[发明专利]压电陶瓷材料和使用该陶瓷的电子零件

说明书

本发明涉及压电陶瓷材料，更确切地说，涉及具有特征晶粒状况的压电陶瓷材料。

压电陶瓷广泛用于压电器件例如共振器、滤波器、表面声波滤波器、IR感受器、超声波感受器、压电蜂鸣器和压电执行器。这种压电陶瓷主要含有铅的钛酸盐锆酸盐陶瓷材料。压电陶瓷一般是这样制成的，将用作主要成分的氧化铅、氧化钛和氧化锆以预定的成分比率混合，成形形成坯体，然后对该坯体进行烧结。

日本公开的专利申请No．58-204579、4-305057和5-114308揭示了在这样的压电陶瓷中，一些陶瓷加入有玻璃成分。

具体地说，日本公开的专利申请No．58-204579揭示了加入有1-30％(重量)硅酸盐玻璃化合物、钠玻璃化合物或铅化合物的压电陶瓷。

日本公开的专利申请No．4-305057揭示了这样的压电陶瓷，其中玻璃成分进行结晶，形成晶相。日本公开的专利申请No．5-114308揭示了这样的陶瓷，其中铁电陶瓷分散于玻璃基质中。

然而，这样的压电陶瓷含有玻璃基质成分，而且玻璃结合进入晶界相内。因此，陶瓷的机械强度差，耐化学物质例如酸和碱的性能差，耐湿性差，所以陶瓷的可靠性有待提高。

鉴于上述现状，本发明人进行了广泛的研究，发现，具有特定晶界状况的压电陶瓷材料解决了上述缺陷。

因此，本发明提供含有氧化铅的一种压电陶瓷材料，其中存在着透射电子显微镜下观察到的并由许多构成烧结压电陶瓷材料而且彼此相邻的晶粒所限定的封闭区(下面即简称为“封闭区”)，它主要含有包含网格形成氧化物的玻璃相。在透射电子显微镜下，在封闭区以外的晶界处没有观察到玻璃相。

优选地，在本发明的压电陶瓷材料中，网格形成氧化物的总重量相对于晶粒的总重量约为100-700ppm。

本发明也提供了由所述压电陶瓷材料制成的电子零件。

联系附图并参照下面一些优选实施方式的详细说明，就会更好地理解并容易认识到本发明的各种其他目的、特征和许多附带优点。附图中：

图1是从本发明的压电陶瓷材料的TEM(透射电子显微镜)照片图获得的示意图；

图2是从对比的压电陶瓷材料的TEM(透射电子显微镜)照片图获得的示意图。

在上述压电陶瓷材料中，包含于封闭区内的玻璃相是不连续的，即，各个玻璃相不相通。也就是说，玻璃相仅在那些封闭区内可观察到，而在其他的晶界内没有观察到玻璃。玻璃相的存在能够通过TEM的方式观察到。封闭区主要含有玻璃相，该玻璃相含有Pb氧化物、Si氧化物和其他氧化物，而且可能含有微晶粒。在一些情形下，微晶粒中含有Pb、Si和Al。推测包含于封闭区内的Pb，是在烧结含Pb的压电陶瓷材料期间，通过在晶界处形成的含Pb液体成分离析而形成的。可以认为，液体成分的表面张力引起封闭区处的离析。相似地，认为Si和Al是通过烧结期间加到陶瓷原料的Si和Al离析并迁移入封闭区内而形成的。Si和Al的氧化物例如SiO₂和Al₂O₃是能够生成玻璃的网格形成氧化物。网格形成氧化物的总量相对于陶瓷颗粒总量，优选约为100-700ppm，因为这样能够实现玻璃相在封闭区处的充分形成和陶瓷颗粒的充分生长。这样就能够获得高的机械强度、高的耐化学物质例如酸或碱的性能、高的耐湿性和其他性能的高稳定性。

当网格形成氧化物的量低于100ppm时，存在于晶界内的网格形成氧化物液体不会引起封闭区的离析，而且烧结之后网格形成氧化物保留在晶界处，因此不可能使机械强度和耐化学物质性能提高。然而当网格形成氧化物的量超过700ppm时，机械强度会下降至常规的含玻璃基质的压电陶瓷材料的水平。这是因为过量的玻璃生成的氧化物会使离析的液体成分从封闭区溢流到陶瓷晶粒之间的晶界内。由于在这些晶界处玻璃生成的氧化物的存在，结果获得的就是常规的含玻璃基质成分的压电陶瓷。

用压电陶瓷材料可制成多种电子零件。用压电陶瓷制成的电子零件的例子包括共振器、滤波器、表面声波滤波器、IR感受器、超声波感受器、压电蜂鸣器和压电执行器。这些电子零件包括有装有电极的压电陶瓷体。

在本发明中，“压电陶瓷材料”一词指含有氧化铅的压电陶瓷材料。例子包括钛酸铅陶瓷材料、钛酸铅锆酸铅陶瓷材料、偏铌酸铅陶瓷材料和含铅的多成分的钙钛矿陶瓷材料。