铁电陶瓷制造技术

本发明专利技术涉及由分子式：Ｐｂ－［１－（３／２）ａ］Ｍａ｛（Ｎｉ－［１／３］Ｎｂ－［２／３］）－［１－ｂ］（Ｚｎ－［１／３］Ｎｂ－［２／３］）－［ｂ］｝－［ｘ］Ｏ＆Ｔｉ－［ｙ］Ｚｒ－［２］Ｏ－［３］所代表的固溶体组成的钙钛矿型铁电陶瓷，其中Ｍ是选自Ｌａ和Ｎｄ组类中的至少一个元素，ｘ＋ｙ＋ｚ是１，含ＭｎＯ－［２］，当与已知铁电陶瓷对比时，本发明专利技术的铁电陶瓷有较大的压电常数ｄ，也有足够高的居里温度Ｔ－［ｃ］，而且力学性能系数Ｑｍ实际上与已知铁电陶瓷的力学性能系数相等。因此当用作超声马达激励器驱动部件，利用本材料的力学共振性时，本发明专利技术的铁电陶瓷显示出卓越的特性。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是涉及Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的铁电陶瓷，更具体来说，本专利技术涉及具有高的压电常数d，高的力学性能系数Qm和高的居里温度Tc的Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的铁电陶瓷。目前在多种应用上诸如压电过滤器，压电传感器，超声振荡器或压电蜂鸣器，已经使用包括铁电陶磁在内的压电材料。众所周知，在这些使用中最典型的铁电陶瓷是Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的固溶体。另外，是Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的固溶体与一种复杂的钙钛矿型化合物的固溶体结合的，诸如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，Pb(Ni1/3Nb2/3)O3或Pb(Zn1/3Nb2/3)O3也是已知的具有改进的压电性能的铁电陶瓷。另一方面，使用压电陶瓷材料来作为激励器的近年来已进行研究。在这方面，需要通过压电陶瓷材料把电能转变成机械能。为了转变这种能量，就要求有具有大的压电常数d的压电陶瓷材料。一般来说，压电陶瓷材料的压电常数d是涉及到该压电陶瓷材料的机电偶合系数K和其相对的介电常数ε，即它的相关方程式如下 因此，为了增大压电常数d，就必须增大机电偶合系数K和/或相对介电常数ε。此外，在压电陶瓷的应用中如超声马达的激励器的驱动部件，在使用该材料的机械共振的场所，对该材料就要求它的压电常数大，也要求它的力学性能系数大。那就是，在超声马达中使用压电陶瓷材料时，即在共振频率区域如果材料的力学性能系数小，不仅材料的机械共振的振幅不会变大而且也产生出热，这是由于所引起的高频驱动将变大，由此导致材料自发极化方面的不希望的下降和材料的压电常数d的所不希望的减小。在这方面，希望压电陶瓷材料具有高的居里温度Tc，目的在于甚至当发热时也很难引起该陶瓷材料在自发极化方面所不希望的下降和压电常数d的所不希望的减小。这是由于用作激励器的陶瓷材料高频驱动变大，而且目的也在于用作激励器的可实用的陶瓷材料的温度范围变宽。尽管采用掺入一些硬质化含物如Mn O2到Pb Ti O3-Pb Zr O3或Pb Ti O3Pb Zr O3的固容体系列中与如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，Pb(Ni1/3Nb2/3)O3或Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的复杂的钙钛矿的固溶体结合的方法能改进这些固溶体的力学性能系数Qm，但是仍然存在以下问题即该材料的压电常数d是随着掺入Mn O2的量增加而急剧地减小。另一方面来说，尽管采用掺入一些软质化合物如Nb2O5，Ta2O5，La2O3，Nd2O3或Bi2O3到上述固溶体中，或用Ba，Sr或Ca来代替以上固溶体的Pb的组分的方法能改进上述固溶体的压电常数d，但是依然存在以下问题即该材料的居里温度随着软质化合物掺入量或代替物的量的增加而急剧地下降。从以上提出的问题来看，本专利技术人通过对使用在Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的钙钛矿固溶体中的金属离子替代剂的研究，并由此而获得具有一种特定组成的Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb Ti O3-Pb Zr O3系列的固溶体能够抑制压电常数d的减小，可改善力学性能系数Qm，除此以外，用一定量的La或Nd来代替部分Pb和掺入一定量的Mn O2到其中也能保持高的居里温度Tc。基于以上的发现而完成了本专利技术。根据以上发现，本专利技术的目的是要提供既有大的压电常数d和力学性能系数，也有高的居里温度的铁电陶瓷，因而它具有优越的压电性能。