专利名称：：多层压电元件和制备该多层压电元件的方法
技术领域：
：本发明涉及一种多层压电元件和使用该多层压电元件的喷射装置，该多层压电元件被安装在例如汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨打印机的液体喷射装置、或用于光学装置的精密定位器件或防振器件中。
背景技术：
：被安装在汽车发动机的燃料喷射装置等上的多层压电元件是已知的。图5A是显示现有技术的多层压电元件的透视图。多层压电元件101包括层叠体109和形成于所述层叠体109的侧面上的一对外电极111，所述层叠体109通过层叠多个压电层105和多个内电极层(金属层)107而制成，所述多个压电层105和多个内电极层107彼此交替层叠。内电极层107不是形成在压电层105的整个主表面上，而是具有所谓的部分电极结构。图5B是说明该部分电极结构的分解透视图，其显示了图5A中所显示的多层压电元件101的一部分。如图5A和5B所示，将内电极层107层叠，使其每隔一层交替地暴露于层叠体109的任一侧面上。因此，多个内电极层107交替地电连接至一对外电极105。层叠体109具有在层叠方向上层叠在层叠体109的两端的非活动(inactive)层113。在具有图5A和5B所示部分电极结构的多层压电元件中，存在活动区A和非活动区B，在活动区A中，不同极性的内电极层107经由压电层105彼此相对，而在非活动区B中，不同极性的内电极层107不经由压电层105彼此相对。因此，当操作多层压电元件时，由于只有活动区A经历位移而非活动区B不经历位移，因此应力可能集中在活动区A和非活动区B之间的界面，并且成为裂纹的起始点。如图5A所示，多层压电元件101具有在层叠方向上被层叠在其两端的非活动层113。当操作多层压电元件时，由于非活动区B不经历位移，因此应力可能集中在经历位移的区域和非活动层113之间的界面，并且成为裂纹的起始点。上述的这种裂纹可能从界面朝层叠体109的侧面(非活动区B侧)发展，但是也可能朝层叠体109的内部(活动区A侧)发展。当在相对的内电极层107之间施加电场时，活动层A由于反向压电效应而在电场方向上膨胀，并且在垂直于电场方向的方向上收缩。当压电层105在电场方向上膨胀时，元件101整体上在层叠方向上膨胀。在元件101容纳于限制该膨胀的外壳或框架中的情况下，元件101受到作为反作用力的压缩力。在界面开始并且朝活动区A发展的裂纹可能在压电层105的厚度方向上发展，同时根据应力的状态弯曲和支化。当在彼此相对的内电极层107之间产生在压电层105的厚度方向上发展的裂纹时，存在在内电极层107之间发生短路的问题，从而导致多层压电元件IOI的位移量减小。近年来，由于需要在更高压力下由紧凑的多层压电元件实现大的位移量，普遍的实践是在施加更高的电场的情况下，长时间连续操作多层压电元件。为了满足这些要求，提出了在其内部安置有应力消除层的多层压电元件(参考例如DE10234787A1和DE10307825A1)。然而，仍需要在以高压长时间连续操作的条件下具有更高耐久性的多层压电元件。
发明内容本发明的目的是提供一种具有更高的耐久性的多层压电元件和喷射装置，所述多层压电元件和喷射装置即使在高压力和高电压下长时间连续操作时也经历更小的位移量下降。本发明的多层压电元件包括多个压电层和多个内电极层，其中压电层和内电极层彼此交替层叠，并且多个内电极层中的至少一个含有至少一种氮化物，即，氮化钛或氮化锆。优选含有氮化物的内电极层在与压电层相对的面中具有多个坑或孔。优选存在多个含有氮化物的内电极层，并且内电极层是沿着层叠体的层叠方向以有序排列的方式设置的。本发明的喷射装置包括具有喷射孔的容器和上述的多层压电元件，其中注入容器中的液体是通过多层压电元件的操作经由喷射孔排出的。由于多个内电极层中的至少一个含有氮化钛和氮化锆中的至少一种，因此本发明的多层压电元件具有如下所述的效果。