DE102004015853A1 - Piezoelectric material for producing stacked piezoelectric components e.g. for fuel injectors in vehicles, comprises a mixed oxide of lead, zirconium, titanium, yttrium, niobium, manganese and other metals - Google Patents

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Hiroki Kariya Kubota
Takashi Kariya Yamamoto
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Abstract

Piezoelectric material (I) comprises a mixed oxide of lead, zirconium, titanium, yttrium, niobium, manganese and other metals is new. Piezoelectric material of formula (I) is new: (Pb 1 - xMa x) 1 + d(Zr 1 - yTi y) 1 - p - q(Y 1 / 2Nb 1 / 2) p(Mn 1 - z 1 - z 2Mb z 1Mc z 2) qO 3 + d (I) Ma : Ba, Ca and/or Sr and either Ba or Ca; Mb : Nb, Sb and/or Ta; Mc : W and/or Mo; d : -0.02 to 0.04; x : 0.01-0.2; y : 0.40-0.55; p : 0.005-0.05; q(1-z1-z2) : 0.001-0.02; (1-z1-z2)/(z1+2z2) : 0.7-1.5; z1, z2 : 0 or positive numbers, but not both 0. An independent claim is also included for producing a stacked piezoelectric component by preparing (I) with a BET surface area of 1.6-8 m 2>/g, adding an oxide of formula (II), shaping the mixture to form a film, printing the film with an electrode paste, stacking several such printed films, and calcining the product. (1-beta -gamma )PbO.beta WO 3.gamma MoO3 (II) beta +gamma : 0.005-0.27; beta , gamma : 0 or more.

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mn enthaltendes auf Bleizirconattitanat beruhendes piezoelektrisches Material und ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils, welches das piezoelektrische Material verwendet.The The present invention relates to an Mn containing lead zirconate titanate based piezoelectric material and a method of manufacture of a stacked piezoelectric component, which is the piezoelectric Material used.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Ein herkömmlich bekanntes piezoelektrisches Material zur Verwendung in einem gestapelten piezoelektrischen Bauteil für Stellglieder ist ein auf PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y1/2Nb1/2)O3 beruhendes piezoelektrisches Material. Es umfaßt eine Verbindung mit einer Zusammensetzung, in der ein Teil von Pb durch Sr ersetzt ist und mindestens ein Element ausgewählt aus Sb, Nb, W, La, Ta, Bi, Nd und Pr zugegeben und Mn ebenfalls zugegeben wird.A conventionally known piezoelectric material for use in a stacked piezoelectric component for actuators is a piezoelectric material based on PbZrO 3 -PbTiO 3 -Pb (Y 1/2 Nb 1/2 ) O 3 . It comprises a compound having a composition in which a part of Pb is replaced by Sr and at least one element selected from Sb, Nb, W, La, Ta, Bi, Nd and Pr is added and Mn is also added.

Das unter Verwendung des vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Materials hergestellte gestapelte piezoelektrische Bauteil ist jedoch nicht notwendigerweise zufriedenstellend in der Auslenkung, abhängig von der Verwendung des Stellglieds.The using the piezoelectric described above However, materials produced are stacked piezoelectric device not necessarily satisfactory in deflection, depending on the use of the actuator.

Fernerhin wird in diesem piezoelektrischen Material ein Akzeptorelement Mn zusammen mit einem Donorelement wie Sb, Nb und W zugegeben, aber ein angemessenes Verhältnis wird manchmal zwischen dem Donorelement und dem Akzeptorelement nicht erreicht und, als ein Ergebnis, besteht bei dem gestapelten piezoelektrischen Bauteil ein Problem, daß die dielektrische Eigenschaft sich während der Alterung außerordentlich verändert und nicht stabilisiert wird.henceforth in this piezoelectric material, an acceptor element Mn added together with a donor element such as Sb, Nb and W, but an appropriate relationship is sometimes between the donor element and the acceptor element not reached and, as a result, persists with the stacked piezoelectric component a problem that the dielectric property yourself during aging extraordinarily changed and is not stabilized.

Bei diesem Problem ist bekannt, daß, wenn Mn zu einem auf Bleizirconiumtitanat beruhenden piezoelektrischen Material zugegeben wird, eine Verringerung des dielektrischen Verlusts und ein Erhöhung des mechanischen Qualitätskoeffizienten eintreten und dies zu der Unterdrückung von Energieverlust begleitender Wärmeerzeugung führt.at this problem is known to when Mn becomes a piezoelectric based on lead zirconium titanate Material is added, a reduction in dielectric loss and an increase of the mechanical quality coefficient occur and this to suppress energy loss accompanying heat generation leads.

Obwohl die Veränderung der Alterung der dielektrischen Eigenschaft durch Nichtzugabe von Mn zu einem piezoelektrischen Material aus Bleizirconattitanat verhindert werden kann, opfert dies folglich die Wirkung der Unterdrückung der Wärmeerzeugung durch Zugabe von Mn und ist nicht praxisnah.Even though the change the aging of the dielectric property by not adding Mn prevented from a piezoelectric material made of lead zirconate titanate consequently, this sacrifices the effect of suppressing the heat generation by adding Mn and is not practical.

Demzufolge sind Abhilfemaßnahmen zur Stabilisierung der dielektrischen Eigenschaft des Mn enthaltenden auf Bleizirconiumtitanat beruhenden piezoelektrischen Materials erwünscht.As a result, are remedial measures to stabilize the dielectric property of the Mn-containing piezoelectric material based on lead zirconium titanate he wishes.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung dieser Probleme gerichtet. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein piezoelektrisches Material zur Verfügung zu stellen, welches auf ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil mit einer großen Auslenkung und stabilisierten dielektrischen Eigenschaften angewendet werden kann. Das Ziel der vorliegenden Erfindung schließt ein, ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils unter Verwendung dieses piezoelektrischen Materials zur Verfügung zu stellen.The The present invention is directed to solving these problems. An object of the present invention is a piezoelectric material to disposal to be placed on a stacked piezoelectric component with a big one Deflection and stabilized dielectric properties applied can be. The aim of the present invention includes a method of manufacturing a stacked piezoelectric Component using this piezoelectric material for disposal to deliver.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Eine erste Erfindung ist ein piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z1–z2Mbz1Mcz2)qO3+d worin
Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und entweder Ba oder Ca enthält,
Mb mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nb, Sb, und Ta bedeutet, und
Mc mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, und Mo bedeutet, wobei
–0,02 ≤ d ≤ 0,04,
0,01 ≤ x ≤ 0,20,
0,40 ≤ y ≤ 0,55,
0,005 ≤ p ≤ 0,05,
0,001 ≤ q·(1 – z1 – z2) ≤ 0,02, und
0,7 ≤ (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) ≤ 1,5
(mit der Maßgabe, daß z1 und z2 jeweils 0 oder eine positive Zahl sind und mindestens eine der Variablen z1 und z2 nicht 0 ist)
A first invention is a piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q (Y 1.2 Nb 1.2 ) p (Mn 1-z1-z2 mb z1 Mc z2 ) q O 3 + d wherein
Ma means at least one or more elements selected from Ba, Ca and Sr and contains either Ba or Ca,
Mb means at least one or more elements selected from Nb, Sb, and Ta, and
Mc means at least one or more elements selected from W, and Mo means, where
-0.02 ≤ d ≤ 0.04,
0.01 ≤ x ≤ 0.20,
0.40 ≤ y ≤ 0.55,
0.005 ≤ p ≤ 0.05,
0.001 ≤ q · (1 - z1 - z2) ≤ 0.02, and
0.7 ≤ (1 - z1 - z2) / (z1 + 2z2) ≤ 1.5
(with the proviso that z1 and z2 are each 0 or a positive number and at least one of the variables z1 and z2 is not 0)

Eine zweite Erfindung ist ein piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z2Wz2)qO3+d worin
Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und Ba enthält, wobei
–0,02 ≤ d ≤ 0,04,
0,01 ≤ x ≤ 0,20,
0,40 ≤ y ≤ 0,55,
0,25 ≤ z2 ≤ 0,40,
0,005 ≤ p < 0,05, und
0,001 ≤ q·(1 – z2) ≤ 0, 02
A second invention is a piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q (Y 1.2 Nb 1.2 ) p (Mn 1-z2 W z2 ) q O 3 + d wherein
Ma means at least one or more elements selected from Ba, Ca, and Sr and contains Ba, where
-0.02 ≤ d ≤ 0.04,
0.01 ≤ x ≤ 0.20,
0.40 ≤ y ≤ 0.55,
0.25 ≤ z2 ≤ 0.40,
0.005 ≤ p <0.05, and
0.001 ≤ q · (1 - z2) ≤ 0.02

Die Wirkungen beim Betrieb der ersten und zweiten Erfindungen werden beschrieben.The Effects in the operation of the first and second inventions will be described.

In dem Fall von Materialien gemäß herkömmlichen Techniken ist das Element zum Ersetzen eines Teils von Pb in dem piezoelektrischen Material nur Sr mit nahezu gleichem Ionenradius wie Pb und das Perowskitkristallgitter wird nicht zufriedenstellend verzerrt. Durch Kenntnisnahme dieses Punkts wird in dem piezoelektrischen Material der vorliegenden Erfindung mindestens entweder Ba mit einem größeren Ionenradius als Pb oder Ca mit einem kleineren Ionenradius als Pb als das Element zum Ersetzen eines Teils von Pb ausgewählt. Spezieller ist der Ionenradius von Pb bei 12facher Koordination 1,49 Å und Ba, Ca und Sr besitzen einen Ionenradius bei 12facher Koordination von jeweils 1,61 Å, 1,34 Å und 1,44 Å.In the case of materials according to conventional Techniques is the element to replace a part of Pb in the piezoelectric material only Sr with almost the same ion radius like Pb and the perovskite crystal lattice will not be satisfactory distorted. By knowing this point in the piezoelectric Material of the present invention is at least either Ba with a larger ion radius than Pb or Ca with an ion radius smaller than Pb than the element selected to replace part of Pb. The ion radius is more special of Pb with 12-fold coordination 1.49 Å and Ba, Ca and Sr have one Ion radius with 12-fold coordination of 1.61 Å, 1.34 Å and 1.44 Å.

