CN1457329A - 锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法,压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件 - Google Patents

锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法,压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件 Download PDF

Info

Publication number
CN1457329A
CN1457329A CN02800254A CN02800254A CN1457329A CN 1457329 A CN1457329 A CN 1457329A CN 02800254 A CN02800254 A CN 02800254A CN 02800254 A CN02800254 A CN 02800254A CN 1457329 A CN1457329 A CN 1457329A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
lead
oxide powder
piezoelectric ceramics
zirconate titanate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN02800254A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1221490C (zh
Inventor
滩研一
冈田一成
木田雅隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN1457329A publication Critical patent/CN1457329A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1221490C publication Critical patent/CN1221490C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
    • C04B35/493—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT containing also other lead compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/003—Titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G33/00—Compounds of niobium
    • C01G33/006—Compounds containing, besides niobium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00—Compounds of manganese
    • C01G45/006—Compounds containing, besides manganese, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00—Compounds of cobalt
    • C01G51/006—Compounds containing, besides cobalt, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30—Three-dimensional structures
    • C01P2002/34—Three-dimensional structures perovskite-type (ABO3)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30—Three-dimensional structures
    • C01P2002/36—Three-dimensional structures pyrochlore-type (A2B2O7)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/74—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by peak-intensities or a ratio thereof only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10—Solid density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3241—Chromium oxides, chromates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3248—Zirconates or hafnates, e.g. zircon
    • C04B2235/3249—Zirconates or hafnates, e.g. zircon containing also titanium oxide or titanates, e.g. lead zirconate titanate (PZT)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3275—Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3296—Lead oxides, plumbates or oxide forming salts thereof, e.g. silver plumbate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种使用固相方法制备含有均匀良好锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基粉末的方法。该方法包括将氧化铅粉末、氧化锆粉末和氧化钛粉末混合成混合的基本粉末；热处理该混合的基本粉末，使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应形成钛酸铅，并且使未用于该反应中的未反应的氧化铅、反应形成的钛酸铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应形成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。

Description

锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法， 压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件
发明的背景
技术领域
本发明涉及含有锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，使用该粉末制备压电陶瓷的方法，用该方法制得的压电陶瓷以及压电陶瓷元件。
背景技术
用于压电陶瓷元件(例如激励器和变压器)的压电陶瓷是使用锆酸钛酸铅基陶瓷粉末作为原料制得的，所述陶瓷粉末含有大机电系数的锆酸钛酸铅作为主要组分。
为了合成锆酸钛酸铅基陶瓷粉末，使用所谓的固相法，它包括称重氧化铅(PbO)粉末、氧化锆(ZrO2)粉末和氧化钛(TiO2)粉末，混合，粉碎，随后热处理。
在热处理过程中，首先在约500℃，氧化铅粉末中的氧化铅与氧化钛粉末中的氧化钛反应，形成钛酸铅(PbTiO3)，同时(严格地说，在约600-700℃钛酸铅形成过程中)。氧化铅粉末中的氧化铅与氧化锆粉末中的氧化锆反应，形成锆酸铅(PbZrO3)。在约800-1000℃，钛酸铅和锆酸铅反应，形成锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)。
但是，在上述热处理步骤中，为了通过锆酸铅与钛酸铅反应形成具有均匀晶体结构的锆酸钛酸铅，必须溶解形成的锆酸铅和钛酸铅并使之均匀反应。也就是说，一旦制得锆酸铅，由于锆酸铅的制备/溶解温度高，因此应提高锆酸钛酸铅的合成温度。如果合成温度上升，则锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中锆酸钛酸铅晶粒的晶粒生长加快，并且晶粒变粗糙。结果，由于锆酸钛酸铅晶粒的反应性下降，因此当烧制锆酸钛酸铅基陶瓷粉末制备压电陶瓷时，烧结温度上升。当烧结温度上升时，铅组分部分挥发，形成的烧结密实体(压电陶瓷)的组成比容易发生变化。
在日本未审定专利申请公报5-306122中本发明的发明人公开了一种技术，为了低温合成锆酸钛酸铅基陶瓷粉末，该技术包括将除铅以外的组分的烷氧化物水解制得的单分散性复合氧化物的细粉与氧化铅粉末混合，随后热处理，从而无需产生中间化合物就可直接获得锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
但是，在该使用烷氧化物作为原料的方法中，该方法是复杂并且烦琐的，原料本身的成本较高，因此对工业生产来说该方法并不完美。
发明的概述
鉴于上述情况完成了本发明，本发明使用保持低热处理温度的固相法，可制得具有均匀、良好晶体结构的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。本发明还可用于制造质量稳定的压电陶瓷，通过低烧制温度其组成比很少发生变化，本发明还使用该压电陶瓷提供压电陶瓷元件。
也就是说，本发明涉及一种锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，它包括以下步骤：将氧化铅粉末、氧化锆粉末和氧化钛粉末混合成混合的基本粉末；热处理该混合的基本粉末，使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应形成钛酸铅，并且使未用于该反应中的未反应氧化铅、反应形成的钛酸铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应形成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末(下面将用于制备锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的本方法称为本发明的第一制备方法)。
本发明还涉及一种锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，它包括第一步：将氧化铅粉末和氧化钛粉末混合并热处理，从而使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应，生成含钛酸铅的钛酸铅基粉末；第二步：将钛酸铅基粉末、另一份氧化铅粉末和氧化锆粉末混合并热处理，使钛酸铅基粉末中的钛酸铅、另一份氧化铅粉末中的氧化铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应，生成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末(下面将制备锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的本方法称为本发明的第二种制备方法)。
根据本发明的第一或第二种制备方法，在合成锆酸钛酸铅的热处理步骤中，可以抑制需要高温处理的锆酸铅产生，从而可将制备锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的热处理温度保持在低的温度。因此，形成的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末具有均匀的良好的晶体结构(晶粒结构)和优良的反应性。当使用该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末形成压电陶瓷时，可减少晶粒边界上存在的未反应的氧化铅的量。
本发明还提供使用本发明第一种制备方法制备压电陶瓷的方法，它包括以下步骤：将氧化铅粉末、氧化锆粉末和氧化钛粉末混合成混合的基本粉末；热处理该混合的基本粉末，使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应形成钛酸铅，并且使未用于该反应中的未反应的氧化铅、反应形成的钛酸铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应形成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末；将该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末成形成预定形状并烧制该形成的密实体坯料。
本发明还提供使用本发明第二种制备方法制备压电陶瓷的方法，它包括第一步：将氧化铅粉末和氧化钛粉末混合并热处理，从而使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应，生成含钛酸铅的钛酸铅基粉末；第二步：将钛酸铅基粉末、另一份氧化铅粉末和氧化锆粉末混合并热处理，使钛酸铅基粉末中的钛酸铅、氧化铅粉末中的氧化铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应，生成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末；第三步：将该锆酸钛酸铅陶瓷粉末成形成预定形状并烧制该形成的密实体坯料。
根据所述各种制备压电陶瓷的方法，在合成锆酸钛酸铅的步骤中可抑制锆酸铅的形成，从而用于制备锆酸钛酸铅基陶瓷粉末所需的热处理温度可保持低的温度。另外，由于锆酸钛酸铅基陶瓷粉末具有均匀良好的晶体结构，因此可改善其反应性。也就是说，当使用陶瓷粉末形成压电陶瓷时，烧制温度可保持在低的温度，并可减少在形成的压电陶瓷的晶粒边缘上未反应氧化铅的含量。也就是说，可以获得组成比很少发生变化、质量稳定并且机电系数大的压电陶瓷。
本发明还提供一种用本发明压电陶瓷制备方法制得的压电陶瓷，并且本发明提供一种压电陶瓷元件，它包括本发明压电陶瓷和置于该压电陶瓷上的电极。
在用这种方法制得的压电陶瓷中，未反应的铅的含量是低的，当将该压电陶瓷用于压电陶瓷元件时，可极大地改进压电特性。在使用该压电陶瓷的压电陶瓷元件中，可极大地改进该压电陶瓷元件的压电特性。
由下面参照附图对本发明实施例的描述可容易地得知本发明的其它特征和优点。
附图简述
图1是实施例1的锆酸钛酸铅的合成方法中各种化合物的XRD峰强度比；
图2是比较例的锆酸钛酸铅的合成方法中各种化合物的XRD峰强度比；
图3是实施例1、2和7以及比较例的压电陶瓷的烧结温度和烧结密度之间的关系；
图4是实施例1、2和7以及比较例的压电陶瓷的烧结温度与机电系数之间的关系；
图5是氧化钛粉末的比表面积和氧化锆粉末的比表面积以及在锆酸钛酸铅合成方法中产生锆酸铅之间的关系；
图6是实施例5合成锆酸钛酸铅(其中加有氧化铌粉末)的方法中各种化合物的XRD峰强度比；
图7是实施例5的比较例中合成锆酸钛酸铅(其中加有氧化铌粉末)的方法中各种化合物的XRD峰强度比；
图8是实施例6试样40的烧绿石相和钙钛矿相的XRD峰强度和煅烧温度之间关系；
图9是实施例6试样41的烧绿石相和钙钛矿相的XRD峰强度和煅烧温度之间关系；
图10是实施例8构成压电滤波器的叠层物的装配图；
图11是实施例8压电滤波器的透视图；
图12是实施例9压电变压器的部分剖开透视图；
图13是实施例10激励器的剖面示意图。
实施本发明的最佳方式
在本发明第一种制备方法和第二种制备方法以及制备压电陶瓷的方法中，当使用含氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末的混合的基本粉末(下面将该混合的基本粉末称为“压电材料”)合成锆酸钛酸铅时，使用这样的反应步骤即主要使氧化铅和氧化钛反应合成钛酸铅，并使钛酸铅、氧化铅和氧化锆反应合成锆酸钛酸铅。从而抑制形成锆酸铅直至合成锆酸钛酸铅。
具体地说，在本发明的第一种制备方法中，通过选择对氧化铅具有高活性的氧化钛粉末和选择对氧化铅不太活泼的氧化锆粉末，可使氧化铅和氧化钛优先相互反应，另外，由于形成的钛酸铅与未反应的氧化铅(该氧化铅未用于钛酸铅的合成反应)和氧化锆(它基本未介入钛酸铅的合成反应)反应，可在一系列反应体系中基本抑制锆酸铅的形成。在本发明的第二种制备方法中，在第一步不使用氧化锆，并且由于在第二步中使第一步形成的钛酸铅与氧化铅和氧化锆反应，因此可在一系列反应体系中基本抑制锆酸铅的形成。
另外，在任何一种制备方法中，无需完全抑制锆酸铅的形成，即便形成少量锆酸铅也能取得明显的效果。所述少量是指在锆酸钛酸铅合成过程中用XRD分析仪同时测定烧绿石相的XRD峰强度和锆酸钛酸铅的XRD峰强度时，锆酸铅的XRD峰强度约为锆酸钛酸铅的XRD峰强度的0.4倍或更小。也就是说，在合成锆酸钛酸铅的过程中，在热处理步骤中，如果锆酸铅的XRD峰强度为锆酸钛酸铅的XRD峰强度的0.4倍或更小，较好0.2倍或更小，则可避免锆酸铅的实质性影响(例如使合成温度上升)。
在本发明中，尽管氧化铅粉末的例子包括PbO和Pb3O4，但是本发明不限于此，可使用任何含氧化铅的粉末。
在本发明中，尽管氧化钛粉末主要是TiO2粉末，但是本发明不限于此，可使用任何含氧化钛的粉末。另外，为了改进形成的压电陶瓷的压电特性，其比表面积较好为5m2/g或更高。在氧化钛粉末用于第一种制备方法的情况下，较好使用活性比氧化锆粉末高(具体地说对氧化铅粉末的活性高)的氧化钛粉末。
在本发明中，尽管氧化锆粉末主要是ZrO2，但是本发明不限于此，可使用任何含氧化锆的粉末。另外，为了改进形成的压电陶瓷的压电特性，其比表面积较好为1m2/g或更高。在氧化锆粉末用于第一种制备方法的情况下，较好使用活性比氧化钛粉末低(具体地说对氧化铅粉末的活性低)的氧化锆粉末。
在本发明的第一种制备方法中，较好使用满足y≥1.218e0.117x(x≥1)，其中x是氧化锆粉末的比表面积(m2/g)，y是氧化钛粉末的比表面积(m2/g)的氧化锆粉末和氧化钛粉末作为所述氧化锆粉末和氧化钛粉末。
通过选择这种氧化钛和氧化锆粉末之间的比表面积关系，由于在普通的粉碎/混合水平下与氧化锆粉末对氧化铅粉末间的反应性相比氧化钛粉末对氧化铅粉末的反应性较高，因此即便氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末同时投入反应，也可抑制锆酸铅的形成。也就是说，先合成钛酸铅，随后在锆酸铅形成前开始形成锆酸钛酸铅，结果抑制了锆酸铅的形成。
在本发明的第一种制备方法中，在对含有氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末的混合的基本粉末热处理前，较好粉碎混合的基本粉末以便使粉碎后的比表面积为粉碎前比表面积的1.4倍或更高。也就是说，将粉碎前的含氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末的压电材料的比表面积作为基准，通过将粉碎后的压电材料的比表面积调整为基准的1.4倍或更高，相对氧化锆粉末对氧化铅粉末的反应性可提高氧化钛粉末对氧化铅粉末的反应性，因此即便将氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末同时投入反应，也可进一步抑制锆酸铅的形成。相信其原因是与氧化锆粉末相比氧化钛粉末更容易粉碎，通过将压电陶瓷材料粉碎至能满足上述范围的程度，可在氧化钛粉末和氧化锆粉末之间形成反应性差异。
在本文中，所述比表面积是指下列等式算得的值。
等式I：压电陶瓷材料的比表面积＝(氧化铅的比表面积×重量比)+(氧化钛比表面积×重量比)+(氧化锆粉末的比表面积×重量比)+(其它原料的比表面积×重量比)。
在本发明第一种制备方法中，在对混合的基本粉末(即压电材料)进行热处理前，较好向该混合的基本粉末中加入氧化铌粉末。在本发明第二种制备方法中，在第一步较好将氧化铌粉末与氧化铅粉末和氧化钛粉末一起混合，在第二步可将氧化铌粉末与钛酸铅基粉末、氧化铅粉末和氧化锆粉末一起混合。
结果，可将形成压电陶瓷所需的烧制温度保持在低的温度，在锆酸钛酸铅基陶瓷粉末用作压电陶瓷时可减少在晶粒边界存在的未反应氧化铅的量，并可制得具有优良压电特性(具体地说，具有高机电系数、高机械品质因数和高居里点)的压电陶瓷。
在具有用ABO3表示的钙钛矿型结构作为主要晶体结构的压电陶瓷中，当主要晶体结构中含有铌元素时，除非B-位元素预先煅烧，否则原料中的铅元素和铌元素选择性反应形成烧绿石相。尽管烧绿石相会影响压电陶瓷的各种特性，但是在本发明第一种和第二种制备方法中，烧绿石相对压电陶瓷的影响也可降低。
也就是说，当混合含有锆酸钛酸铅的钙钛矿相和烧绿石相的陶瓷粉末制成预定形状并烧制时，由于烧绿石相和钙钛矿相之间的收缩百分数不同，因此在形成的烧结密实体中会产生裂缝。相反，在上述制备方法中，烧绿石相可减少至这样的程度即在温度达到形成钙钛矿相的温度时不会产生问题，因此可防止钙钛矿相和烧绿石相混合。结果，可获得在烧结密度体外部无裂缝的密实的压电陶瓷。
另外，在本发明的第一种制备方法中，可连续进行热处理步骤和烧制步骤。在这种情况下，将粘合剂预先加入含有氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末的混合的基本粉末(压电陶瓷材料)中，在形成所需的形状后，进行热处理以合成锆酸钛酸铅基陶瓷，然后进行烧制。
除了Pb(Zr，Ti)O3基二元体系压电陶瓷以外，本发明制备压电陶瓷的方法还可用于三元体系压电陶瓷，其中将钙钛矿型复合氧化物溶解作为第三组分。三元体系的压电陶瓷的例子包括，但不限于Pb(Mn1/3Sb2/3)(Zr，Ti)O3基陶瓷和Pb(Co1/2W1/2)(Ze，Ti)O3基陶瓷。如有必要，可用Sr、Ba、La、Ca、等代替部分铅，或者可加入SiO2、Al2O3等。
可在钙钛矿型复合氧化物中加入Nb作为添加剂或者作为第三组分。在这种情况下，作为钙钛矿型复合氧化物中的第三组分，可使用例如Pb(Mg1/3Nb2/3)(Zr，Ti)O3基陶瓷、Pb(Mn1/3Nb2/3)(Zr，Ti)O3基陶瓷或者Pb(Co1/3Nb2/3)(Zr，Ti)O3基陶瓷。如此获得的压电陶瓷具有优良的压电特性。
实施例
下面基于实施例详细说明本发明制备压电陶瓷的方法。
实施例1
制备并称重氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积21m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)和氧化铬粉末(Cr2O3：比表面积10m2/g)作为原料，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
Pb1.00(Zr0.49Ti0.51)O3+1.0摩尔％Cr2O3
接着使用球磨机粉碎各种粉末并混合之，制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。在本步骤中，压电陶瓷基本粉末的比表面积为10m2/g。
随后以2℃/min的加热速率将如此获得的压电陶瓷基本粉末加热至900℃，并在900℃保温2小时以热处理(煅烧)压电陶瓷基本粉末。粉碎煅烧的粉末，从而得到含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
接着，向该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入预定量的粘合剂并造粒。形成边长15mm、厚1mm的正方形片材，烧制如此获得的密实体坯料，制得烧结的密实体。另外，在形成的烧结密实体上形成用于极化的电极，在60℃绝缘油中施加3000V 60分钟进行极化处理。从而制得压电陶瓷。
制得多个具有上述组成的试样以试验在热处理(煅烧)过程中如此获得的压电陶瓷基本粉末的反应和热处理过程中制得的化合物的反应。将温度升至预定的水平，保温3分钟，测定各个试样的XRD峰强度比。测定的结果如图1所示。除了煅烧温度以外各个试样在相同条件下试验。
作为比较例，用与上面相同的方法测定XRD峰强度比，但是使用氧化钛粉末(TiO2：比表面积为5m2/g)和氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)。测定结果如图2所示。
在制造压电陶瓷的过程中，改变烧制温度，在各个温度下烧制3小时后测定烧结密度和机电系数。结果如图3和图4所示。
如图1和图2所示，在比较例试样中，在热处理过程中观察到产生PbZrO3。相反，在实施例1的试样中，在烧制过程中未观察到产生PbZrO3。
实施例2
制备并称重氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积5m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)和氧化铬粉末(Cr2O3：比表面积10m2/g)，使得压电陶瓷材料的组成满足下式：
Pb1.00(Zr0.49Ti0.51)O3+1.0摩尔％Cr2O3
接着使用球磨机粉碎除氧化锆粉末以外的各种粉末并混合之，制得混合物。以2℃/min的加热速率将该混合物加热至700℃，并在700℃保温2小时进行热处理(煅烧)。从而制得含未反应氧化铅粉末和含钛酸铅的钛酸铅基粉末混合粉末。
随后，粉碎该混合粉末，加入氧化锆粉末。以2℃/min的加热速率将其加热至900℃，并在900℃保温2小时进行第二次热处理(煅烧)。粉碎煅烧的粉末，从而得到含有锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
接着，向该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入预定量的粘合剂并造粒。形成边长15mm、厚1mm的正方形片材，烧制如此获得的密实体坯料，制得烧结的密实体。另外，在形成的烧结密实体上形成用于极化的电极，在60℃绝缘油中施加3000V 60分钟进行极化处理。从而制得压电陶瓷。
对于形成的压电陶瓷，用与实施例1相同的方法测定烧结密度和机电系数，测量结果也示于图3和图4。
实施例3
在本实施例中，对于具有与实施例1相同组成的压电陶瓷，改变氧化钛粉末和氧化锆粉末的比表面积。使用该氧化钛粉末和氧化锆粉末，试验在锆酸钛酸铅合成过程中产生的锆酸铅。另外，测定形成的压电陶瓷的机电系数。
另外，在锆酸钛酸铅合成过程中确定产生锆酸铅的方法和制备压电陶瓷的方法与实施例1所述的相同。其结果列于表1和图5。作为参考，表1还列出了实施例1制得的比较例。
                                 表1
实施例     原料比表面积(m2/g) 形成PbZrO3 烧制温度(℃) 机电系数(％)
    ZrO2     TiO2
1     1     5     无   1150    36
2     12     21     无   1150    37
3     12     5     无   1150    38
4     12     52     无   1150    40
5     12     78     无   1150    42
6     12     111     无   1150    43
7     24     5     有   1150    30
8     24     21     无   1150    39
9     24     52     无   1150    42
10     24     78     无   1150    43
11     24     111     无   1150    44
12     32     21     有   1150    32
13     32     52     无   1150    44
14     32     78     无   1150    45
15     32     111     无   1150    46
16     38     52     有   1150    33
17     38     111     无   1150    46
18     50     21     有   1150    29
19     50     52     有   1150    31
20     50     78     有   1150    32
21     50     111     有   1150    34
比较例     24     5     有   1250    37
    24     5     有   1100    25
如表1和图5所示，对于氧化锆粉末的比表面积x(m2/g)和氧化钛粉末的比表面积y(m2/g)满足式y≥1.218e0.117x，并且x≥1的试样，即便当氧化钛粉末和氧化锆粉末同时加入氧化铅粉末中作为原料并进行热处理(煅烧)时，在锆酸钛酸铅合成中也未产生锆酸铅。
还确认在使用上述范围的氧化钛粉末和氧化锆粉末制备压电陶瓷时，可降低烧制温度。