氮化钛和氮化锆被构成压电层的压电粒子和构成内电极层的粒子浸润的浸润性低。因此，可以使内电极层的强度更低，并且可以使压电层和内电极层之间的粘结强度更低。由于内电极层夹住在操作过程中经历位移的压电层，氮化物的加入使得可以减小限制压电层的内电极层的力。这使得不仅可以增加多层压电元件的位移量，而且可以提高长时间操作的耐久性。另外，含有氮化物的内电极层在与压电层相对的面中具有多个坑或孔，这减小了内电极层和压电层之间的接触面积，降低了内电极层限制压电层的限制作用。附图简述图1A是显示根据本发明的一个实施方案的多层压电元件的透视图，并且图1B是显示多层压电元件的一部分的分解透视图，说明图1A所示的多层压电元件的内部结构。图2是根据图1A所示的实施方案的多层压电元件的一部分的放大截面图。图3是图2的一部分的放大截面图。图4是示意性显示根据本发明的一个实施方案的喷射装置的截面图。图5A是现有技术的多层压电元件的透视图，并且图5B是显示相互层叠的压电层和内电极层的局部透视图。〖附图标记的说明]11:压电层12:内电极层12a:其它内电极层12b:含有TiN和ZrN中的至少一种的内电极层13:层叠体14:非活动层15:外电极16a:坑16b:孔516c:坑31容器33喷射孔35阀37燃料通道39圆筒41活塞43压电致动器实施本发明的最佳方式<多层压电元件>现在将详细描述根据本发明的一个实施方案的多层压电元件。图1A是显示根据该实施方案的多层压电元件的透视图。图1B是显示该多层压电元件的一部分的分解透视图，说明图1A所示的多层压电元件的内部结构。图2是根据该实施方案的多层压电元件的一部分的放大截面图。如图1A、1B中所示，该实施方案的多层压电元件包括通过彼此交替层叠多个压电层11和多个内电极层12而制成的层叠体13，所述多个压电层11和多个内电极层12是彼此交替层叠的，并且在层叠体13的彼此相反的侧面上形成一对外电极15(外电极中的一个未示出)。内电极层12不是在压电层11的整个主表面上形成的，而是具有所谓的部分电极结构。设置多个具有部分电极结构的内电极层12，使其每隔一层暴露于层叠体13的相反侧面的任一个上。因此，内电极层12交替地电连接至所述一对外电极15。还可以将外电极15安置在彼此相邻的侧面上。在层叠方向上安置在层叠体13的两端的是由压电材料形成的非活动层14，14。当将多层压电元件用作压电致动器时，可以通过焊接将引线连接至一对外电极15，所述引线与安置在外部的电源连接。当由外部电源在彼此相邻的内电极层12之间施加预定的电压时，压电层11由于反向压电效应而经历位移。即使在施加电压时，非活动层14也不经历位移，因为仅在一个主表面上安置内电极层12，而在另一个主表面上没有安置内电极层12。如图2所示，该实施方案的多层压电元件的特征在于，多个内电极层12中的至少一个含有氮化钛(TiN)和氮化锆(ZrN)中的至少一种。含有这种氮化物的内电极层在下文中将称作含氮化物的内电极层12b，而除含氮化物的内电极层12b以外的内电极层在下文中将称作氮化物电极层12a。TiN和ZrN是导电性高并且被构成压电层11的压电粒子和构成内电极层12的金属粒子浸润的浸润性低的氮化物。因此，通过向内电极层加入TiN禾P/或ZrN，可以使含氮化物的内电极层12b的强度更低，并且可以使压电层11和含氮化物的内电极层12b之间的粘结强度更低，而不降低含氮化物的内电极层12b的导电性。内电极层12限制压电层11在操作过程中的位移。因此，使得加入了TiN禾Q/或ZrN的含氮化物的内电极层12b的限制压电层11的力更低。这增加了元件的位移量。同样，因为限制压电层ll的力更小，作用于元件上的应力在含氮化物的内电极层12b和压电层11之间的界面中被减轻。当存在多个含氮化物的内电极层12b时，可以分散作用于元件上的应力。尽管应力的集中抑制了元件的位移，但是抑制效果由于应力分散而减小，使得元件可以在不被抑制的情况下经历位移。