用于制造压电的层堆叠的方法以及压电的层堆叠技术

本发明专利技术涉及用于制造压电的层堆叠（10）的方法，在所述方法中提供具有多个压电的陶瓷层（12）并具有多个能导电的内电极（14）的层堆叠（10），所述陶瓷层和内电极沿着纵轴（L）交替，其中陶瓷层（12）在自身表面（16）上具有第一区域（18）和第二区域（22），所述第一区域具有多晶组织结构(20)，所述第二区域具有仅仅以机械的方式附着在所述多晶组织结构（20）上的松脱的陶瓷材料（24），其中所述松脱的陶瓷材料（24）被从多晶组织结构（20）去除，而不损坏多晶组织结构（20）。本发明专利技术另外涉及层堆叠（10），所述层堆叠尤其是利用这样的方法所制造的。

A layer stacking method for the manufacture of piezoelectricity and the stacking of piezoelectric layers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造压电的层堆叠的方法以及压电的层堆叠
本专利技术涉及一种用于制造压电的层堆叠的方法以及一种尤其是利用这样的方法所制造的压电的层堆叠。
技术介绍
压电的层堆叠作为电子器件例如被使用在用于将燃料喷射到内燃机的汽缸的燃烧室内的执行器单元中。例如作为执行器单元所使用的层堆叠典型地具有多个压电的陶瓷层和多个能导电的内电极，其中在两个压电的陶瓷层之间分别布置所述内电极的其中之一。特别常见地，作为电子器件所构造的层堆叠以压电执行器的形式被使用，以便作为在用于机动车的最不同的发动机类型的喷射阀中的操纵元件来得以应用。随着对于排放和消耗的增大的要求，对于将燃料喷射到燃烧室内的要求也增高。更高的压力、温度以及多次喷射因此要求在计量所喷射的燃料的情况下的更高精确度。在此，趋势是更高电场强度和更高的运行时要求。在此，增高在层堆叠的表面上的电闪络（elektrischenÜberschlägen）的危险。在层堆叠的表面上的电闪络的危险在此提高，其方式为：例如通过层堆叠的磨损过程而典型地使最上方的颗粒层以机械的方式受到损坏，然而其中松脱（los）的颗粒材料并不从经烧结的陶瓷复合物分离。由此形成松脱的颗粒层，所述颗粒层仅以机械的方式与陶瓷的晶体（Kristallkörper）连接。所述松脱的颗粒层在机械和热机械的负载的情况下构成用于陶瓷的降解现象的基础以及在其他情况下的高欧姆的陶瓷材料中的能传导的路径。因为通过松脱的颗粒层使微观裂缝在层堆叠的表面上产生，湿气和/或金属离子可以迁移到所述微观裂缝中并且因此可以在两个相邻的内电极之间构成导电路径。图14和图15示意性地示出相关的问题。在图14中示出层堆叠10，所述层堆叠具有多个压电的陶瓷层12和多个能导电的内电极14，其中沿着层堆叠10的纵轴L在两个陶瓷层12之间分别布置一个电极14。图14以放大的视图另外示出陶瓷层12其中之一的表面16的一个区域。在所述放大的视图中看出：在表面16上，陶瓷层12具有第一区域18，陶瓷层12的材料在所述第一区域中作为多晶组织结构20、也即作为封闭晶存在。此外，在陶瓷层12的表面16上存在第二区域22，压电的陶瓷材料24在所述第二区域中存在，所述陶瓷材料不再是多晶组织结构20的组成部分，而是仅仅以机械的方式附着在所述多晶组织结构20上。所述陶瓷材料24因此构成关于所述多晶组织结构20来说的松脱的颗粒复合物26。图15示出从陶瓷层12的表面16脱去的颗粒复合物26的REM影像。这样的松脱的颗粒复合物26虽然不再是多晶组织结构20的部分，却还以机械的方式相对强地附着在所述多晶组织结构20上。图16对此在图a）中示出表面16的显微镜影像，其中所述松脱的颗粒复合物26通过淡色区域来表示。在图b）中示出在层堆叠10为了去除脏污和颗粒而在溶剂浴中已经超声波处理之后的表面16。因为电场强度在过去曾经不是这样高，用于清洁层堆叠10的预先处理的所述方式曾是足够的。然而，在图像b）中看出：在表面16上也另外存在以大量数目的松脱的颗粒复合物26。颗粒复合物26的机械式附着因此是这样强力的，使得一般清洁方法、诸如超声波不能将所述松脱的颗粒复合物26从层堆叠10分离。如在图14中看出的，在最不利的情况下，在多晶组织结构20和颗粒复合物26之间产生路径28，如果例如湿气在表面16的所述区域内渗入，则所述路径可以构成能导电的路径28。如果以非常高的电场强度来加载层堆叠10，则这是尤其不利的，因为由此可能发生在层堆叠10中的电闪络。
技术实现思路
本专利技术的任务因此是：建议一种用于制造压电的层堆叠的方法以及一种相应的层堆叠，通过所述方法可以克服前面提到的问题。所述任务利用根据权利要求1所述的一种用于制造压电的层堆叠的方法得以解决。尤其是利用这样的方法所制造的压电的层堆叠，是并列权利要求的主题。本专利技术有利的扩展方案是从属权利要求的主题。在一种用于制造压电的层堆叠的方法情况下执行以下步骤：在步骤S1）中，提供层堆叠，所述层堆叠具有多个压电的陶瓷层和多个能导电的内电极，其中沿着层堆叠的纵轴，在两个陶瓷层之间分别布置一个内电极。压电的陶瓷层在自身的表面上具有第一区域，多晶组织结构在所述第一区域内存在。此外，所述压电的陶瓷层具有第二区域，在第二区域中存在仅仅以机械的方式附着在所述多晶组织结构上的压电的陶瓷材料。在步骤S2）中，在不损坏所述多晶组织结构的情况下去除所述仅仅以机械方式附着在多晶组织结构上的压电的陶瓷材料。所述压电的陶瓷层除了自身的表面以外也在体积方面（imVolumen）由多晶组织结构构成。“表面”在此应该被理解为如下区域：所述区域延伸入所述层堆叠的陶瓷层的体积中约15μm-20μm。