[发明专利]烧结压电陶瓷、压电陶瓷器件、及其制备方法

说明书

本发明涉及一种烧结压电陶瓷，及其生产方法，还涉及压电陶瓷器件。

通过在烧结的压电陶瓷(以下简称烧结陶瓷)上形成电极而生产出的压电陶瓷器件，已经被用于陶瓷滤波器、扬声器、超声波振荡器等中。一般，压电陶瓷器件被直流电压所极化，从而使它们的极化按相同方向取向。为了提高器件的极化程度，在器件上施加高电压，因而要求器件能耐极化所需的高电压并且不会发生电介质击穿。

因为压电陶瓷器件常常在苛刻的条件下使用，因此要求烧结陶瓷具有优良的耐候性，尤其是优良的耐湿性。

烧结陶瓷是这样获得的：先煅烧压电陶瓷，然后将其与粘合剂混合，使形成的混合物粒化，模制形成的粒状颗粒，然后焙烧成型物。一般，成型物被堆放在炉中，以便尽可能多地被烧结。但是，这样会有堆放的模型在高温下熔融从而结合在一起的问题。

为了解决这一问题，已提出了下列方法。

如图4所示，在堆放的成型物23之间放置颗粒25。颗粒包括氧化锆、氧化铝等。首先，将粉末25铺撒在支承体上(未标出)。然后在上面放置一成型物23。接着，在该成型物23的上表面上再铺上粉末25，然后再在上面一个接一个地叠放其他的成型物，并在成型物之间用粉末25隔开。

另一方法如图5所示，并可参考日本专利出版物(JP-B)Hei-3-2831。将粗颗粒23a分散在各成型物23中，其中该粗颗粒具有与成型物23相同的组成但是具有更大的平均粒径，从而防止成型物23相互粘合在一起。这被称为粗颗粒混合法。可将成型物23堆放起来而不必在其中间放置粉末。

在上述方法中，成堆的成型物23被烧结，然后再将它们分成单个的烧结成型物23。

然而，用传统方法生产出的烧结陶瓷不能充分满足市场上最近的要求，即需要压电陶瓷具有更好的性能(包括耐湿性)并且应当更便宜。

此外，传统方法有下列问题：

1.需要额外步骤将粉末从烧结好的成型物上去除。

2.烧结后的成型物仍有少量的粉末25。

3.难以均匀地将粉末25铺撒在相邻的成型物23之间。这造成了成型物23的大翘曲。因此，需要再加热烧结后的成型物以消除翘曲现象。

粗颗粒混合法在下列方面也有问题：

1.因为粗颗粒23a的组成与成型物23相同，所以即使在较低的烧成(firing)温度下仍有一些数量的颗粒与成型物23结合。

2.在高烧成温度下，大多数颗粒与成型物23结合。

3.必须在额外步骤中制备粗颗粒23a。此外，对于不同的压电陶瓷组合物，需要制备不同类型的粗颗粒。因此，使用这种粗颗粒的方法是昂贵的。

本发明的一个目的是提供一种烧结的压电陶瓷，它耐极化时的高电压并不会发生电介质击穿，而且具有优良的耐湿性；还提供一种生产它们的方法。尽管是通过焙烧成堆的压电陶瓷坯料而生产出的，本发明的烧结压电陶瓷可防止相互结合，并且其生产成本低。

本发明的第一个方面是提供一种烧结压电陶瓷，它含有分散在压电陶瓷颗粒中的粒状或聚结(agglomerate)的氧化锆颗粒，其中压电陶瓷颗粒的平均粒径小于氧化锆颗粒的平均粒径。

本发明的第二个方面是提供一种烧结压电陶瓷，它包含压电陶瓷颗粒主组份和氧化锆颗粒副组份，其中氧化锆颗粒的平均粒径大于压电陶瓷颗粒的平均粒径。

具有上述结构时，因为在陶瓷表面层附近存在氧化锆颗粒，所以可防止烧结的压电陶瓷熔融和结合在一起。此外，该陶瓷具有良好的耐极化高电压性而不会发生电介质击穿，而且具有优良的耐湿性。

在上述的烧结陶瓷中，压电陶瓷颗粒的平均粒径宜为0.5-9.0微米，而氧化锆颗粒的平均粒径宜为10-30微米。这是本发明的第三方面。

如上限定粒径，可以确保本发明的烧结陶瓷不结合，同时又保证烧结陶瓷有光滑表面。此处所述的表面光滑度是指，烧结陶瓷的表面是如此光滑，以致于可以毫无难度地在上面形成电极，并且烧结陶瓷对层压它们的压力有良好的耐受性。

在上述的烧结陶瓷中，氧化锆颗粒的数量宜为压电陶瓷颗粒重量的0.1-3.0％。这是本发明的第四个方面。

在此方面，当烧结陶瓷中氧化锆颗粒的数量如上所述时，用烧结陶瓷形成的成型物具有良好的耐极化高电压性而不会发生电介质击穿，而且具有更佳的耐湿性。

本发明的具有所述结构的烧结压电陶瓷，具有良好的耐极化高电压性而不会发生电介质击穿，而且具有优良的耐湿性。此外，可防止它们熔融和结合在一起。

本发明的第五方面是一种压电陶瓷器件，它是在本发明第一至第四方面中任一种烧结压电陶瓷的两个主表面上形成电极而制得的。