[发明专利]压电器件

说明书

技术领域

说明了一种具有额定断裂层的压电器件，所述额定断裂层用于在该器件中受控地产生和引导裂缝。例如，所述器件是可以用于在机动车中操作喷射阀门的压电执行器。

背景技术

从文献DE103 07 825 A公开了一种压电执行器，其中在堆中设置陶瓷的额定断裂层。

从文献WO2009/092584公开了一种压电执行器，其中借助金属牺牲层来制造额定断裂层。

发明内容

待解决的任务是说明一种具有高可靠性的压电器件。

说明一种压电器件，其具有由压电层和设置在压电层之间的电极层形成的堆。该堆具有至少一个用于在该器件中受控地产生和引导裂缝的额定断裂层。

例如将压电器件构成为压电执行器。当在电极层上施加电压时，压电层在堆方向上伸展，从而产生执行器的上升。

压电层可以具有陶瓷材料，例如铅-锆-钛酸。为了制造该器件可以使用压电生坯膜，在丝网印刷方法中在所述压电生坯膜上施加金属膏以形成电极层。在此例如可以使用铜膏、银膏或由银和钯的混合物或合金形成的膏。所述膜被摞成堆、压制和共同烧结，从而产生单片的烧结体。

例如，在堆方向上来看电极层交替地一直达到堆的外侧之一并且与堆的相对的外侧有间隔。为了与电极层电接触，可以在这些相对的外侧上施加外电极，例如以基本金属化结构的形式，所述外电极与达到相应外侧的电极层电连接。通过外电极可以在相邻的电极层之间施加电压。

在压电器件的运行中，可能在器件中出现机械应力并且因此在器件中出现裂缝。在制造期间，例如在压电材料的极化时或者在其它热过程时，在器件中也可能产生裂缝。如果所产生的裂缝在堆中如此延伸，以至于不同极性的电极层被桥接，则可能产生短路，所述短路可能导致器件的失效。

通过在堆中设置一个或多个额定断裂层，器件失效的风险由于这种裂缝而应当减小。为此借助额定断裂层受控地在器件中产生裂缝并且引导所述裂缝，使得不会出现对不同极性的电极层的桥接。通过受控产生的裂缝，可以有目的地消除器件中的机械应力。

优选地，额定断裂层构成为，使得裂缝在器件中的通过额定断裂层预先给定的位置处产生并且仅在平行于电极层平面的平面中延伸。特别优选的是，额定断裂层相比于与额定断裂层邻接的材料具有减小的机械强度，从而裂缝以高的概率在额定断裂层中产生并且仅在额定断裂层内传播。

在一种优选的实施方式中，额定断裂层具有压电材料。

例如，额定断裂层与堆的压电层具有相同的材料。在这种情况下，可以特别价格有利地制造所述器件，因为对于额定断裂层来说不需要不同于用于所述器件的其它压电层的材料。

优选地，额定断裂层具有比其它压电层更高的孔隙率。

一个层的孔隙率由孔的体积在该层的体积中所占的分量得到。具有更高孔隙率的额定断裂层例如可以由具有更高的粘合剂分量的生坯膜制造。在烧结之前通过脱碳过程除去粘合剂，从而在粘合剂的位置上剩下层中的孔。在粘合剂的分量提高的情况下，孔隙率（例如层中孔的大小和数量）可以提高。

额定断裂层设置在堆方向上彼此相邻的两个电极层之间，这两个电极层在施加电压的情况下具有不同的极性。这两个电极层的间距d₂大于两个彼此相邻的、其间未设置额定断裂层的电极层的间距d₁。

通过彼此相邻的、其间设置额定断裂层的电极层具有不同的极性，可以将堆的位于所述两个电极层之间的区域用于所述器件的功能。在该器件是压电执行器的情况下，该区域可以有益于执行器的上升。

通过两个电极层的更大的间距d₂，这些电极层之间的电场小于具有间距d₁的电极层之间的电场。两个以间距d设置的、不同极性的电极层之间的电场E在施加电压U的情况下被计算为E=U/d。通过减小的电场，通过渗入堆中的外来物质（例如水，动力燃料，润滑剂或包封材料的成分）而导致的器件损坏的风险可以减小。例如，这些物质可能渗入多孔额定断裂层的孔中或者渗入额定断裂层中所产生的裂缝中并且导致器件的损坏。通过强的电场，可能促进极性的外来物质向额定断裂层或所产生的裂缝中的渗入。渗入器件中的外来物质可能在高的电场强的影响下导致器件的变化和损坏，例如导致压电层中材料的损坏。

在减小场强的情况下，可以放弃其它费事的、应当防止外来物质的渗入的措施。例如器件构成为没有费事的包封。额定断裂层例如均匀地构成并且没有附加的、应当防止外来物质的渗入的结构化。