專利名稱：壓電陶瓷組成物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供蜂鳴器和壓電執(zhí)行元件用的一種壓電陶瓷組成物。
Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3系列的壓電陶瓷(PNN-PZ-PT)，由Pb(Ni1/3Nb2/3)O3固溶在Pb(Zr，Ti)O3中制取，壓電常數(shù)大，機(jī)電耦合系數(shù)也大，是具代表性的壓電陶瓷，廣泛用作蜂鳴器和壓電執(zhí)行元件(日本專利，特公昭45-37907)。
然而，PNN-PZ-PT陶瓷，其機(jī)械強(qiáng)度未必令人滿意，當(dāng)機(jī)械加工成壓電元件(例如蜂鳴器)時(shí)可能斷裂或碎裂。
本發(fā)明的目的在于提供一種壓電陶瓷組成物，其壓電常數(shù)大，機(jī)電偶合系數(shù)大，而且機(jī)械強(qiáng)度令人滿意，以解決上述問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的壓電陶瓷是個(gè)三成分系壓電陶瓷組成物，由xPb(Niw/3Nb1-w/3)O3-yPbZr O3-zPbTiO3組成，表示其組成比的各點(diǎn)x、y、z基本上處在

圖1三成分組合圖中以下各點(diǎn)的連線上A(x＝0.75，y＝0.01，z＝0.24)，B(x＝0.55，y＝0.01，z＝0.44)，C(x＝0.05，y＝0.45，z＝0.50)，和D(x＝0.05，y＝0.60，z＝0.35)，且處在由這些線所圍成的組成領(lǐng)域中，w的值約在0.8至1的范圍(即0.8＜w＜1)。
換句話說，本發(fā)明的PNN-PZ-PT系壓電陶瓷組成物的特點(diǎn)是，減少Ni/Nb的比值使其基本上小于化學(xué)計(jì)量比1/2。
此外，本發(fā)明的壓電陶瓷組成物還有這樣的特點(diǎn)基本上高達(dá)15％克分子比的Pb原子為選自Ca、Sr、Ba元素群的起碼一種元素所取代。
Ni/Nb比減小到大約1/2的化學(xué)計(jì)算比值，這促使構(gòu)成陶瓷的粒子的直徑減小，而且提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度。
因此，機(jī)械強(qiáng)度的提高并沒有給壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)帶來不利的影響。
圖1的三成分組成圖示出了本發(fā)明PNN-P-PT壓電陶瓷組成物各成分的比例。
現(xiàn)在以參看實(shí)施例具體說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下。
量取壓電陶瓷組成物預(yù)定量的各成分，例如PbO、TiO2、ZrO2、SrCO3、CaCO3、BaCO3、NiO和Nb2O5，往量取好的物料上加水，用球磨機(jī)將它們濕式混合起來。
干燥得出的混合料，在大約700℃至900℃的溫度下焙燒兩小時(shí)左右，使其不致完全燒結(jié)，再用球磨機(jī)濕磨，得出經(jīng)調(diào)整的粉料。
往得出的經(jīng)調(diào)整的粉料中加諸如水和聚乙烯醇之類的粘結(jié)劑，將混合料壓實(shí)成形，再在大約1100℃至1300℃的溫度下焙燒約兩個(gè)小時(shí)，得出預(yù)定組成的壓電陶瓷。
為進(jìn)行三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)和測定電氣性能，將壓電陶瓷加工，制備成試樣。例如，將某些壓電陶瓷制成30毫米×5毫米×0.3毫米的矩形試樣，準(zhǔn)備供三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)用，再將其余的壓電陶瓷制成直徑10毫米、厚1毫米的圓盤，磨光，通過烘熔在圓盤兩面淀積上銀電極之后，在大約80℃的絕緣油中在絕緣油上加有2至3千伏/毫米場強(qiáng)的電場的情況下對(duì)圓盤進(jìn)行極化處理，歷時(shí)30分鐘，制取電性能測定用的試樣。
為對(duì)比起見，按制成實(shí)施例試樣同樣的方法制取本發(fā)明范圍之外的壓電陶瓷試樣。
對(duì)實(shí)施例的上述試樣和對(duì)比試樣進(jìn)行三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)，并在半徑方向上振動(dòng)的情況下測定其機(jī)電偶合系數(shù)，結(jié)果如表1中所示。
表1試樣 xyzwAa 三點(diǎn)彎曲強(qiáng) 機(jī)電耦合系度(公斤力/ 數(shù)Kp(％)平方厘米)*10.70 0.10 0.20 0.95 Sr 0.02 1150 18.420.60 0.10 0.30 0.95 Sr 0.02 1140 65.330.40 0.20 0.40 0.95 Sr 0.02 1070 65.8*40.30 0.20 0.50 0.95 Sr 0.02 1070 17.850.20 0.20 0.40 0.95 Sr 0.02 1050 62.3*60.03 0.40 0.30 0.95 Sr 0.20 1040 23.4*70.40 0.50 0.47 0.95 Sr 0.02 890 56.7*80.40 0.50 0.40 0.100 Sr 0.02 900 70.190.40 0.20 0.40 0.85 Sr 0.02 1170 55.2*10 0.40 0.20 0.40 0.80 Sr 0.02 1240 32.4*11 0.03 0.50 0.47 0.85 Sr 0.02 910 51.212 0.20 0.40 0.40 0.95 - - 1060 57.813 0.20 0.40 0.40 0.95 Sr 0.04 1070 48.1Ba 0.04Ca 0.04*14 0.20 0.40 0.40 0.95 Sr 0.20 1060 29.7
