[发明专利]压电器件

说明书

技术领域

说明一种具有压电层的压电器件。

背景技术

诸如多层压电致动器的压电器件由一种压电材料的多个层构成，在这些压电层之间具有内电极。通常在整个致动器中使用相同的压电材料。压电致动器此外还具有多个相叠布置的、以交替的电极性接触的内电极，在这些内电极之间，压电材料可以根据施加在这些内电极上的电压而变形。为了能够简单地接触这些内电极，通常在所谓的无效（inaktiv）区域中仅仅分别布置分配给相同电极性的内电极。分配给另一电极性的内电极在此处不延伸完全直至致动器的边缘，而是被限制到致动器内部中的一个面上。因此，在无效区域中在施加电压时几乎不发生压电材料的延展，这在无效区域的边缘区域中由于无效区域中的伸展而导致拉负荷。因此，根据压电层的数量和所施加的电压，在无效区域的边缘处出现的拉应力也升高。

多层压电致动器的可靠性决定性地取决于对可能出现的裂缝的控制。在热层压处理的情况下，如在最大温度为800至1500℃下的烧结、金属化和焊接，以及在极化的情况下，由于在有效（受控）区域和无效（绝缘）区域中的上述不同伸展而形成弹性的电压，该电压导致所谓的减压裂缝和/极化裂缝。这些减压裂缝和/或极化裂缝可能在无效区域中或者沿着电极层延伸。在无效区域中的过渡处，这些裂缝可以不受控的弯折。当一个裂缝在此桥接至少两个电极时，可形成短路，这导致压电致动器的故障。

从DE 102 34 787 C1和DE 103 07 825 A1中公知有压电致动器，其中设置有多孔结构，这些结构具有比其余压电层低的坚固性。通过与在其余压电层中的网架含量相比在这些区域中使用提高份额的有机网架（Binder），产生提高的多孔性。

发明内容

特定实施方式的任务至少是，说明一种压电器件，该压电器件避免或者至少减少不受控的裂缝形成。

该任务通过具有独立权利要求1的特征的主题来解决。该主题的有利实施方式和扩展方案在从属权利要求中标识并且还从后续描述和附图中得知。

根据实施方式的压电器件尤其是包括由相叠布置的压电层和在这些压电层之间布置的第一和第二电极层构成的叠层，其中所述叠层具有至少一个第一压电层和直接与所述第一压电层相邻的至少一个第二压电层，所述第一压电层具有第一电矫顽场强（Koerzitivfeldst?rke），并且所述第二压电层具有与第一矫顽场强不同的第二电矫顽场强。

尤其是，所述压电器件可以以多层结构方式构造为压电致动器。

因此，所述压电器件的特征尤其是，使用具有不同矫顽场强的直接彼此相邻的压电层。所述矫顽场强确定，利用预先给定的强度在施加电场时能够多好地对所述压电材料进行极化，并且因此尤其是还有，材料中的弹性伸展和应力将会是多大。当将两种具有不同矫顽场强的材料彼此接触时，在它们的接触边界处可形成在极化期间弹性应力的差异，该差异可促成两种材料之间的接触边界处的减压裂缝和/或极化裂缝的形成。在此，在这里和在下文中，将由压电层构成的叠层的层的矫顽场强理解为层的电矫顽场强。

因此在这里描述的压电器件的情况下，有利地可能的是，预先给定形成减压裂缝和/或极化裂缝的位置并且接着预先给定基本上平行于电极层的裂缝的走向，以便因此阻止或者至少减少横向于电极层的不受控的生长。与桥接至少两个电极层的减压裂缝和/或极化裂缝相比，平行于或者至少基本上平行于内电极走向的裂缝相反地几乎不对致动器的寿命形成危险。这对于这里所述的压电器件更加适用。所述第一和第二压电层被分别选择为，使得两个层之间的接触边界形成用于形成减压裂缝和/或极化裂缝的区域，所述减压裂缝和/或极化裂缝平行于或者至少基本上平行于电极层走向。在此，“基本上平行”在这里和在下文中意味着，所述减压裂缝和/或极化裂缝尽管不必完全笔直地并且在数学意义上平行走向，但是仍然与沿着电极层的主延伸方向走向，并且在此不具有可以桥接穿过两个电极层的走向。

通过具有不同矫顽场强的第一和第二压电层，可例如在热处理、金属化、焊接、极化处理的情况下和/或在压电器件的运行中在压电器件的叠层中产生局部弹性应力，该局部弹性应力将导致有针对性的裂缝形成。通过定义地引入的至少一个第一压电层和至少一个第二压电层，诸如在第一和第二压电层之间的接触边界处的极化处理期间的不同极化状态可导致极化裂缝。极化裂缝平行于或者基本上平行于电极层走向。因此，阻止了横向于电极层的不受控的裂缝生长，而不必将诸如从现有技术中已知的多孔结构引入到所述压电器件中。