下面说明将氧化锆粉末的比表面积x(m2/g)和氧化钛粉末的比表面积y(m2/g)之间的关系设定为y≥1.218e0.117x，并且x≥1的原因。
选择式y≥1.218e0.117x是因为如试样7、12、16和18-21那样，当氧化钛粉末的比表面积和氧化锆粉末的比表面积之间的关系位于图4中表示y＝1.218e0.117x的右下方区域(y＜1.218e0.117x)时，在合成锆酸钛酸铅的方法中产生锆酸铅，压电陶瓷的烧制温度会上升。
选择x≥1是因为即便氧化锆粉末的比表面积x(m2/g)和氧化钛粉末的比表面积y(m2/g)满足关系y≥1.218e0.117x，如果x＜1，由于作为原料的氧化锆粉末具有粗糙的晶粒，因此锆酸钛酸铅的合成会受到抑制。
实施例4
制备氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积5m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)、氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积5m2、g)和碳酸锰粉末(MnCO3：比表面积20m2/g)。
将这些粉末称重，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
                Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3
接着使用球磨机粉碎除氧化锆粉末以外作为原料的各种粉末并混合之，制得混合物。以2℃/min的加热速率将该混合物加热至700℃，并在700℃保温2小时进行热处理(煅烧)。从而制得含未反应氧化铅粉末和含钛酸铅的钛酸铅基粉末混合粉末。
随后，粉碎该混合粉末，加入氧化锆粉末。以2℃/min的加热速率将其加热至900℃，并在900℃保温2小时进行第二次热处理(煅烧)。粉碎煅烧的粉末，从而得到含有锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
接着，向该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入预定量的粘合剂并造粒。压制边长15mm、厚1mm的正方形片材，烧制如此获得的密实体坯料，制得烧结的密实体。另外，在形成的烧结密实体上形成用于极化的电极，在60℃绝缘油中施加3000V 60分钟进行极化处理。从而制得压电陶瓷试样23。
用上面所述相同的方法制得压电陶瓷试样24，但是氧化锆粉末的比表面积为24m2/g，氧化钛粉末的比表面积为21m2/g。
使用与压电陶瓷试样23相同的原料和组成，用与压电陶瓷试样23相同的方法制得比较例1的压电陶瓷，但是使用球磨机粉碎并同时混合所有原料，以2℃/min的加热速率将混合物加热至900℃，将其在900℃保温2小时进行锻烧，粉碎后向煅烧的粉末中加热粘合剂，随后造粒。
对于除了氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末基本材料(不包括碳酸锰粉末)和氧化铌粉末以外，还含有氢氧化镁粉末(Mg(OH)2：比表面积为20m2/g)和氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的压电陶瓷(试样25)，含碳酸钴粉末(CoCO3：比表面积为100m2/g)和氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的压电陶瓷(试样26)，和仅含氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的压电陶瓷(试样27)，进行称重，使之满足下表2所示的组成关系，并用与试样23相同的方法制得压电陶瓷。将实施例2中不含Nb的试样视为比较例2。
对于试样23-27、比较例1和比较例2的压电陶瓷，在1100℃烧制3小时后测定烧结密度和机电系数(kp)。另外，肉眼观察在形成的压电陶瓷中是否产生裂缝。评价结果如表2所示。
                                                                                       表2
  试样     组成式 原料的比表面积 烧绿石相的消失温度(℃) 烧制温度(℃) 烧结密度(g/cm3) 机电系数(％) 烧结密实体的裂缝(煅烧温度为1000℃)
ZrO2  TiO2
  23     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  5 1000 1100 7.83 40 无
  24     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  21 1000 1100 7.86 44 无
  25     Pb1.00((Mg1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  5 900 1100 7.82 45 无
  26     Pb1.00((Co1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  5 950 1100 7.85 51 无
  27     Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.06摩尔Nb 24  5 950 1100 7.87 62 无
  比较例1     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  5 1150 1100 7.63 35 有
  比较例2     Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.03摩尔Mn 24  5 - 1100 7.83 32 无
由表2清楚可见，与不含铌的比较例2压电陶瓷相比，试样23-27中的每一种压电陶瓷均具有优良的机电系数(kp)。具体地说，当含有铌时，对于压电陶瓷试样23-27，使烧绿石相减少至不明显含量所需的温度是低的，由于形成钙钛矿相时基本不存在烧绿石相，因此在烧结密实体中不发生裂缝。也就是说，即便烧制温度低至1100℃，由于烧绿石相和钙钛矿相未明显混合，形成的压电陶瓷保持高的烧结密度和高的机电系数(Kp)。
相反，对于含Nb并且在锆酸钛酸铅制备过程中观察到形成锆酸铅的比较例1，使烧绿石相降至不明显含量所需的温度是高的。当烧结时，由于明显混合有烧绿石相和钙钛矿相，因此烧结密度和机电系数(kp)劣于实施例23-27的压电陶瓷，在烧结密实体中产生裂缝。
实施例5
制备并称重作为原料的氧化钛粉末(TiO2：比表面积21m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)、氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积5m2/g)和氧化铬粉末(Cr2O3：比表面积10m2/g)，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)O3Ti0.49Zr0.48)O3
接着，使用球磨机粉碎并混合各种粉末，制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。在本阶段，压电陶瓷基本粉末的比表面积为10m2/g。
以2℃/min的加热速率将如此获得的压电陶瓷基本粉末加热至900℃，并在900℃保温2小时进行热处理(煅烧)。粉碎煅烧的粉末，从而制得含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
接着，向该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入预定量的粘合剂并造粒。形成边长15mm、厚1mm的正方形片材，烧制如此获得的密实体坯料，制得烧结的密实体。另外，在形成的烧结密实体上形成用于极化的电极，在60℃绝缘油中施加3000V 60分钟进行极化处理。从而制得压电陶瓷。
制得多个具有上述组成的试样以试验在热处理(煅烧)过程中如此获得的压电陶瓷基本粉末的反应和热处理过程中制得的化合物的反应。将温度升至预定的水平，保温3分钟，测定各个试样的XRD峰强度比。测定的结果如图6所示。除了煅烧温度以外各个试样在相同条件下试验。
作为比较例，用与上面相同的方法制得压电陶瓷，但是使用氧化钛粉末(TiO2：比表面积为5m2/g)和氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)。测定压电陶瓷的XRD峰强度比，结果如图7所示。
在图6所示的实施例中，尽管产生少量PbZrO3，但是由于锆酸铅的XRD峰强度仅为锆酸钛酸铅XRD峰强度的0.4倍或更小，不是很明显，因此确认可在低温下形成锆酸钛酸铅。尽管产生烧绿石相，但是在低温下它仅产生不明显的含量。
相反，在图7所示的比较例中，由于在最高1000℃的高温下存在PbZrO3，因此也提高了锆酸钛酸铅的合成温度。在高温下也存在烧绿石相。
实施例6
制备并称重作为原料的氧化钛粉末(TiO2：比表面积如下表3所示)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积如下表3所示)、氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积5m2/g)和氧化铬粉末(Cr2O3：比表面积10m2/g)，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)O3Ti0.49Zr0.48)O3