Demgemäß wird in dem piezoelektrischen Material der ersten und zweiten Erfindungen eine größere Verzerrung als in herkömmlichen Materialien in das Perowskitkristallgitter eingebracht und daher tritt eine größere piezoelektrische Wirkung ein.Accordingly, in the piezoelectric material of the first and second inventions a bigger distortion than in conventional Materials introduced into the perovskite crystal lattice and therefore occurs a larger piezoelectric Effect.

Aufgrund dessen kann, wenn ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil aus dem Materials der ersten und zweiten Erfindungen hergestellt ist, das hergestellte Bauteil eine große Auslenkung haben.by virtue of which may be when a stacked piezoelectric component is made of the material of the first and second inventions is made, the manufactured component have a large deflection.

In den Materialien gemäß herkömmlichen Techniken wird ein ausreichendes Verhältnis zwischen dem Donorelement und dem Akzeptorelement nicht notwendigerweise erreicht und der aufgrund unzureichenden Ausgleichs der Valenz dieser Elemente hervorgerufene Sauerstoffdefekt beeinflußt die Veränderung der Alterung der dielektrischen Eigenschaft nachteilig. Durch Kenntnisnahme dieses Punkts wird in dem piezoelektrischen Material der vorliegenden Erfindung das Verhältnis des Donorelements Sb, Nb oder Mo zu dem Akzeptorelement Mn in einem geeigneten Bereich festgelegt. Mit diesem geeigneten Verhältnis kann die Menge des in dem Kristallgitter erzeugten Sauerstoffdefekts in dem piezoelektrischen Material verringert und die Veränderung der Alterung der dielektrischen Eigenschaft unterdrückt werden.In the materials according to conventional Techniques establish a sufficient relationship between the donor element and does not necessarily reach the acceptor element and the due to insufficient balance of the valence of these elements Oxygen defect affected the change disadvantageous to the aging of the dielectric property. By taking note this point is in the piezoelectric material of the present Invention the relationship of the donor element Sb, Nb or Mo to the acceptor element Mn in one appropriate range. With this appropriate ratio the amount of oxygen defect generated in the crystal lattice reduced in the piezoelectric material and the change in Aging of the dielectric property can be suppressed.

Eine dritte Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils, das durch abwechselnde Stapelung einer piezoelektrischen Schicht und einer Innenelektrodenschicht erhalten wurde, umfassend:
Herstellung des piezoelektrischen Materials gemäß der Erfindungen 1 oder 2, um eine spezifische BET-Oberfläche von 1,6 bis 8 m2/g zu besitzen, und hierzu Zugabe eines Hilfsoxids, das dargestellt wird durch die chemische Formel : (1 – β – γ) PbO·βWO3·γMoO3 (wobei 0,005 ≤ β + γ ≤ 0,27, mit der Maßgabe, daß β ≥ 0 und γ ≥ 0), um eine Mischung herzustellen,
Formgebung der Mischung, um eine ungebrannte Folienbahn herzustellen und auf der ungebrannten Folienbahn Bereitstellung einer gedruckten Schicht, die eine ein Elektrodenmaterial für die innere Elektrodenschicht enthaltende Paste umfaßt,
Stapeln einer Vielzahl von ungebrannten Folienbahnen mit darauf zur Verfügung gestellten gedruckten Schichten um einen ungebrannten, gestapelten Körper zu erhalten und Brennen des ungebrannten, gestapelten Körpers.
A third invention is a method of manufacturing a stacked piezoelectric device obtained by alternately stacking a piezoelectric layer and an inner electrode layer, comprising:
Production of the piezoelectric material according to inventions 1 or 2 in order to have a specific BET surface area of 1.6 to 8 m 2 / g, and for this purpose addition of an auxiliary oxide which is represented by the chemical formula: (1 - β - γ ) PbO · βWO 3 · γMoO 3 (where 0.005 ≤ β + γ ≤ 0.27, with the proviso that β ≥ 0 and γ ≥ 0) to produce a mixture
Shaping the mixture to produce a green sheet and providing a printed layer on the green sheet comprising a paste containing an electrode material for the inner electrode layer,
Stacking a large number of unfired film webs with the printed layer provided on them to get an unbaked, stacked body and burning the unbaked, stacked body.

Das durch das Herstellungsverfahren der dritten Erfindung hergestellte gestapelte piezoelektrische Bauteil besitzt eine piezoelektrische Schicht, die das piezoelektrisches Material der ersten oder zweiten Erfindung umfaßt und folglich eine große Auslenkung und kleine Veränderung während der Alterung der dielektrischen Eigenschaft besitzt.The made by the manufacturing method of the third invention stacked piezoelectric component has a piezoelectric Layer that is the piezoelectric material of the first or second Invention includes and consequently a big one Deflection and small change while the aging of the dielectric property.

Ebenso enthält die piezoelektrische Schicht das vorstehend beschriebene Hilfsoxid und die Anwesenheit dieses Hilfsoxids beeinflußt den gesinterten Zustand des piezoelektrischen Materials der ersten oder zweiten Erfindung als das Grundmaterial der piezoelektrischen Schicht, so daß der ungebrannte gestapelte Körper bei niedriger Temperatur gesintert werden kann.As well contains the piezoelectric layer contains the auxiliary oxide described above and the presence of this auxiliary oxide affects the sintered state of the piezoelectric material of the first or second invention as the base material of the piezoelectric layer, so that the unfired one stacked bodies low temperature can be sintered.

Fernerhin wird in der dritten Erfindung die spezifische Oberfläche des piezoelektrischen Materials in dem vorstehend beschriebenen Bereich kontrolliert, wodurch das Hilfsoxid einheitlich im Umfeld des piezoelektrischen Materials verteilt werden kann und während des Brennens die flüssige Phase bildet. Als ein Ergebnis kann der ungebrannte gestapelte Körper bei einer niedrigeren Temperatur gesintert werden, während das Leistungsverhalten des piezoelektrischen Materials der ersten oder zweiten Erfindung aufrecht erhalten wird.henceforth in the third invention, the specific surface area of the piezoelectric material in the range described above controlled, whereby the auxiliary oxide uniformly in the environment of the piezoelectric Material can be distributed and during the burning the liquid phase forms. As a result, the unbaked stacked body can contribute a lower temperature will be sintered while the performance of the piezoelectric material of the first or second invention is maintained.

Da Sintern bei einer niedrigen Temperatur realisiert werden kann, kann ein kostengünstigeres Elektrodenmaterial (z.B. Cu, Ag oder Ag-Pg-Legierung mit einem Pd-Gehalt von 10% oder weniger) für die innere Elektrodenschicht verwendet und die Materialkosten verringert werden.There Sintering can be realized at a low temperature a cheaper one Electrode material (e.g. Cu, Ag or Ag-Pg alloy with a Pd content of 10% or less) for uses the inner electrode layer and reduces material costs become.

Wie vorstehend beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches Material, anwendbar auf ein gestapeltes piezoelektrische Bauteil mit einer großen Auslenkung und stabilisierter dielektrischer Eigenschaft, und ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils durch Verwendung des piezoelektrischen Materials zur Verfügung gestellt werden.How can be described above according to the present Invention a piezoelectric material applicable to a stacked one piezoelectric component with a large deflection and stabilized dielectric property, and a method for producing a stacked piezoelectric component by using the piezoelectric Material available be put.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine perspektivische Ansicht des gestapelten piezoelektrischen Bauteils in Beispiel 1. 1 10 is a perspective view of the stacked piezoelectric device in Example 1.

2 ist eine Aufsicht der piezoelektrischen Schicht des gestapelten piezoelektrischen Bauteils in Beispiel 1. 2 10 is a top view of the piezoelectric layer of the stacked piezoelectric device in Example 1.

3 ist eine perspektivisch entwickelte Ansicht, die den gestapelten Zustand von piezoelektrischen Schichten in Beispiel 1 zeigt. 3 12 is a perspective developed view showing the stacked state of piezoelectric layers in Example 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

In der ersten Erfindung kann die Sintertemperatur erhöht werden, wenn d < –0,02 ist, wohingegen das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen kann, wenn d > 0,04 ist.In According to the first invention, the sintering temperature can be increased if d <-0.02, whereas the deflection performance may decrease if d> 0.04.

Wenn x < 0,01 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen, wohingegen die Curie-Temperatur des piezoelektrischen Materials abnehmen kann (etwa 200°C oder weniger), wenn x > 0,20 ist, um den Bereich der verwendbaren Temperatur zu verengen, und das piezoelektrische Material kann mangelhafte Anwendbarkeit aufweisen.If x <0.01 can the deflection performance decreases, whereas the Curie temperature of the piezoelectric material can decrease (about 200 ° C or less), if x> 0.20, to narrow the range of usable temperature, and that piezoelectric material may have poor applicability.

Wenn y < 0,40 oder y > 0,55 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen.If y is <0.40 or y> 0.55, it can Decrease deflection performance.

Wenn p < 0,005 oder p > 0,05 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen.If p <0.005 or p> 0.05, can decrease the deflection performance.

Fernerhin kann die Sintertemperatur erhöht sein, wenn p > 0,05 ist.henceforth can increase the sintering temperature be if p> 0.05 is.

Wenn q·(1 – z1 – z2) < 0,001 ist, kann die Wirkung der Steigerung des Leistungsverhaltens (Verringerung des dielektrischen Verlusts und Erhöhung des mechanischen Qualitätskoeffizienten), erreichbar durch die Zugabe von Mn, schwer erhalten werden, oder wenn q·(1 – z1 – z2) > 0,02 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen.If q · (1 - z1 - z2) <0.001, can the effect of increasing performance (reduction dielectric loss and increase in mechanical quality coefficient), attainable by the addition of Mn, difficult to obtain, or if q · (1 - z1 - z2)> 0.02, it can Decrease deflection performance.

Wenn (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) < 0,7 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen, oder wenn (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) > 1,5 ist, kann sich die dielektrische Eigenschaft während der Alterung außerordentlich verändern.If (1 - z1 - z2) / (z1 + 2 · z2) <0.7, the deflection performance may decrease, or if (1 - z1 - z2) / (z1 + 2 · z2)> 1.5, the dielectric property can change significantly during aging.

In der chemischen Formel des piezoelektrischen Materials der ersten Erfindung bedeutet der Ausdruck „Pb1–xMax", daß Pb durch das Element „Ma" im Kristallgitter (Perowskitstruktur) des piezoelektrischen Materials ersetzt wird. Wenn eine Vielzahl von Elementen für Ma ausgewählt werden, stellt x einen gesamten molaren Anteil der Vielzahl von Elementen dar.In the chemical formula of the piezoelectric material of the first invention, the term "Pb 1-x Ma x " means that Pb is replaced by the element "Ma" in the crystal lattice (perovskite structure) of the piezoelectric material. When a plurality of elements are selected for Ma, x represents a total molar portion of the plurality of elements.

Wenn zum Beispiel Ma Ba, Sr und Ca umfaßt, ist „Pb1–xBalSrmCan" und 1 + m + n = x. Das Gleiche trifft zu in dem Fall der Auswahl einer Vielzahl von Elementen für andere Ausdrücke der chemischen Formel.For example, when Ma includes Ba, Sr, and Ca, "Pb 1-x Ba l Sr m Ca n " and 1 + m + n = x. The same applies in the case of selecting a plurality of elements for other terms chemical formula.

Ma ist mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca und Sr und enthält entweder Ba oder Ca, und folglich ist die Gruppe der Elemente, die für Ma ausgewählt werden können, Ba allein, Ca allein, Ba und Ca, Ba und Sr, Ca und Sr oder Ba, Ca und Sr. Wenn Sr alleine für den Element Ma verwendet wird, kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht erhalten werden.Ma is at least one or more elements selected from Ba, Ca and Sr and contains either Ba or Ca, and thus is the group of elements selected for Ma can, Ba alone, Ca alone, Ba and Ca, Ba and Sr, Ca and Sr or Ba, Ca and Sr. If Sr alone for the element Ma is used, the effect of the present Invention cannot be obtained.

In der zweiten Erfindung kann sich, wenn z2 < 0,25 ist, die dielektrische Eigenschaft während der Alterung außerordentlich verändern, oder, wenn z2 > 0,4 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen.In In the second invention, if z2 <0.25, the dielectric property may change while aging extraordinarily change, or if z2> 0.4 the deflection performance can decrease.

Wenn 1·(1 – z2) < 0,001 ist, kann die Wirkung der Steigerung des Leistungsverhaltens (Verringerung des dielektrischen Verlusts und Erhöhung des mechanischen Qualitätskoeffizienten), erreichbar durch die Zugabe von Mn, schwer erhalten werden, oder wenn q·(1 – z2) > 0,02 ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten abnehmen. Andere Kenngrößen sind die gleichen wie in der ersten Erfindung.If 1 · (1 - z2) <0.001, can the effect of increasing performance (reducing the dielectric loss and increase the mechanical quality coefficient), attainable by the addition of Mn, difficult to obtain, or if q · (1 - z2)> 0.02, it can Decrease deflection performance. Other parameters are the same as in the first invention.

Die zugegebene Menge α des Hilfsoxids, dargestellt durch die chemische Formel: (1 – β – γ)PbO·βWO3·γMoO3 (wobei 0,005 ≤ β + γ ≤ 0,27, mit der Maßgabe, daß β ≥ 0 und γ ≥ 0) beträgt bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-% (äußere %) pro 100 Gew.-% des piezoelektrischen Materials.The added amount α of the auxiliary oxide represented by the chemical formula: (1 - β - γ) PbO · βWO 3 · γMoO 3 (where 0.005 ≤ β + γ ≤ 0.27, with the proviso that β ≥ 0 and γ ≥ 0) is preferably 0.05 to 5% by weight (external%) per 100% by weight of the piezoelectric material.

Das Hilfsoxid kann ein Kompositoxid, in dem Pb-Oxid, W-Oxid und/oder Mo-Oxid vermischt sind, um die vorstehend beschriebene chemische Formel zu erfüllen und als Feststofflösung vorliegen oder es kann eine Mischung von Pb-Oxid, W-Oxid und/oder Mo-Oxid vorliegen, die vermischt sind, um die vorstehend beschriebene chemische Formel zu erfüllen, oder es kann ein durch partielle Feststofflösung dieser Mischung erhaltenes Oxid sein, weil selbst wenn Pb-Oxid, W-Oxid und/oder Mo-Oxid in dem Hilfsoxid zurückbleiben, die Feststofflösung dieser Oxide in dem Verfahren des Sinterns fortschreitet und die Funktion als Hilfsoxid gesichert ist.The Auxiliary oxide can be a composite oxide in which Pb oxide, W oxide and / or Mo oxide are mixed to the chemical described above Fulfill formula and as a solid solution or a mixture of Pb oxide, W oxide and / or Mo oxide are present which are mixed to the one described above chemical formula to meet or it can be one obtained by partial solids solution of this mixture Be oxide because even if Pb oxide, W oxide and / or Mo oxide in remain behind the auxiliary oxide, the solid solution these oxides progress in the process of sintering and the Function as an auxiliary oxide is secured.

Wenn das vorstehend definierte Hilfsoxid verwendet wird, kann die Temperatur zum Backen des piezoelektrischen Materials der ersten oder zweiten Erfindung gesenkt und ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil unter Verwendung eines weniger teuren Elektrodenmaterials (z.B. Cu, Ag, Ag-Pd-Legierung mit einem Pd-Gehalt von 10% oder weniger) hergestellt werden. Folglich kann ein für die Niedrigkostenherstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils geeignetes Material erhalten werden.If the auxiliary oxide defined above is used, the temperature for baking the piezoelectric material of the first or second Invention lowered and a stacked piezoelectric component using a less expensive electrode material (e.g. Cu, Ag, Ag-Pd alloy with a Pd content of 10% or less) getting produced. Hence, one can be for low cost manufacturing of a stacked piezoelectric component suitable material be preserved.

Wenn β + γ < 0,005 oder β + γ > 0,27 ist, kann die Wirkung der Absenkung der Backtemperatur nicht erhalten werden.If β + γ <0.005 or β + γ> 0.27, the Effect of lowering the baking temperature cannot be obtained.

Wenn α < 0,05 Gew.-% ist, kann die Wirkung der Absenkung der Sintertemperatur nicht erhalten werden, oder wenn α > 5 Gew.-% ist, kann das Auslenkungsleistungsverhalten verringert werden, weil ein nicht zu der Auslenkung beitragendes Hilfsoxid in dem piezoelektrischen Material ansteigt.If α <0.05% by weight, cannot get the effect of lowering the sintering temperature be, or if α> 5 wt .-%, can the deflection performance will be reduced because a not auxiliary oxide contributing to the deflection in the piezoelectric Material rises.

Ebenso ist die dritte Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils, das eine unter Verwendung des piezoelektrischen Materials der ersten oder zweiten Erfindung und Zumischen des vorstehend beschriebenen Hilfsoxids gebildete piezoelektrische Schicht besitzt.As well The third invention is a method of manufacturing a stacked one piezoelectric component, which is one using the piezoelectric Material of the first or second invention and admixing the above described auxiliary oxide has formed piezoelectric layer.

Fernerhin wird in der dritten Erfindung das piezoelektrische Material eingestellt, um eine vorbestimmte Oberfläche zu besitzen. Wenn die spezifische BET-Oberfläche kleiner als 1,6 m2/g ist, kann die Sintertemperatur des piezoelektrischen Materials erhöht werden, oder wenn sie 8 m2/g übersteigt, schreitet die Feststofflösung des Hilfsoxids in das piezoelektrische Material übermäßig fort und das Auslenkungsleistungsverhalten kann verringert werden.Furthermore, in the third invention, the piezoelectric material is adjusted to have a predetermined surface. If the BET specific surface area is less than 1.6 m 2 / g, the sintering temperature of the piezoelectric material may be increased, or if it exceeds 8 m 2 / g, the solids solution of the auxiliary oxide in the piezoelectric material progresses excessively and the deflection performance can be reduced.

Andere Gegenstände, die das piezoelektrische Bauteil und Hilfsoxid betreffen, sind die gleichen wie die der ersten und zweiten Erfindungen, die vorstehend beschrieben wurden.Other objects which relate to the piezoelectric component and auxiliary oxide are same as that of the first and second inventions above have been described.

