titanat-Anteils in der Keramik kann die Zusammensetzung auf die MPG

eingestellt werden.

Die mechanischen Spannungen in einer Bleizirkonat-Titanat- Keramik ( PZT-Keramik) resultieren aus der für

dieses Material charakteristischen ferroelektrischen

Phasenumwandlung, die beim Abkühlen im Bereich von

ca. 330°C, der sogenannten Curietemperatur (T _c ) ,

stattfindet. Diese besteht in einer tetragonalen und im

Bereich der morphologischen Phasengrenze (MPG) zugleich anteilweise auch rhomboedrischen Verzerrung der oberhalb T _c vorhandenen kubischen Struktur. Zwecks Minimierung der daraus resultierenden lokalen mechanischen Spannungen

zerfällt jedes Kristallkorn der Keramik in Domänen. Diese umfassen ca. 10^ Elementarzellen. Das sind

Bezirke gleicher Ausrichtung der tetragonalen bzw.

rhomboedrischen (polaren) Achse, die vorzugsweise im

Winkel von 90° aneinander grenzen und damit sogenannte

Domänenwände bilden. Bei Ausrichtung der

polaren Achse in einem angelegten elektrischen Feld

verschieben sich die Domänenwände, und diese

Bewegung wird unter anderem durch die Korngrenzen im Gefüge der Keramik gehemmt. Die Dichte der

Korngrenzen ist im Volumen der Keramik umso geringer je größer der mittlere Korndurchmesser ist. Folglich

ist vor allem zur Gewährleistung einer hinreichenden

Domänenwandbeweglichkeit und damit zum Erreichen einer hohen Performance der PZT-Keramik ein hinreichendes Kornwachstum erforderlich.

Die Bleizirkonat-Titanat-Keramik weist ein Perowskit-Gitter auf, welches sich durch die allgemeine Formel ABO3

beschreiben lässt, wobei A für die A-Plätze und B für die B- Plätze des Perowskit-Gitters stehen.

Eine Elementarzelle des PZT-Kristallgitters lässt sich durch einen Kubus beschreiben. Die A-Plätze sind durch Pb ²⁺ -Ionen besetzt, welche auf den Ecken des Kubus sitzen. In der Mitte jeder Kubusfläche sitzt jeweils ein O^ ^' -Ion. Im Zentrum des Kubus befindet sich ein Ti^ ⁺ -Ion bzw. ein Zr^ ⁺ -Ion. Diese Struktur weist eine hohe Toleranz gegenüber Substitution der Metall-Ionen durch andere Metall-Ionen und Leerstellen auf. Dotierungen sind dadurch in relativ weiten Grenzen möglich.

Je nach Größenunterschied zwischen dem durch Dotierung eingeführten Ion und dem ersetzten Ion kann es zu einer zusätzlichen lokalen Verzerrung im Koordinationspolyeder kommen .

Die verschiedenen Möglichkeiten der Dotierung lassen sich anhand der Wertigkeit des Dotierungsions klassifizieren. Die isovalente Dotierung, also der Ersatz eines Ions durch ein anderes Ion mit gleicher Wertigkeit wirkt sich nicht auf mögliche Leerstellen im Keramikmaterial aus. Ersetzen niederwertige Kationen (Akzeptoren) Kationen mit einer höheren Wertigkeit, so werden Leerstellen im Anionen-Gitter erzeugt. Höhervalente Kationen (Donatoren) verursachen, wenn sie niederwertigere Kationen ersetzen, Leerstellen im

Kationen-Gitter. Die Dotierung mit Akzeptoren und Donatoren führt jeweils zu charakteristischen Änderungen der Materialeigenschaften .

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nehmen Nd, K und gegebenenfalls Cu A-Plätze im Perowskit-Gitter ein.

Eine Dotierung mit Nd ³⁺ auf den A-Plätzen stellt eine

Donator-Dotierung dar. Aufgrund des Ionenradius von Neodym wird dieses auf den Pb ²⁺ -Plätzen eingebaut und aufgrund der Überschussladung durch Nd' symbolisiert. Der Ladungsausgleich erfolgt durch die entsprechende Bildung von Pb-Leerstellen (Vpb") . Die Auswirkung der Dotierung sind metrische

Änderungen des Gitters und die Beeinflussung weitreichenderer Wechselwirkungen zwischen den Elementarzellen.

Eine Dotierung mit K ⁺ auf den A-Plätzen und damit anstelle von Pb ^{2 +} stellt eine Akzeptor-Dotierung dar. Weil

jetzt an dem Gitterplatz eine positive Ladung fehlt, wirkt bei diesem Defekt eine negative Überschussladung

aus der Gitterumgebung. Sie wird daher durch K' symbolisiert. Diese Akzeptordotierung wird durch die Nd3+-Donatordotierung mit einer positiven Überschussladung, symbolisiert durch Nd', die stets größer ist als die

Akzeptordotierung, kompensiert, so dass sich neutrale [K'/ Nd ' -Defektpaare bilden. Das bedeutet, dass

durch die Akzeptordotierung die Konzentration der Leerstellen V ^" Pb" verringert ist; denn nur der

überschüssige Anteil der Donatordotierung trägt zu ihrer Bildung bei. Bei der Sintertemperatur dissoziieren

die Defektpaare. Dabei induzieren 2 Nd' -Defekte die Bildung einer Vpk"-Leerstelle und die 2 K' -Defekte

die Bildung einer Sauerstoff-Leerstelle VQ", und letztere sind für das Kornwachstum und die Sinterverdichtung besonders förderlich. Im Prozess der

Abkühlung erfolgt Rekombination zu den wieder

quasi neutralen [K'/ Nd'] -Defektpaaren, so dass in der fertigen Keramik keine oder eine nur sehr geringe

Sauerstoff-Leerstellenkonzentration vorliegt. Dagegen sind Blei-Leerstellen entsprechend dem Überschuss

der Donator-Dotierung noch vorhanden.

