[发明专利]用于制造压电多层器件的方法和压电多层器件

说明书

技术领域

说明一种用于制造压电多层器件的方法，其中由压电未烧结膜和电极材料制成的层来形成堆叠并对该堆叠进行烧结。

此外说明一种压电多层器件，其具有由经过烧结的压电层和设置在压电层之间的内电极形成的堆叠。这种多层器件例如是可以在汽车中用于操纵喷油嘴的压电执行器。

背景技术

压电多层器件的可靠性取决于对可能在制造所述压电多层器件时出现的裂缝的掌握。这样的裂缝例如可能在如烧结、金属化和焊接的热过程期间或在极化时出现，因为由于在器件的不同区域中的不同膨胀产生弹性应力。这样的所谓伸缩裂缝或极性裂缝还可能弯折、垂直于电极地延伸并且由此例如桥接两个电极，这导致短路并且导致器件的失效。

发明内容

要解决的任务是说明一种用于制造压电多层器件的方法，该方法具有提高的可靠性。该任务通过根据权利要求1的方法解决。此外要解决的任务是提供一种具有提高的可靠性的压电多层器件。该任务通过根据权利要求11的多层器件解决。该方法和该多层器件的其它实施方式是其它权利要求的主题。

提供一种用于制造压电多层器件的方法，该方法包括以下步骤：

A)提供包含压电材料的压电未烧结膜，

B)提供包含Pd的电极材料，

C)交替地设置未烧结膜和由电极材料制成的层以形成堆叠，

D)对该堆叠进行烧结。

在此，在方法步骤C)中为至少一个由电极材料制成的层配备包含PbO的涂层，和/或在方法步骤B)中向电极材料掺合PbO。

利用该方法提供一种具有压电陶瓷层以及设置在压电陶瓷层之间的内电极的压电多层器件。

压电未烧结膜可以具有能够被烧结为锆钛酸铅（PZT）陶瓷的材料。

“交替地设置”还可以意味着，不是在每个未烧结膜上施加由电极材料制成的层。例如，若干压电未烧结膜可以相叠地设置，在压电未烧结膜之间不存在由电极材料制成的层。

由电极材料制成的层在制成的多层器件中形成内电极，并且可以借助丝网印刷方法作为金属膏施加到未烧结膜上。

可以包含Pd和金属膏的电极材料可以具有Ag和Pd的混合物或合金，或者具有Cu和Pd的混合物或合金。其它含有Pd的混合物和合金也可以考虑。此外电极材料也可以是含有Pd的金属膏，在该金属膏中均匀地分布地添加有PbO。

此外，在方法步骤C)中施加到由电极材料制成的层上的包含PbO的涂层借助丝网印刷施加到电极材料上。

在方法步骤C)中形成的堆叠接着被挤压，然后将未烧结膜和由电极材料制成的层一起在方法步骤D)中烧结，使得形成由压电层以及设置在压电层之间的内电极构成的多层器件。

此外方法步骤D)可以包括子步骤

D1)在高达400℃的温度时烧结，

D2)在位于400℃至700℃的范围内的温度时烧结，

D3)在超过700℃的温度时烧结，

其中在子步骤D2)中在电极材料和压电材料之间形成包含PbPdO₂的中间相。

在子步骤D3)中的温度例如可以高达1200℃。在烧结期间，在包含于涂层和/或电极材料中的PbO与包含于电极材料中的Pd之间进行反应，其中形成PbPdO₂。因此包含PbPdO₂的中间相例如可以在在电极材料上施加由PbO制成的涂层的地方形成。因此可以形成由PbPdO₂制成的中间相，该中间相存在于压电材料和电极材料之间，而包含PbO的涂层基本上分解掉。中间相例如可以具有小于1μm的厚度。

在方法步骤D)中进行的反应可以如下来描述：

在子步骤D1)中通过烧结气氛形成PdO，其中Pd从电极材料中扩散出：

 

在接下来的子步骤D2)中，由PdO与存在于涂层和/或电极材料中的PbO一起形成由PbPdO₂制成的中间相。在此所述涂层基本上分解掉：

最后可以在子步骤D3)中将PbPdO₂至少部分地分解为Pd和PbO：

在此，金属Pd又扩散回到电极材料中。自由的PbO可以至少部分地逃逸到大气中或者留在压电材料或电极材料中。