Herstellung und Eigenschaften von PZT-Dickschichten

Die Herstellung von piezoelektrischen Schichten auf keramischen Trägem unter Anwendung der Dickschichttechnologie ist mit den kommerziell verfügbaren Piezowerkstoffen auf PZT-Basis nicht möglich, da die mit den hohen Sintertemperaturen verbundene PbO-Verdampfung zu einem völligen Verlust der Piezoeigenschaften in der Schicht führen würde. Der Erarbeitung einer entsprechenden Technologie für die Herstellung von PZT-Schichten mit den gewünschten Eigenschaften (Pr~ 10 mC/cm²) mußte daher die Entwicklung eines niedrigsinternden Werkstoffes vorausgehen. Es wurde ein Werkstoff entwickelt, der als Kompaktmaterial bei weniger als 850 Grad C dichtsintert. Die Herstellung funktionsfähiger Schichten auf A1203-Trägern war durch eine spezielle Sinteranordnung möglich, bei der die PbO-Verdampfung weitgehend verhindert wurde. Alternativ wurden thermische Spritzverfahren, insbesondere Plasmaspritzen, zur Herstellung von PZT-Schichten untersucht. Die Pulverherstellung erfolgte über Zerkleinerung kompak ter Sinterkörper oder über Sprühagglormeration. Das Hauptproblem beim Einsatz thermischer Spritzverfahren ist die partielle Zersetzung von PZT auf Grund der hohen Prozeßtemperaturen. Es wurde deshalb mit geringer Plasmaleistung beschichtet und ein relativ grobkörniges Spritzpulver verwendet Die Schichten sind wegen der Existenz von Fremdphasen und einem 02-Defizit erst nach einer thermischen Nachbehandlung bei 800-1000 Grad C zur Phasenhomogenisierung polarisierbar. Zur Charakterisierung der Polungseigenschaften großflächiger Schichten wurden Messungen des Oberflächenpotentials mit einem elektrostatischen Voltmeter mit einer lateralen Auflösung von 0,5 mm durchgeführt. Mikroskopische Untersuchungen mit einem speziellen Rasterkrafmikroskop gestatten die lokale Messung der Polungseigenschaften im Bereich der Korngröße der Schichten. Die Arbeiten zeigen die Möglichkeit der Herstellung großflächiger PZT-Dickschichten, die mit hoher lateraler Auflösung polarisierbar sind.