Diese Dotierung wirkt sich auf das Kornwachstum des Materials aus, welches von der Konzentration der eingebrachten

Dotierung abhängig ist. Kleine Dotierungsmengen tragen hierbei zum Kornwachstum bei, wohingegen zu große Mengen an Dotierungsionen das Kornwachstum hemmen können.

Die Donator- Dotierung mit Nd' erhöht auf Grund der Bildung von Pb-Leerstellen Vp^" die Domänenwandbeweglichkeit

und damit die Ausrichtbarkeit der Domänen im angelegten elektrischen Feld, was zu hohen Werten für die dielektrische Polarisation führen kann. Andererseits wird durch die

Donator-Dotierung infolge der Unterdrückung der Bildung von Sauerstoff-Leerstellen eine Hemmung des Wachstums der

Kristallite wirksam, so dass infolge der höheren Dichte von Korngrenzen in der Keramik die Mobilität der

Domänenwände mit zunehmender Donator-Dotierung immer mehr eingeschränkt ist, was zu einer

gegenläufigen Tendenz in der Ausrichtbarkeit der Domänen im angelegten elektrischen Feld und damit zu

einer Verminderung der remanenten Polarisation, der beim Abschalten des elektrischen Peldes erhalten

bleibenden Polarisation, und zu einer Abnahme des

Kopplungsfaktors führt. Durch eine zusätzliche

Dotierung mittels Akzeptoren wird die positive Wirkung der Donatoren partiell abgeschwächt, die negative Wirkung aber weitgehend aufgehoben, indem die mit der

Akzeptor-Dotierung verbundene Bildung von

Sauerstoff-Leerstellen bei der Sintertemperatur das

Kornwachstum fördert, so dass die leichte

Verschiebbarkeit der Domänenwande erhalten bleibt, was zu höheren Dielektrizitätskonstanten,

piezoelektrischen Konstanten und höheren Kopplungsfaktoren führt . Die erfindungsgemäß vorhandene Kombination von Akzeptor- und Donator-Dotierungen führt dazu, dass die negativen

Eigenschaften, welche auftreten, wenn die Keramik mit nur einer der beiden Dotierungsarten dotiert wurde, kompensiert werden. Würde beispielsweise nur eine Akzeptor-Dotierung vorliegen, so führt dies oft zu sinkenden dielektrischen und piezzoelektrischen Konstanten und einem sinkenden

Kopplungsfaktor, das heißt, die Konstanten liegen unter denen der undotierten Keramik. Liegt nur eine Donator-Dotierung vor, so wird das Kornwachstum gehemmt, und die Körner der Keramik erreichen nicht die gewünschte Größe. Die

erfindungsgemäß vorhandene Kombination der Dotierungen hebt sich jedoch in diesen Punkten positiv von der undotierten Keramik ab. Sie weist sowohl bessere piezzoelektrische

Konstanten auf sowie ein besseres Kornwachstum, welches auch noch bei tieferen Temperaturen erreicht wird, als bei undotierten PZT-Keramiken .

In kleinkörnigen Materialien sind die Domänengrenzen häufig an den Korngrenzen lokalisiert und können aufgrund der

Fixierung an diesen Korngrenzen so nicht zu den

piezzoelektrischen Eigenschaften beitragen. Die innere

Spannung kann sich auf die Struktur des Kristallgitters, und die Stabilität von Phasen auswirken. Deshalb ist es erstrebenswert, das Kornwachstum gezielt steuern zu können. Dies soll unter anderem über die Dotierung der PZT-Keramik erfolgen . Nach einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das

Keramikmaterial eine Zusammensetzung gemäß der folgenden Formel :

^Pb l- (3x/2) -a-p ^Nd x ^K 2a ^Cu 2p ^v Pb (x/2) -a-p ( ^Zr l-y ^Ti y) O3, in den Grenzen 0,0001 < x < 0,06, 0,0001 < a < 0,03, 0,35 < y -S 0,60 und 0 < p < ((x/2)-a), vorzugsweise im

Zusammensetzungsbereich 0,015 x 0, 025, 0, 002 < a -S

0,0125, 0,45 < y < 0,55 und 0 < p < ((x/2)-a), worin V _Pb eine Blei-Leerstelle darstellt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das Keramikmaterial eine Zusammensetzung gemäß der folgenden Formel :

^Pb l- (3x/2) -a ^Nd x ^K 2a ^v Pb (x/2) -a ( ^Zr l-y ^Ti y) O3, in den Grenzen 0,0001 < x < 0,06, 0,0001 < a < 0,03, 0,35 < y -S 0,60, vorzugsweise im Zusammensetzungsbereich 0,015 x 0,025, 0,002 < a < 0,0125, 0,45 < y < 0,55, worin V _Pb eine Blei-Leerstelle darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung können für die Anwendung als Sensor oder Aktuator in vielfältigen Geometrien hergestellt werden. Aus technologischen Gründen ergeben sich bei der Herstellung Besonderheiten im Gefüge, wie z. B.

unterschiedliche Korngrößen oder unterschiedliche

Phasengrenzen. Da sich aber diese Parameter auf die Eigenschaften eines ferroelektrischen Materials auswirken, ist es erstrebenswert, diese Parameter entsprechend auf die Zusammensetzung der morphotropen Phasengrenze (MPG)

einzustellen. Bei der MPG ist besonders die Koexistenz der rhomboedrischen neben der tetragonalen Phase von Interesse. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Keramik ist eine Anpassung der Zusammensetzung an die MPG über den Index y möglich, über den sich das Ti-Zr-Verhältnis steuern lässt. Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein piezoelektrischer Aktuator. Dieser umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens zwei Schichten des mit Nd, K und gegebenenfalls Cu dotierten PZT-Keramikmaterials zwischen denen eine

Innenelektrode vorhanden ist. Diese Innenelektrode kann beispielsweise aus Cu, Pd, Ag oder einer Legierung aus diesen Metallen gefertigt sein. Vorzugsweise besteht die

Innenelektrode aus Cu .