表1中，符號(hào)z、y、z和w表示xPb(Niw/3Nb1-w/3)O3-yPbZrO3-zPbTiO3各成分的克分子比，符號(hào)A和a分別表示取代Pb(即Sr，Ba或Ca)的元素類型和元素的克分子百分比。
表中帶星號(hào)的試樣號(hào)表示本發(fā)明范圍外的壓電陶瓷(對(duì)比試樣)。
如表1中所示，w值基本上等于或大于1的壓力電陶瓷試樣(8號(hào)試樣)，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度低，w值基本上等于或小于0.8的壓電陶瓷試樣(10號(hào)試樣)，其機(jī)電耦合系數(shù)Kp小。
若Pb原子為選自Ca、Sr和Ba元素群的起碼一種元素所取代的百分比基本上超過0.15(15％)(14號(hào)試樣)，則機(jī)電耦合系數(shù)Kp減小。
若PNP-PZ-PT的組成和圖1中所示的不一樣(1，4，6，7和11號(hào)試樣)，機(jī)電耦合系數(shù)Kp大幅度減小。
w取小于1的值，特別是PNN，x的組成比小于0.05(7號(hào)和11號(hào)試樣)時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度提高得不令人滿意。
不言而喻，本發(fā)明并不局限上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的前提下是可以就x、y、z和w的值以及Pb原子的擬為選自Ca、Sr和Ba的元素群的一種元素所取代的百分比進(jìn)行種種修改的。
如上所述，本發(fā)明的壓電陶瓷組成物，壓電常數(shù)大，機(jī)電耦合系數(shù)Kp和機(jī)械強(qiáng)度也大，因而在機(jī)械加工過程中可以避免產(chǎn)生象斷裂和碎裂之類的缺陷，從而可以使這種具有蜂鳴器和壓電執(zhí)行元件所需要的優(yōu)點(diǎn)的壓電元件高產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種三成分壓電陶瓷組成物，由xPb(Niw/3Nb1-w/3O3-yPbZrO3-zPbTiO3構(gòu)成，其中高達(dá)15％克分子比的Pb原子為從Ca、Sr和Ba元素群中選取的起碼一種元素所取代，且x＋y＋z＝1，其特征在于，表示組成比x、y和z的各點(diǎn)處在下列各點(diǎn)的連線上A(x＝0.75，y＝0.01，z＝0.24)，B(x＝0.55，y＝0.01，z＝0.44)，C(x＝0.05，y＝0.45，z＝0.50)，和D(x＝0.05，y＝0.60，z＝0.35)，或處在三成分組成圖中為所述各點(diǎn)的連線所包圍的組成領(lǐng)域內(nèi)，且w值在大約0.8至1的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，有0％的所述Pb原子被取代。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，所述Pb的一部分被Sr所取代。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，w的值為0.85至0.95。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，w的值為0.85至0.95。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，所述Pb的一部分被Ca、Sr和Ba組合物所取代。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，x為0.20至0.60。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，y為0.10至0.40。
9.如權(quán)利要求8所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，z為0.3至0.4。
10.如權(quán)利要求9所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，w的值為0.85至0.95。
11.如權(quán)利要求10所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，所述Pb的一部分為Sr所取代。
12.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，y為0.1至0.40。
13.如權(quán)利要求12所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，z為0.3至0.4。
14.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組成物，其特征在于，z為0.3至0.4。
全文摘要
一種三成分壓電陶瓷組成物，壓電常數(shù)在大，機(jī)電偶合系數(shù)和機(jī)械強(qiáng)度也大，由xPb(NiA(x＝0.75，y＝0.01，z＝0.24)，B(x＝0.55，y＝0.01，z＝0.44)，C(x＝0.05，y＝0.45，z＝0.50)，和D(x＝0.05，y＝0.60，z＝0.35)，或處在三成分組成圖中為上述各連線所包圍的組成領(lǐng)域中，且W值在大約0.8至1的范圍。
文檔編號(hào)H01L41/187GK1127432SQ9511962
公開日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1995年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月28日
發(fā)明者長谷喜代司, 白露幸祐, 伴野國三郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所