Die spezifische BET-Oberfläche bedeutet eine durch das BET-Verfahren gemessene spezifische Oberfläche.The specific BET surface area means a specific surface area measured by the BET method.

Das Meßverfahren einer spezifischen Oberfläche schließt das Adsorbieren eines Moleküls mit einer bekannten durch Adsorption belegten Fläche auf der Oberfläche eines Materials bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff und dann Bestimmung der spezifischen Oberfläche der Probe aus der adsorbierten Menge ein. Im Speziellen wird das Verfahren der physikalischen Adsorption eines Intertgases bei eine niedrigen Temperatur und einer niedrigen Feuchtigkeit BET-Verfahren genannt.The measurement methods a specific surface includes adsorbing a molecule with a known area occupied by adsorption on the surface of a Material at the temperature of liquid nitrogen and then Determination of the specific surface area of the sample from the adsorbed Amount one. In particular, the process of physical adsorption of an inert gas at a low temperature and a low Moisture called BET process.

In dem Herstellungsverfahren der dritten Erfindung wird ein piezoelektrisches Material mit der Zusammensetzung der Erfindung 1 oder der Erfindung 2 vorher zur Verfügung gestellt und hierzu eine gesondert hergestelltes Hilfsoxid mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung gemischt.In The manufacturing method of the third invention uses a piezoelectric Material having the composition of Invention 1 or Invention 2 available beforehand and a separately produced auxiliary oxide with the mixed composition described above.

Die Behandlung zur Einstellung der spezifischen BET-Oberfläche des piezoelektrischen Materials in dem vorstehend beschriebenen Bereich kann in dem Zustand des piezoelektrischen Materials alleine oder nach dem Zumischen des Hilfsoxids durchgeführt werden.The Treatment to adjust the BET specific surface area of the piezoelectric material in the range described above can be in the state of piezoelectric material alone or after admixing the Auxiliary oxide performed become.

Spezieller werden die Ausgangsmaterialien gewogen, um ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis zu ergeben, die Ausgangsmaterialien werden kalziniert, der kalzinierte Körper wird gemahlen, um eine vorbestimmte spezifische BET-Oberfläche zu besitzen und danach wird das Hilfsoxid zugegeben, um eine Mischung zu erhalten.special the raw materials are weighed to obtain a predetermined composition ratio result, the starting materials are calcined, the calcined body is ground to have a predetermined BET specific surface area and then the auxiliary oxide is added to obtain a mixture.

Alternativ werden die Ausgangsmaterialien kalziniert, das Hilfsoxid wird zugegeben und danach wird die Mischung gemahlen.alternative the starting materials are calcined, the auxiliary oxide is added and then the mixture is ground.

Das feine Pulver des piezoelektrischen Materials, das durch Kalzinieren und Mahlen der Ausgangsmaterialien erhalten wurde, besitzt gegenüber dem Hilfsoxid eine höhere Reaktivität. Um folglich die Feststofflösung des Hilfsoxids in das piezoelektrische Material hinein so gut wie möglich zu unterdrücken, kann es ebenso möglich sein, daß das piezoelektrische Material gemahlen und bei 400 bis 700°C vorgebacken wird und das sich ergebende Pulver mit einem Hilfsoxid, einem Lösungsmittel, einem Binder, einem Weichmacher und einem Dispergator gemischt und dann in Form gebracht wird.The fine powder of the piezoelectric material obtained by calcining and grinding of the raw materials obtained has against that Auxiliary oxide a higher Reactivity. To consequently the solids solution of the auxiliary oxide into the piezoelectric material as good as possible to suppress, it can also be possible be that Piezoelectric material ground and pre-baked at 400 to 700 ° C and the resulting powder with an auxiliary oxide, a solvent, mixed with a binder, a plasticizer and a dispersant and is then brought into shape.

In dem Herstellungsverfahren eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils der vorliegenden Erfindung wird die Festlegung auf eine vorbestimmte spezifische BET-Oberfläche bevorzugt durch Mahlen des piezoelektrischen Materials mit Hilfe einer Kugelmühle, einer mediumrührenden Mühle oder dergleichen zu einer feinen Teilchengröße durchgeführt.In the manufacturing process of a stacked piezoelectric component The present invention sets the predetermined specific BET surface area preferably by grinding the piezoelectric material with the help a ball mill, a medium-stirring Mill or the like to a fine particle size.

Bei der Formgebung der Mischung, die das piezoelektrische Material und das Hilfsoxid umfaßt, wird ein Schlicker durch Zugabe eines Binders und dergleichen zu der Mischung hergestellt, und aus dem Schlicker kann eine ungebrannte Folienbahn durch ein allgemein bekanntes Rakel-Verfahren (doctor blade) hergestellt werden. Danach wird eine ein Elektrodenmaterial enthaltende Paste auf die ungebrannte Folienbahn gedruckt, um eine gedruckte Schicht zur Verfügung zu stellen.at the shape of the mixture that the piezoelectric material and which comprises auxiliary oxide, becomes a slip by adding a binder and the like the mixture is made, and the slurry can be an unfired Film web by a generally known doctor blade method (doctor blade). After that, it becomes an electrode material containing paste printed on the green sheet to make a printed layer available to deliver.

Eine gewünschte Anzahl von ungebrannten Folienbahnen, auf denen jeweils die gedruckte Schicht zur Verfügung gestellt wird, werden gestapelt und druckverbunden, um einen ungebrannten gestapelten Körper herzustellen, und dieser ungebrannte gestapelte Körper wird entbindert, gebacken und, nach dem Bereitstellen einer Seitenelektrode oder dergleichen zur Erreichung von elektrischer Leitung der inneren Elektrodenschicht, einer Polarisationsbehandlung unterzogen, wodurch ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil erhalten werden kann.A desired Number of unfired film webs, on each of which the printed one Layer available is stacked and pressure bonded to make an unbaked making stacked bodies and this unburned stacked body is released, baked and, after providing a side electrode or the like to achieve electrical conduction of the inner electrode layer, subjected to a polarization treatment, whereby a stacked piezoelectric component can be obtained.

Die hier beschriebene Vorgehensweise ist ein gut bekanntes Herstellungsverfahren eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils. In dem Fall der Herstellung eines piezoelektrischen Bauteils durch andere Verfahren, kann die dritte Erfindung ebenfalls angewendet werden.The The procedure described here is a well known manufacturing process of a stacked piezoelectric component. In the case of manufacturing a piezoelectric component by other methods, the third invention can also be applied.

Im übrigen kann die innere Elektrodenschicht so gebildet sein, daß sie eine vollständige Elektrodenstruktur (eine Fläche nahezu gleich der piezoelektrischen Schicht) besitzt, anders als die in Beispiel 1 gezeigte partielle Elektrodenstruktur (die Fläche des Querschnitts im rechten Winkel zu der gestapelten Schichtrichtung ist kleiner als die piezoelektrische Schicht), welche später beschrieben wird.Incidentally, the inner electrode layer may be formed to have a complete electrode structure (an area almost equal to the piezoelectric layer), unlike the partial electrode structure shown in Example 1 (the area of the cross section at right angles to the stacked layer direction is smaller than the piezoelectric layer), which will be described later.

Das wie vorstehend hergestellte gestapelte piezoelektrische Bauteil besitzt eine piezoelektrische Schicht, die aus einem in der dielektrischen Eigenschaft stabilisierten piezoelektrischen Material zusammengesetzt ist. Auf Grund der dielektrischen Eigenschaft wird die Übergangseigenschaft der Auslenkung weniger gestreut, und folglich wird die Hubzahl der piezoelektrischen Schicht bei Anlegen einer Spannung, das heißt, die Hubzahl des Stellglieds bei Verwendung als ein piezoelektrisches Stellglied, nahezu konstant.The stacked piezoelectric device manufactured as above has a piezoelectric layer that consists of one in the dielectric Property composed of stabilized piezoelectric material is. Due to the dielectric property, the transition property the deflection is less scattered, and consequently the stroke rate of the piezoelectric layer when a voltage is applied, that is, the Number of strokes of the actuator when used as a piezoelectric Actuator, almost constant.

Unter Verwendung eines solchen piezoelektrischen Stellglieds als eine Steuerquelle einer Einspritzvorrichtung für Treibstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor wie einen Kraftfahrzeugmotor kann die Streuung in der Menge des eingespritzten Treibstoffes verringert und der Verbrennungszustand genauer kontrolliert werden. In diesem Punkt sind die piezoelektrischen Materialien der ersten und zweiten Erfindungen als ein Material zum Aufbau einer piezoelektrischen Schicht eines piezoelektrischen Stellglieds, das als eine Steuerquelle der Einspritzvorrichtung zur Treibstoffeinspritzung arbeitet, geeignet. Das durch die dritte Erfindung hergestellte gestapelte piezoelektrische Bauteil ist ebenfalls als eine Steuerquelle der Einspritzvorrichtung zur Treibstoffeinspritzung geeignet.Under Use of such a piezoelectric actuator as one Control source of an injector for fuel injection in an internal combustion engine such as an automobile engine can scatter reduced in the amount of fuel injected and the Combustion state can be controlled more precisely. In this point are the piezoelectric materials of the first and second inventions as a material for building a piezoelectric layer of a piezoelectric actuator used as a control source of the injector works for fuel injection, suitable. That through the third Stacked piezoelectric device manufactured according to the invention is also as a control source of the injector for fuel injection suitable.

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.Examples of the present invention are described below with reference to the Described drawings.

Beispiel 1example 1

In diesem Beispiel, wird ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil unter Verwendung des piezoelektrischen Materials der vorliegenden Erfindung hergestellt und sein Leistungsverhalten ausgewertet.In this example, is a stacked piezoelectric device using the piezoelectric material of the present Made invention and evaluated its performance.

Das piezoelektrische Material dieses Beispiels ist ein piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q-(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z1–z2Mbz1Mcz2)qO3+d (worin Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und entweder Ba oder Ca enthält, Mb mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nb, Sb, und Ta bedeutet, und Mc mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, und Mo bedeutet, wobei
–0,02 ≤ d ≤ 0,04,
0,01 ≤ x ≤ 0,20,
0,40 ≤ y ≤ 0,55,
0,005 ≤ p ≤ 0,05,
0,001 ≤ q·(1 – z1 – z2) ≤ 0,02, und
0,7 ≤ (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) ≤ 1,5 (mit der Maßgabe, daß z1 und z2 jeweils 0 oder eine positive Zahl sind und mindestens eine der Variablen z1 und z2 nicht 0 ist).
The piezoelectric material of this example is a piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q - (Y 1/2 Nb 1 / 2 ) p (Mn 1-z1-z2 Mb z1 Mc z2 ) q O 3 + d (where Ma is at least one or more elements selected from Ba, Ca, and Sr and contains either Ba or Ca, Mb is at least one or more Means selected from Nb, Sb, and Ta, and Mc means at least one or more elements selected from W, and Mo means, where
-0.02 ≤ d ≤ 0.04,
0.01 ≤ x ≤ 0.20,
0.40 ≤ y ≤ 0.55,
0.005 ≤ p ≤ 0.05,
0.001 ≤ q · (1 - z1 - z2) ≤ 0.02, and
0.7 ≤ (1 - z1 - z2) / (z1 + 2z2) ≤ 1.5 (with the proviso that z1 and z2 are each 0 or a positive number and at least one of the variables z1 and z2 is not 0 ).

Alternativ ist das piezoelektrisches Material dieses Beispiels ein piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q-(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z2Wz2)qO3+d (worin Ma mindestens einen oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und Ba enthält), wobei
–0,02 ≤ d ≤ 0,04,
0,01 ≤ x ≤ 0,20,
0,40 ≤ y ≤ 0,55,
0,25 ≤ z2 ≤ 0,40,
0,005 ≤ p ≤ 0,05, und
0,001 ≤ q·(1 – z2) ≤ 0,02.
Alternatively, the piezoelectric material of this example is a piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q - (Y 1/2 Nb 1/2 ) p (Mn 1-z2 W z2 ) q O 3 + d (where Ma is at least one or more elements selected from Ba, Ca, and Sr and contains Ba), wherein
-0.02 ≤ d ≤ 0.04,
0.01 ≤ x ≤ 0.20,
0.40 ≤ y ≤ 0.55,
0.25 ≤ z2 ≤ 0.40,
0.005 ≤ p ≤ 0.05, and
0.001 ≤ q · (1 - z2) ≤ 0.02.

Dieses Beispiel wird nachstehend ausführlich beschrieben.This Example is detailed below described.

In diesem Beispiel werden unter Verwendung der Proben 1 bis 14 der Erfindung und der Vergleichsproben C1 bis C3 das piezoelektrische Material der vorliegenden Erfindung und das durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene gestapelte piezoelektrische Bauteil im Leistungsverhalten ausgewertet.In this example, using samples 1 through 14 of the Invention and the comparative samples C1 to C3 the piezoelectric Material of the present invention by the manufacturing process stacked piezoelectric obtained by the present invention Component evaluated in terms of performance.

Spezieller sind die Proben 1 bis 14 piezoelektrische Materialien, die durch Veränderung der Gruppe von substituierten Elementen Ma, Mb und Mc und des Zusammensetzungsverhältnisses (x, y, z1, z2, p, q, d) in der chemischen Formel (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q-(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z1–z2Mbz1Mcz2)qO3+d hergestellt wurden. Vergleichsprobe C1 besitzt eine Zusammensetzung außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, in dem (1-z1-z2)/(z1+2•z2) 0,54 ist. Vergleichsprobe C2 besitzt eine Zusammensetzung außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, in dem die Elemente Mb und Mc nicht enthalten sind. Vergleichsprobe C1 besitzt eine Zusammensetzung außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, in dem (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) 2 ist.More specifically, Samples 1 through 14 are piezoelectric materials, which by changing the group of substituted elements Ma, Mb, and Mc and the composition ratio (x, y, z1, z2, p, q, d) in the chemical formula (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q - (Y 1/2 Nb 1/2 ) p (Mn 1-z1-z2 Mb z1 Mc z2 ) q O 3 + d , Comparative sample C1 has a composition outside the scope of the present invention in which (1-z1-z2) / (z1 + 2 • z2) is 0.54. Comparative sample C2 has a composition outside the scope of the present invention in which the elements Mb and Mc are not included. Comparative sample C1 has a composition outside the scope of the present invention in which (1 - z1 - z2) / (z1 + 2 * z2) is 2.

Aus jedem dieser piezoelektrischen Materialien wurde ein in 1 gezeigtes gestapeltes piezoelektrisches Bauteil 1 hergestellt und seine piezoelektrischen Eigenschaften untersucht.An in 1 stacked piezoelectric component shown 1 manufactured and examined its piezoelectric properties.

Wie in 1 bis 3 gezeigt, wurde das gestapelte piezoelektrische Bauteil 1 so hergestellt, daß innere Elektrodenschichten 21 und 22, abwechselnd als eine positive Elektrode und eine negative Elektrode arbeitend, zwischen piezoelektrische Schichten 11 eingeführt wurden. Wie in 2(a) gezeigt, wurde eine innere Elektrodenschicht zur Verfügung gestellt, um einen reservierten Bereich 119 in der piezoelektrischen Schicht 11 zu hinterlassen und, wie in 1 gezeigt, um mit einer Seitenfläche 101 frei zu liegen, und eine andere innere Elektrodenschicht wurde zur Verfügung gestellt, um mit einer anderen Seitenfläche 102 frei zu liegen.As in 1 to 3 was shown, the stacked piezoelectric component 1 made so that inner electrode layers 21 and 22 , working alternately as a positive electrode and a negative electrode, between piezoelectric layers 11 were introduced. As in 2 (a) shown, an inner electrode layer was provided to a reserved area 119 in the piezoelectric layer 11 to leave and, as in 1 shown to with a side face 101 to be exposed, and another inner electrode layer was provided to be with a different side surface 102 to lie freely.

Auf den Seitenflächen 101 und 102 des piezoelektrischen Bauteils 1 wurde eine Seitenelektrode 31 zur Verfügung gestellt, um elektrische Leitung zwischen freiliegenden Endteilen der inneren Elektrodenschichten 21 oder 22 zu ermöglichen.On the side surfaces 101 and 102 of the piezoelectric component 1 became a side electrode 31 provided to electrical conduction between exposed end portions of the inner electrode layers 21 or 22 to enable.

Der zentrale Bereich in der gestapelten Schichtrichtung des piezoelektrischen Bauteils 1 ist ein Steuerteil 111, welches durch Durchleiten von Elektrizität zu den inneren Elektrodenschichten 21 und 22 verlängert wird. Die das Steuerteil 111 einschließenden keramischen Schichten 12, bei denen wie in 2 gezeigt mindestens eine Oberfläche jeder keramischen Schicht nicht mit der inneren Elektrodenschicht 21 oder 22 in Kontakt steht, arbeiten als Blindteile 112, welche nicht verlängert werden, selbst wenn Elektrizität durch die inneren Elektrodenschichten 21 und 22 geleitet wird.The central area in the stacked layer direction of the piezoelectric component 1 is a control part 111 which is achieved by passing electricity to the inner electrode layers 21 and 22 is extended. The the control part 111 enclosing ceramic layers 12 who like in 2 shown at least one surface of each ceramic layer not with the inner electrode layer 21 or 22 is in contact, work as blind parts 112 which are not extended even if electricity is through the inner electrode layers 21 and 22 is directed.

Die Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Materials und des gestapelten piezoelektrischen Bauteils werden nachstehend speziell beschrieben.The Method of manufacturing the piezoelectric material and the stacked piezoelectric component are specific below described.

PbO, SrCO3, BaCO3, CaCO3, ZrO2, TiO2, Y2O3, Nb2O5, Sb2O3, WO3 und MoO3 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, die jedes konstituierende Atom des piezoelektrischen Materials enthalten, und gewogen, um eine gewünschte in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung zu ergeben, nämlich so, daß das Verhältnis der jeweiligen konstituierenden Atome in den Ausgangsmaterialien das gleiche wurde wie das Verhältnis von jeweiligen konstituierenden Atomen in der Zielzusammensetzung.PbO, SrCO 3 , BaCO 3 , CaCO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Sb 2 O 3 , WO 3 and MoO 3 were used as starting materials containing each constituent atom of the piezoelectric material , and weighed to give a desired composition shown in Table 1, namely so that the ratio of the respective constituent atoms in the starting materials became the same as the ratio of respective constituent atoms in the target composition.

Die gewogenen Ausgangsmaterialien wurden naß gemischt, getrocknet und bei 800°C für 5 Stunden kalziniert und der kalzinierte Körper wurde naß mit einer mediumrührenden Mühle gemahlen, um ein gemahlenes Material mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 2,5 bis 3 m2/g zu erhalten. Dann wurden ein Lösungsmittel, ein Binder, ein Weichmacher und ein Dispergator hierzu zugegeben und in einer Kugelmühle gemischt, um einen Schlicker zu erhalten.The weighed starting materials were wet mixed, dried and calcined at 800 ° C for 5 hours and the calcined body was wet milled with a medium stirring mill to add a milled material with a BET specific surface area of 2.5 to 3 m 2 / g receive. Then, a solvent, a binder, a plasticizer and a dispersant were added thereto and mixed in a ball mill to obtain a slip.