通过这样的制造方法，层堆叠的表面脱离于（befreien）所述松脱的颗粒复合物，却不引起对多晶组织结构的机械损坏，所述损坏在其方面又可能导致构成新的松脱的颗粒复合物。由此，在运行中不再存在或形成松脱的晶界，所述晶界作为低欧姆路径可能引起作为配件的层堆叠的故障。优选地，在所描述的方法情况下，执行以下步骤：S2a）提供通过加载压力所液化的气体；S2b）使气体膨胀（entspannen），使得微晶形成；S2c）将微晶对准和加速成定向的流（Strömung）；S2d）用所述定向的流来加载层堆叠的表面。在步骤S2c）中的加速在此优选经由将压缩空气输送给正形成或已形成的微晶来进行。在用由微晶组成的流来加载层堆叠的表面时，机械能量有利地作用到以机械方式附着的压电的陶瓷材料、也即颗粒复合物上，所述机械能量足以将所述仅以机械方式附着的陶瓷材料从多晶组织结构去除。对微晶（所述微晶已经由膨胀的、之前通过加载压力所液化的气体所构成）的应用具有如下优点：微晶在表面与层堆叠接触之后再次转化成气态的状态并且因此没有在层堆叠的表面上留下任何像是例如在以沙粒子、玻璃粒子等来加载表面的情况下那样的残留物。因此有利的是，使用在标准条件（也即室温，尤其是20℃和p=1013mbar的压力）情况下为气态的气体。因此作为经液化的气体例如可以有利地使用CO2、N2和/或惰性气体。优选地，层堆叠的表面以与所述流的来源的1cm-10cm、优选2cm-8cm、优选3cm-6cm、尤其是4cm的间隔经所述流来移动。所述范围在试验中被证实为特别有利的，因为在过小的间隔情况下在所述流中的微晶还没有被足够地加速，以使得所述以机械方式附着的压电的陶瓷材料可以完全从层堆叠的表面被去除。相反，过大的间隔则引起以过强程度展开（auffächern）的流。优选地所述流在其击中层堆叠的表面处那里具有与层堆叠的宽度相应的宽度。对此同样有利的是，使所述流具有2bar-25bar、尤其是5bar-20bar、更尤其是10bar-16bar的压力。优选的加载时间在2秒至15秒之间的范围内变动，以便可以将所述以机械方式附着的压电的陶瓷材料完全从层堆叠的表面去除。“完全”在此意味着：陶瓷层的表面的80%以上没有仅仅以机械方式附着在多晶组织结构上的陶瓷材料。这就是说：在小于陶瓷层的表面的20%处存在仅仅以机械方式附着的压电的陶瓷材料。优选地，在去除仅仅以机械方式附着在多晶组织结构上的压电的陶瓷材料之后，层堆叠的表面在步骤S3）中被去离子化。这尤其是通过以离子化的空气进行的喷吹来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造压电的层堆叠（10）的方法，所述方法具有如下步骤:S1）提供层堆叠（10），所述层堆叠具有多个压电的陶瓷层（12）和多个能导电的内电极（14），其中沿着所述层堆叠（10）的纵轴（L），在两个所述陶瓷层（12）之间分别布置一个内电极（14），并且其中所述压电的陶瓷层（12）在自身的表面（16）上具有：第一区域（18），多晶组织结构（20）在所述第一区域内存在；和第二区域（22），在所述第二区域中存在仅仅以机械的方式附着在所述多晶组织结构（20）上的压电的陶瓷材料（24）；S2）在不损坏所述多晶组织结构（20）的情况下去除所述仅仅以机械方式附着在所述多晶组织结构（20）上的所述压电的陶瓷材料（24）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.12 DE 102015210797.31.一种用于制造压电的层堆叠（10）的方法，所述方法具有如下步骤:S1）提供层堆叠（10），所述层堆叠具有多个压电的陶瓷层（12）和多个能导电的内电极（14），其中沿着所述层堆叠（10）的纵轴（L），在两个所述陶瓷层（12）之间分别布置一个内电极（14），并且其中所述压电的陶瓷层（12）在自身的表面（16）上具有：第一区域（18），多晶组织结构（20）在所述第一区域内存在；和第二区域（22），在所述第二区域中存在仅仅以机械的方式附着在所述多晶组织结构（20）上的压电的陶瓷材料（24）；S2）在不损坏所述多晶组织结构（20）的情况下去除所述仅仅以机械方式附着在所述多晶组织结构（20）上的所述压电的陶瓷材料（24）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：S2a)提供通过加载压力所液化的气体(38)；S2b）使所述气体（38）膨胀，使得微晶（44）形成；S2c）将所述微晶（44）对准成定向的流（50）；S2d）利用所述定向的流（50）来加载所述层堆叠（10）的所述表面（16）。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，作为所述液化的气体（38）使用CO2和/或N2和/或惰性气体。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述层堆叠（10）的所述表面（16）以与所述流（50）的来源（52）的1cm至10cm、优选2cm至8cm、优选3cm至6cm、尤其是4cm的间隔(d)经所述流（50）来移动。5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，所述流（50）具有2bar至25bar、尤其是5bar至20ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：C朱姆斯特鲁尔，A维尔德根，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE