[发明专利]陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含固溶体（或基本上由其组成）的陶瓷，所述固溶体含有Bi、K、Ti和Fe（以及可选地Pb），所述陶瓷表现出压电行为。

背景技术

基于对被施加的机械应变的响应，压电材料产生电场。该效应归因于材料内极化密度的改变。在压电效应是可逆的情况下，当电场被施加于材料时可以诱导出应力或应变。这些性质被用于压电传感器和驱动器，它们被广泛使用于一些具体的应用程序和仪器中。使用压电材料的例子包括医疗超声和声纳、声学、振动控制、火花点火器和（最近的）柴油燃油喷射。

具有钙钛矿或者钨青铜结构的一类陶瓷表现出压电行为。已有许多含铅的钙钛矿结构陶瓷的例子。例如，锆钛酸铅（Pb[Zr_xTi_1-x]O₃0<x<1），即众所周知的PZT，它表现出显著的压电效应，且是目前使用中最普通的压电陶瓷。然而它具有仅约200°C的最高工作温度。WO-A-2006/032872公开了含铅的钙钛矿化合物(BiFeO₃)_x–(PbTiO₃)_1-x，它表现出压电行为。

含铅装置的毒性正日益受到关注，这种关注也体现在环保法规和政策上。结果表明对无铅压电材料是越来越大的兴趣。已知的无铅压电材料有NaNbO₃、BiFeO₃、(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃、(Bi_1/2K_1/2)TiO₃、BaTiO₃、KNbO₃和固溶体如(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-(Bi_1/2K_1/2)TiO₃-BaTiO₃、(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-(Bi_1/2K_1/2)TiO₃-BiFeO₃（见Zhou et al,Mat.Chem.&Phys.,114,2009,832-836）、(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-(Bi_1/2K_1/2)TiO₃、(Bi_1/2K_1/2)TiO₃-BaTiO₃、(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-BaTiO₃、(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-BaTiO₃-BiFeO₃（见Nagata et al,Ferroelectrics,229,Issue1May1999,273-278）以及(K,Na)NbO₃。

JP-2008-069051公开了一种含有x(Bi_aK_1-a)TiO₃-(l-x)BiFeO₃和相当比例的非钙钛矿三元氧化物如Bi₂Fe₄O₉和Bi₃Ti₄O₁₂的压电陶瓷。当x是0.3时该陶瓷报道的最高居里点为480°C。

发明内容

本发明是基于这样的认识：通式为x(Bi_aK_1-a)TiO₃-yBiFeO₃-z PbTiO₃（如x(Bi_aK_1-a)TiO₃-(l-x)BiFeO₃（下文为xKBT-l-xBF））的固溶体基本上不含非钙钛矿相，通常表现出高的居里点（Curie point）和/或优异的压电活性。