[发明专利]铁电陶瓷材料

说明书

本发明涉及一种Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的铁电陶瓷材料，特别是涉及一种具有大的压电应变常数d和优异的机械质量因子Qm的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的铁电陶瓷材料。

含有铁电陶瓷材料的压电材料于是被使用在压电滤波器、压电换能器、超声振荡器和压电蜂鸣器中。已经被投入于这类应用的最典型的铁电材料为PbTiO-PbZrO₃系列的固溶体。Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体（日本专利公告42-9716）和又含有BaTiO₃、SrTiO₃和/或CaTiO₃的这类固溶体也已被公认为改善了压电特性。

另一方面，最近人们也研究了把压电陶瓷材料用作致动器的可行性。在此情况下，有必要把电能转换成机械能（通过如此转化的机械能使压电陶瓷材料本身偏移）。于是，就需要具有大的压电应变常数d的压电陶瓷材料。

该压电应变常数d与压电陶瓷材料的机电耦合因数k和相对介电常数ε成下列关系：

d∝Kε]]>

于是，为了使该材料具有大的压电应变常数d，就必须要有一个大的机电耦合因数k和/或大的相对介电常数ε。

再者，在把压电陶瓷材料用作致动器的驱动部分时，例如用作超声马达的驱动部分时（利用该材料的机械共振之场合），最好是压电应变常数d和机械质量因子Qm均为较大。在把压电陶瓷材料用 在超声马达中时，假如材料的机械质量因子是小的，那么由于涉及高频驱动就产生出热，因而就会导致材料自然极化中所不希望的衰减以及材料的压电应变常数随时间的变化。所以，当该材料被用在超声马达中时重要的事情是压电陶瓷材料的机械质量因子Qm必须是大的。

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Qm可通过掺加入MnO₂来改善，但也还存在着这样一个问题：在所加入的MnO₂的量增加时，该材料的压电应变常数d会急剧降低。因此，MnO₂加入之前的基底固溶体最好应是具有足够大的压电应变常数d。

虽然人们已经作了种种努力来把各种氧化物加入到任意地含有BaTiO₃、SrTiO₃和/或CaTiO₃的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体中，以便提高该固溶体的机电偶合因数k和/或相对介电常数ε，因而可提高材料的压电应变常数，但是，压电应变常数d的可得到水平仍不令人满意。

例如，当任意地含有BaTiO₃、SrTiO₃和/或CaTiO₃的Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃-PbZrO₃系列的固溶体被掺入NiO时，材料的压电应变常数d就随着所加入的NiO量的增加而增加。然而，当所加入的NiO的量超过某一限度时，该材料的压电应变常数d就会被相当地减小。人们认为，由于Ni离子优先进入由ABO₃所表示的钙钛矿晶体的B位点，假如与钙钛矿晶体掺合的NiO的量超过了某一限度，则晶体A位点上的离子就会变得不足，其结果，一部分掺合的NiO就不再进入钙钛矿晶体的B位点。