当将应力消除效应和应力分散效应结合时，多层压电元件的位移量得到进一步增加，同时进一步改善了长时间操作过程中的耐久性。当多层压电元件由于电源中的干扰(noise)而经受高的瞬间浪涌电压，或者在高温、高湿度、高电场和高压力条件下长时间连续操作多层压电元件时，可以抑制内电极层12的氧化，因为上述的氮化物在作为内电极层12的主要组分的金属组分氧化之前被氧化，从而保护了内电极层。由于氮化物粒子被作为主要组分构成含氮化物的内电极层12b的金属粒子浸润的浸润性低，因此在氮化物粒子和金属粒子之间的界面中趋于产生裂纹(剥离)。同样，因为氮化物粒子被构成压电层11的压电粒子浸润的浸润性也低，因此裂纹仅在氮化物粒子和压电层11之间的界面蔓延，从而抑制了裂纹在压电层11中的蔓延。具体而言，由于裂纹出现在含氮化物的内电极层12b或与压电层11的界面中，这抑制了这种裂纹在层叠方向上穿透压电层11，所以可以抑制内电极层12之间的短路。当元件经受应力时，应力可以随着在氮化物粒子和构成含氮化物的内7电极层12b的金属粒子之间的界面中出现剥离而被吸收。同样，当元件经受应力时，应力也可以随着氮化物粒子破裂而被吸收。当应力集中于多层压电元件的一部分中时，发生与上述类似的现象，从而在以较低强度粘结在一起的氮化物粒子和金属粒子之间出现裂纹，所述金属粒子是含氮化物的内电极层12b的主要组分。由于在含氮化物的内电极层12b中出现裂纹，并且可以抑制这种裂纹在层叠方向上穿透压电层11，所以可以抑制内电极层12之间的短路。另外，含氮化物的内电极层12b在与相邻压电层11相对的面中具有多个坑或孔。据认为，坑或孔的形成机理如下。艮p，该实施方案的多层压电元件是通过包括以下工序的制备方法制备的通过将具有作为主要材料的压电陶瓷的生片(greensheet)与导电膏层彼此交替层叠而形成多层坯体(compact)的工序，所述导电膏层具有作为主要材料的金属，以及选自氮化钛和氮化锆中的至少一种氮化物；烧制该多层坯体的工序。在烧制步骤中，部分或全部氮化物被氧化成氧化物，从而造成体积膨胀。在体积膨胀后，由于氧化物被吸收到压电陶瓷中，在氧化物所占据的位置形成坑16a或孔16b(图3)。藉此，减小了内电极层和压电层之间的接触面积，从而降低了内电极层限制压电层的限制作用。如上所述，由于体积因氮化物的氧化而膨胀，因此在某些情况下，在含氮化物的内电极12b中形成坑16a或孔16b的同时，在相邻压电层中形成坑。坑16c由坑16a和在压电层中与坑16a相应的位置形成的坑组成。取决于烧制温度，所有氮化物被氧化。在这种情况下，在内电极层12b上形成坑或孔的同时，氮化物不存在于内电极层12b中。一部分氮化物在烧制过程中仍未被氧化，未改变的氮化物存在于坑或孔中或所述坑或孔的附近。在升高烧制温度的过程中，氮化物在600°C至700°C范围内的温度开始氧化，并且大多数氮化物在高达900。C至1000。C范围内的温度下被氧化。因此，优选将烧制温度设置在1000°C以下，更优选在850°C至950°C范围内，还更优选在900。C至950。C范围内，以在内电极层12b中保留一部分氮化物。当压电陶瓷的烧结在超过完全氧化温度的温度下进行时，在某些情况下，在与压电层相对的面上的坑或孔消失。因此，优选将烧制温度设置在1000°C以下，更优选在850°C至950。C范围内，还更优选在850°C至900°C范围内，以保留坑或孔。此外，当将多个含氮化物的内电极层12b安置在层叠体13中时，还可以控制元件的位移量。这使得可以形成适合大规模生产并且不需要改变压电层11的厚度或改变层叠的层数的结构。可以如下确定内电极层12的组成。将层叠体13沿着内电极层12和压电层ll之间的界面切开，以暴露内电极层12，并且对内电极层12的一部分进行取样。对样品进行化学分析如ICP(感应耦合等离子体)发射分析。还可以采用诸如EPMA(电子探针微量分析)的方法，分析在层叠方向上切割的多层压电元件的截面。