[发明专利]铁电陶瓷材料

说明书

本发明涉及Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的铁电陶瓷材料。更为特别地，本发明涉及一种具有大的压电应变常数及优良的机械质量因子Q_m的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的铁电陶瓷材料。

包括铁电陶瓷材料的压电材料已被用压电滤波器、压电换能器、超声波振荡器及压电蜂鸣器中。在目前应用中最为典型的铁电陶瓷材料为PbTiO₃-Pb-ZrO₃系列的固溶体。Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-Pb-TiO₃-PbZrO₃系列的固溶体（日本专利公开号42-9716）及进一步含BaTiO₃、SrTiO₃及/或CaTiO₃的固溶体以具改善的压电特性而著称。

另一方面，近来还对压电陶瓷材料作为致动器（actuator）的应用进行了研究。在此情形下，必须通过压电陶瓷材料本身的位移将电能转化成为机械能。因而，具有大的压电应变常数d的压电陶瓷材料是所需求的。

压电应变常数d与压电陶瓷材料的机电耦合因数K及相对介电常数ε的关系如下所示：

d∝Kε]]>

因而为了该材料具有一个大的压电应变常数d，就必须具有大的机电耦合因数K及/或大的相对介电常数ε。

另外，在压电陶瓷材料用作致动器的驱动部分，例如利用该材料机械共振的超声（波）马达的驱动部分，无论压电应变常数d或机械质量因子Q_m都必须要大。当压电陶瓷材料被用于超声（波）马达时， 如果该材料的机械质量因子Q_m小的话，则同相关的高频驱动所产生的热常导致不希望发生的材料自然极化的衰减现象，并且使材料压电应变常数随时间而变化。因而当压电陶瓷材料被用于超声（波）马达时，该材料的机械质量因子Q_m就必须要大。

尽管PbTiO₃-PbZrO₃系列或Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体的机械质量因子Q_m可以通过掺加入MnO₂来改善，但是存在这么一个问题，就是当加入的MnO₂增加时，材料的压电应变常数d急剧地下降。因而，加入MnO前的基底固溶体应具有足够大的压电应变常数d。

尽管采用各种方法在随意地含有BaTiO₃、SrTiO₃及/或CaTiO₃的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体中加入各种氧化物以增大该固溶体的机电耦合因数K及/或相对介电应变常数ε，从而增大该材料的压电应变常数d，但压电应变常数d的可获得的水平仍不够满意。

例如，当随意地含有BaTiO₃、SrTiO₃及/或CaTiO₃的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体掺入了NiO，当加入的NiO量增加时，该材料的压电应变常数d增大了。然而，当加入的NiO量超出某个限度时，该材料的压电应变常数d就降得相当低了。之所以如此，被认为是因为Ni离子优先进入由ABO₃代表的钙钛矿晶体的B位点，如果掺入钙钛矿晶体的NiO量超过某一个极限，位于晶体的A位点的离子将变少并且必然地一部分掺和入的NiO不再能进入钙钛矿晶体的B位点。