[发明专利]压电式致动器设备和/或传感器设备的陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于压电式致动器设备和/或传感器设备的陶瓷材料。本发明还涉及一种制备用于压电式致动器设备和/或传感器设备的陶瓷材料的制备方法。

背景技术

压电式致动器设备和/或传感器设备常具有由压电材料制备的金属化的陶瓷构件。该金属化的陶瓷构件的通常理解是，所施加的电压/电荷导致该构件的体积变化和/或在构件上所施加的力通过感应引起电压变化。

压电式致动器设备和/或传感器设备的构件例如可由锆钛酸铅(PZT)构成、由基于铌酸盐的钙钛矿如铌酸钾钠(KNN)构成或由基于钡-钛的陶瓷材料(BT)构成。此外，在文献“Dielectric and piezoelectric properties of La₂O₃ doped(Bi_0.5Na_0.5)_0.92(Ba_0.8Sr_0.2)_0.08TiO₃ lead-free piezoelectric ceramics”(R.-C.Zhou；Y.-Z.Liu；X.-M.Meng；J.Electroceram(2007)；18：9-12；DOI 10.1007/s 10832-007-9002-0)中提及应用以氧化镧掺杂的(Bi_0.5Na_0.5)_0.92(Ba_0.8Sr_0.2)_0.08TiO₃作为压电材料。

发明内容

本发明提供一种具有权利要求1的特征的用于压电式致动器设备和/或传感器设备的陶瓷材料，和一种具有权利要求12的特征的用于制备压电式致动器设备和/或传感器设备的陶瓷材料的方法。

通过用一种由锂离子、银离子、钾离子、镧离子、铁离子、钇离子、镱离子和/或铝离子组成的(准两价)离子复合物对基于至少是铋-钠-钡-锶-钛酸盐的陶瓷材料进行复合掺杂可有利地确保对于应用陶瓷材料作为压电材料的有利的压电特性、优良的电磁特性值和/或较高的使用温度。较高的使用温度意指至少相应于未掺杂的材料的使用温度的温度。特别是通过上述原子的至少一种一价离子和至少一种三价离子共同掺杂可在基于至少铋-钠-钡-锶-钛酸盐的基系中同时得到用至少一种一价离子掺杂的优点和用至少一种三价离子掺杂的优点。

在一个有利的实施方案中，该陶瓷材料所含的至少一种一价离子的浓度为0.1-6.0mol％，所含的至少一种三价离子的浓度为0.1-6.0mol％。在这种浓度下，特别可确保该陶瓷材料的有利的压电系数，即在施加的电压变化/电荷变化下有较大的体积变化。另外，在这种浓度下，还可确保该作为压电材料的陶瓷材料在较高使用温度下有优良的功能性。

在一个优选的实施方案中，该陶瓷材料含有含锂离子和镧离子的离子复合物作为复合掺杂物。通过掺杂时同时使用锂离子和镧离子可组合锂掺杂的优点和镧掺杂的优点。例如与锂掺杂或镧掺杂相比，在用准两价的锂-镧离子复合物对陶瓷材料进行复合掺杂时可确保更好的压电系数。此外，在Co掺杂时使用镧离子有利于该陶瓷材料的微结构，特别是有利于在该陶瓷材料烧结时的致密化。同时，在Co掺杂时使用锂可确保降低烧结温度。此外，锂离子可补偿镧离子降低工作温度的影响。由此，借助于(Li⁺La³⁺)²⁺掺杂可增高使用温度。

锂离子的浓度可不同于镧离子的浓度。通过使用银离子、钾离子、铁离子、钇离子、镱离子和/或铝离子还可改进压电特性、电磁特征值和/或使用温度。