[发明专利]压电多层器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电多层器件，所述压电多层器件被配备有钝化部（Passivierung），该钝化部即使在机械应力的情况下也极为有效地延长了器件的使用寿命。

背景技术

压电多层器件、尤其是多层（Multilagen）压电执行器被构造为压电陶瓷层和金属内电极的序列（以下被称作压电堆（Piezostapel））。在常规构造的情况下，内电极伸到器件的表面，使得在压电堆的外侧上由于通常出现的高电场强度（一般为2kV/mm）而在处于不同电势上的内电极之间发生电飞弧。为了避免这一点，压电堆被配备有钝化部，所述钝化部尤其是可以形成压电堆的包封。钝化部的材料的耐压强度必须大于出现的电场强度，并且该特性必须针对器件的所有工作状态而言被保持超过整个使用持续时间。此外，钝化部要保护器件不受外部的影响（例如不受侵入的物质影响）。此外，压电执行器的工作对钝化部的机械特性提出了高要求。

具有所要求的特性的钝化部可以由陶瓷材料制造，该陶瓷材料具有高耐压强度并且提供使压电堆不受外部影响的良好保护。为了保持所要求的特性，重要的是，钝化部在器件工作时不被损坏并且没有得到裂纹。

压电堆在器件制造时被极化，以便使该压电堆带有剩余极化的特征（einpraegen）。由此得到压电堆的伸长。在压电执行器工作时，使压电堆再次伸长。由于在钝化部与压电堆之间的牢固连接，压电堆的伸长被传递到钝化部，使得其中建立拉应力。当拉应力超过边界值时，在钝化部中形成裂纹。

当与用于压电堆的陶瓷层相同的陶瓷材料被设置为钝化部时，钝化部在压电堆的极化期间通过在内电极的边沿上出现的电杂散场同样被极化。这引起钝化部在压电执行器工作时与压电堆一起被伸长（但是不像压电堆一样强烈）并且在钝化部中建立的拉应力比在钝化部没有伸长的情况下小。对此的前提是，钝化部仅例如至多与压电堆的单个陶瓷层一样厚并且因而可以被充分地极化。但是，通过钝化部引起的保护会由于厚度小而是不充足的。

发明内容

本发明的任务是说明一种如何能够极为有效地保护压电多层器件不受裂纹形成影响和外部影响的可能性。

该任务利用具有权利要求1的特征的压电多层器件或利用具有权利要求7的特征的用于制造压电多层器件的方法来解决。扩展方案由从属权利要求得到。

压电多层器件具有压电堆，该压电堆具有压电陶瓷层和内电极的交替序列以及具有在外侧上的钝化部。钝化部的材料是压电陶瓷并且与压电堆的陶瓷层的材料不同。

在器件的实施例中，钝化部的陶瓷具有比压电堆的陶瓷层低的矫顽电场强度。该矫顽电场强度是为了消除铁电体的极化所需要的那个电场强度。矫顽电场强度越大，铁电体就越好地维持其极化以及由此引起的压电特性。具有低的矫顽电场强度的材料与具有较高的矫顽电场强度的材料相比能更容易地被极化。

从这些内电极的边缘出发的电杂散场随着距内电极的距离的增加而强烈减小。当低矫顽电场强度的材料被用于钝化部时，钝化部也可以距内电极为较大距离地通过比较弱的电杂散场来极化。由此，即使在钝化部比较厚的情况下也实现了连续极化，并且钝化部在器件工作时与压电堆类似强烈地被伸长。由这样的材料构成的钝化部因此允许显著厚于压电堆的单个陶瓷层。较厚的钝化部提供了相对应更好的保护。此外，能更简单地制造较厚的钝化部。

在其他实施例中，钝化部的陶瓷被取得来使得其在相同极化条件下（尤其是在相同极化的电场强度的情况下）通过极化比压电堆的陶瓷层的材料更强烈地伸长并且由于剩余极化而保留更强烈的伸长。由于钝化部牢固地与压电堆连接并且并不比压电堆更强烈地被伸长，所以在共同极化时，在器件的纵向方向上起作用的压缩应力在钝化部中被建立。当压电堆在器件工作时在纵向方向上被伸长时在钝化部中形成的拉应力因而被减小了该压缩应力。由此可以避免对钝化部的机械损坏。在这些实施例中，钝化部因而在通过压电堆的陶瓷层和内电极的序列限定的纵向方向上具有压缩应力，该压缩应力由于钝化部与压电堆的牢固连接而被保持，并且该压缩应力至少部分地补偿在压电堆在纵向方向上伸长时被施加到钝化部上的拉应力。

在另外的实施例中，钝化部具有为压电堆的陶瓷层的单个陶瓷层的厚度的一倍半的厚度。

在用于制造压电多层器件的方法中，具有压电陶瓷层和内电极的交替序列的压电堆被配备有钝化部，该钝化部具有与压电堆的陶瓷层的材料不同的压电陶瓷。钝化部与压电堆的陶瓷层一起被极化。

在该方法的扩展方案中，具有比压电堆的陶瓷层的材料低的矫顽电场强度的陶瓷被用于钝化部。当钝化部与压电堆的陶瓷层一起被极化时，使钝化部连续地带有极化的特征。