通过采用XPS:X-射线光电子能谱法或ESCA:化学分析电子能谱法分析Ti或Zr的电子状态，可以辨别是氮化物还是氧化物。在SEM(扫描电子显微镜)或金相显微镜下观测多层压电元件截面中的内电极层，可以表明不仅存在金属组分，而且存在非金属组分如空隙和/或陶瓷。同样，在这种情况下，可以通过EPMA等分析除空隙之外的区域中的组成。因此，可以确定含氮化物的内电极层12b和其它内电极层12a的组成。优选存在多个含氮化物的内电极层12b。还优选将多个含氮化物的内电极层12b沿着元件的层叠方向以有序排列方式设置。通过以有序排列方式设置含氮化物的内电极层12b，可以有效分散作用在多层压电元件上的应力。短语"以有序排列方式设置含氮化物的内电极层12b"不仅指将相等数量的其它内电极层12a插入到含氮化物的内电极层12b之间的每一个空间内这样的情形，而且指其中将数量不同但近似的其它内电极层12a插入到含氮化物的内电极层12b之间的不同空间内这样的情形，只要应力不局部集中即可。具体而言，插入到含氮化物的内电极层12b之间的每个空间中的其它内电极层12a的数量优选在平均层数的士20%以内，更优选在平均层数的±10%以内，并且进一步优选该数量在含氮化物的内电极层12b之间的每一空间中是相同的。当插入到含氮化物的内电极层12b之间的每个空间中的其它内电极层12a的数量在上述范围内时，可以更有效地分散作用在多层压电元件上的应力。根据本发明，优选内电极层12不含绝缘材料或绝缘材料的含量小。这使得在操作压电元件时可以增加压电位移的量，而在压电层ll中不产生不能施加电压的部分，并且可以抑制应力集中到绝缘材料部分上。优选内电极层12(12a，12b)包括空隙。这是因为许多空隙在内电极层12中的存在使得金属部件在经受应力时更容易变形，从而分散和减轻应力。空隙的存在还造成压电层11在与内电极层12接触设置的压电层11经历压电位移时被部分地夹住。结果，由于限制压电层11的力变得比在整个表面上夹紧的情形更小，所以位移变得更容易发生并且位移量增加。特别优选内电极层12a包括空隙，并且在内电极层12a的截面中包含的空隙面积与截面总面积的比例(空隙比率)在5至70%范围内。内电极层12a中的空隙比率更优选为7至70%，并且进一步优选为10至60%。通过将内电极层12a中的空隙比率控制在5至70M的范围内，可以使压电层ll平稳地变形，同时可以保持内电极层12的足够的导电性，从而可以增加多层压电元件的位移量。可以借助扫描电子显微镜或金相显微镜，通过观察在层叠方向上切割的多层压电元件的截面来确定空隙比率。具体而言，通过采用由扫描电子显微镜等拍摄的元件截面的图像，计算所有空隙的面积与内电极层总面积的比率。在该过程中可以使用市场上可获得的图像处理应用软件。在更简单的方法中，可以在内电极层12上在垂直于层叠方向的方向上划线，并且可以将越过空隙的线段长度的总和除以总线段长度，以获得空隙比率。含氮化物的内电极层12b优选具有以下这样的构造TiN或ZrN中的至少一种氮化物被散布在内电极层12b中。具体而言，含氮化物的内电极层12b优选具有以下这样的构造被构成内电极层12b的金属浸润的浸润性低的多种氮化物被散布在内电极层12b中。采用这种构造，即使当内电极层12b经受在操作过程中产生的应力时在氮化物粒子和构成内电极层12b的金属之间产生裂纹，裂纹也仅仅在散布的氮化物粒子之间连接并且可以抑制发展的裂纹穿透压电层11。这使得应力消除效应和强度可以共存。层叠体13优选具有多边形横截面的棱柱形状。在层叠体13具有圆柱形状的情况下，必需层叠以高精度形成为真正圆形的层，并且难以提高制造的生产率。相反，多边形棱柱结构使得能够在具有预定基准线的压电层11上形成内电极层12，并且将所述层层叠成与基准线对准。结果，可以通过为大规模生产设计的制造方法形成中心轴作为操作轴，以具有高耐久性。内电极层12优选主要由银-钯形成。银-钯和氮化物可以同时被烧结，因为这些材料具有类似的热膨胀系数值。此外，由于银-钯和氮化物彼此不反应形成金属间化合物，因此氮化物粒子彼此接触地散布于银-钯中以形成电极。而且，由于银-钯在烧结过程中形成液相，茵此TiN和ZrN变得更容易分散。在痕量的金属Ti和Zr从TiN和ZrN解离时，金属组分Ti和Zr与银-钯形成金属粘结。这允许与银-钯的相互扩散，由此使得可以烧结银-钯和已经形成金属粘结(在Ti、Zr和Ag-Pd之间的部分金属粘结)的部分TiN和ZrN粒子。在含氮化物的内电极层12b中，由于TiN和/或ZrN粒子被构成内电极层12b的金属浸润的浸润性低，因此如果金属Ti和Zr不从TiN和ZrN解离，则金属Ti和Zr在内电极层12b中分离。在这种情况下，当多层压电元件经受应力时，在内电极层12b中只发生氮化物粒子之间的滑动。同时，由于痕量金属Ti和Zr解离使得银-钯和部分TiN和ZrN粒子被烧结，因此当经受应力时粘结断裂。断裂点起着裂纹发展的起点的作用，由此使得裂纹更容易彼此连接以在内电极层12b中形成连续的裂纹。这改善了消除应力的效应。与TiN和ZrN类似的是，与TiN和ZrN不同的氮化物如BN被构成内电极层12的金属浸润的浸润性低，但是其部分不与金属粒子烧结，或者不容易与金属粒子烧结。结果，很难产生上述应力消除效应。金属Ti和Zr对于与构成内电极层12的金属(例如，银-钯)反应是活性的。因此，即使将这些金属转变成氮化物，所述金属Ti和Zr的活性也以其中金属组分保留在部分粒子中或氮化物被氧化的不稳定中间状态体现出来。当比较TiN和ZrN时，优选使用TiN，因为它可以在更低的温度仅部分通过与内电极层12的金属粒子的扩散粘结而被烧结。氮化物在含氮化物的内电极层12b中的含量优选为1重量％以上且不超过80重量％，更优选1重量％以上且不超过40重量％，进一步优选l重量％以上且不超过7重量％，最优选5重量％以上且不超过7重量％。在将氮化物含量控制为1重量％以上时，可以实现上述应力消除和位移量增加的充分效果。同时，在将氮化物含量控制为80重量％以下时，可以抑制含氮化物的内电极层12b和压电层11之间的粘结强度下降太多，可以将多层压电元件磨制(groimd)或者切成任何形状。此外，当将氮化物含量控制为40重量％以下时，可以使含氮化物的内电极层12b和其它内电极层12a的热膨胀特性彼此相似。因此，由于即使当在恶劣环境中储存或操作多层压电元件时也能够将含氮化物的内电极层12b和压电层11之间的粘结强度保持在一定的水平，所以可以实现多层压电元件的稳定操作。当将氮化物含量控制为1重量％以上且不超过7重量％时，通过TiN和/或ZrN与周围金属粒子的分离而吸收和减轻应力的效果，和保持含氮化物的内电极层12b和压电层11之间的粘结强度的效果得到良好的平衡，因此可以实现对作用在多层压电元件上的应力的非常高的耐久性。优选将这样的金属化合物作为主要组分包含在内电极层12中，使得内电极层12中钯的比例Ml(重量％)和银的比例M2(重量％)满足0<Ml^15，85^M2<IOO和MI100的关系。当钯的比例高于15重量％时，比电阻变得更高并且内电极层12变得更容易在连续操作多层压电元件时产生热量，而该热量影响具有温度依赖性的压电层11，从而使位移特性变差。结果，多层压电元件的位移量可能降低。当形成外电极15时，外电极15和内电极层12是通过这些部件之间的金属组分的相互扩散而连接在一起的。在钯的比例高于15重量％的情况下，内电极层的组分在其中扩散的外电极15的部分的硬度变高，从而导致在操作过程中经历尺寸变化的多层压电元件的较低耐久性。为了抑制内电极层12中含有的银迁移到压电层11中，优选将钯的比例控制在0.001至15重量％范围内。为了提高多层压电元件的耐久性，钯的比例优选在0.1至10重量％范围内。当需要高导热性和更高的耐久性时，钯的比例优选在0.5至9.5重量％范围内。当需要还要更高的耐久性时，钯的比例更优选在2至8重量％范围内。另一方面，当银的比例低于85重量％时，内电极层12的比电阻变高。这可能导致在多层压电元件的连续操作过程中从内电极层12产生显著量的热量。为了抑制内电极层12中含有的银迁移到压电层11中，优选将银的比例控制在85至99.999重量％范围内。为了提高多层压电元件的耐久性，银的比例优选在90至99.9重量％范围内。当需要更高的耐久性时，银的比例优选在90.5至99.5重量％范围内。当需要还要更高的耐久性时，银的比例更优选在92至98重量％范围内。可以通过EPMA等测定内电极层12中的金属钯和金属银。优选压电层ll含有钙钛矿型氧化物作为主要组分。例如，当压电层11由钙钛矿型压电陶瓷材料如钛酸钡(BaTi03)形成时，其具有高的压电应变常数(133，即压电性的指数，这使得能够提高位移量，并且还使得能够同时烧制压电层11和内电极层12。还优选的是，压电层11含有由锆钛酸铅(PbZr03-PbTi03)组成的钙钛矿型氧化物作为主要组分，该钙钛矿型氧化物具有较高的压电应变常数值d33。当在高温高湿的环境中使用多层压电元件时，在构成内电极层12的金属被氧化之前，内电极层12b中含有的TiN和ZrN中的至少一种变成氧化钛或氧化锆，其是锆钛酸铅的主要组分。在该过程中，由于氧化成稳定Ti02或Zr02的过程从周围材料中夺取氧，因此内电极层12的金属组分被还原并且保持稳定的金属层。氧化钛或氧化锆以相互扩散的方式与作为压电层11的组分的锆钛酸铅接合，以实现用于将压电层11和内电极层12牢固地接合在一起的粘固效应。结果，可以制备对环境具有优异的抵抗力的多层压电元件。现在描述制备本发明的压电元件的方法。首先，将由PbZr03-PbTi03等组成的钙钛矿型氧化物所构成的压电陶瓷材料的煅烧粉末、由有机聚合物比如丙烯酸类树脂或丁縮醛树脂制成的粘合剂以及增塑剂比如DBP(邻苯二甲酸二丁酯)或DOP(邻苯二甲酸二辛酯)混合以形成浆液。通过已知的方法比如刮刀法或砑光辊法或其它带材成型法，将该浆液形成为陶瓷生片，该陶瓷生片在烧制后变为压电层11。然后，将构成内电极层12的金属粉末如银-钯、粘合剂和增塑剂混合以制备导电膏，该导电膏通过丝网印刷法等在所述生片的顶表面上被涂覆到1至40iim的厚度。用于形成含氮化物的内电极层12b的导电膏是通过混合金属粉末如银-钯、氮化物TiN和ZrN中的至少一种、粘合剂和增塑剂而制备的。在这种情况下，金属粉末如银-钯也可以是控制比例的银粉和钯粉的混合物，而不是合金粉末。还可以将银粉或钯粉加入到银-钯合金粉末中，之后控制混合物的组成。然而，为了产生金属在膏中的均匀分散以及在内电极层12的同一平面内的均匀组成，优选使用被控制为预定组成的合金粉末。■将多个其上印刷有导电膏的生片以所需的排列方式彼此层叠，并且将该层叠体在预定温度加热以移除粘合剂。然后，将层叠体在900至1200°C的范围内的温度烧制，由此制造层叠体13。当将构成内电极层12的金属粉末如银-钯加入到形成非活动层14的生片中时，或当在形成非活动层14的生片被层叠时将由构成内电极层12的金属粉末如银-钯、无机化合物、粘合剂和增塑剂组成的浆液印刷在该生片上的时候，在烧结过程中非活动层14和其它部分之间的收缩行为和收缩率可以相匹配，由此可以形成高密度的层叠体B。制造层叠体13的方法并不限于上述方法，并且可以采用任何制造方法，只要可以以多个压电层11和多个内电极层12彼此交替层叠这样的构造制造出层叠体13即可。然后，通过将粘合剂添加到玻璃粉末中制备导电银-玻璃膏，并且将该膏印刷在层叠体13的外电极形成表面上，并且将层叠体在高于玻璃的软化点并且不高于银的熔点(965。C)的温度进行烘焙。因此，外电极15由导电银-玻璃膏形成。此时，可以将构成外电极15的膏以多层的形式涂覆，然后同时烘焙，或可以烘焙单层。由于便于大规模生产，优选的是，形成多层，然后将其同时烘焙。当形成具有不同含量的玻璃组分的层时，可以在逐一改变包含在每一个层中的玻璃组分的量的同时形成所述层。