[发明专利]压电材料、多层致动器以及用于制备压电构件的方法

说明书

本发明涉及压电材料，其适于制备具有内电极的压电构件。此外，本发明还涉及压电式多层致动器(Vielschicht-Aktuator)以及用于制备压电构件的方法。 

由出版物DE 102004002204 A1中已知一种压电陶瓷材料。 

待实现的目的在于提供一种压电材料，其非常适用于压电式多层致动器应用。 

描述了一种基于PZT(铅-锆酸盐-钛酸盐)制备的压电材料。 

特别在汽车工业中，压电构件作为致动器的应用对可靠性以及在时间上的稳定性和热稳定性上有高的要求。此外，这种应用还期望在对致动器施加电压时产生与高制动力相组合的高动态致动器偏转。特别适用的材料是基于铅-锆酸盐-钛酸盐(Pb(Zr_1-yTi_y)O₃，PZT)的压电陶瓷。在PZT陶瓷情况下，该所需的压电材料特性首先是通过调节在相应于通式Pb(Zr_1-yTi_y)O₃的PZT的钙钛矿结构(Perowskit-Struktur)中的锆(Zr)和钛(Ti)之间的特定数量比实现的。特别有利的压电特性是用其Zr/Ti-比在所谓的准同型相界(MPG)范围内的PZT材料达到的。因此优选选择的PZT材料是Pb(Zr_1-yTi_y)O₃，其y～0.45-0.50。此外，该PZT的材料特性可通过加入某些可溶于PZT的钙钛矿结构中的物质即也可称为掺杂物质或掺杂剂依各应用进行非常宽的和针对性的调节。PZT材料的改性例如可通过合适的元素或合适的元素组合来取代在A-位(Pb-位)的铅(Pb)和/或在B-位(Zr/Ti-位)的Zr/Ti实现。对压电式PZT材料的热稳定性而言，有利的是通过这种材料改性不会太大地降低其相对高的居里温度即T_C～360℃。这主要是通过使添加剂或掺杂剂的浓度保持尽可能低而实现的。 

该所述的压电材料除含PZT基础材料外还含掺杂物质形式的添加剂。借助于掺入PZT基础材料中的添加剂可使PZT基础晶格的晶格位由不是PZT所预定的材料所占据，由此可对该材料的电特性和机械特性产生有利影响。该掺杂物质在压电材料中的份额优选为至多2.5摩尔％。 

特别优选是由PZT基础材料和掺杂物质形成混晶，其中该铅-锆酸盐-钛酸盐和该掺杂物质形成固溶体。借助于对PZT掺杂特别是成功地实现了将阳离子引入到该PZT主晶格的B-位上，由此可进一步显著改进该材料的电特性。

特别优选使用陶瓷材料作为掺杂物质，该材料相应于通式[(M₁O)_1-p(M₂O)_p]_a[Nb₂O₅]_1-a，其中M₁代表Ba_1-tSr_t，0≤t≤1和M₂代表锶和/或钙，其中2/3＜a＜1和0＜p＜1。 

借助于由PZT和该给定式的掺杂物质组成的给定混合物将M₂阳离子成功地引入到该钙钛矿主晶格的表观B-位上，这特别有效，因为该PZT基础材料和该掺杂物质形成混晶。作为PZT基础材料特别可使用组成Pb(Zr_1-yTi_y)O₃，其中0.05≤1-y≤0.60，并且主晶格相应于钙钛矿型的ABO₃晶格类型。参数1-y选择为0.5-0.6可将锆/钛-比调节到所述的准同型(morphotropen)相界的范围，这产生对于陶瓷材料特别好的特性。 

此外，按压电材料的另一种实施方案，该钙钛矿结构类型的添加成分比例可至多为50摩尔％。 

该掺杂物质可含冰晶石结构类型，由此可使该掺杂物质或部分掺杂物质在PZT主晶格中有特别好的溶解性。 

该掺杂物质可作为含冰晶石结构的化合物以固溶体存在于主晶格中。 

关于掺杂物质可区分为三种不同的化学计算量组成或参数范围： 

参数范围1：6/7＜a＜1。 

参数范围2：2/3＜a＜4/5。 

参数范围3：4/5≤a≤6/7和1/4≤p≤1/3。