[其他]壓電陶瓷元件之制備方法

無效

• 申請號: 86106297
• 申請日: 1986-09-17
• 公開（公告）號: CN86106297A
• 公開（公告）日: 1987-04-22
• 發明（設計）人: 萊斯利·埃里克·克羅斯;沃爾特·阿瑟·舒爾策;榮學萬
• 申請（專利權）人: 菲利浦(北美)有限公司
• 主分類號: H01L41/22
• 分類號: H01L41/22;H01L41/08;C04B35/46
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟,李雒英

本發明涉及一種制造酞酸鉛壓電陶瓷元件的方法，同時涉及采用本方法所制成的壓電陶瓷元件。

經過燒結的酞酸鹽陶瓷是一種非常有用的壓電材料，可作為高溫和高頻使用的壓電材料。這是由于相對來說它們有小的介電常數，高的居里溫度以及大的各向異性，沿著厚度方向的振動（thickness????dialatio-nal????vibration）之機電耦合系數Kt比沿平面延伸振動之機電耦合系數Kp大得多。

H.Takeucki等人在1982年10月出版的美國聲學會志〔J.Acoust.Soc.Am.72（4）〕第114-120頁中指出，被錳取代的和被一種稀土金屬，例如釤（Sm）、釓（Gd）或釹（Nd）取代的酞酸鉛陶瓷材料，經過成極處理之后顯示出較高的耦合系數比率Kt/Kp。正如圖4所示，此比率值可高達15。耦合系數比率Kt/Kp高達15之酞酸鉛鐵電材料，適合于用作許多用途。

在高頻陣列換能器的應用方面，不但特別需要使其在室溫中耦合系數比Kt/Kp盡可能進一步增高，而且要求其沿厚度方向振動之耦合系數Kt，能盡可能地保持在最高的數值。

本發明的目的是為了生產一種酞酸鉛壓電材料，經過成極處理之后，顯示出顯著提高的Kt/Kp比值，而不會使Kt值有任何明顯的降低。

本發明業已發現一種酞酸鉛壓電陶瓷材料，其Kt/Kp比值可能顯著地提高而沒有降低Kt值。這種材料是從被錳取代的和被稀土金屬取代的酞酸鉛材料生產出來的，所選擇的稀土金屬為釤、釓和釹，盡可能將占體積8-20%之粉料在經過燒結之后立即經過淬火處理。申請人發現，可以制得Kt/Kp比值高達50或以上的元件。

本發明方法的特征是將由按體積約80-92%的分子式為（Pb_1-1.5xLnx）（Ti_1-yMny）O₃經燒結的酞酸鉛粉料和按體積為8-20%之經過燒結后立即淬火處理的上述粉料所組成的粉狀混合物用一種暫時性粘合劑（temporary binder）在模具中成型，然后將其燒結，最后在40-60kv/cm的電場中成極處理。上述分子式中，Ln可選擇Sm或選擇釓和釹之原子比約為1∶1之混合物，0.06≤X≤0.14，0.02≤Y≤0.03。

最好，利用脫離子水來完成淬火。

為了生產壓電元件，需要利用諸如多元醇溶液之類之粘合劑將混合物模制成片。可通過將這些薄片加熱至500-600℃的方法將粘合劑除去，然后，在氧化鉛的氣氛中，于1，000℃至1，400℃的溫度下將薄片燒結1至5小時。在適當的電極都粘附到其兩個主要表面之后，可在溫度為120℃至150℃之硅油中，用40-60KV/cm的電場進行成極處理3至10分鐘。本發明之制備一種壓電陶瓷元件的實施例描述在下列實例中：

為了制造分子式為（Pb_0.85Sm_0.10）（Ti_0.98Mn_0.02）（O₃）的壓電元件，需制備由下列氧化物所組成的混合物，其中：

PbO-66.126克

Sm₂O₃-6.076克

TiO₂-27.325克

MnO-0.607克

額外的PbO-1.53克（用以補充在焙燒和燒結期間所損耗的鉛）。

將混合好的氧化物放在一塑料襯里的容器中，用氧化鋯球研磨6個小時并于110℃烘干，接著在一密閉的三氧化二鋁容器中于900℃焙燒1個小時。經過焙燒之后所生成的塊狀物，再用氧化鋯球研磨24小時，并再次干燥。

然后將所制得的干燥的粉料用80目的篩子過篩，與3-5重量%之脫離子水混合，并在5，000磅/平方吋（Psi）壓力下加壓形成盤形的生坯。將這些盤形的生坯放在一含有鉛源（PbZrO₃）的密閉的坩堝中于1200℃烘烤1小時。然后，將這些經烘烤的盤形材料之一部分直接從爐溫中放進脫離子水中淬火。將經淬火之盤形材料研磨，使其粒度大小可以通過80目的篩子。

同樣也將那些剩余下來的經烘烤的盤形材料研磨，使其粒度可以通過80目的篩子。

經用水淬火的粉料與未曾淬火的粉料以1-10之重量比混合，然后將此混合物再與以重量計為8%之15%（重量）之聚乙烯醇溶液相混合，在5，000磅/平方呎下用鋼模將混合物模壓成園盤。