当需要形成与压电层11接触的非常薄的富含玻璃层时，可以通过丝网印刷法等将富含玻璃膏印刷在层叠体13上，并且可以将多个片层叠在其上。14最后，将引线连接至外电极15。通过引线，将O.l至3kV/mm的DC电压施加在一对外电极15之间以对层叠体13进行极化处理，从而完成了使用本发明的多层压电元件的多层压电致动器。当将引线连接至外部电压源并且经由引线和外电极15向内电极12施加电压时，压电层11通过反向压电效应经历明显的位移量，从而驱动例如将燃料供给至发动机的汽车燃料喷射装置。借助于导电粘合剂，可以将包含网状或梳状金属的布线连接至外电极15的外表面。当通过供应大的电流以高速操作致动器时，这种布线允许大的电流在内电极附近流动，并且降低在外电极15内流动的电流。因此，可以抑制外电极15由于局部加热而断线，由此极大地改善了耐久性。导电粒子更优选为具有比如片状或针状粒子这样的形状的非球形粒子。当导电粒子是非球形粒子比如片状或针状粒子时，导电粒子可以牢固地彼此缠结，由此提高了导电粘合剂的剪切强度。已经对本发明的一个实施方案进行了描述，但是本发明的多层压电元件并不限于上述的实施方案，并且可以在不偏离本发明的精神的情况下进行各种改变。例如，尽管在上述实施方案中所有的内电极层都由合金制成，但是也可以采用这种构造内电极层的一部分由合金形成，而其余部分由金属元素形成。尽管上述实施方案中内电极层包含相同的组分，但是内电极层也可以由包含不同元素作为主要组分的两种以上的层构成。<喷射装置>图4是示意性显示根据本发明的一个实施方案的喷射装置的截面图。如图4所示，该实施方案的喷射装置包括由上述实施方案示例的本发明的多层压电元件，该多层压电元件被容纳在容器31中，所述容器31具有在其一端形成的喷射孔33。在容器31中设置针形阀35，该针形阀35能够开启和关闭喷射孔33。喷射孔33配置有燃料通道37，所述燃料通道37被设置为根据针形阀35的移动与该喷射孔33连通。燃料通道37与被安置在装置外部的燃料源连接，以接收在始终保持恒定的高压下供应到其中的燃料。当针形阀35开启喷射孔33时，注入燃料通道37的燃料被喷射到内燃机(图中未显示)的燃料室中。15针形阀35具有其中内径变大的扩大顶部。提供形成在容器31内的圆筒39，其中活塞41可以产生滑动。被设置在容器31中的是压电致动器43，该压电致动器43配置有上述的多层压电元件。在这种喷射装置中，当压电致动器43响应施加到其上的电压而膨胀时，按压活塞41，使得针形阀35堵塞喷射孔33，由此停止燃料的供应。当消除电压时，压电致动器43收縮，并且贝氏弹簧45反向推动活塞41，使得喷射孔33与燃料通道37连通，并且排出燃料。本发明涉及压电致动器装置，但是本发明并不限于上述的实施方案，并且可以在不偏离本发明精神的情况下进行各种变化。只要利用压电性能，本发明的压电致动器装置就可以用于例如，汽车发动机的燃料喷射装置，喷墨打印机等的液体喷射装置，或在用于光学装置的精密定位器件或防振器件中使用的驱动装置、安装在燃烧压力传感器、爆震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超声波传感器、压力传感器、偏航速率传感器(yawmtesensor傳中的传感器元件，或被用作安装在压电回转仪、压电开关、压电换能器、压电断路器等中的电路元件。实施例如下制备包括第一实施方案的多层压电元件的压电致动器。首先，将作为主要组分的平均粒度为0.4pm的锆钛酸铅(PbZr03-PbTi03)构成的压电陶瓷材料的煅烧粉末、粘合剂和增塑剂混合，以形成浆液，通过刮刀法将该浆液形成为在烧制后厚度为100pm的陶瓷生片。通过丝网印刷法将导电膏涂覆到陶瓷生片的一个侧面上，所述导电膏通过将粘合剂添加到主要由银-钯组成的合金中以具有表1中所示组成而制备。然后，将300片的陶瓷生片层叠，并且在800。C的温度保持2小时之后，在1000。