接着，使用球磨机粉碎并混合各种粉末，制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。
除了氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末基本材料以外，制得还含碳酸锰粉末(MnCO3，比表面积为20m2/g)和氧化铌粉末(Nb2O5，比表面积为5m2/g)的试样、含氢氧化镁粉末(Mg(OH)2：比表面积为20m2/g)和氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的试样、含碳酸钴粉末(CoCO3：比表面积为100m2/g)和氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的试样、和仅含氧化铌粉末(Nb2O5：比表面积为5m2/g)的试样。
另外，制得氧化钛粉末和氧化锆粉末使之满足下表3所列的组成(试样36-58)并且称重所述粉末以满足表3所列的组成式，使用球磨机粉碎并混合之。从而制得压电陶瓷基本粉末。将本实施例制得的并且不含铌作为原料的压电陶瓷粉末视为比较例。
制得多个具有上述组成的试样并加热至预定的温度，将该温度保温3分钟，对于各个试样，通过测定烧绿石相(在XRD中接近33°)的XRD峰强度和钙钛矿相(在XRD中接近44°)的XRD峰强度，试验烧绿石相降至不明显含量所需的温度。
以2℃/min的加热速率加热各种压电陶瓷基本粉末，并在表3所示的烧绿石相降至不明显含量的温度下保温进行热处理(煅烧)。粉碎煅烧粉末，制得含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。向该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入粘合剂并造粒。形成边长15mm、厚1mm的正方形片材，烧制如此获得的密实体坯料，制得烧结的密实体。测量形成的烧结密实体的烧结密度和机电系数(Kp)。
另外，在形成的烧结密实体上形成用于极化的电极，在60℃绝缘油中施加3000V 60分钟进行极化处理。从而制得压电陶瓷。肉眼观察压电陶瓷中是否产生裂缝。
所有的结果均列于下表3。具体地说，对于除了氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末以外还含碳酸锰和氧化铌作为原料的试样中用试样40和41表示的压电陶瓷，试验烧绿石相和钙钛矿相的XRD峰强度随温度的变化。结果列于图8和图9。
                                                                表3
试样     组成式 原料的比表面积 烧绿石相的消失温度(℃) 烧制温度(℃) 烧结密度(g/cm3) 机电系数(％) 烧结密实体的裂缝(煅烧温度为950℃)
ZrO2  TiO2
28     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 1  5 1000 1100 7.83 53 无
29     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 24  5 1050 1100 7.78 48 无
30     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 24  21 850 1100 7.85 54 无
31     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 24  78 800 1100 7.87 56 无
32     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 38  52 1050 1100 7.79 49 无
33     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 38  111 950 1100 7.88 57 无
34     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 50  21 1050 1100 7.77 48 无
35     Pb1.00((Cr1/3Nb2/3)0.03Zr0.49Ti0.48)O3 50  78 1050 1100 7.80 50 无
36     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 1  5 950 1100 7.82 41 无
37     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 12  5 950 1100 7.83 41 无
38     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 12  21 920 1100 7.85 42 无
39     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 12  52 900 1100 7.86 43 无
40     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  5 1150 1100 7.63 - 有
41     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  21 1000 1100 7.85 42 无
42     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3 24  52 1000 1100 7.87 44 无
    43     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     32     21     1150     1100     7.65     -     有
    44     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     32     52     1050     1100     7.87     45     无
    45     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     32     78     950     1100     7.88     46     无
    46     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     38     52     1150     1100     7.65     -     有
    47     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     38     111     950     1100     7.89     46     无
    48     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     50     21     1150     1100     7.66     -     有
    49     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     50     52     1150     1100     7.66     -     有
    50     Pb1.00((Mn1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     50     78     1100     1100     7.67     -     有
    51     Pb1.00((Mg1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     24     5     950     1100     7.81     43     无
    52     Pb1.00((Mg1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     24     21     900     1100     7.83     47     无
    53     Pb1.00((Co1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     24     5     900     1100     7.82     49     无
    54     Pb1.00((Co1/3Nb2/3)0.10Zr0.49Ti0.41)O3     24     21     850     1100     7.86     52     无
    57     Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.06摩尔Nb     24     5     1000     1100     7.85     60     无
    58     Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.06摩尔Nb     24     21     950     1100     7.88     64     无