Der Einbau von K und gegebenenfalls Cu in das PZT-Gitter kann die Reaktion zwischen piezoelektrischer Keramik und dem

Metall der Innenelektrode, die während des Sintervorgangs bei hohen Temperaturen stattfinden, reduzieren oder sogar

unterbinden. Nimmt man beispielsweise einen Aktuator mit Cu- Innenelektrode aus einem keramischen Material, das nicht mit K und gegebenenfalls mit Cu dotiert wurde, gemäß der Formel

Pb ₁ _ _x/2 Nd _x Vp _bx/ 2 (Z _ri _ _y Ti _y )0 ₃ , wobei 0.0001 < x < 0.06, 0.45 < Y < 0.55 und V _Pb eine Pb- Leerstelle darstellt. Die aus der unterschiedlichen Ladung von Pb und Nd, 2+ gegenüber 3+, resultierende

Leerstellenkonzentration ermöglicht eine Diffusion von Cu- Ionen aus den Innenelektroden in die Keramik, wo es zu einem Einbau der Cu-Ionen in das Kristallgitter kommt. Dieses

Problem wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch den Einbau von K ⁺ und gegebenenfalls Cu ⁺ -Ionen auf A-Plätzen des Kristallgitters vermindert bzw. gelöst. Die damit verbundene Kompensation der Pb-Leerstellen (Vp^) auf den A-Plätzen reduziert das Bestreben des Kupfers aus den Innenelektroden in die Keramik zu diffundieren, was eine Wanderung der Cu- Ionen reduziert oder sogar komplett unterbindet. Die ganz oder teilweise unterbundene Diffusion der Cu-Ionen hat unterschiedliche Vorteile für die aus den erfindungs ^¬ gemäßen Keramiken gefertigten elektrokeramischen Bauelemente. Im Einzelnen verlieren die Innenelektroden in diesem Fall kein Material und können eine durchgängige Schicht bilden, was für eine bessere Leitfähigkeit der Innenelektroden sorgt.

Dem Übergangsbereich zwischen tetragonaler und rhombo- edrischer Phase kommt bei den Ausführungsformen der Keramik besondere Bedeutung zu. Es kommt in diesem zu einer

konzentrationsabhängigen Umwandlung zwischen zwei

Kristallstrukturen im Keramikmaterial. Eine solche

Phasengrenze wird nach Jaffe als „morphotrop" bezeichnet. Die Materialeigenschaften zeigen in diesem Bereich einige

Besonderheiten, so dass sie für die technische Anwendung besonders interessant sind. Einige Materialkonstanten, die das piezoelektrische Verhalten der PZT-Keramik entscheidend beeinflussen, zeigen an der morphotropen Phasengrenze gute Werte, z. B. deutliche Maxima, wie beispielsweise die

Dielektrizitätskonstante s _r , die piezoelektrische

Ladungskonstante d33 und der Kopplungsfaktor k.

Die relative Dielektrizitätskonstante s _r ist das Verhältnis aus der absoluten Permittivität des Keramikmaterials und der Permittivität im Vakuum, wobei die absolute Permittivität ein Maß für die Polarisierbarkeit im elektrischen Feld darstellt. Die Wirksamkeit des Piezoeffekts wird durch die piezo ^¬ elektrische Ladungskonstante d±j gekennzeichnet, die das

Verhältnis der mechanischen Verformung zur angelegten

Feldstärke bzw. das Verhältnis der Flächenladungsdichte zur angelegten mechanischen Spannung darstellt. Die

Richtungsabhängigkeit des Parameters wird durch die

entsprechenden Indizes angegeben. Der Index i der

piezoelektrischen Ladungskonstanten gibt die Richtung des elektrischen Feldes an, der Index j die Richtung der

Deformation, mit der der Kristall auf das Feld reagiert.

Hierbei steht eine 1 für die x-Richtung, 2 für die y-Richtung und 3 für die z-Richtung. Die piezoelektrische Ladungs- konstante d33 bezeichnet somit das longitudinale Dehnungs ^¬ verhalten in Richtung der z-Achse. Der Kopplungsfaktor k ist ein Maß für den Grad des piezoelektrischen Effektes. Er beschreibt das Vermögen eines piezoelektrischen Materials aufgenommene elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Hierbei steht k33 für den

Kopplungsfaktor der Longitudinalschwingung . Beim

Longitudinal-Effekt ist die polare Achse des Kristalls kolinear zur Deformationsrichtung. Vergleicht man die piezoelektrische Ladungskonstante d33 der nur mit Nd dotierten Keramik

0,015 PbO + (Pbo,97V _Pb o,oiNd ₀ ,o2) (Zr ₀ ,55i5 i ₀ ,4485) 0 ₃ (d ₃₃ : 690 pm/V) mit dem entsprechenden Ausführungsbeispiel einer Referenz- Keramik, die zusätzlich Ni aufweist

0,015 PbO + (Pb ₀ , 975 p^o, oosNd ₀ , 02) ( Zr ₀ , 5515T10, 4485 ) 0, 995N10, 005 ) 0 ₃ (d ₃₃ : 740 pm/V) , so stellt man einen deutlichen Anstieg des Wertes fest, was eine größere Dehnung bei gleicher angelegter Spannung

bedeutet. Eine weitere Verbesserung wird durch die

erfindungsgemäße PZT-Keramik mit Nd, K und gegebenenfalls Cu -Dotierung erreicht. Beispielsweise ist der

Auslenkungsparamter d33 gegenüber der mit Ni dotierten PZT- Referenzkeramik um 33% erhöht (vergleiche die in

nachstehenden Ausführungsbeispielen angegebene Tabelle 1). Die verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften steigern somit die Effizienz der entsprechenden Ausführungsbeispiele, in denen diese Keramik zum Einsatz kommt.

Als Ursache der Maxima physikalischer Eigenschaften an der MPG gilt die Koexistenz der rhomboedrischen und der

tetragonalen Phase. Diese Koexistenz begünstigt die

Ausrichtung von Domänen im elektrischen Feld und verbessert so die Polarisierbarkeit der Keramik. Dies unterstreicht nochmals die Bedeutung und Sonderstellung der MPG in der PZT- Keramik.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Keramikmaterials eignen sich aufgrund der guten piezoelektrischen

Eigenschaften für den Einsatz in beispielsweise

Vielschichtbauelementen .

Werden mehrere Keramikschichten und Innenelektroden

abwechselnd übereinander angeordnet, so erhält man ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement . Abwechselnd ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, das immer auf eine bestimmte Zahl von Keramikschichten eine Innenelektrode folgt . Gegenstand von weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist auch ein Herstellungsverfahren für das Keramikmaterial.

Das Verfahren zur Herstellung des Keramikmaterials umfasst folgende Schritte:

AI) Herstellung eines Keramik-Rohstoffgemisches durch

Zerkleinern und Mischen von Ausgangsmaterialien enthaltend Pb, Zr, Ti, Nd und Sauerstoff, Bl) Einbringen einer K- haltigen Verbindung und gegebenenfalls Einbringen von Cu oder einer Cu-haltigen Verbindung, Cl) Kalzinieren des

Rohstoffgemisches , und Dl) Sintern zur Keramik.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine erste

Keramikrohmasse durch Mischen von Pb, Nd, Zr, Ti und 0 enthaltenden Ausgangsverbindungen hergestellt und diese einem ersten Kalzinierungsschritt All) bei einer Temperatur von z.B. zwischen 850 und 970°C, vorzugsweise zwischen 875 und 925°C, unterzogen. Nach dem Zerkleinern dieser kalzinierten Keramikrohmasse schließt sich dann entweder direkt der

Verfahrensschritt Cl) an oder es wird vor dem Schritt Cl) der Schritt Bl) durchgeführt, d.h. es wird eine K-haltige

Verbindung und gegebenenfalls Cu oder eine Cu-haltige

Verbindung eingebracht. Durch Einfügen des Schrittes All) kann eine vollständigere Umsetzung und demzufolge eine homogeneres Keramikmaterial erhalten werden.

Hierbei können die Ausgangsmaterialien als Oxide vorliegen. Die Ausgangsmaterialien können aber auch in Form von

beispielsweise Metallcarbonaten, Metallhydrogencarbonaten oder metallorganischen Verbindungen oder einer Mischung aus diesen vorliegen. Die Elemente Zr und Ti können auch in Form eines Precursors wie (Zr,Ti)02 als Ausgangsmaterial eingesetzt werden.

Die Elemente Pb, Zr, Ti und Nd werden in ihren entsprechenden Ausgangsverbindungen entsprechend der stöchiometrischen

Verhältnisse der Elemente im herzustellenden Keramikmaterial gemischt .

Die Zugabe von Nd erfolgt im allgemeinen in einem Bereich von 0,01 bis 6 mol%, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 3 mol%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 2,5 mol%.

Das Einbringen einer K-haltigen Verbindung kann sowohl vor oder auch erst nach dem Kalzinieren (Verfahrensschritt Cl)) erfolgen . Vorzugsweise wird als K-haltige Verbindung K2CO3, KOOCCH3, K2C2O4 oder eine Mischung aus diesen verwendet.

Das Einbringen von Cu kann als Cu-Metall oder als Cu- Verbindung, vorzugsweise CU2O, erfolgen. Vorzugsweise wird Cu nach dem Schritt Cl) und vor dem Schritt Dl) zugegeben.

Insbesondere bevorzugt wird zudem ein Sinterhilfsmittel, vorzugsweise PbO, zugegeben. Falls PbO zugegeben wird, erfolgt die Zugabe vorzugsweise in einer Menge von bis zu 1,5 mol% .

Die Zugabe von K und gegebenenfalls Cu erfolgt jeweils im allgemeinen in einem Bereich von 0,01 bis 6 mol%,

vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 3 mol%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,4 bis 2,5 mol%. Dabei wird die K- haltige Verbindung und gegebenenfalls Cu bzw. die Cu-haltige Verbindung ebenfalls entsprechend des stöchiometrischen

Verhältnisses von K bzw. Cu in Bezug auf die anderen Elemente im herzustellenden Keramikmaterial hinzugegeben. Das Keramik-Rohstoffgemisch wird im Verfahrensschritt Cl) bei einer Temperatur kalziniert, die beispielsweise zwischen 850 und 970°C, vorzugsweise zwischen 900 und 950°C, liegt. Das ermöglicht der Keramik die Bildung von Mischkristallphasen.

Die „rohe" oder auch als „grün" bezeichnete Keramik wird im Verfahrensschritt Dl) gesintert. Die Sintertemperatur liegt hierbei beispielsweise zwischen 950 und 1070 °C. Somit liegt sie unter dem Schmelzpunkt von Kupfer (1083 °C) , was es ermöglicht, die Innenelektroden eines piezoelektrischen

Aktuators beispielsweise vollständig aus Kupfer zu fertigen, oder aus Legierungen, deren Schmelzpunkt in dem Bereich von Kupfer liegt.

Zur Formgebung kann die Mischkristallphase, die durch das Kalzinieren entsteht, in einem zwischengelagerten zusätzlichem Verfahrensschritt erneut gemahlen werden und durch Zugabe eines Binders in eine Keramikmasse überführt werden. Diese kann dann in die gewünschte Form gebracht werden, beispielsweise Grünfolien. Da der Binder im Endprodukt nicht erwünscht ist, sollte dieser thermisch bzw. hydrothermisch abbaubar sein. Hierzu eignen sich beispielsweise Binder auf Polyurethanbasis. Der Binder muss jedoch vor dem Sintern in einem vorgeschalteten thermischen Prozess entfernt werden, da sich andernfalls beim Sintern eine Degradation der Keramik infolge Reduktion zu metallischem Blei einstellt.

Es wird des weiteren ein Herstellungsverfahren für ein

Vielschichtbauelement beansprucht, welches die

erfindungsgemäße Keramik umfasst. Das Verfahren zur Herstellung des Vielschichtbauelements umfasst folgende Verfahrensschritte: A2) Bereitstellen von keramischen Grünfolien, die gemäß einem der vorher

beschriebenen Verfahren hergestellt werden, B2)

Übereinanderschichten der keramischen Grünfolien zu einem

Stapel, C2) Verfestigen des Stapels durch Laminieren, wodurch Grünteile entstehen, D2) Entbindern der Grünteile und E2) Sintern der Grünteile. Die keramischen Grünfolien enthalten dabei bereits Ausgangsmaterialien enthaltend Pb, Zr, Ti, Nd, Sauerstoff, K und gegebenenfalls Cu .

Das Laminieren im Verfahrensschritt C2) kann beispielsweise mit einer Presskraft von 100 bis 130 Tonnen erfolgen. Die

Presskraft kann hierbei auf den Binder-Typ abgestimmt sein.

Das Entbindern im Verfahrensschritt D2) kann unter inerter Atmosphäre bei 550°C erfolgen, was beispielsweise bei

Kupferinnenelektroden bevorzugte Bedingungen wären. In

Abwesenheit von Cu-Innenelektroden kann das Entbindern aber auch unter Luft-Atmosphäre geschehen. Die Temperatur ist hierbei beispielsweise auf das Bindermaterial und das

Material der Innenelektroden abgestimmt.

Das Sintern im Verfahrensschritt E2) kann beispielsweise über 4 Stunden bei einer Temperatur bis zu 1070°C erfolgen. Ein möglicher Sintertemperaturbereich umfasst 960 bis 1100 °C, wobei auch höhere Temperaturen zum Erfolg führen können. Der Bereich von 980 bis 1040 °C ist jedoch bevorzugt. Für das Sintern im Verfahrensschritt E2) kann ein Gasgemisch verwendet werden, welches Stickstoff, Wasserstoff und

Wasserdampf umfasst. Umfasst das Vielschichtbauelement Innenelektroden, so kann das Material für die Innenelektroden zwischen den

Verfahrensschritten A2) und B2) auf die Grünfolien

aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt, werden. Es wird des weiteren ein weiteres Herstellungsverfahren für ein Vielschichtbauelement beansprucht, bei dessen Herstellung eine weitere Ausführungsform der Keramik entsteht.

Dieses weitere Herstellungsverfahren umfasst folgende

Verfahrensschritte:

A3) Herstellen eines ersten Keramik-Rohstoffgemisches durch Zerkleinern und Mischen von Ausgangsmaterialien enthaltend Pb, Zr, Ti, Nd und Sauerstoff,

B3) Kalzinieren des ersten Keramik-Rohstoffgemisches ,

C3) Zerkleinern des kalzinierten ersten Keramik- Rohstoffgemisches und Mischen mit einer K-haltigen Verbindung zur Herstellung eines zweiten Keramik-Rohstoffgemisches , D3) Kalzinieren des zweiten Keramik-Rohstoffgemisches ,

E3) Zugabe eines Binders zu dem Keramik-Rohstoffgemisch aus D3),

F3) Formen von Grünfolien aus dem Gemisch aus E3) ,

G3) Bedrucken der Grünfolien aus F3 mit Innenelektroden, wobei das Material der Innenelektroden Cu umfasst,

H3) Übereinanderschichten von einer Vielzahl der keramischen Grünfolien aus G3) zu einem Stapel,

13) Verfestigen des Stapels durch Laminieren, wodurch

Grünteile entstehen,

J3) Entbindern der Grünteile, K3) Sintern der Grünteile, wobei ein Teil des Cu aus den Innenelektroden in das Keramikmaterial übergeht und in dieses eingebaut wird.

Hierbei können im Verfahrensschritt H3) zwischen die

Grünfolien aus G3) auch Grünfolien entsprechend F3)

geschichtet werden, also Grünfolien die nicht mit

Elektrodenmaterial bedruckt wurden.

Der Verfahrensschritt E3) kann einen Polyurethan-Binder umfassen, welcher thermisch oder hydrothermisch abbaubar sein kann .

Das Material der Innenelektroden kann metallisches Cu

Cu-Oxid umfassen. Durch das Bedrucken der Grünfolien

Verfahrensschritt G3) haben die Cu-Ionen bereits die

Möglichkeit in das Keramikmaterial zu diffundieren.

Das Laminieren im Verfahrensschritt H3) kann mit einer

Presskraft von 100 bis 130 Tonnen erfolgen. Durch den Druck werden Grünteile geformt.

Das Entbindern im Verfahrensschritt J3) kann unter inerter oder Luft-Atmosphäre bei 550 °C erfolgen. Bei diesem

Verfahrenschritt muss die Temperatur so gewählt werden, dass die unerwünschten, oftmals organischen Bestandteile die unter anderem durch den Binder eingebracht wurden heraus gebrannt werden. Somit wird die Entbindertemperatur bevorzugt auf den Binder-Typ abgestimmt. Aber auch das Material der

Innenelektroden spielt eine Rolle bei der Wahl der

Entbindertemperatur. Die thermische Behandlung kann auch zur Diffusion von Cu aus dem Elektrodenmaterial in die Keramik beitragen . Das Sintern im Verfahrensschritt K3) kann über 4 Stunden bei einer Temperatur bis zu 1070 °C erfolgen. Ein möglicher Sintertemperaturbereich umfasst 960 bis 1100 °C, wobei der Bereich von 980 bis 1040 °C bevorzugt ist, aber auch

Temperaturen über 1100 °C zum gewünschten Ziel führen können.

Für das Sintern im Verfahrensschritt K3) kann ein Gasgemisch verwendet werden, das Stickstoff, Wasserstoff und Wasserdampf umfasst. Während des Sinterprozess wandern Cu-Ionen aus dem Innenelektrodenmaterial in die Keramik, wo sie dann auf A- Plätzen eingebaut werden.

