CN1093845C - 压电陶瓷、生产压电陶瓷的方法以及压电振荡器 - Google Patents
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Abstract
一种压电陶瓷，包含钛酸铅作为主要成份，其中主要成份含有钛氧化物结晶相。用于生产陶瓷的方法，并且还揭示了使用陶瓷的压电振荡器。
Description
本发明涉及一种压电陶瓷，本发明尤其涉及一种在10MHz或者更高的高频中有用的压电陶瓷。本发明还涉及一种使用压电陶瓷的压电振荡器，以及生产压电陶瓷的方法。
包含钛酸铅作为主要成份的压电陶瓷已经经常地用于振动频率为10MHz或更高的压电振荡器。在这种类型的振荡器中，使用了振荡器中纵向振动的三级振动模式。尤其是在高频范围内使用这种模式是较好的，以达到对输入信号的良好响应。增强压电陶瓷三级振动的响应的方法是已知的，其中减小陶瓷的孔隙，以使陶瓷密实。但是，除改进三级振动的响应外，压电陶瓷的密实化还增强了五级振动的响应，其中当使用三级振动模式时五级振动是不必要的。由此，需要改进这种产生五级振动的压电振荡器的特性。
相反，有一种用于通过形成散布在压电陶瓷中的孔隙，抑制五级振动的响应的方法。但是，在这种情况下，孔隙度增加，不利地恶化了压电陶瓷的机械强度和可靠性。
考虑到上述的问题，本发明提供了一种压电陶瓷，不需恶化其机械强度和可靠性，就抑制了五级振动的响应。根据本发明的另一个方面，提供了一种生产压电陶瓷的方法。另外，本发明提供了使用压电陶瓷的压电振荡器。
相应地，在本发明的第一方面中，提供了一种压电陶瓷，主要包含钛酸铅陶瓷，其中还包含有三氧化钛结晶相，并且使得三氧化钛结晶相分散在含钛酸铅陶瓷中。
通过使用这样的结构，减小了五级振动的响应，由此抑制了不必要的振动，而不需恶化压电陶瓷的强度和可靠性。
较好地，氧化钛结晶相的晶粒尺寸大约4到28μm。
在本发明的第二方面，提供了一种用于生产压电陶瓷的方法，包含步骤：在大约1230到1245°度烧制紧密结合的压电陶瓷，该压电陶瓷主要地含有钛酸铅陶瓷并且还包含分散在钛酸铅陶瓷中的氧化钛结晶。
通过使用这样的温度范围，可以抑制五级振动的响应，而大致上不抑制三级振动。
在本发明的第三实施例中，提供了一种用于生产压电陶瓷的方法，包含如下步骤1到5：
1混合含有铅氧化物和氧化钛的压电陶瓷材料以产生混合物；
2烧制混合物，由此产生煅烧的产物；
3.挤压煅烧产物，并将氧化钛粉末和一种黏合剂加到挤压产物，由此产生含黏合剂的混合物；
4.模塑含黏合剂的混合物，由此产生致密物；以及
5.烧制致密物。
通过使用这些步骤，确保了将氧化钛结晶相散布到钛酸铅中作为主要成份。
在本发明的第四方面，提供了一种压电振荡器，包含绝缘基片、压电陶瓷元件、引线端子、和覆盖压电陶瓷元件的外部树脂，其中
绝缘基片上具有印刷电极，
压电陶瓷元件主要包含钛酸铅陶瓷，还包含氧化钛结晶相并且氧化钛结晶相分散在钛酸铅陶瓷中；在压电陶瓷元件上还具有形成于压电陶瓷元件的两个主表面上并电气连接到印刷电极的电极；
引线端子电气连接到印刷电极。
在本发明的第五实施例中，提供了一种压电振荡器，包含压电陶瓷元件，夹着压电陶瓷元件的上下基片，以及外部电极，其中
压电陶瓷元件主要包含钛酸铅陶瓷，还包含氧化钛结晶相并且氧化钛结晶相分散在钛酸铅陶瓷中；压电陶瓷元件还具备形成在压电陶瓷的两个主表面上的内部电极，
外部电极电气连接到内部电极并且形成在压电陶瓷元件的侧面以及上下基片的侧面上。
通过使用这样的结构，提供了一种压电振荡器，其中抑制了不必要的五级振动的响应。
参照下面结合了附图，对本发明的较佳实施例的详细描述，将容易理解本发明的许多随之产生的优点，这些附图是：
图1是根据本发明的压电振荡器的概略的透视图；