    比较例     Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.03摩尔Mn     24     5     -     1100     7.83     32     无
    Pb1.00(Zr0.54Ti0.46)O3+0.03摩尔Mn     24     21     -     1100     7.86     35     无
如表3所示，在压电陶瓷试样28-58中，对于氧化锆粉末和氧化钛粉末满足式y≥1.218e0.117x(x≥1)(其中x是氧化锆粉末的比表面积(m2/g)，y是氧化钛粉末的比表面积(m2/g))的试样，其烧结密度和机电系数优于不满足该式的试样。即使对于试样28-58中不满足该式的试样，其烧结密度和机电系数也优于不含铌的比较例试样。
对于除氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末以外还含有氧化铬粉末和氧化铌粉末作为原料的压电陶瓷试样28-35，即使在加热过程中形成烧绿石相，由于在温度达到密实体坯料开始烧结和收缩的温度以前烧绿石相消失，因此在烧结的密实体中未发生开裂，并且在很低的温度下烧绿石相消失。
另一方面，对于除氧化铅粉末、氧化钛粉末和氧化锆粉末以外还含有碳酸锰粉末和氧化铌粉末作为原料的压电陶瓷试样36-50，产生大量烧绿石相，由于甚至在达到密实体坯料开始烧结和收缩的温度仍保留有烧绿石相，因此容易发生开裂。
但是，在这种情况下，在压电陶瓷试样36-50中，对于氧化锆粉末和氧化钛粉末满足式y≥1.218e0.117x(x≥1)(其中x是氧化锆粉末的比表面积(m2/g)，y是氧化钛粉末的比表面积(m2/g))的试样，由于烧绿石相减少至不明显含量的温度是低的并且在形成钙钛矿相时基本不存在烧绿石相，因此在烧结密实体中未发生开裂。
对于氧化锆的比表面积和氧化钛的比表面积不满足上述范围的试样，由于烧绿石相减少至不明显含量的温度高达1100℃或更高，因此在压电陶瓷中清楚地观察到裂缝。
参见图8和图9(它们在相同的加热条件下测定XRD峰强度)，对于氧化锆和氧化钛的比表面积满足上述范围的压电陶瓷试样41，与不满足该范围的压电陶瓷试样40相比其在更低的温度下烧绿石相减少至不明显的含量，并且烧绿石相和钙钛矿相基本不混合。
在各个试样中，对于氧化锆的比表面积和氧化钛的比表面积满足上述范围的试样，其烧绿石相降至不明显含量的温度低于不满足该范围的试样的温度，烧绿石相和钙钛矿相基本不混合，因此，保持高的烧结密度，同时机电系数(Kp)也高。
实施例7
对于组成和氧化钛粉末及氧化锆粉末的比表面积如实施例3试样7和12所述的压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)，计算粉碎前的比表面积。
接着，通过改变球磨机粉碎时间来改变压电陶瓷基本粉末的比表面积，测定粉碎后的比表面积。另外，在使用压电陶瓷基本粉末合成锆酸钛酸铅的热处理过程中，观察是否产生锆酸铅，并检查形成的压电陶瓷的机电系数。
另外，用与实施例1相同的方法观察在合成锆酸钛酸铅和制备压电陶瓷的方法的热处理过程中形成的锆酸铅。测定结果列于下表5。对于表5中的压电陶瓷试样60，用与实施例1或2相同的方法测定其烧结密度和机电系数，测量结果也示于图3和图4。
                                   表4
实施例           压电陶瓷材料的物理性能 产生PbZrO3 烧制温度(℃) 机电系数(％)
原料的比表面积(m2/g) 粉碎前的比表面积(m2/g) 粉碎后的比表面积(m2/g)
ZrO2   TiO2
59 24   5 7 9 有 1250 33
60 24   5 7 10 无 1150 38
61 24   5 7 20 无 1150 42
62 32   21 10 12 有 1250 34
63 32   21 10 14 无 1150 40
64 32   21 10 25 无 1150 45
如表4所示，对于压电陶瓷基本粉末经粉碎使得粉碎后的比表面积是粉碎前比表面积1.4倍或更高的试样，即使同时将氧化钛粉末和氧化锆粉末加入氧化铅粉末中并进行热处理(锻烧)，在合成锆酸钛酸铅的过程中也不会产生锆酸铅。还观察到对于使用粉碎后比表面积是上述范围内的压电陶瓷基本粉末制得的压电陶瓷，其烧制温度下降并可获得高机电系数。
另外，对于压电陶瓷基本粉末经粉碎使得粉碎后的比表面积是粉碎前比表面积1.4倍或更高的试样，即使氧化钛粉末和氧化锆粉末不满足关系y≥1.218e0.117x(x≥1)(其中x是氧化锆粉末的比表面积(m2/g)，y是氧化钛粉末的比表面积(m2/g))，在合成锆酸钛酸铅的热处理过程中也未观察到产生锆酸铅。
另一方面，如压电陶瓷试样59或62那样，当氧化钛粉末和氧化锆粉末不满足y≥1.218e0.117x(x≥1)并且未进行粉碎使得粉碎后的比表面积是粉碎前比表面积1.4倍或更高，则在合成锆酸钛酸铅的过程中产生锆酸铅并且不可能降低烧制温度。
用与实施例1相同的方法，改变压电陶瓷的烧制温度并且在各个温度烧制3小时时，测定烧结密度和机电系数。结果也示于图3和图4。
如图3和图4所示，对于本实施例的压电陶瓷，由于合成锆酸钛酸铅而未产生锆酸铅，因此获得令人满意的机电系数，并且与在合成锆酸钛酸铅过程中产生锆酸铅的压电陶瓷相比可极大地降低烧制温度。
实施例8
作为本发明压电陶瓷元件的一个例子，下面将描述压电滤波器。图10是一个装配图，表示构成本实施例压电滤波器的叠合物，图11是示意性说明本实施例压电滤波器的透视图。
首先，作为原料制备并称重氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积78m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积32m2/g)、氧化铬粉末(Cr2O3：比表面积10m2/g)和氧化锑粉末(Sb2O3：比表面积10m2/g)，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
Pb(Zr0.47Ti0.53)O3+1.0重量％Cr2O3+2重量％Sb2O3
使用球磨机湿混之，从而制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。
随后将该压电陶瓷基本粉末在850℃热处理2小时，得到含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。向形成的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入粘合剂和溶剂，制得陶瓷糊浆。将该陶瓷糊浆制成片材，随后干燥。从而制得陶瓷坯料片。
如图10所示，在叠层陶瓷坯料片2a上用电极糊浆印刷合适的内电极图案3a，并叠合该陶瓷坯料片2a，形成叠层物1a。将叠层物1a在1050℃烧制3小时，得到叠合的烧结的密实体。在该叠合的烧结的密实体表面上形成用于极化的电极(图中未表示)，使之与内电极相连，并在60℃的绝缘油中极化处理1小时。将叠合的烧结的密实体切割成预定的形状，得到压电滤波器。
如图11所示，在如此获得的压电滤波器10中，压电陶瓷层2和内电极层3交替叠合，形成基本长方体形的叠合的烧结密实体1。各个内电极层3露出该叠合的烧结密实体1的同一侧面，在纵向形成两个外电极4以与各个内电极层3电连接。
根据本实施例的压电滤波器，可获得具有大滤波带宽的压电滤波器。
实施例9
作为本发明压电陶瓷元件的另一个例子，下面将描述压电变压器。图12是本实施例压电变压器的一个部分切开透视图。
首先，作为原料制备并称重氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积52m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积24m2/g)、氧化锡粉末(SnO2：比表面积5m2/g)和氧化锑粉末(Sb2O3：比表面积10m2/g)，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
                   Pb((Sn1/3Sb2/3)0.10Zr0.45Ti0.45)O3
使用球磨机湿混之，从而制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。
随后将该压电陶瓷基本粉末在800℃热处理2小时，得到含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。向形成的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入粘合剂和溶剂，制得陶瓷糊浆。将该陶瓷糊浆制成矩形片材，随后干燥。从而制得陶瓷坯料片。
将该陶瓷坯料片叠合成叠层物，各层陶瓷坯料片的一端上印刷有内电极糊浆，如图12所示使之露出该叠层物的正面和背面，将叠层物在1060℃烧制3小时，得到包括压电陶瓷层2和内电极3的叠合烧结的密实体1。
接着，至少在叠合烧结的密实体1的正面和背面上形成第一外电极4a并使之与各个内电极3相连，最好该外电极还形成于顶面上。第二外电极4b如图12所示形成于底面上。另外，第三外电极4c形成于一个纵向端面上，向纵向的另一端放置第一外电极4a和第二外电极4b。
随后，在第一外电极4a和第二外电极4b之间的厚度方向进行极化处理，再在第三外电极4c和第一及第二外电极4a和4b之间的纵向进行极化。从而制得压电变压器20。
为了比较，使用氧化钛(TiO2：比表面积5m2/g)和氧化锆(ZrO2：比表面积24m2/g)作为原料制得压电变压器，测得在6W输出时由于发热而使温度上升。
结果，在比较压电变压器中，由于发热造成的温度上升为50℃，而在本实施例的压电变压器中，由于发热产生的温度上升为37℃，因此温度上升降低了26％。也就是说，在本实施例中，得到具有优良发热特性的压电变压器。