Das Vielschichtbauelement kann in weiteren Schritten

geschliffen und poliert werden. Im Bereich der austretenden Innenelektroden kann eine Kontaktierung, beispielsweise mit einer Kupferpaste, erfolgen. Nach dem Einbrennen der Paste kann das Vielschichtbauelement mittels der üblichen Bond- Technologie nun mit Drähten versehen werden. Hieraus

resultiert somit ein piezoelektrischer Aktuator.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von

Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines PZT-Vielschicht-

Bauelements (1) mit Cu-Innenelektroden (20), Keramikschichten (10) und Außenkontakten (30) . Figur 2 zeigt das Prozessfenster mit den Gleichgewichtslinien für Cu ₂ <0/Cu und PbTiOs/Pb, Ti0 ₂ . Nur in diesen Grenzen darf der Sauerstoffparzialdruck variieren, wenn eine Oxidation von Cu zu CU ₂ O bzw. Reduktion von PbTi0 ₃ zu Pb und T1O ₂ vermieden werden soll.

Figur 3A zeigt das in Aktuatoren mit kombinierter Nd/K, Cu- Dotierung auf den A-Plätzen der PZT-Perowskit-Struktur erhaltene Keramikgefüge .

Figur 3B zeigt das Gefüge von Aktuatoren mit der

Keramikzusammensetzung

Pbo, 9735Ndo, 02CU0, 003 0, 0035 t (Tio,4485Zro, 5515)0, 995N10, 005 ] O3 in der neben Nd-Donatoren Cu-Akzeptoren auf den A-Plätzen und zugleich Ni-Akzeptoren auf den B-Plätzen eingebaut sind.

Figur 3C gibt das Gefüge von Keramikschichten in Aktuatoren mit der Keramikzusammensetzung

Pbo, 9685Ndo, 02CU0, OO3 0, 0085 (Zro,5515Cio,4485) O3 wieder, die neben der Nd/Cu-Dotierung keine weitere

Zusatzdotierung durch K-Akzeptoren auf A-Plätzen oder Ni- Akzeptoren auf B-Plätzen aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden Pb, Ti, Zr und Nd haltige Ausgangsverbindungen, beispielsweise die

Oxidkomponenten PbsC^, Ti0 ₂ , Zr0 ₂ und Nd ₂ Ü ₃ , entsprechend der Nd-dotierten PZT-Zusammenset zung

Pbi-(3x/2)Nd _x V _x / ₂ (Zri- _y Ti _y ) 0 ₃ in einer Mischung mit den Grenzen 0,35 -S y -S 0,60 und 0, 0001 ^ x ^ 0,06 und bevorzugt mit den Grenzen 0,45 -S y -S 0,55 und 0,015 x 0,025 einem ersten Umsatz, beispielsweise bei 925 °C zwei Stunden, unterzogen.

In einer Version A wird das Umsatzprodukt in einer wässrigen Aufschlämmung auf dso ^ 1 m gemahlen und nach dem Trocknen durch Verdampfen des Wassers zwecks besserer Homogenisierung der Bestandteile in der PZT-Perowskitstruktur ein zweites Mal umgesetzt, beispielsweise bei 950 °C für 2 h. Der

anschließenden Feinmahlung, beispielsweise auf dso = 0,3 bis 0,55 μιτι, mit beispielsweise Zr0 ₂ ~Kugeln (< 0,8 nm) wird wahlweise bis zu 1,5 mol.% PbO bezogen auf die PZT- Formeleinheit als Sinterhilfsmittel zugesetzt.

Nach dem erneuten Zerkleinern, gegebenenfalls unter

Eindampfen und Sieben, wird das disperse Pulver unter Zusatz einer der Formel Pbi- ₍ 3x/2 ₎ -aNd _x K _2a V _(x /2 ₎ -a (Zri- _y i _y ) 0 ₃ , entsprechende Menge K-haltiger Verbindungen, beispielsweise K ₂ CO ₃ , KCH ₃ COO oder K2C2O ₄ oder einer Mischung hiervon, in den Grenzen 0,0001 ^ a ^ 0,03 und bevorzugt in den Grenzen 0,002 < a ^ 0,0125 in einen Schlicker zur Herstellung von

Keramikfolien überführt, wobei vorzugsweise ein nicht

wässriges Dispergiermedium, entweder einer Ethanol/Toluol- Mischung in Kombination mit einem Polyvinylbutyral-Binder oder eine Methylethylketon/Isopropanol-Mischung in

Kombination mit einem Polyurethan-Binder zur Anwendung gelangt. Der Einbau der K-Akzeptoren in die PZT-Perowskit- Struktur erfolgt bei dieser Version A erst nach der Entbinderung im Verlauf der Sinterung des mit Cu- Innenelektronen versehenen Folienstapels eines Aktuators .

In einer Version B wird das Pulver nach dem Umsatz,

beispielsweise bei 925 °C für zwei Stunden, gleichfalls in einer wässrigen Aufschlämmung, beispielsweise auf dso ^ 1 m, gemahlen, aber bereits auf dieser Stufe eine der Formel

Pbi- ₍ 3x/2 ₎ -aNd _x K _2a V _(x /2 ₎ -a (Zri- _y i _y ) 0 ₃ entsprechende Menge K-haltiger Verbindung, beispielsweise K2CO ₃ , KCH ₃ C0O oder K2C2O ₄ oder einer Mischung hiervon, in den Grenzen 0,0001 ^ x ^ 0,03 und bevorzugt in den Grenzen 0,002 a ^ 0,0125 zugesetzt. Um Verluste an K ⁺ -Ionen zu vermeiden, erfolgt die Eliminierung des Wassers aus der Aufschlämmung vorzugsweise mit Hilfe eines Trockners, z.B. eines

Walzentrockners. In dieser Version B werden die K ⁺ -Ionen bereits beim anschließenden zweiten Umsatz, beispielsweise bei 950 °C für zwei Stunden, in die PZT-Perroskit-Struktur eingebaut und dadurch fixiert. Der darauf folgenden

Feinmahlung, beispielsweise auf dso = 0,3 bis 0,55 μιη mit Zr0 ₂ ~Kugeln (< 0,8 nm) , in wässriger Aufschlämmung werden vorzugsweise bis zu 1,5 mol.% PbO bezogen auf die PZT- Formeleinheit als Sinterhilfsmittel zugesetzt. Um K ⁺ -Ionen- Verluste infolge einer partiellen Auswaschung durch Hydrolyse zu vermeiden, gelangt auch an dieser Stelle ein Trockner, beispielsweise ein Walzentrockner, beim Verdampfen des

Wassers zur Anwendung. Nach dem Sieben wird das feindisperse Pulver in gleicher Weise wie in der Version A in einen

Folienschlicker überführt.

