壓電器件制造技術(shù)

說(shuō)明了一種壓電器件（1），具有至少一個(gè)用于在器件（1）中受控地產(chǎn)生和引導(dǎo)裂縫（23）的額定斷裂層（5）。額定斷裂層（5）設(shè)置在兩個(gè)在堆方向（20）上彼此相鄰的電極層（3,4，31,41）之間。這兩個(gè)電極層（3,4，31,41）的間距d2大于兩個(gè)彼此相鄰的、其間沒(méi)有設(shè)置額定斷裂層（5）的電極層（3,4）的間距d1。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
說(shuō)明了一種具有額定斷裂層的壓電器件，所述額定斷裂層用于在該器件中受控地產(chǎn)生和引導(dǎo)裂縫。例如，所述器件是可以用于在機(jī)動(dòng)車(chē)中操作噴射閥門(mén)的壓電執(zhí)行器。
技術(shù)介紹
從文獻(xiàn)DE103 07 825 A公開(kāi)了一種壓電執(zhí)行器，其中在堆中設(shè)置陶瓷的額定斷裂層。從文獻(xiàn)W02009/092584公開(kāi)了一種壓電執(zhí)行器，其中借助金屬犧牲層來(lái)制造額定 斷裂層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
待解決的任務(wù)是說(shuō)明一種具有高可靠性的壓電器件。說(shuō)明一種壓電器件，其具有由壓電層和設(shè)置在壓電層之間的電極層形成的堆。該堆具有至少一個(gè)用于在該器件中受控地產(chǎn)生和引導(dǎo)裂縫的額定斷裂層。例如將壓電器件構(gòu)成為壓電執(zhí)行器。當(dāng)在電極層上施加電壓時(shí)，壓電層在堆方向上伸展，從而產(chǎn)生執(zhí)行器的上升。壓電層可以具有陶瓷材料，例如鉛-鋯-鈦酸。為了制造該器件可以使用壓電生坯膜，在絲網(wǎng)印刷方法中在所述壓電生坯膜上施加金屬膏以形成電極層。在此例如可以使用銅膏、銀膏或由銀和鈀的混合物或合金形成的膏。所述膜被摞成堆、壓制和共同燒結(jié)，從而產(chǎn)生單片的燒結(jié)體。例如，在堆方向上來(lái)看電極層交替地一直達(dá)到堆的外側(cè)之一并且與堆的相對(duì)的外側(cè)有間隔。為了與電極層電接觸，可以在這些相對(duì)的外側(cè)上施加外電極，例如以基本金屬化結(jié)構(gòu)的形式，所述外電極與達(dá)到相應(yīng)外側(cè)的電極層電連接。通過(guò)外電極可以在相鄰的電極層之間施加電壓。在壓電器件的運(yùn)行中，可能在器件中出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力并且因此在器件中出現(xiàn)裂縫。在制造期間，例如在壓電材料的極化時(shí)或者在其它熱過(guò)程時(shí)，在器件中也可能產(chǎn)生裂縫。如果所產(chǎn)生的裂縫在堆中如此延伸，以至于不同極性的電極層被橋接，則可能產(chǎn)生短路，所述短路可能導(dǎo)致器件的失效。通過(guò)在堆中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)額定斷裂層，器件失效的風(fēng)險(xiǎn)由于這種裂縫而應(yīng)當(dāng)減小。為此借助額定斷裂層受控地在器件中產(chǎn)生裂縫并且引導(dǎo)所述裂縫，使得不會(huì)出現(xiàn)對(duì)不同極性的電極層的橋接。通過(guò)受控產(chǎn)生的裂縫，可以有目的地消除器件中的機(jī)械應(yīng)力。優(yōu)選地，額定斷裂層構(gòu)成為，使得裂縫在器件中的通過(guò)額定斷裂層預(yù)先給定的位置處產(chǎn)生并且僅在平行于電極層平面的平面中延伸。