图2是根据本发明的一个实施例的部分被切掉的压电振荡器的透视图；
图3是根据本发明的另一个实施例的部分被切掉的压电振荡器的透视图。
根据本发明的压电陶瓷包含钛酸铅作为主要成份，主要成份含有氧化钛结晶相。
根据需要，压电陶瓷还可以含有各种次要成份，诸如La2O3和MnO。
本发明的氧化钛结晶相指次要相，包含氧化钛，并且其形式不受特别限制。
氧化钛的结晶相可以通过在烧制时分离钛酸铅中的氧化钛，或者通过单独将氧化钛粉末加到钛酸铅，然后结晶而产生。
根据本发明的压电陶瓷的烧制温度必需是形成氧化钛结晶相的温度。烧制温度越高，氧化钛结晶相和主要成份的比值越大，并且氧化钛结晶相的晶粒尺寸越大。
下面将通过例子，参照如图1到3详细描述产生压电陶瓷和压电振荡器的方法。图1是根据本发明的压电振荡器的概略的透视图。图1中的双点连线表示保护罩和模塑树脂的位置。
提供PbO，TiO2，La2O3，和MnCO3粉末作为开始材料。对粉末进行称量，以便得到预定的比例，并通过使用球磨机湿拌，由此得到混合物。将混合物在980℃中保持1小时进行脱水和粒化，由此得到煅烧产品。煅烧产品被挤压，并加上黏合剂，由此得到含有黏合剂的混合物。含有黏合剂的混合物在4ton/cm2的压力下被压铸为平板，由此得到致密物。致密物在1220-1260℃煅烧，由此导致主要成份中TiO2结晶相的沉淀。电极形成在压电陶瓷的两个主表面上，由此得到压电陶瓷元件。
由此得到的压电陶瓷被镜面抛光，并接受SEM摄影术，以便测量陶瓷主要成份中TiO2的平均晶粒尺寸。通过使用阻抗增益相位分析仪决定压电陶瓷元件的三级振动(3θmax)和五级振动(5θmax)。结果示于表1中。没有TiO2的样品作为比较样品(比较例)。表1中用*做记号的样品落在本发明限制的范围外面。
表1
| 样品号 | 烧制温度(℃) | TiO2的平均晶粒尺寸(μm) | 3θmax(deg) | 5θmax(deg) |
| *1 | 1220 | 3.0 | 82.6 | 54.1 |
| 2 | 1230 | 4.0 | 81.3 | 49.2 |
| 3 | 1235 | 4.5 | 80.5 | 41.8 |
| 4 | 1240 | 5.0 | 80.5 | 41.0 |
| 5 | 1245 | 28.0 | 78.7 | 32.3 |
| *6 | 1250 | 52.5 | 64.1 | -21.3 |
| *7 | 1260 | 100.0 | 59.7 | -25.4 |
| 比较例 | 1180 | - | 81.6 | 54.5 |
在本发明限制的范围外面的样品，用*做记号
如从表1中显见的，和没有TiO2结晶相的样品相比，具有TiO2的结晶相的样品的五级振动响应(5θmax)被抑制。
较好地，TiO2结晶相的平均晶粒尺寸落在大约4-28μm范围中。这是因为，当平均晶粒尺寸小于4μm(如样品1的情况)时，抑制五级振动响应(5θmax)的效果不利地减小，而在TiO2结晶相的平均晶粒尺寸大于大于28μm(如样品6或7的情况)时，还抑制了三级振动响应(3θmax)，这是不利的。
压电陶瓷物料的烧制温度最好在大约1230-1245℃。这是因为，当烧制温度低于低于1230℃(如样品1的情况)时，抑制五级振动响应(5θmax)的效果不利地小，而当烧制温度高于大约1245℃(如样品6或7的情况)时，还抑制了三级振动响应，这是不利的。
例2
按照类似于例1所述的方法，生产PbTiO3煅烧产物。挤压煅烧的PbTiO3，并将TiO2粉末加到其上，并与其混合。加入粘结剂，并和得到的碎料混合，由此得到含粘结剂的混合物。含粘结剂的混合物在4tom/cm2的压强下被压塑为平板，以得到一致密物。在1180℃烧制混合物，由此得到本发明的压电陶瓷。在压电陶瓷的两个主表面上形成电极，由此得到压电陶瓷元件。
