[发明专利]压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及特别要求耐热的、用于表面安装型压电元件的压电陶瓷及其制备方法。

作为陶瓷滤波器等器件中的压电陶瓷，过去广泛应用的是主要由锆钛酸铅(如Pb(TixZr_1-x)O₃或PZT)之类材料组成的压电陶瓷。

具有平坦的群延迟时间(GDT)特性和小的相位失真等优良特性的陶瓷滤波器中所用的材料，要求其机械品质因子Qm小。曾试验添加各种微量添加剂以改进其压电特性。已知的材料有加入了氧化铌，氧化锑，氧化钽之类添加剂的锆钛酸铅以及其中部分铅原子被稀土元素取代的锆钛酸铅。

但是，上述这些Qm小的压电陶瓷，即使其居里温度高，仍然具有缺点，即当形成在压电陶瓷两边的电极之间的间隙开路时，随着温度的上升，其电气机械耦合因子K下降而且其谐振和反谐振频率显著偏移(虽然在闭路时情况良好)。因此它们用作表面安装型滤波器时会有问题，就是在进行回流焊接(reflowsoldering)受到高温时(约250℃)其滤波特性会显著变坏。

日本专利公开平6-1655至1657号揭示，将锰化合物由Qm数值小、居里温度高的压电陶瓷的表面热扩散，使氧化锰不均匀分布在晶粒边界层，可降低晶粒边界部分的电阻率和提高耐热性，以解决上述问题。

但是在制造方面的问题是，当将锰化合物由压电陶瓷表面进行热扩散时，如果热扩散炉中的温度分布宽，或者在制造过程中由于蒸发等原因而使PZT系统压电陶瓷中的Pb数量波动，压电陶瓷的特性变化很大。而且晶粒边界部分的电阻率降低以及耐热性的提高也不足够。

因此，本发明的目的是提供一种压电陶瓷以解决上述问题，这种压电陶瓷的机械品质因子Qm小而且具有优良的耐热性，例如群延迟时间特性平坦和相位失真小并可适用于表面安装的滤波元件中所用的压电陶瓷，以及稳定地制造这种压电陶瓷的方法。

本发明的压电陶瓷的特征是，氧化锰和氧化铅以高浓度(与至少含有铅、锆和钛的复合氧化物的压电陶瓷晶体内的晶粒中相比)共存于这种压电陶瓷的晶粒边界部分。

本发明的压电陶瓷的制造方法的特征是，在至少含有铅、锆和钛的复合氧化物的压电陶瓷的表面粘附锰化合物和铅化合物，然后进行热处理，使金属氧化物扩散到压电陶瓷的晶粒边界部分。

由于氧化锰和氧化铅以高浓度(相对于压电陶瓷晶体内的晶粒中而言)共存于压电陶瓷晶粒的边界，就使压电陶瓷的电阻率下降，耐热性提高。

此外，在本发明的制造方法中，当将锰和铅的化合物粘附于压电陶瓷表面然后对其进行热处理时，在扩散温度下铅化合物熔化在压电陶瓷的表面(例如，氧化铅的熔点是890℃)。因此，锰化合物可容易地迁移到压电陶瓷的晶粒边界部分，所以它可在很宽的温度范围内均匀扩散。而且，即使压电陶瓷晶粒边界部分铅的数量较少，熔化在表面的铅化合物也可促进锰化合物扩散到晶粒边界。

参照下面的说明和附图，将可更清楚地看到本发明的上述优点和其它优点。

图1显示了电阻率ρ随扩散温度的变化；

图2显示了电气机械耦合因子K随扩散温度的变化。

以下通过实施例更具体地说明本发明。

首先，以可制得机械品质因子Qm小的压电陶瓷的组分PbO，SrCO₃，La₂O₃，TiO₂和ZrO₂等的粉末作为原料。称量各种粉末，以便制得组成为(Pb_0．95Sr_0．03La_0．02)(Zr_0．51Ti_0．49)O₃的陶瓷，然后加入水，在球磨机中进行湿磨混合。

将这样得到的混合物干燥，然后在800-900℃煅烧2小时。再将煅烧后的材料用球磨机粉碎制得原料粉。

在原料粉中加入水或聚乙烯醇之类的结块剂，用压机模压以后，在1150-1250℃的温度下烧结2小时，得到20×30毫米和0．75毫米厚的矩形片状陶瓷。

同时，用清漆把MnCO₃和PbO粉末揉捏在一起，得到一种糊料。

然后，用丝网印刷法将所得的糊料涂敷在陶瓷的表面，让它干燥，再在约850-1100℃热处理2小时，使锰化合物扩散。此后，将该陶瓷片抛光至厚度为0．5毫米厚，在其两边表面涂敷银电极并焙烧。然后在绝缘油中2-3千伏／毫米的电场下对它进行极化处理30分钟(温度：室温-100℃)，以得到压电陶瓷。