实施例10
作为本发明压电陶瓷元件的另一个例子，下面将描述压电激励器。图13是示意性说明本实施例压电激励器的一个剖面图。
首先，作为原料制备并称重氧化铅粉末(Pb3O4：比表面积2m2/g)、氧化钛粉末(TiO2：比表面积21m2/g)、氧化锆粉末(ZrO2：比表面积12m2/g)和碳酸锶粉末(SrCO3：比表面积5m2/g)，使得压电陶瓷基本粉末的组成满足下式：
Pb0.98Sr0.02(Zr0.45Ti0.55)O3
使用球磨机湿混之，从而制得压电陶瓷基本粉末(混合的基本粉末)。
随后将该压电陶瓷基本粉末在800℃热处理2小时，得到含锆酸钛酸铅作为主要晶体的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。向形成的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末中加入粘合剂和溶剂，制得陶瓷糊浆。将该陶瓷糊浆制成片材，随后干燥。从而制得陶瓷坯料片。
接着，将该陶瓷坯料片叠合成叠层物，各层陶瓷坯料片上印刷有所需图案的内电极糊浆。将叠层物在1020℃烧制3小时，得到压电陶瓷层和内电极层相叠合的叠合烧结的密实体。另外，在该叠合烧结的密实体表面上形成用于极化的电极(图中未表示)，使之与内电极相连，在60摄氏度的绝缘油中极化处理1小时。将该叠合烧结的密实体切割成预定的形状，得到压电激励器。
如图13所示，在本发明压电激励器30中，压电陶瓷层2和内电极3交替叠合，内电极3露出叠合烧结的密实体1两个相反的端面，使得相邻的内电极3露出不同的端面，各个内电极3与相反端面上的一个外电极4电相连。
为进行比较，使用氧化钛粉末(TiO2：比表面积21m2/g)和氧化锆(ZrO2：比表面积32m2/g)作为原料制得压电激励器，测得本实施例压电激励器和该对比压电激励器的压电常数d31。
测量结果，在对比压电激励器中，压电常数d31为200×10-12/mV，而在本实施例的压电激励器中，压电常数d31为210×10-12/mV，压电常数改进了5％。也就是说，在本实施例中，得到大位移(displacement)的压电激励器。
工业实用性
根据本发明锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，由于在锆酸钛酸铅合成方法中可抑制锆酸铅的产生，因此可减少存在于晶粒边界上未反应的氧化铅的量，可获得具有均匀良好晶体结构和优良反应性的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
根据本发明压电陶瓷的制备方法，由于使用具有均匀良好晶体结构和优良反应性的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末，因此用于烧制陶瓷粉末的烧制温度可保持在低的温度，并可获得组成比变化小、质量稳定并且机电系数大的压电陶瓷。
尽管参照具体实例对本发明进行了描述，但是许多其它变化和改进以及其它用途对本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，本发明不限于本文具体公开的内容。

Claims (20)

1.一种锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，它包括下列步骤：
将氧化铅粉末、氧化锆粉末和氧化钛粉末混合成混合的基本粉末；
热处理该混合的基本粉末，使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应形成钛酸铅，并且还使未用于该反应中的未反应氧化铅、反应形成的钛酸铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应形成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
2.如权利要求1所述的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，其特征在于所述氧化锆粉末和氧化钛粉末满足式y≥1.218e0.117x(x≥1)，其中x是以m2/g为单位的氧化锆粉末的比表面积，y是以m2/g为单位的氧化钛粉末的比表面积。
3.如权利要求1所述的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，其特征在于在对所述混合的基本粉末进行热处理的步骤以前，向该混合的基本粉末加入氧化铌粉末。
4.如权利要求1所述的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，在对所述混合的基本粉末进行热处理的步骤以前它还包括将混合的基本粉末粉碎的步骤，使得粉碎后的比表面积为粉碎前比表面积的1.4倍或更高。
5.一种锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，它包括：
第一步，将氧化铅粉末和氧化钛粉末混合并热处理，从而使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应，生成含钛酸铅的钛酸铅基粉末；
第二步，将所述钛酸铅基粉末、另一份氧化铅粉末和氧化锆粉末混合并热处理，使钛酸铅基粉末中的钛酸铅、另一份氧化铅粉末中的氧化铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应，生成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末。
6.如权利要求5所述的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，其特征在于在第一步中加入氧化铌粉末并将其与氧化铅粉末和氧化钛粉末混合在一起。
7.如权利要求5所述的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法，其特征在于在第二步，加入氧化铌粉末并将其与钛酸铅基粉末、氧化铅粉末和氧化锆粉末混合在一起。
8.一种压电陶瓷的制备方法，它包括下列步骤：
将氧化铅粉末、氧化锆粉末和氧化钛粉末混合成混合的基本粉末；
热处理该混合的基本粉末，使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应形成钛酸铅，并且还使未用于该反应中的未反应的氧化铅、反应形成的钛酸铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应形成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末；
将该锆酸钛酸铅基陶瓷粉末成形成预定形状的密实体坯料并烧制该密实体坯料得到烧结的密实体。
9.如权利要求8所述的压电陶瓷的制备方法，它还包括对所述烧制得到的烧结密实体进行极化处理的步骤。
10.如权利要求8所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于所述氧化锆粉末和氧化钛粉末满足式y≥1.218e0.117x(x≥1)，其中x是以m2/g为单位的氧化锆粉末的比表面积，y是以m2/g为单位的氧化钛粉末的比表面积。
11.如权利要求8所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于在对所述混合的基本粉末进行热处理的步骤以前，向该混合的基本粉末加入氧化铌粉末。
12.如权利要求8所述的压电陶瓷的制备方法，在对所述混合的基本粉末进行热处理的步骤以前它还包括将混合的基本粉末粉碎的步骤，使得粉碎后的比表面积为粉碎前比表面积的1.4倍或更高。
13.一种压电陶瓷的制备方法，它包括：
第一步，将氧化铅粉末和氧化钛粉末混合并热处理，从而使氧化铅粉末中的氧化铅和氧化钛粉末中的氧化钛反应，生成含钛酸铅的钛酸铅基粉末；
第二步，将所述钛酸铅基粉末、另一份氧化铅粉末和氧化锆粉末混合并热处理，使钛酸铅基粉末中的钛酸铅、另一份氧化铅粉末中的氧化铅和氧化锆粉末中的氧化锆反应，生成含锆酸钛酸铅的锆酸钛酸铅基陶瓷粉末；
第三步，将所述锆酸钛酸铅陶瓷粉末成形成预定形状的密实体坯料并烧制该密实体坯料，得到烧结的密实体。
14.如权利要求13所述的压电陶瓷的制备方法，它还包括第四步，对所述烧制得到的烧结的密实体进行极化处理。
15.如权利要求13所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于在第一步中加入氧化铌粉末并使之与氧化铅粉末和氧化钛粉末混合在一起。
16.如权利要求13所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于在第二步，加入氧化铌粉末并使之与所述钛酸铅基粉末、氧化铅粉末和氧化锆粉末混合在一起。
17.一种用权利要求8所述压电陶瓷的制备方法制得的压电陶瓷。
18.一种压电陶瓷元件，它包括权利要求17所述的压电陶瓷和在该压电陶瓷上的电极。
19.一种用权利要求13所述压电陶瓷的制备方法制得的压电陶瓷。
20.一种压电陶瓷元件，它包括权利要求19所述的压电陶瓷和在该压电陶瓷上的电极。
CNB028002547A 2001-02-08 2002-02-05 锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法,压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件 Expired - Lifetime CN1221490C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001032862 2001-02-08
JP32862/2001 2001-02-08
JP364272/2001 2001-11-29
