[发明专利]压电陶瓷以及制备该压电陶瓷元件的方法

说明书

本发明涉及压电陶瓷以及制备该压电陶瓷元件的方法。更具体的是涉及叠片压电陶瓷元件的制备方法。

传统的含有Pb、Zr、Ti、Cr、Nb和O的压电陶瓷材料包括以通式Pb(CrNb)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃d表示的三元陶瓷材料和含有该三元陶瓷材料和少量的各种添加剂的材料，例如日本专利公告No.51-28358和日本专利申请公开No.8-34667所揭示的压电材料，这些材料具有优良的压电特性和加工性能，并且可以大规模生产。因此这种材料广泛用于制备激励器、过泸器、换能器、或传感器之类的压电元件。

近年来，已发展了多种使用叠片压电陶瓷元件的压电装置，其中压电陶瓷层和内部电极层交替地叠层在一起。虽然这种叠片式的压电陶瓷元件是小的，并且在施加一个小的电场时能有利地产生一个大的位移，但是在制造压电元件时，内部的电极层和压电陶瓷层的坯片必须要共烧结。因此，由于烧结温度为1200℃或更高，可以与这种压电材料共烧结的内部电极材料被限制为铂之类的昂贵材料。为了降低烧结温度，加入过量的PbO或SiO₂之类的玻璃成分作为烧结助剂。

但是，这种传统的压电陶瓷元件的制造方法有许多缺点。

主要是，当烧结压电材料的烧成温度为1200℃或更高时，压电材料中所存在的Pb的蒸发会剧烈地增加。在这种情况下就不能实现稳定的压电性能。

此外，为了使压电材料和内电极层在1200℃或更低的温度共烧结，当加入诸如SiO₂之类的玻璃成分作为烧结助剂时，烧结温度可以降低约500℃，但是烧结产品的压电性能变坏。尤其是，这样制得的产品不能使用在例如激励器之类的必须有大的压电性能参数值的压电装置中。

本发明是为了解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种制备压电陶瓷元件的方法，在该方法中阻止了包含在压电材料中的Pb的蒸发，该方法并且可以使用非贵重金属作为电极材料而基本上不会使其压电性能变坏。

本发明的另一个目的是提供一种适合于制备叠片式压电陶瓷元件的类似方法。

本发明的再一个目的是提供一种具有优良压电性能的压电陶瓷。

因此，本发明的第一方面是提供一种制备压电陶瓷元件的方法，它包括下述步骤：

(1)混合各个组分以形成至少包含Pb、Zr、Ti、Cr和Nb的氧化物的混合

   物；

(2)煅烧上述的混合物以得到煅烧产物；

(3)粉碎上述的煅烧产物并加入按CuO计0.05-3.0％(重量)的Cu组分，形成

   了含Cu组分的混合物；

(4)向上述的含Cu组分的混合物中加入粘结剂以形成含粘结剂的混合物；

(5)模压上述的含粘结剂的混合物以产生模压产物；

(6)在1100℃或1100℃以下烧制上述的模压产物以产生烧结产物；

(7)在烧结产物的表面上形成电极，该烧结产物包括由下式表示的主要组分：

Pb_a[(Cr_xNb_(1-x))_yZr_(1-b-y)Ti_b]O₃其中0.95≤a≤1.05；0.40≤b≤0.55；0.10≤x≤0.70；并且0.02≤y≤0.12,Cu作为辅助成分，其含量以CuO计为0.05-3.0％(重量)。

按照上述方法生产压电陶瓷元件，可以降低其烧结温度。因此，可以抑制烧制期间在压电材料中所包括的Pb的蒸发，从而提供了稳定的压电特性。并且可以得到具有大的压电特性参数值(例如高的压电d常数和高电气机械耦合系数)的压电陶瓷元件。

本发明的第二方面是提供一种包括下述步骤的制备压电陶瓷元件的方法：

(1)混合各组分以形成至少含有Pb、Zr、Ti、Cr和Nb的氧化物的混合物；

(2)煅烧上述的混合物以得到煅烧产物；

(3)粉碎上述的煅烧产物并且加入按照CuO计0.05-3.0％(重量)的Cu组分，

   以形成含Cu组分的混合物；

(4)向上述的含Cu组分的混合物中加入粘结剂以形成含粘结剂的混合物；

(5)模压上述的含粘结剂的混合物以产生陶瓷坯片；

(6)将上述的陶瓷坯片和内电极层交替地层叠在一起以得到层压产物；

(7)在1100℃或1100℃以下烧制上述的层压产物以产生烧结产物；