根据本专利技术，该铁电陶瓷是一种钙钛矿型固溶体，该固溶体包括以下分子式为代表的一种固溶体Pb1-(3/2)aMa｛(Ni1/3Nb2/3)1-b(Zn1/3Nb2/3)x｝TiyZr2O3其中M是选自以下La和Nd组成的组中的至少一个元素，x+y+z＝1，a＝0.005-0.03，b＝0.5-0.95，x＝0.1-0.4，y＝0.3-0.5和Z＝0.2-0.5，以钙钛矿型固溶体为基础，按重量计用本专利技术规定含Mn O2的量为0.3-1.0%。根据本专利技术提供的铁电陶瓷包括具有这种组成的钙钛矿型晶体，在该组成中已掺入了一定量的Mn O2。不顾本铁电陶瓷的力学性能系数Qm实际上是等于常规的铁电陶瓷的力学性能系数的事实，本铁电陶瓷材料具有大的压电常数d，而且与常规的铁电陶瓷相比还具有足够高的居里温度。所以，当用作激励器的驱动部件时，本专利技术的铁电陶瓷就显示出卓越的特性，如超声马达就是利用本材料的机械共振性能。对本专利技术的铁电陶瓷详细叙述如下本专利技术的铁电陶瓷是由以下分子式所表示的一种固溶体所组成的一种钙钛矿型固溶体Pb1-(3/2)aMa｛(Ni1/3Nb2/3)1-b(Zn1/3Nb2/3)b｝xTiyZrzO3其中M是选自La和Nb所组成的组类中的至少一个元素，x+y+z是1，a是从0.005到0.03，较佳是从0.007到0.02，b是从0.5到0.95，较佳是从0.6到0.9，x是从0.1到0.4，较佳是从0.2到0.4，y是从0.3到0.5，较佳是从0.33到0.4，和z是从0.2到0.5，较佳是从0.27到0.4，和以钙钛矿型固溶体为基础，按重量计算Mn O2含量是0.3到1.0%，比较佳是0.4到0.8%。当本专利技术的铁电陶瓷构成钙钛矿型晶体是以ABO3来表示时，替代部分Pb的Pb和La和/或Nd是以金属离子形式在晶体的晶格点A上存在的。在此情况下，替代部分Pb的La和/或Nd的量代表值为“a”要求不小于0.005，以便使该晶体获得大的压电常数d，而且要求不大于0.03，为了保持该晶体的高的居里温度。另外，掺入到以上钙钛矿型晶体中的Mn O2量，以上述晶体为基础按重量百分比计，要求不小于3%以便使该晶体获得大的力学性能系数Qm，而且要求不大于1.0%为了使该晶体保持高级别的压电常数d。当用以上陈述的方式把规定量的Mn O2掺入和规定量的La和/或Nd替代本专利技术的构成铁电陶瓷以分子式Pb｛(Ni1/3Nb2/3)1-b(Zn1/3Nb2/3)b｝xTiyZrzO3表示的规定组成范围的钙钛矿型晶体中的部分Pb时，该晶体的力学性能系数Qm能够改善并使该晶体保持高的居里温度，而不会那样多地减少该晶体的压电常数d。从而，能有效地获得既具有大的压电常数d和力学性能系数Qm也具有高的居里温度Tc的铁电陶瓷。通过按一定比例混合颗粒状的金属化合物，如氧化物和盐类，可以制备按本专利技术所定义的上述组成的铁电陶瓷，上述一定比例可在烧结时提供一个要求的配比，随后烧结该混合物。制备原料颗粒金属化合物的方法没有特别限制。制备它们可以采用各种已知的方法，这些方法包括诸如沉淀、共沉淀、醇盐的液相法和溶胶-凝胶法，和基于草酸盐和混合氧化物分解的固相法。以合适的比例把如此获得的颗粒状金属化合物的混合物在从800℃到1000℃的温度下进行煅烧，在球磨机中研磨，干燥，在从500到1500kg/cm2在压力下压成片或圆饼，最后在从1000°到1300℃的温度下烧结，因此就可以获得所要求的铁电陶瓷。尽管将结合下例来陈述本专利技术，但是应该知道本专利技术无论如何也不局限于以下这些实施例。根据日本电子材料制造协会标准(EMA S)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电陶瓷，它是一种钙钛矿型固溶体，该固溶体包括由以下分子式所表示的一种固溶体：Ｐｂ↓［１－（３／２）ａ］Ｍａ｛（Ｎｉ↓１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓（１－ｂ）（Ｚｎ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓［ｂ］｝↓［ｘ］Ｔｉ↓［ｙ］Ｚｒ↓［２ ］Ｏ↓［３］其中：Ｍ是选自由Ｌａ和Ｎｄ组成的组类中的至少１个元素，Ｘ↑［＋］ｙ↑［＋］ｚ是１，ａ是从０．００５到０．０３，ｂ是从０．５到０．９５，ｘ是从０．１到０．４，ｙ是从０．３到０．５和ｚ是从０．２到０．５，和以钙钛矿型固溶体为基础按重量百分比计含ＭｎＯ↓［２］量为０．３到１．０％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1989-10-20 273482/19891.一种铁电陶瓷，它是一种钙钛矿型固溶体，该固溶体包括由以下分子式所表示的一种固溶体Pb1-(3/2)aMa{(Ni1/3Nb2/3)1-b(Zn1/3Nb2/3)b}xTiyZr2O3其中M是选自由La和Nd组成的组类中的至少1个元素，x+y+z是1，a是从0.005到0.03，b是...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛田善久，间濑比吕志，
申请(专利权)人：三井化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]