Aus diesem Schlicker wurde eine ungebrannte Folienbahn mit einer Dicke von 100 μm unter Verwendung einer Rakel-Vorrichtung geformt. Auf diese ungebrannte Folienbahn wurde eine elektrisch leitende Paste, die ein Silber/Palladium (7/3 gewichtsbezogen) umfassendes Elektrodenmaterial enthielt, gedruckt, um eine gedruckte Schicht für die innere Elektrodenschicht zur Verfügung zu stellen.Out this slip was a green sheet with a thickness of 100 μm molded using a squeegee device. On this unfired one Foil sheet was an electrically conductive paste that was a silver / palladium (7/3 by weight) contained extensive electrode material, printed, around a printed layer for to provide the inner electrode layer.

Wie in 3 gezeigt, wurden 21 ungebrannte Folienbahnen, jede mit der gedruckten Schicht darauf bereitgestellt, gestapelt, eine ungebrannte Folienbahn ohne gedruckte Schicht für die innere Elektrodenschicht darauf wurde oben und unten angeordnet, diese Folienbahnen wurden unter Wärme druckverbunden, um einen ungebrannten gestapelten Körper herzustellen.As in 3 21, unfired film sheets, each with the printed layer provided thereon, were stacked, an unfired film sheet without a printed layer for the inner electrode layer was placed on top and bottom, these film sheets were heat-bonded to produce an unfired stacked body.

Der ungebrannte gestapelte Körper wurde dann in einem elektrischen Ofen entbindert und bei 850°C bis 1100 °C gebacken und die gesamte Oberfläche poliert, um einen gestapelten gesinterten Körper von 7 × 7 × 1,8 mm zu erhalten.The unfired stacked bodies was then debindered in an electric oven and baked at 850 ° C to 1100 ° C and the entire surface polished to obtain a 7 × 7 × 1.8 mm stacked sintered body.

Fernerhin wurde ein Paar Seitenelektroden zur Erreichung elektrischer Leitung zu jeder anderen inneren Elektrodenschicht auf die Seitenflächen des gestapelten gesinterten Körpers gedruckt, und danach wurde der gestapelte gesinterte Körper bei 130°C in einem angelegten elektrischen Feld von 2 kV/mm für 30 Minuten einer Polarisation unterzogen und dann bei Raumtemperatur für 48 Stunden stehengelassen.henceforth was a pair of side electrodes to achieve electrical conduction to any other inner electrode layer on the side surfaces of the stacked sintered body printed, and then the stacked sintered body was added 130 ° C in an applied electric field of 2 kV / mm for 30 minutes of polarization subjected and then left at room temperature for 48 hours.

Auf diesem Weg wurde ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil erhalten.On In this way, a stacked piezoelectric device was obtained.

Die Messung des Leistungsverhaltens des gestapelten piezoelektrischen Bauteils wird nachstehend beschrieben.The Measurement of the performance of the stacked piezoelectric The component is described below.

Die Impedanz-Frequenz-Eigenschaften des erhaltenen gestapelten piezoelektrischen Bauteils wurden mit einem Impedanz-Analysator gemessen und der Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz (fr) und der Antiresonanzfrequenz (fa) bei der Grundschwingung wurden bestimmt. Die Backtemperatur, bei der Sättigung beginnt, wird in Tabelle 2 gezeigt.The Impedance-frequency properties of the stacked piezoelectric obtained The component was measured with an impedance analyzer and the difference between the resonance frequency (fr) and the anti-resonance frequency (fa) for the fundamental vibration were determined. The baking temperature, at saturation starts, is shown in Table 2.

Dann wurden die Auslenkung und die Veränderung der Alterung der elektrostatischen Kapazität jedes gestapelten piezoelektrischen Bauteils, das bei der vorstehend beschriebenen Temperatur gebacken wurde, untersucht.Then were the deflection and change in aging of the electrostatic capacity each stacked piezoelectric device that is in the above baked temperature was examined.

Bei der Messung der Auslenkung wurde eine Spannung von 150 V an das gestapelte piezoelektrische Bauteil angelegt, während eine Last von 500 N auferlegt wurde und die Auslenkung des gestapelten piezoelektrischen Bauteils wurde mit einem Laser-Auslenkungs-Meßgerät gemessen. Die Messung wurde an zwei Punkten durchgeführt und ein Mittelwert der zwei Punkte wurde als die Auslenkung des Bauteils verwendet. Die Auslenkung wurde bei Raumtemperatur gemessen und die Messung wurde durchgeführt, nachdem das gestapelte piezoelektrische Bauteil unter Antrieb vorher für etwa 20 Minuten gealtert worden war.at A voltage of 150 V was applied to the measurement of the deflection stacked piezoelectric component applied while a load of 500N was imposed and the deflection of the stacked piezoelectric component was measured with a laser deflection measuring device. The measurement was made performed at two points and an average of the two points was taken as the deflection of the Component used. The deflection was measured at room temperature and the measurement was done after driving the stacked piezoelectric component before for about Had been aged for 20 minutes.

Bei der Messung der Veränderung der Alterung der elektrostatischen Kapazität wurde das gestapelte piezoelektrische Bauteil polarisiert und dann bei Raumtemperatur für 48 Stunden stehengelassen, und danach wurde die elektrostatische Kapazität Q1 bei 1 kHz mit einem LCR-Meßgerät gemessen. Die elektrostatische Kapazität Q2 wurde nach Ablauf 1 Woche noch einmal gemessen und die Veränderungsrate zwischen Q1 und Q2 durch Berechnung bestimmt.When measuring the change in the aging of the electrostatic capacity, the stacked piezoelectric device was polarized and then left to stand at room temperature for 48 hours, and then the electrostatic capacity Q1 at 1 kHz was measured with an LCR meter. The electrostatic capacity Q2 was expired 1 Measured again for a week and the rate of change between Q1 and Q2 determined by calculation.

Die Meßergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Wie aus den Ergebnissen deutlich wird, wurde in dem unter Verwendung des piezoelektrischen Materials der vorliegenden Erfindung (Proben 1 bis 14) hergestellten gestapelten piezoelektrischen Bauteil die Auslenkung gesteigert und gleichzeitig die Veränderung der Alterung der elektrostatischen Kapazität verringert, wie mit Vergleichsproben Cl bis C3 verglichen. Daher wurde die Verbesserung deutlich, das heißt, die dielektrische Eigenschaft wurde stabilisiert.The Measurement results are shown in Table 2. As the results show was in the using the piezoelectric material present invention (samples 1 to 14) manufactured stacked piezoelectric component increases the deflection and at the same time the change the aging of the electrostatic capacity is reduced, as with comparative samples Cl to C3 compared. Therefore, the improvement became clear is called, the dielectric property has been stabilized.

In dem piezoelektrischen Material (Proben 1 bis 14) dieses Beispiels wird mindestens Ba mit einem größeren Ionenradius als Pb oder Ca mit einem kleineren Ionenradius als Pb als das Element zum Ersetzen eines Teils von Pb in dem Perowskitkristallgitter, das das piezoelektrische Material konstituiert, ausgewählt (siehe Tabelle 1). Eine große Verzerrung wird in das Perowskitkristallgitter, das das piezoelektrische Material konstituiert, eingebracht und es ergibt sich eine größere piezoelektrische Wirkung. Folglich kann eine große Auslenkung erhalten werden, wenn ein in 1 bis 3 gezeigtes gestapeltes piezoelektrisches Bauteil aus dem piezoelektrischen Material der Proben 1 bis 14 in diesem Beispiel hergestellt wird (siehe Tabelle 2).In the piezoelectric material (samples 1 to 14) of this example, at least Ba with an ion radius larger than Pb or Ca with a smaller ion radius than Pb is selected as the element for replacing a part of Pb in the perovskite crystal lattice constituting the piezoelectric material ( see table 1). A large distortion is introduced into the perovskite crystal lattice, which constitutes the piezoelectric material, and there is a greater piezoelectric effect. Consequently, a large displacement can be obtained when an in 1 to 3 Stacked piezoelectric component shown is made of the piezoelectric material of samples 1 to 14 in this example (see Table 2).

Fernerhin wird in dem piezoelektrischen Material der Proben 1 bis 14 das Verhältnis des Donorelements Sb, Nb, W oder Mo zu dem Akzeptorelement Mn auf einen geeigneten Bereich festgelegt, wodurch die Menge des in dem Kristallgitter in dem piezoelektrischen Material hervorgerufenen Sauerstoffdefekts verringert und die Veränderung der Alterung der dielektrischen Eigenschaft unterdrückt werden kann.henceforth the ratio of. in the piezoelectric material of samples 1 to 14 Donor elements Sb, Nb, W or Mo to the acceptor element Mn on one appropriate range, thereby reducing the amount of in the crystal lattice oxygen defect caused in the piezoelectric material decreased and the change the aging of the dielectric property can be suppressed can.

Wie vorstehend beschrieben kann gemäß dieses Beispiels ein piezoelektrisches Material, anwendbar auf ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil mit einer großen Auslenkung und stabilisierter dielektrischer Eigenschaft, und ein Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils unter Verwendung des piezoelektrischen Materials zur Verfügung gestellt werden.How described above can be according to this For example, a piezoelectric material applicable to a stacked one piezoelectric component with a large deflection and stabilized dielectric property, and a method for producing a stacked piezoelectric component using the piezoelectric Material available be put.