特別優(yōu)選的是，額定斷裂層相比于與額定斷裂層鄰接的材料具有減小的機(jī)械強(qiáng)度，從而裂縫以高的概率在額定斷裂層中產(chǎn)生并且僅在額定斷裂層內(nèi)傳播。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，額定斷裂層具有壓電材料。例如，額定斷裂層與堆的壓電層具有相同的材料。在這種情況下，可以特別價(jià)格有利地制造所述器件，因?yàn)閷?duì)于額定斷裂層來(lái)說(shuō)不需要不同于用于所述器件的其它壓電層的材料。優(yōu)選地，額定斷裂層具有比其它壓電層更高的孔隙率。一個(gè)層的孔隙率由孔的體積在該層的體積中所占的分量得到。具有更高孔隙率的額定斷裂層例如可以由具有更高的粘合劑分量的生坯膜制造。在燒結(jié)之前通過(guò)脫碳過(guò)程除去粘合劑，從而在粘合劑的位置上剩下層中的孔。在粘合劑的分量提高的情況下，孔隙率(例如層中孔的大小和數(shù)量)可以提高。額定斷裂層設(shè)置在堆方向上彼此相鄰的兩個(gè)電極層之間，這兩個(gè)電極層在施加電壓的情況下具有不同的極性。這兩個(gè)電極層的間距d2大于兩個(gè)彼此相鄰的、其間未設(shè)置額定斷裂層的電極層的間距Cl1。 通過(guò)彼此相鄰的、其間設(shè)置額定斷裂層的電極層具有不同的極性，可以將堆的位于所述兩個(gè)電極層之間的區(qū)域用于所述器件的功能。在該器件是壓電執(zhí)行器的情況下，該區(qū)域可以有益于執(zhí)行器的上升。通過(guò)兩個(gè)電極層的更大的間距d2，這些電極層之間的電場(chǎng)小于具有間距Cl1的電極層之間的電場(chǎng)。兩個(gè)以間距d設(shè)置的、不同極性的電極層之間的電場(chǎng)E在施加電壓U的情況下被計(jì)算為E=U/d。通過(guò)減小的電場(chǎng)，通過(guò)滲入堆中的外來(lái)物質(zhì)(例如水，動(dòng)力燃料，潤(rùn)滑劑或包封材料的成分)而導(dǎo)致的器件損壞的風(fēng)險(xiǎn)可以減小。例如，這些物質(zhì)可能滲入多孔額定斷裂層的孔中或者滲入額定斷裂層中所產(chǎn)生的裂縫中并且導(dǎo)致器件的損壞。通過(guò)強(qiáng)的電場(chǎng)，可能促進(jìn)極性的外來(lái)物質(zhì)向額定斷裂層或所產(chǎn)生的裂縫中的滲入。滲入器件中的外來(lái)物質(zhì)可能在高的電場(chǎng)強(qiáng)的影響下導(dǎo)致器件的變化和損壞，例如導(dǎo)致壓電層中材料的損壞。在減小場(chǎng)強(qiáng)的情況下，可以放棄其它費(fèi)事的、應(yīng)當(dāng)防止外來(lái)物質(zhì)的滲入的措施。例如器件構(gòu)成為沒(méi)有費(fèi)事的包封。額定斷裂層例如均勻地構(gòu)成并且沒(méi)有附加的、應(yīng)當(dāng)防止外來(lái)物質(zhì)的滲入的結(jié)構(gòu)化。通過(guò)適當(dāng)選擇兩個(gè)彼此相鄰的、其間設(shè)置額定斷裂層的電極層的間距，一方面可以將器件失效的風(fēng)險(xiǎn)保持得很小并且另一方面負(fù)責(zé)使得堆的這些區(qū)域也有益于器件的功能。例如，具有一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在兩個(gè)不同極性的電極層之間的額定斷裂層的壓電執(zhí)行器的上升大于具有相同長(zhǎng)度但是額定斷裂層設(shè)置在相同極性的兩個(gè)電極層之間的壓電執(zhí)行器的情況。在第二種情況下，這兩個(gè)電極層之間的區(qū)域是沒(méi)有場(chǎng)的并且無(wú)益于執(zhí)行器的上升。