[发明专利]硬PZT陶瓷、压电多层部件和制造压电多层部件的方法

说明书

说明了一种硬锆钛酸铅（PZT）陶瓷，其具有ABO₃结构，所述结构包括A位置和B位置，其中所述PZT陶瓷在所述B位置上掺杂了Mn和Nb，并且比例Nb/Mn2。还说明了一种具有这种PZT陶瓷的压电多层部件以及一种用于制造压电多层部件的方法。

技术领域

说明了一种硬锆钛酸铅（PZT）陶瓷、一种压电多层部件以及一种用于制造压电多层部件的方法。

背景技术

具有压电特性的PZT陶瓷可以承受高的电气和机械负荷。硬PZT陶瓷特别是可以用于共振应用，例如以压电变压器的形式。为了在压电变压器中使用PZT材料系统，重要的是在烧结期间保持材料特性并确保器件的几何形状。

发明内容

至少一个实施方式的任务是说明一种具有改善的特性的硬PZT陶瓷。其他任务是提供一种具有PZT陶瓷的压电多层部件以及一种用于制造压电多层部件的方法。这些任务通过根据独立权利要求的PZT陶瓷、压电多层部件以及方法加以解决。有利的配置是从属权利要求的主题。

说明一种硬锆钛酸铅（PZT）陶瓷，其具有ABO₃结构，该结构包括A位置和B位置，其中所述PZT陶瓷在所述B位置上掺杂了Mn和Nb，并且比例Nb/Mn2。

此处和下文中，PZT陶瓷应理解为基于系统的陶瓷。这种系统具有ABO₃结构，其中对于纯锆钛酸铅来说Pb占据A位置，而占据B位置。如果所述陶瓷中还有其他元素，则称为掺杂，所述掺杂可能存在于所述A位置和/或所述B位置上。在此，式子ABO₃描述了PZT陶瓷的晶体结构，其中在基本组成中A为2值，而B为4值。

如果基本组成被掺杂有受体，则称为“硬”PZT陶瓷。在这种情况下，受体是与A位置和B位置上的相应晶格原子相比化合价较低的正离子。硬PZT陶瓷的特征可以是低的机械损耗（Q_m=1000至2000）或介电损耗（=0.3％至0.4％）。

可以获得在所述B位置上掺杂了Mn和Nb且比例Nb/Mn2的PZT陶瓷，同时在其制造时在烧结期间硬压电特性没有明显下降。由此可以确保硬PZT陶瓷的材料特性以及包含所述PZT陶瓷的器件的几何形状得以保持。此外将实现的是，所述PZT陶瓷在大的配方范围内具有类似的硬压电特性，从而在制造用于制造所述PZT陶瓷的粉末状原始混合物时的工艺波动也几乎不会对包含所述PZT陶瓷的压电部件产生任何影响。

根据一个实施方式，1.4Nb/Mn2，特别是1.45Nb/Mn1.9。对于Nb与Mn的该比例来说，在烧结期间不会观察到所述硬压电特性的显著下降。

根据一个实施方式，所述PZT陶瓷具有通式

。

在此，A_xA包括掺杂元素Al_xAl到Aa_xAa，其中a是在所述A位置上的掺杂元素的数量，并且。此外，B_xB包括掺杂元素B1_xB1到Bb_xBb，其中b是在所述B位置上的掺杂元素的数量，并且。这意味着，对于a=1来说，，或对于b=1来说，，因此分别在所述A位置上仅存在一种掺杂元素或在所述B位置上除了Mn和Nb之外还仅存在一种掺杂元素。对于a＞1或b＞1来说，在各自位置上存在掺杂元素A1、A2等直到Aa，或B1、B2等直到Bb。a例如可以为2，b同样例如可以为2。

A1至Aa彼此独立地选自包括Na、K、Nd、La、Ba、Sr、Ca、Bi和Ag的组。B1至Bb彼此独立地选自包括Fe、Zn、Ge、Sn、Al、Ga、Sb和Cu的组。例如，所述A位置可以掺杂有Na和/或K。所述B位置可以特别是掺杂有Cu。