Figure 00200001
Figure 00200001

Tabelle 2

Figure 00210001
Table 2
Figure 00210001

Beispiel 2Example 2

In diesem Beispiel wird ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil, das eine aus einem piezoelektrischen Material, zu dem ein Hilfsoxid hinzugegeben wurde, gebildete piezoelektrische Schicht besitzt, zusammen mit Vergleichsbeispielen ausgewertet.In this example, a stacked piezoelectric component, the one made of a piezoelectric material, to which an auxiliary oxide added, has formed piezoelectric layer, evaluated together with comparative examples.

PbO, WO3 und MoO3 wurden als Ausgangsmaterialien des Hilfsoxids verwendet und gewogen, um eine gewünschte in Tabelle 3 gezeigte Zusammensetzung zu ergeben, nämlich so, daß das Verhältnis der jeweiligen konstituierenden Atome in den Ausgangsmaterialien das gleiche wurde wie das Verhältnis von jeweiligen konstituierenden Atomen in der Zielzusammensetzung.PbO, WO 3 and MoO 3 were used as starting materials of the auxiliary oxide and weighed to give a desired composition shown in Table 3, so that the ratio of the respective constituent atoms in the starting materials became the same as the ratio of respective constituent atoms in the target composition.

Die gewogenen Ausgangsmaterialien wurden trocken gemischt und dann bei 500°C für 2 Stunden an Luft kalziniert, wobei eine teilweise Reaktion von PbO, WO3 und/oder MoO3 hervorgerufen wurde, um ein kalziniertes Pulver des Hilfsoxids zu erhalten. Das sich ergebende kalzinierte Pulver wurde naß gemahlen und dann getrocknet, um ein Hilfspulver mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 1,5 bis 2 m2/g zu erhalten, und dieses Hilfspulver wurde in den Proben 15 bis 19 verwendet.The weighed starting materials were mixed dry and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, whereby a partial reaction of PbO, WO 3 and / or MoO 3 was caused to obtain a calcined powder of the auxiliary oxide. The resulting calcined powder was wet milled and then dried to obtain an auxiliary powder having a BET specific surface area of 1.5 to 2 m 2 / g, and this auxiliary powder was used in Samples 15 to 19.

In dem Hilfsoxid der Vergleichsprobe C4 war MoO3 nicht enthalten und die Menge von WO3 war klein. Daher ist dies kein Hilfsoxid, das in den Umfang der Erfindung fällt.MoO 3 was not contained in the auxiliary oxide of comparative sample C4 and the amount of WO 3 was small. Therefore, this is not an auxiliary oxide that falls within the scope of the invention.

Für das piezoelektrische Material wurde Probe 1 aus Tabelle 1 verwendet. Die Ausgangsmaterialien wurden gemischt, um die Zusammensetzung von Probe 1 zu ergeben und bei 800°C für 5 Stunden kalziniert und der kalzinierte Körper wurde naß mit einer mediumrührenden Mühle gemahlen, um ein piezoelektrisches Material zu erhalten, das gemahlenes Material mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 2,7 m2/g umfaßt.Sample 1 from Table 1 was used for the piezoelectric material. The raw materials were mixed to give the composition of Sample 1 and calcined at 800 ° C for 5 hours, and the calcined body was wet-milled with a medium stirring mill to obtain a piezoelectric material, the milled material having a BET specific surface area of 2.7 m 2 / g.

Dann wurde das vorstehend hergestellte Hilfsoxid zu diesem piezoelektrischen Material zugegeben, um ein in Tabelle 3 gezeigtes Mischungsverhältnis zu ergeben, und fernerhin wurden ein Lösungsmittel, ein Binder, ein Weichmacher und ein Dispergator zugegeben und in einer Kugelmühle gemischt. Aus diesem erhaltenen Schlicker wurde eine ungebrannte Folienbahn mit einer Dicke von 100 μm unter Verwendung einer Rakel-Vorrichtung geformt. Danach wurde ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil hergestellt und ausgewertet in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, und die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.Then the auxiliary oxide produced above became this piezoelectric Material added to a mixing ratio shown in Table 3 and further a solvent, a binder, a Plasticizer and a dispersant added and mixed in a ball mill. This slurry obtained became an unfired film web with a thickness of 100 μm molded using a squeegee device. After that, a Stacked piezoelectric component manufactured and evaluated in the same way as in Example 1, and the results are shown in Table 3.

Wie aus Tabelle 3 deutlich wird, konnte die Backtemperatur um 25 bis 100°C gesenkt werden, wenn die zugegebene Menge α des Hilfsoxids auf 0,05 bis 5 Gew.-% (äußere %) pro 100 Gew.-% des piezoelektrischen Materials festgesetzt wurde. Das Material der Vergleichsprobe C hatte keine Wirkung auf die Absenkung der Backtemperatur.How As can be seen from Table 3, the baking temperature was around Lowered 100 ° C when the added amount α of the auxiliary oxide to 0.05 to 5% by weight (external%) was set per 100% by weight of the piezoelectric material. The material of comparative sample C had no effect on the lowering of the Baking temperature.

Diese Auswertung macht deutlich, daß eine Wirkung auf die Absenkung der Backtemperatur erhalten werden kann, wenn ein Hilfsoxid, das dargestellt wird durch die chemische Formel: (1 – β – γ)PbO·βWO3·γMoO3 (0,005 ≤ β + γ ≤ 0,27, mit der Maßgabe, daß β ≥ 0 und γ ≥ 0, in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.-% (äußere %) pro 100 Gew.-% des piezoelektrischen Materials zugegeben wird.This evaluation makes it clear that an effect on the lowering of the baking temperature can be obtained if an auxiliary oxide, which is represented by the chemical formula: (1 - β - γ) PbO · βWO 3 · γMoO 3 (0.005 ≤ β + γ ≤ 0.27 with the proviso that β ≥ 0 and γ ≥ 0 is added in an amount of 0.05 to 5% by weight (external%) per 100% by weight of the piezoelectric material.

Tabelle 3

Figure 00230001
Table 3
Figure 00230001

Beispiel 3Example 3

In diesem Beispiel wird das Leistungsverhalten des gestapelten piezoelektrischen Bauteils gemäß des Unterschieds in der spezifischen BET-Oberfläche des piezoelektrischen Materials ausgewertet.In This example shows the performance of the stacked piezoelectric Component according to the difference in the specific BET surface area of the piezoelectric material evaluated.

Für das piezoelektrische Material wird Probe 1 aus Tabelle 1 verwendet. Die Ausgangsmaterialien wurden gemischt, um die in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung zu ergeben, und bei 800°C für 5 Stunden kalziniert, um ein kalziniertes Pulver zu erhalten. Dieses kalzinierte Pulver wurde durch Veränderung der Mahlbedingungen wie die Mahlvorrichtung, die Mahlmediumgröße und die Mahldauer naß gemahlen, und aus dem sich ergebenden gemahlenen Material mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 1,5 bis 12 m2/g wurden piezoelektrische Materialien der Proben 20 bis 23 hergestellt.Sample 1 from Table 1 is used for the piezoelectric material. The raw materials were mixed to give the composition shown in Table 1, and calcined at 800 ° C for 5 hours to obtain a calcined powder. This calcined powder was wet ground by changing the grinding conditions such as the grinder, the grinding medium size and the grinding time, and the resulting ground material with a BET specific surface area of 1.5 to 12 m 2 / g became piezoelectric materials of the samples 20 to 23 manufactured.

Die piezoelektrischen Materialien der Vergleichsproben C5 und C6 wurden ebenso hergestellt, wobei die Zusammensetzung die gleiche, aber die spezifische BET-Oberfläche klein oder groß war.The Piezoelectric materials of the comparative samples C5 and C6 were also manufactured, the composition being the same, but the specific BET surface area was small or big.

Zu jeder dieser Proben und Vergleichsproben wurde Probe 15 aus Tabelle 3 in einer Menge von 0,5 Gew.-% als das Hilfsoxid zugegeben, und fernerhin wurden ein Lösungsmittel, ein Binder, ein Weichmacher und ein Dispergator zugegeben und in einer Kugelmühle gemischt. Aus dem erhaltenen Schlicker wurde eine ungebrannte Folienbahn mit einer Dicke von 100 μm unter Verwendung einer Rakel-Vorrichtung geformt. Danach wurde ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil hergestellt und ausgewertet in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, und die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt.To each of these samples and comparative samples, sample 15 from Table 3 was added in an amount of 0.5% by weight as the auxiliary oxide, and further a solvent, a binder, a plasticizer and a dispersant were added and mixed in a ball mill. An unbaked sheet of film with a thickness of 100 μm was formed from the slip obtained using a doctor blade device. There After, a stacked piezoelectric device was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 4.

Wie aus Tabelle 4 deutlich wird, kann Sintern bei einer niedrigen Temperatur realisiert werden, während die Eigenschaften des piezoelektrischen Materials aufrecht erhalten werden, wenn die spezifische Oberfläche des piezoelektrischen Materials auf 1,6 bis 8 m2/g festgesetzt wird.As is clear from Table 4, sintering can be realized at a low temperature while maintaining the properties of the piezoelectric material when the specific surface area of the piezoelectric material is set to 1.6 to 8 m 2 / g.