In beiden Versionen ist es bevorzugt, den Parameter y, der die morphotrophe Phasengrenze beschreibt und den als optimal erkannten Parameter x, der den K-Gehalt wiedergibt, im

Ergebnis einer experimentellen Untersuchung aufeinander abzustimmen . Beim Co-Firing mit Cu-Elektroden findet beim Sintern selbst unter einem definiert eingestellten Sauerstoffpartialdruck, der die Reduktion von PbO und ebenso die oxidative Bildung von CU2O vermeidet, eine geringfügige Aufnahme von Cu durch die Keramik statt. Die neben den K-Akzeptoren eingebauten Cu- Akzeptoren in dem durch den Parameter p angegebenen

Mengenbereich mit 0 < p < (χ/2-a) wirken sich auf das

Kornwachstum zusätzlich fördernd aus, so dass den fertigen Vielschicht-Aktuator mit Cu-Innenelektroden eine Keramik mit folgender allgemeiner Zusammensetzung zugrunde liegt:

Pbi- ₍₃ x/2 ₎ -a- _p Nd _x K ₂ aCU2 _p V (x/2 ) -a-p (Zri-yTly) 0 ₃ .

Folgerichtig gelingt eine solche zusätzliche Dotierung mit Cu-Akzeptoren in den Grenzen 0 < p < ((x/2)-a) auch durch einen Zusatz von CU2O zum Schlicker während der Feinmahlung nach dem zweiten Umsatz.

Die nach der Version A oder B hergestellten Pulver werden im organischen Lösungsmittel unter Zusatz des jeweils geeigneten Binders dispergiert und standardmäßig zu Folien von

beispielsweise ca. 80 μιη Dicke verarbeitet, diese

anschließend mit Cu-Paste bedruckt und bis zu mehreren hundert Schichten gestapelt und laminiert. Durch Schneiden entlang der Kante und der im Bereich der vorgesehenen

Außenkontaktierung alternierend austretenden Cu- Innenelektroden werden Aktuatoren im Grundzustand erhalten. Die Entfernung der organischen Binderbestandteile erfolgt zwecks Vermeidung einer unkontrollierten Oxidation der Cu- Elektroden vorzugsweise unter sehr weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff und gelingt beispielsweise mit Wasserdampf, dem am Ende der Entbinderung bis zu ca. 500 °C auch etwas

Wasserstoff zugesetzt ist, wobei ein Abbau der Polymerketten durch Hydrolyse, Depolymerisation und Steam-Reforming zu kleineren Molekülen zustande kommt, die mit dem Wasserdampf hinausgetragen werden. Dabei darf der Sauerstoffpartialdruck eine untere Grenze nicht unterschreiten, damit eine Reduktion von PbO bzw. PZT unter Bildung von Pb vermieden wird. Es wurde erkannt und in den Patentschriften EP1240675B1 und US7855488B2 dokumentiert, dass sich Binder auf der Basis von Polyurethanen aufgrund ihrer hydrolytischen Spaltbarkeit durch Wasserdampf für eine Entbinderung bis auf einen sehr geringen Restkohlenstoffgehalt von ca. 300 ppm besonders gut eignen .

Die Sinterung der entbinderten Aktuatoren wird mit einer Heizrate von beispielsweise ca. 1 K/min bei beispielsweise 1000 bis 1010 °C bei einigen Stunden Haltezeit unter den Bedingungen eines kontrollierten Sauerstoff-Partialdrucks vorgenommen, der durch Wasserdampf und Wasserstoff so

eingestellt werden kann, sodass im gesamten Temperaturverlauf die Oxidation von Cu und die Bildung von Pb infolge Reduktion von PbO bzw. PZT vermieden wird. Der einzustellende

Sauerstoff-Partialdruck kann aus thermodynamischen Daten in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet und durch eine Sauerstoff-Messsonde kontrolliert werden.

Zur Vermessung können die Aktuatoren im dafür vorgesehenen Bereich alternierend austretender Elektroden an der

Oberfläche durch Siebdruck mit Cu-Paste kontaktiert und diese Außenkontaktierung unter definiertem Sauerstoff-Partialdruck zwecks Vermeidung der Oxidation von Cu in einem kurzen thermischen Prozessschritt eingebrannt werden. Die Erfindung wird in folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert .

Gemäß der allgemeinen Formel Pb ₁ - ₍ 3x/ 2 ) -a- _p Nd _x K ₂ aCU2pV (x/ 2 ) -a-p (Zri- _y Ti _y ) 0 ₃ wird ein Versatz mit den Parametern x = 0,02, a = 0,0075, y = 0,4485 und p = 0 ausgewählt, woraus sich die folgende

Zusammensetzung ergibt:

Pbo, 9625Ndo, 02K0 , OI5 0, 0025 (Zro,5515Tlo,4485) O3

Zunächst werden die Rohstoffe Pb ₃ Ü ₄ , T1O ₂ , Zr0 ₂ und d ₂ 03, deren Verunreinigungsgehalt kontrolliert und deren

Metallgehalt jeweils gesondert bestimmt wurde, im

entsprechenden Molverhältnis ohne den Zusatz einer

Kaliumverbindung (a = 0) eingewogen und mit Zr0 ₂ ~Mahlkörpern 24 Stunden in einem wässrigen Schlicker rotierend gemischt. Nach dem Eindampfen und Sieben wird die Mischung bei 925 °C mit einer Haltezeit von zwei Stunden in einer Zr0 ₂ ~Kapsel umgesetzt, wobei sich die Nd-dotierte PZT-Verbindung

Pbo, 97Ndo, 02Vo, 01 (Zro,5515Cio,4485) O3 bereits weitgehend bildet.