JP2001364272A JP4120210B2 (ja) 2001-02-08 2001-11-29 圧電セラミックの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1457329A true CN1457329A (zh) 2003-11-19
CN1221490C CN1221490C (zh) 2005-10-05

Family

ID=26609154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028002547A Expired - Lifetime CN1221490C (zh) 2001-02-08 2002-02-05 锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法,压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6825143B2 (zh)
EP (1) EP1358137A2 (zh)
JP (1) JP4120210B2 (zh)
KR (1) KR100475348B1 (zh)
CN (1) CN1221490C (zh)
WO (1) WO2002062724A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216443B (zh) * 2008-01-02 2010-09-15 沈阳建筑大学 一种用于土木工程结构健康监测的压电智能骨料
CN102515756A (zh) * 2012-01-31 2012-06-27 佛山市亿强电子有限公司 高性能pzt基压电陶瓷放电等离子体低温烧结及制备方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002069A (ja) 2002-05-30 2004-01-08 Tdk Corp 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法
JP4424516B2 (ja) * 2004-03-26 2010-03-03 Ｔｄｋ株式会社 圧電磁器組成物
EP1669325A1 (de) 2004-12-13 2006-06-14 Kerr-McGee Pigments GmbH Feinteilige Bleizirkonattitanate und Zirkoniumtitanate und Verfahren zu deren Herstellung unter Verwendung von Titanoxidhydratpartikeln
CN1301232C (zh) * 2005-10-08 2007-02-21 北京科技大学 一种制备片状锆钛酸铅粉体的柠檬酸水溶液法
US7781358B2 (en) * 2008-02-15 2010-08-24 Trs Technologies, Inc. Antiferroelectric multilayer ceramic capacitor
WO2010108988A1 (de) * 2009-03-25 2010-09-30 Tronox Pigments Gmbh Bleizirkonattitanate und verfahren zu deren herstellung
JP2011029270A (ja) * 2009-07-22 2011-02-10 Seiko Epson Corp 圧電アクチュエーターの製造方法、圧電アクチュエーター、および液体噴射ヘッド
WO2011035190A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Nano Terra Inc. Polyolefin fibers for use as battery separators and methods of making and using the same
CN101913866B (zh) * 2010-08-18 2012-08-01 郴州功田电子陶瓷技术有限公司 燃气点火压电陶瓷及其制作工艺
CN102744086B (zh) * 2012-07-24 2013-12-04 江苏淮河化工有限公司 ZrO2-TiO2/SO42-固体酸催化剂的制备方法
KR20150110126A (ko) * 2014-03-24 2015-10-02 삼성전기주식회사 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동자
US9673381B2 (en) * 2014-07-22 2017-06-06 Haidou WANG Lead titanate coating and preparing method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3119139B2 (ja) * 1995-10-06 2000-12-18 株式会社村田製作所 圧電磁器及びその製造方法
KR100314762B1 (ko) * 1998-02-27 2002-01-09 사토 히로시 압전세라믹 및 압전장치
JP3874229B2 (ja) * 1999-07-02 2007-01-31 Ｔｄｋ株式会社 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電デバイス
US6322718B1 (en) * 1999-09-21 2001-11-27 Cts Corporation Piezoelectric ceramic compositions and methods for production thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216443B (zh) * 2008-01-02 2010-09-15 沈阳建筑大学 一种用于土木工程结构健康监测的压电智能骨料
CN102515756A (zh) * 2012-01-31 2012-06-27 佛山市亿强电子有限公司 高性能pzt基压电陶瓷放电等离子体低温烧结及制备方法
CN102515756B (zh) * 2012-01-31 2014-04-16 佛山市亿强电子有限公司 高性能pzt基压电陶瓷放电等离子体低温烧结及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030011277A (ko) 2003-02-07
WO2002062724A2 (en) 2002-08-15
CN1221490C (zh) 2005-10-05
JP4120210B2 (ja) 2008-07-16
JP2002308672A (ja) 2002-10-23
EP1358137A2 (en) 2003-11-05
US6825143B2 (en) 2004-11-30
KR100475348B1 (ko) 2005-03-10
US20030096696A1 (en) 2003-05-22
WO2002062724A3 (en) 2002-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1221490C (zh) 锆酸钛酸铅基陶瓷粉末的制备方法,压电陶瓷及其制备方法和压电陶瓷元件
CN1968910A (zh) 压电陶瓷组合物和压电陶瓷电子部件
CN1474467A (zh) 层叠型压电部件的制造方法及层叠型压电部件
CN1309682C (zh) 压电陶瓷
CN1514811A (zh) 压电陶瓷及其制造方法
CN101080372A (zh) 压电陶瓷组合物和压电驱动器
CN1154625C (zh) 压电陶瓷及使用该压电陶瓷的压电器件
CN1184167C (zh) 复合氧化物粉末的制备方法及复合氧化物粉末
CN1204088C (zh) 压电陶瓷组合物和压电元件
US10505101B2 (en) Ceramic material, method for producing the ceramic material, and electroceramic component comprising the ceramic material
CN1898182A (zh) 压电陶瓷及其制造方法
CN1039330A (zh) 铁电陶瓷材料
CN1906718A (zh) 叠层陶瓷电容器
CN1096439C (zh) 高效压电陶瓷
CN1808733A (zh) 压电元件
CN1958511A (zh) 钽取代的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN100337980C (zh) 压电陶瓷组合物以及含该组合物的压电元件
JP2003002739A (ja) チタン酸バリウム粉末の製造方法、チタン酸バリウム粉末およびその評価方法、誘電体セラミック、ならびに積層セラミックコンデンサ
CN1359109A (zh) 介质陶瓷以及使用该介质陶瓷的谐振器
CN1018226B (zh) 铁电陶瓷材料
CN1622359A (zh) 压电陶瓷装置的制造方法
CN1993301A (zh) 压电陶瓷的制造方法、压电元件的制造方法、压电元件
JP7363966B2 (ja) 圧電セラミックス、セラミックス電子部品、及び、圧電セラミックスの製造方法
CN1790568A (zh) 电介质瓷器组合物、电子部件和它们的制造方法
CN1768016A (zh) 压电陶瓷

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20051005

CX01 Expiry of patent term