[发明专利]压电陶瓷组合物和使用该组合物的压电器件

说明书

本发明涉及压电陶瓷组合物以及使用该组合物的压电陶瓷器件。具体而言，本发明涉及可用作诸如压电陶瓷滤波器、压电陶瓷振荡器、压电陶瓷变换器的压电陶瓷器件的材料，还涉及使用该陶瓷组合物的压电陶瓷器件。

主要包含钛锆酸铅(Pb(Ti_xZr_1-x)O₃)或钛酸铅(PbTiO₃)的压电陶瓷组合物广泛地用于制造诸如压电陶瓷滤波器、压电陶瓷振荡器、压电陶瓷变换器的压电陶瓷器件。然而，这类压电陶瓷组合物含有大量铅，氧化铅在上述产品的制备步骤中蒸发，导致制造的器件性能质量不一致问题。为解决这一问题，介电陶瓷组合物宜含少量铅，最好不含铅。

与此相反，主要包含层状铋化合物如CaBi₄Ti₄O₁₅的压电陶瓷组合物，由于其组成中不含氧化铅，不存在上述缺陷。

然而，主要包含如CaBi₄Ti₄O₁₅的层状铋化合物的压电陶瓷组合物，必须在1150℃或更高的温度下焙烧，以便获得具有10％或更大的机电偶合系数(kt)(这样大的机电偶合系数才适合实际应用)的压电陶瓷材料。在如此高温下焙烧需要高成本高性能的焙烧炉。另外，当制造具有内电极的压电陶瓷器件如压电陶瓷滤波器时，电极材料应具备的熔点需高于焙烧该材料本身的温度。因此，必须使用昂贵的电极材料如铂或钯，会使生产成本增加。

鉴于上述问题，本发明一个目的是提供主要包含CaBi₄Ti₄O₁₅的压电陶瓷组合物，这种组合物可以在1100℃或更低温度下焙烧；具有足以实用的机电偶合系数(kt)；可用作制造诸如压电陶瓷滤波器、压电陶瓷振荡器、压电陶瓷变换器的压电陶瓷器件的材料。本发明另一个目的是提供使用这种陶瓷组合物的压电陶瓷器件。

因此，本发明提供一种压电陶瓷组合物，主要包含由式CaBi₄Ti₄O₁₅表示的主组分，所述组合物，对主组分中所含每摩尔Bi，包含0.5摩尔或更少(但多于0)的W。较好的组合物包含如式CaBi₂(Ti_1-yW_y)O₁₅(0＜y≤0.5)表示的主组分。

压电陶瓷组合物宜包含一种除Ca以外的其它二价金属，对每摩尔Bi，其量为0.125摩尔或更少(但多于0摩尔)。此二价金属元素可以是至少一种选自Mg、Sr或Ba的金属。

压电陶瓷组合物宜包含一种除Bi之外的其它三价金属，对每摩尔Bi，其量为0.075摩尔或更少(但多于0摩尔)。此三价金属元素是至少一种选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb、Sc或Y的金属。

压电陶瓷组合物较好的还包含锰，按MnCO₃计，其含量为大于0.15％(重量)或更小(但大于0)。

本发明中，还提供包括上面列举的压电陶瓷组合物的压电陶瓷材料，以及包括固定在该陶瓷材料上的电极的陶瓷压电器件。

结合附图，根据下面对一些优选实施方案的详细描述，可以更好地理解本发明的其它目的、特征以及许多优点。

图1是本发明压电陶瓷变换器一个例子的透视图。

图2是图1所示压电陶瓷变换器的部分截面图。

本发明的压电陶瓷组合物包含以1摩尔Bi为基准的0.5摩尔或更少(但多于0)的W。当W量超过0.5摩尔时，机电偶合系数(kt)下降至不适合实际应用的水平。