如例1所述，对得到的压电陶瓷进行测量，由此确认存在着为压电陶瓷的主要成份的PbTiO3中有TiO2结晶相，并且压电陶瓷的五级振动响应被抑制了。
例3
下面将描述树脂模制型压电振荡器。但是，本发明的压电振荡器不限于这种类型的压电振荡器。
如图1所述，电极3b形成在由例1或例2得到的压电陶瓷3a的两个主表面上，由此得到压电陶瓷元件3。随后，提供印刷有三个印刷电极7的绝缘基片5，并将压电陶瓷元件3通过使用导电粘剂(未作描述)，安装到绝缘基片5上，从而压电陶瓷元件3的下侧上的电极直接连接到两个印刷电极7。压电陶瓷元件3的上表面上的电极通过使用线15，连接到剩下的印刷电极7。引线端子9焊接在印刷电极7上，此后，通过模塑用外部树脂覆盖整个绝缘基片，由此得到压电振荡器1。压电陶瓷3a的振动区域如此形成，即，将先给相应的部分加蜡，然后在外部树脂13固化时蒸发由此得到一个腔。
例4
下面将描述表面安装的压电振荡器。但是，本发明的压电振荡器不限于这种类型的振荡器。
如图2所示，内部电极4b形成在通过例1或2得到的压电陶瓷4a的两个主表面上，由此得到压电陶瓷元件4。结果，由绝缘材料制成的上下基片6a和6b分别通过使用环氧基粘剂8被固定到压电陶瓷元件4的上下主表面上，用于支持其间的压电陶瓷元件4。外部电极10形成在压电陶瓷元件4的外部表面上，内部电极4b印刷到该外部电极10，由此得到压电振荡器2。
如图3所示，当上基片由介质基片形成，而外部电极10另外设置在压电振荡器2的上表面的中心时，可以得到具有电容器功能的压电振荡器2。为了用作振动区域，上下基片6a和6b都提供有凹部，用于形成腔。
Claims (8)
1.一种压电陶瓷，主要包含钛酸铅陶瓷，其特征在于，
还包含氧化钛结晶相，所述氧化钛结晶相分散在所述钛酸铅陶瓷中。
2.如权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于，
所述氧化钛结晶相的平均晶粒尺寸是4-28μm。
3.一种生产压电陶瓷的方法，其特征在于，包含
在1230-1245℃烧制由压电陶瓷制成的致密物，所述致密物主要包含钛酸铅陶瓷，还包含分散在所述钛酸铅陶瓷中的氧化钛结晶相。
4.一种用于生产压电陶瓷的方法，其特征在于包含下面的步骤(1)到(5)：
(1)混合含有铅氧化物的压电陶瓷材料和氧化钛，由此产生混合物；
(2)烧制混合物，由此产生煅烧产物；
(3)挤压煅烧产物，并将氧化钛粉末和粘结剂加入煅烧产物，由此产生含粘结剂的混合物；
(4)模制含粘结剂的混合物，由此产生致密物；及
(5)烧制致密物。
5.一种压电振荡器，包含绝缘基片、压电陶瓷元件、引线端子和覆盖所述压电陶瓷元件的外部树脂，其特征在于
所述绝缘基片上具有印刷电极，
所述压电陶瓷元件主要包含钛酸铅陶瓷，还包含氧化钛结晶相并且所述氧化钛结晶相分散在所述钛酸铅陶瓷中；在所述压电陶瓷元件上还具有形成于所述压电陶瓷元件的两个主表面上并电气连接到所述印刷电极的电极；
引线端子电气连接到印刷电极。
6.如权利要求5所述的压电振荡器，其特征在于，
所述氧化钛结晶相的平均晶粒尺寸是4-28μm。
7.一种压电振荡器，包含压电陶瓷元件，夹着所述压电陶瓷元件的上下基片，以及外部电极，其特征在于，
所述压电陶瓷元件主要包含钛酸铅陶瓷，还包含氧化钛结晶相并且所述氧化钛结晶相分散在所述钛酸铅陶瓷中；所述压电陶瓷元件还具备形成在所述压电陶瓷的两个主表面上的内部电极，
所述外部电极电气连接到内部电极并且形成在所述压电陶瓷元件的侧面以及上下基片的侧面上。
8.如权利要求7所述的压电陶瓷，其特征在于，
所述氧化钛结晶相的平均晶粒尺寸是4-28μm。
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