In einer Version A wird das Reaktionsprodukt mit Zr0 ₂ ~Kugeln (2 mm) in einer wässrigen Aufschlämmung auf eine mittlere Korngröße ds o ^ 1 μιη gemahlen, das Wasser abgedampft und der Rückstand zwecks Vervollständigung der Reaktion ein zweites Mal umgesetzt, diesmal zwei Stunden bei 950 °C. Der

anschließenden Feinmahlung auf ds o = 0,3 bis 0,55 μιη mit Zr0 ₂ ~ Kugeln (< 0,8 mm) werden 0,8 mol% PbO bezogen auf die PZT- Formeleinheit als Sinterhilfsmittel zugesetzt. Nach dem erneuten Eindampfen und Sieben wird das disperse Pulver unter Zusatz von 1,5 mol% KCH ₃ COO (a = 0,0075) bezogen auf die PZT- Formeleinheit in einen Schlicker zur Herstellung von

Keramikfolien überführt, wobei als nicht wässriges

Dispergiermedium eine Methylethylketon/Isopropanol-Mischung in Kombination mit einem Polyurethan-Binder zur Anwendung gelangt. Die Folien werden mit einer Cu-Paste bedruckt, bis zu mehreren hundert Schichten gestapelt, laminiert und die einzelnen Aktuatoren durch Herausschneiden aus dem

verdichteten Stapel erhalten.

Der Einbau der K-Akzeptoren in die PZT-Perowskitstruktur erfolgt bei dieser Version A nach der Entbinderung im Verlauf der Sinterung des mit Cu-Innenelektronen versehenen

Folienstapels eines Aktuators . Außerdem nehmen die

Keramikschichten während der Sinterverdichtung etwas Cu aus den Innenelektroden als Cu-Akzeptoren auf. Mit p = 0,0015 folgt daraus für die Keramikschichten in den Aktuatoren die Zusammensetzung

Pbo, 96iNdo, 02K0, 015CU0, 003Vo, 008 (Zro, 5515 T i o,4485) O3 .

In einer Version B wird das nach dem ersten Umsatz bei 925 °C erhaltene Reaktionsprodukt gleichfalls mit Zr0 ₂ ~Kugeln (2 mm) in einer wässrigen Aufschlämmung auf eine mittlere Korngröße ds o ^ 1 m gemahlen, dabei aber bereits auf dieser Stufe eine der Formel Pbo, 9625Nd[) , 02K0, O I 5 0 , 0025 (ΖΓο,5515Τίο, 4485 ) O3 entsprechende Menge K ₂ C0 ₃ , KCH ₃ COO oder K ₂ C ₂ 0 ₄ (a = 0, 0075) zugesetzt. Um Verluste an K ⁺ -Ionen zu vermeiden, erfolgt die Eliminierung des Wassers aus der Aufschlämmung mit Hilfe eines Walzentrockners. In dieser Version B werden die Prionen bereits beim anschließenden zweiten Umsatz bei 950 °C zwei Stunden in der PZT-Perowskit-Struktur eingebaut und dadurch fixiert. Der darauf folgenden Feinmahlung auf ds o = 0,3 bis 0,55 μιη mit Zr0 ₂ -Kugeln (= 0,8 mm) in wässriger

Aufschlämmung werden 0,8 mol% PbO bezogen auf die PZT- Formeleinheit als Sinterhilfsmittel zugesetzt. Um ^-Ionen- Verluste infolge einer partiellen Auswaschung durch Hydrolyse zu vermeiden, gelangt auch an dieser Stelle ein Walzentrocken beim Verdampfen des Wassers zur Anwendung. Nach dem Sieben wird das feindisperse Pulver in gleicher Weise wie bei der Version A in einen Folienschlicker überführt und zu

Aktuatoren mit Cu-Innenelektroden weiterverarbeitet, wobei sich in den Keramikschichtung die Zusammensetzung

Pbo, 96lNdo, 02K0, O I 5 CU 0 , O O 3 0 , 008 (Zro, 5515 T i o , 4485 ) O3 ausbildet .

Man erkennt, dass die K-Akzeptordotierung auf A-Plätzen der PZT-Perroskit-Struktur in Figur 3A zu einer vergleichbaren Erhöhung der mittleren Korngröße wie die Ni-Akzeptordotierung auf den B-Plätzen in Figur 3B führt: ds o ca. 3 μιη.

Die in der Tabelle 1 zusammengestellten Eigenschaften zeigen, dass die durch Nd/K, Cu-Dotierung auf den A-Plätzen

modifizierte PZT-Keramik (Figur 3A) gegenüber der Nd/Cu- Dotierung auf A-Plätzen und Ni-Dotierung auf B-Plätzen (Figur 3B) im Aufbau eines Aktuators zu einem um 33 % erhöhten Wert für den Auslenkungsparameter d ₃₃ führt. Dabei wird zugleich eine Erhöhung des Kopplungsparameters k33 sowie eine

Absenkung der Verlustenergie erreicht.

Tabelle 1: Piezoelektrische und piezomechanische

Eigenschaften der Aktuatoren mit Nd/K, Cu-dotierter PZT- Keramik der Zusammensetzung

Pbo, 96lNd[) , 02K0 , OI5CU0, 003V"o,008 (Zro,5515Ti[),4485) O3

sowie für Aktuatoren mit Nd/Cu, Ni-dotierter PZT-Keramik der Zusammensetzung

Pbo, 9735Ndo , 02CU0 , 003 0 , 0035 t (Tio,4485Zro, 5515) 0 , 995N10 , 005 ] O3.

Die Messungen wurden an Vielschicht-Aktuatoren mit den

Abmessungen von 3,8 x 3,8 x 30 mm ³ durchgeführt. Bei der Messung wurden eine elektrische Feldstärke von 3 kV/mm und eine mechanische Vorspannung von 27 MPA mit der

Federkonstante für die mechanische Belastung des Aktuators von 1 η/μπι verwendet.