In diesem Beispiel wird ein Hilfsoxid zu dem gemahlenen Material des piezoelektrischen Materials zugegeben, aber das Hilfsoxid kann ebenso zu dem piezoelektrischen Material, das durch Kalzinieren der Ausgangsmaterialien erhalten wurde, zugegeben und gemeinsam mit dem piezoelektrischen Material gemahlen werden.In In this example, an auxiliary oxide becomes the ground material of the Piezoelectric material is added, but the auxiliary oxide can as well to the piezoelectric material obtained by calcining the raw materials was obtained, added and together with the piezoelectric Material to be ground.

Da fernerhin das durch Mahlen erhaltene Feinpulver des piezoelektrischen Materials eine hohe Reaktivität mit dem Hilfsoxid besitzt, um die Feststofflösung des Hilfsoxids in das piezoelektrische Material hinein so weit wie möglich zu unterdrücken, kann es ebenso möglich sein, daß das piezoelektrische Material gemahlen und bei 400 bis 700°C vorgebacken wird, und das erhaltene Pulver mit einem Hilfsoxid, einen Lösungsmittel, einem Binder, einen Weichmacher und einem Dispergator vermischt und dann geformt wird.There furthermore, the fine powder of the piezoelectric obtained by grinding High reactivity has with the auxiliary oxide to the solid solution of the auxiliary oxide in the can suppress piezoelectric material as much as possible it is also possible be that Piezoelectric material ground and pre-baked at 400 to 700 ° C and the powder obtained with an auxiliary oxide, a solvent, a binder, a plasticizer and a dispersant are mixed and then molded.

Tabelle 4

Figure 00250001
Table 4
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Diese Erfindung bezieht sich auf die Schaffung eines piezoelektrischen Materials, welches für ein gestapeltes piezoelektrisches Bauteil mit einer großen Auslenkung und stabilisierten dielektrischen Eigenschaften verwendet werden kann. Gemäß der Erfindung wird ein piezoelektrisches Material zur Verfügung gestellt, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z1–z2Mbz1Mcz2)qO3+d worin
Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und entweder Ba oder Ca enthält,
Mb mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nb, Sb, und Ta bedeutet, und
Mc mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, und Mo bedeutet, wobei
–0,02 ≤ d ≤ 0,04,
0,01 ≤ x ≤ 0,20,
0,40 ≤ y ≤ 0,55,
0,005 ≤ p ≤ 0,05,
0,001 ≤ q·(1 – z1 – z2) ≤ 0,02, und
0,7 ≤ (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) ≤ 1,5
(mit der Maßgabe, daß z1 und z2 jeweils 0 oder eine positive Zahl sind und mindestens eine der Variablen z1 und z2 nicht 0 ist)
This invention relates to the provision of a piezoelectric material which can be used for a stacked piezoelectric device with a large deflection and stabilized dielectric properties. According to the invention there is provided a piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q (Y 1.2 Nb 1.2 ) p (Mn 1-z1-z2 mb z1 Mc z2 ) q O 3 + d wherein
Ma means at least one or more elements selected from Ba, Ca and Sr and contains either Ba or Ca,
Mb means at least one or more elements selected from Nb, Sb, and Ta, and
Mc means at least one or more elements selected from W, and Mo means, where
-0.02 ≤ d ≤ 0.04,
0.01 ≤ x ≤ 0.20,
0.40 ≤ y ≤ 0.55,
0.005 ≤ p ≤ 0.05,
0.001 ≤ q · (1 - z1 - z2) ≤ 0.02, and
0.7 ≤ (1 - z1 - z2) / (z1 + 2z2) ≤ 1.5
(with the proviso that z1 and z2 are each 0 or a positive number and at least one of the variables z1 and z2 is not 0)

Claims (4)

Piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z1–z2Mbz1Mcz2)qO3+d worin Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und entweder Ba oder Ca enthält, Mb mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nb, Sb, und Ta bedeutet, und Mc mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, und Mo bedeutet, wobei –0,02 ≤ d ≤ 0,04, 0,01 ≤ x ≤ 0,20, 0,40 ≤ y ≤ 0,55, 0,005 ≤ p ≤ 0,05, 0,001 ≤ q·(1 – z1 – z2) ≤ 0,02, und 0,7 ≤ (1 – z1 – z2)/(z1 + 2·z2) ≤ 1,5 (mit der Maßgabe, daß z1 und z2 jeweils 0 oder eine positive Zahl sind und mindestens eine der Variablen z1 und z2 nicht 0 ist).Piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q (Y 1.2 Nb 1.2 ) p (Mn 1-z1-z2 mb z1 Mc z2 ) q O 3 + d wherein Ma means at least one or more elements selected from Ba, Ca, and Sr and contains either Ba or Ca, Mb means at least one or more elements selected from Nb, Sb, and Ta, and Mc means at least one or more elements selected from W, and Mo means, where -0.02 ≤ d ≤ 0.04, 0.01 ≤ x ≤ 0.20, 0.40 ≤ y ≤ 0.55, 0.005 ≤ p ≤ 0.05, 0.001 ≤ q · (1 - z1 - z2) ≤ 0.02, and 0.7 ≤ (1 - z1 - z2) / (z1 + 2z2) ≤ 1.5 (with the proviso that z1 and z2 are each 0 or a positive number and at least one of the variables z1 and z2 is not 0). Piezoelektrisches Material, das durch die chemische Formel dargestellt wird: (Pb1–xMax)1+d(Zr1–yTiy)1–p–q(Y1/2Nb1/2)p(Mn1–z2Wz2)qO3+d worin Ma mindestens ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ba, Ca, und Sr bedeutet und Ba enthält, wobei –0,02 ≤ d ≤ 0,04, 0,01 ≤ x ≤ 0,20, 0,40 ≤ y ≤ 0,55, 0,25 ≤ z2 ≤ 0,40, 0,005 ≤ p ≤ 0,05, und 0,001 ≤ q·(1 – z2) ≤ 0,02.Piezoelectric material represented by the chemical formula: (Pb 1-x Ma x ) 1 + d (Zr 1-y Ti y ) 1-p-q (Y 1.2 Nb 1.2 ) p (Mn 1-z2 W z2 ) q O 3 + d wherein Ma denotes at least one or more elements selected from Ba, Ca, and Sr and contains Ba, where -0.02 ≤ d ≤ 0.04, 0.01 ≤ x ≤ 0.20, 0.40 ≤ y ≤ 0, 55, 0.25 ≤ z2 ≤ 0.40, 0.005 ≤ p ≤ 0.05, and 0.001 ≤ q · (1 - z2) ≤ 0.02. Piezoelektrisches Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zugegebene Menge α eines Hilfsoxids, dargestellt durch die chemische Formel: (1 – β – γ)PbO·βWO3·γMoO3 (wobei 0,005 ≤ β + γ ≤ 0,27, mit der Maßgabe, daß β ≥ 0 und γ ≥ 0) 0,05 bis 5 Gew.-% (äußere %) pro 100 Gew.-% des piezoelektrischen Materials beträgt.Piezoelectric material according to claim 1 or 2, wherein the added amount α of an auxiliary oxide represented by the chemical formula: (1 - β - γ) PbO · βWO 3 · γMoO 3 (where 0.005 ≤ β + γ ≤ 0.27, with the Provided that β ≥ 0 and γ ≥ 0) is 0.05 to 5% by weight (external%) per 100% by weight of the piezoelectric material. Verfahren zur Herstellung eines gestapelten piezoelektrischen Bauteils, das durch abwechselnde Stapelung einer piezoelektrischen Schicht und einer inneren Elektrodenschicht erhalten wurde, umfassend: Herstellung des piezoelektrischen Materials nach Anspruch 1 oder 2, um eine spezifische BET-Oberfläche von 1,6 bis 8 m2/g zu besitzen, und hierzu Zugabe eines Hilfsoxids, das dargestellt wird durch die chemische Formel : (1 – β – γ)PbO·βWO3·γMoO3 (wobei 0,005 ≤ β + γ ≤ 0,27, mit der Maßgabe, daß β ≥ 0 und γ ≥ 0), um eine Mischung herzustellen, Formgebung der Mischung, um eine ungebrannte Folienbahn herzustellen und auf der ungebrannten Folienbahn Bereitstellung einer gedruckten Schicht, die eine ein Elektrodenmaterial für die innere Elektrodenschicht enthaltende Paste enthält, Stapeln einer Vielzahl von ungebrannten Folienbahnen mit darauf zur Verfügung gestellten gedruckten Schichten, um einen ungebrannten, gestapelten Körper zu erhalten und Brennen des ungebrannten, gestapelten Körpers.A method of manufacturing a stacked piezoelectric device obtained by alternately stacking a piezoelectric layer and an inner electrode layer, comprising: manufacturing the piezoelectric material according to claim 1 or 2 to have a BET specific surface area of 1.6 to 8 m 2 / g to own, and for this purpose addition of an auxiliary oxide, which is represented by the chemical formula: (1 - β - γ) PbO · βWO 3 · γMoO 3 (where 0.005 ≤ β + γ ≤ 0.27, with the proviso that β ≥ 0 and γ ≥ 0) to produce a mixture, shaping the mixture to produce an unfired film web and, on the unfired film web, providing a printed layer containing a paste containing an electrode material for the inner electrode layer, stacking a multiplicity of unfired film webs printed layers provided thereon to obtain an unfired, stacked body and burning the u Burnt, stacked body.
DE200410015853 2003-04-01 2004-03-31 Piezoelectric material for producing stacked piezoelectric components e.g. for fuel injectors in vehicles, comprises a mixed oxide of lead, zirconium, titanium, yttrium, niobium, manganese and other metals Withdrawn DE102004015853A1 (en)

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