C的温度烧制2小时。此时，在将要形成含有TiN和ZrN中至少一种的内电极层12b的部分上，将导电膏印刷至3[im的厚度，所述导电膏通过将TiN、ZrN和粘合剂添加到银-钯合金中以具有表1所示组成而制备，并且将含有TiN和ZrN中至少一种的内电极层12b设置为第50层、第100层、第150层、第200层和第250层。然后，将平均粒度为2pm的片状粒子的银粉和包含平均粒度为2的硅作为主要组分，软化点为640。C的无定形玻璃粉的混合物，与相对于总计IOO重量份的银粉和玻璃粉比例为8重量份的粘合剂混合，从而通过完全混合该粉末，制备导电银-玻璃膏。将由此制备的导电银-玻璃膏印刷到层叠体13的外电极15上，并且在700。C烘焙30分钟，由此形成外电极15。然后，禾拥与外电极15连接的引线，将3kV/mm的DC电场经由引线在正和负外电极15之间施加15分钟，以进行极化处理，从而完成了使用如图1A、1B所示的多层压电元件的压电致动器。当将150V的DC电压施加到多层压电元件上时，所有压电致动器都显示在层叠方向上的位移。然后，在室温，向压电致动器装置施加0至+150V、150Hz的AC电压，以进行1x109次循环的连续操作测试。测试结果示于表1中。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如表1所示，在作为比较例制造的其中将BN作为不同于TiN和ZrN的氮化物加入的8号样品中和其中没有加入氮化物的9号样品中，由于穿透插入内电极层之间的压电层的裂纹，位移量是小的。据认为，这是因为裂纹仅出现在内电极层中并且不能减轻应力，因而导致应力集中在内电极层和压电层之间的界面。相反，作为本发明实施例制造的1至8号样品，显示出压电致动器所需的有效位移量，在1x109次循环的连续操作之后，位移量没有明显下降，因此制造了具有高耐久性的压电致动器。权利要求1.一种多层压电元件，所述多层压电元件包括多个压电层；和多个内电极层，所述压电层和所述内电极层彼此交替地层叠，其中所述多个内电极层中的至少一个含有选自氮化钛和氮化锆中的至少一种氮化物。2.根据权利要求1所述的多层压电元件，其中含有所述氮化物的所述内电极层在与所述压电层相对的面中具有多个坑或孔。3.根据权利要求2所述的多层压电元件，其中所述内.电极层中含有的所述氮化物存在于所述坑或孔中或所述坑或孔的附近。'4.根据权利要求2所述的多层压电元件，其中与含有所述氮化物的所述内电极层相对的所述压电层在与所述内电极层的所述坑或所述孔对应的位置具有坑。5.根据权利要求1所述的多层压电元件，其中2个以上的所述内电极层含有所述氮化物，并且所述2个以上的内电极层是沿着层叠方向以有序排列方式设置的。6.—种喷射装置，所述喷射装置包括具有喷射孔的容器；和根据权利要求1或2所述的多层压电元件，其中注入所述容器中的液体是通过所述多层压电元件的操作经由所述喷射孔排出的。7.—种制备多层压电元件的方法，所述方法包括通过将各自具有作为主要材料的压电陶瓷的生片和各自具有作为主要材料的金属的导电膏层彼此交替地层叠，形成多层坯体的工序；烧制所述多层坯体的工序；其中所述导电膏层中的至少一个含有选自氮化钛和氮化锆中的至少一种氮化物。全文摘要本发明提供一种具有更高耐久性的多层压电元件，该多层压电元件即使在高压力和高电压下长时间连续操作时，也经历更小的位移量下降。该多层压电元件(13)包括多个压电层(11)和多个内电极层(12a，12b)，其中所述压电层和所述内电极层彼此交替层叠，并且所述多个内电极层中的至少一个含有选自氮化钛或氮化锆中的至少一种氮化物。文档编号F02M51/06GK101681983SQ200780052368公开日2010年3月24日申请日期2007年3月27日优先权日2007年3月27日发明者伯恩哈德·德尔加斯特,卡斯滕·舒,哈拉尔-约翰尼斯·卡斯特尔,坂元隆己,稻垣正祥,越智笃申请人:京瓷株式会社;西门子公司