在器件的一種實(shí)施方式中，間距(I1和d2適用于關(guān)系(I2Udp在該實(shí)施方式中，電場(chǎng)在堆的其中設(shè)置有額定斷裂層的區(qū)域中明顯減小，由此通過(guò)外來(lái)物質(zhì)的滲入而導(dǎo)致器件損壞的危險(xiǎn)被保持得盡可能的小。由此該實(shí)施方式具有特別高的可靠性。特別優(yōu)選的是，間距Cl1和d2適用于關(guān)系d2>=2. 5屯。在器件的一種替換實(shí)施方式中，間距Cl1和d2適用于關(guān)系Cl2UV在該實(shí)施方式中，電場(chǎng)在其中設(shè)置有額定斷裂層的區(qū)域中相對(duì)于其它區(qū)域稍微減小。由此減小了外來(lái)物質(zhì)滲入的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)器件的其中設(shè)置有額定斷裂層的區(qū)域相對(duì)于其它區(qū)域僅具有很小的功率損耗。例如，具有一個(gè)或多個(gè)額定斷裂層并且其中電極層的間距滿(mǎn)足關(guān)系Cl2Ud1的壓電執(zhí)行器的上升僅稍微小于在其中所有電極層都以彼此之間Cl1的間距設(shè)置的壓電執(zhí)行器的情況。在一種實(shí)施方式中，額定斷裂層與至少一個(gè)壓電層鄰接。優(yōu)選的，額定斷裂層設(shè)置在兩個(gè)壓電層之間并且與所述兩個(gè)壓電層鄰接。特別優(yōu)選的是，至少一個(gè)與額定斷裂層鄰接的壓電層與額定斷裂層設(shè)置在相同的彼此相鄰的電極層之間。尤其是在這種情況下在額定斷裂層和壓電層之間沒(méi)有設(shè)置電極層。在這樣設(shè)置額定斷裂層的情況下，裂縫對(duì)不同極性的電極層橋接或者將滲入的物質(zhì)推進(jìn)到電極層的危險(xiǎn)特別小，因?yàn)榱芽p或滲入的物質(zhì)為此必須首先橫穿鄰接的壓電層。例如，與額定斷裂層鄰接的層的厚度大于未與額定斷裂層鄰接的壓電層的厚度。 優(yōu)選的，額定斷裂層設(shè)置在兩個(gè)直接與其鄰接的壓電層之間，所述壓電層與額定斷裂層位于相同的彼此相鄰的電極層之間。在這種情況下，例如與額定斷裂層鄰接的層的厚度大于未與額定斷裂層鄰接的壓電層的厚度。尤其是，額定斷裂層在這種情況下不與電極層鄰接。由此，通過(guò)裂縫或滲入的物質(zhì)橋接電極層的危險(xiǎn)特別小。在額定斷裂層與壓電層鄰接的情況下，額定斷裂層優(yōu)選具有小于壓電層的機(jī)械強(qiáng)度。由此裂縫以比在鄰接的壓電層中更大的概率在額定斷裂層中產(chǎn)生，并且還以高的概率僅在額定斷裂層中傳播。尤其是，可以防止裂縫在鄰接的壓電層中的折斷。優(yōu)選的，額定斷裂層具有比鄰接的壓電層更小的厚度。特別優(yōu)選的是，額定斷裂層的厚度比鄰接的壓電層的厚度明顯更小。由此在額定斷裂層例如由于小的壓電效應(yīng)而少量地或根本不有益于器件的功率(例如執(zhí)行器的上升)的情況下可以將功率的該損耗保持得很小。此外，裂縫或滲入額定斷裂層中的外來(lái)物質(zhì)可以限于嚴(yán)格限制的區(qū)域，從而出現(xiàn)對(duì)器件盡可能小的干擾。在額定斷裂層由生坯膜制造的情況下，該生坯膜的厚度可以明顯小于用于其它壓電層的生坯膜的厚度。替換于此的，額定斷裂層可以由唯一的一個(gè)生坯膜形成，而其它壓電層可以由多個(gè)上下堆本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M加勒，A格拉祖諾夫，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：埃普科斯股份有限公司，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：