[发明专利]陶瓷材料、压电驱动器和用于制备该陶瓷材料的方法

说明书

本发明申请是于申请日为2011年9月16日提交的、申请号为201180044883.0(国际申请号为PCT/EP2011/066138)以及发明名称为“基于钙钛矿陶瓷Bi0.5Na0.5TiO3的陶瓷材料、包含该陶瓷材料的压电驱动器和用于制备该陶瓷材料的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

提供一种陶瓷材料、一种具有该陶瓷材料的压电驱动器和一种用于制备该陶瓷材料的方法。

背景技术

在压电驱动器中通常应用锆钛酸铅(PZT)作为陶瓷材料。

发明内容

本发明的至少一个实施形式的目的是，提供一种改进的陶瓷材料，其是无铅的并且具有改进的电特性。所述目的通过根据本发明的实施例所述的陶瓷材料来实现。

至少另一个实施形式的目的是，提供一种具有所述陶瓷材料的压电驱动器和一种用于制备该陶瓷材料的方法。所述目的根据本发明的实施例所述的压电驱动器和根据本发明的实施例所述的方法来实现。

陶瓷材料的和用于制备陶瓷材料的方法的其他实施形式从如下描述中得到。

提出一种陶瓷材料，所述陶瓷材料具有通式(Bi_xNa_yM¹_zL_uM²_vV_w)(Ti_1-sZ_s)O₃。在此：x+y+z+u+v+w＝1，3x+y+z+3u+2v＝2和x、y、z、u大于0，v大于或等于0，特别是v大于0。此外，M¹包含元素周期表的第一主族中的至少一种元素，所述元素能够是一价的，并且M²包含元素周期表的第二主族中的至少一种元素，所述元素能够是二价的。L包含镧系元素中的至少一种元素，所述元素能够是三价的。V代表陶瓷材料的晶格中的空穴并且Z选自Zr、Hf和其组合物。

因此，提供一种基于钙钛矿陶瓷Bi_0.5Na_0.5TiO₃的陶瓷材料，所述陶瓷材料通过一种或多种元素改性。具有通式结构ABO₃钙钛矿陶瓷Bi_0.5Na_0.5TiO₃在陶瓷材料中是主要组分并且形成次晶格。在所述晶格中引入取代基M¹、M²、L和可选的Z和空穴V。

因此，在钙钛矿晶格中的A位能够部分地用元素M¹、M²或L占据，或者具有空穴V，在B位上能够部分地存在元素Z。

根据一个实施形式，对于陶瓷材料适用(Bi_xNa_yM¹_zL_uM²_vV_w)(Ti_1-sZ_s)O₃：0.005≤z≤0.25，0.005≤v≤0.25，0.001≤u≤0.02，0≤w≤0.02和0≤s≤0.2。

M¹还能够选自Li和K，M²能够选自Ca、Sr和Ba。因此，M¹能够包含碱金属并且M²包含碱土金属。L能够选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sn、Bu、Gd、Tb、Dy、Ho、Br、Tm和Yb。

根据另一实施形式，陶瓷材料是无铅的陶瓷材料。因此，提供对环境无害的和对健康无影响的陶瓷材料。

根据一个实施形式，陶瓷材料能够具有分子式Bi_0.49Na_0.335K_0.125Li_0.04Nd_0.01TiO₃。

根据上述实施形式的陶瓷材料具有高的延伸率，所述延伸率取决于非压电效应，即取决于场感生的相转换。

通过在钙钛矿晶格中的取代基和/或空穴使陶瓷材料的非极性的相在宽的温度范围内稳定。因此，陶瓷材料在极性的和非极性的相之间通常可逆的转换的方面，具有相对于在宽的温度范围内的温度变化的稳定性。因此，在所述宽的温度范围内，非极性的相不能通过温度变化而转换到极性的相中。通常，这种转换跟随有迟滞和高的介电损耗，这导致在能量传输时效率下降。