DE102010000783A1 - Piezoelectric ceramics for piezoelectric element, contain crystal grain comprising shell and core phases, each differing in composition and having preset amount of crystal lattice defects - Google Patents

Piezoelectric ceramics for piezoelectric element, contain crystal grain comprising shell and core phases, each differing in composition and having preset amount of crystal lattice defects Download PDF

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Daisuke Kariya Shibata
Masaya Kariya Nakamura
Hiroki Kariya Fujii
Yousuke Kariya Suzuki
Toshiatsu Kariya Nagaya
Koji Nishio Noda
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Soken Inc
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Denso Corp
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Abstract

Piezoelectric ceramics contain crystal grain (20) comprising a shell phase (22) covering a core phase (21), each differing in composition. The ceramics contain a polycrystal having specific isotropic perovskite type compound as main phase. The ratio of amount of crystal lattice defects in shell phase and core phase is less than 1.2. Piezoelectric ceramics contain crystal grain comprising a shell phase covering a core phase, each differing in composition. The ceramics contain a polycrystal having isotropic perovskite type compound as main phase. The ratio of amount of crystal lattice defects in shell phase and core phase is less than 1.2. The perovskite type compound is of formula: (Li x(K 1 - yNa y) 1 - x) a(Nb 1 - z - wTa zSb w)O 3, where x,w are 0-0.2, y is 0-1, z is 0-0.4, x+z+w is more than 0 and a is 0.93-1. Independent claims are included for the following: (1) lamination-type piezoelectric element; (2) manufacture of piezoelectric ceramics; and (3) manufacture of lamination-type piezoelectric element.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Piezokeramik, auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements. Das mehrlagige Piezoelement hat einen Schichtaufbau, in dem Piezokeramikschichten und Innenelektroden abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine kristallorientierte Keramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht. Die spezifische {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns, das das polykristalline Material der kristallorientierten Keramik bildet, ist parallel orientiert. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Herstellen der kristallorientierten Keramik und mehrlagiger Piezoelemente.The The invention relates to a piezoceramic of a polycrystalline Material consisting mainly of an isotropic perovskite compound there is a method for producing such a piezoceramic, to a method for producing a multilayer piezoelectric element, and a method of manufacturing the multilayer piezoelectric element. The multilayer piezoelectric element has a layer structure in which piezoceramic layers and internal electrodes are alternately stacked. The The invention also relates to a crystal-oriented ceramic made of a polycrystalline material, mainly consists of an isotropic perovskite compound. The specific one {100} crystal plane of each crystal grain containing the polycrystalline Material of the crystal-oriented ceramic forms is oriented in parallel. The invention also relates to methods for producing the crystal-oriented ceramic and multilayer piezoelectric elements.

2. Beschreibung des Stands der Technik2. Description of the stand of the technique

Ein aus Keramik bestehendes polykristallines Material ist bei verschiedenen Arten von Sensoren, etwa einem Temperatursensor, einem Thermofühler, einem Gassensor und einem Ionensensor, weit verbreitet. Das aus Keramik bestehende polykristalline Material wird außerdem als Bestandteil von elektronischen Schaltungen, etwa als Kapazität, Widerstand und Substrat einer integrierten Schaltung, verwendet. Darüber hinaus wird das aus Keramik bestehende polykristalline Material als optisches oder keramisches Aufzeichnungselement verwendet. Da eine solche (als „Piezokeramik” bezeichnete) Keramik, die aus einem polykristallinen Material besteht, das einen piezoelektrischen Effekt zeigt, eine hohe Leistungsfähigkeit hat und mit Blick auf die Materialgestaltung frei bearbeitbar ist, ist diese Piezokeramik insbesondere auf dem Gebiet der Elektronik und der Mechatronik weit verbreitet. Mechatronik ist die Kombination von Maschinenbau, Elektrotechnik, Computertechnik, Steuerungstechnik und Systemgestaltung zur Erzeugung nützlicher Produkte.One ceramic polycrystalline material is different Types of sensors, such as a temperature sensor, a thermocouple, a gas sensor and an ion sensor, widely used. The end Ceramic existing polycrystalline material will be added as well as part of electronic circuits, such as capacity, Resistor and substrate of an integrated circuit, used. In addition, the existing polycrystalline ceramic Material used as an optical or ceramic recording element. As such (referred to as "piezoceramics") Ceramics, which consists of a polycrystalline material containing a piezoelectric effect shows high performance and is freely editable in terms of material design, this piezoceramic is particularly in the field of electronics and mechatronics widely used. Mechatronics is the combination from mechanical engineering, electrical engineering, computer technology, control engineering and system design to produce useful products.

Die Piezokeramik wird im Allgemeinen in einem mehrlagigen Piezoelement verwendet. Zum Beispiel offenbart die japanische Schrift JP 2007-258280 A ein solches mehrlagiges Piezoelement, in dem eine Vielzahl von Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Jede Piezokeramikschicht besteht aus einem piezoelektrischen Material, das sich ausdehnen oder zusammenziehen kann, wenn an das piezoelektrische Material eine Spannung angelegt wird. Jede Elektrodenbildungsschicht hat ein oder mehr Elektrodenteile, die ein oder mehr Innenelektroden bilden. Ein solches mehrlagiges Piezoelement wird durch das folgende Verfahren hergestellt. Ein Elektrodenmaterial, das eine AgPd-Legierung usw. enthält, wird auf eine Grünlage der Piezokeramik aufgedruckt. Die bedruckten Grünlagen werden aufeinandergeschichtet, um einen Schichtkörper herzustellen. Der Schichtkörper der bedruckten Grünlagen wird dann gebrannt.The piezoceramic is generally used in a multilayer piezoelectric element. For example, the Japanese script discloses JP 2007-258280 A Such a multilayer piezoelectric element in which a plurality of piezoceramic layers and electrode formation layers are alternately stacked. Each piezoceramic layer is made of a piezoelectric material that can expand or contract when a voltage is applied to the piezoelectric material. Each electrode formation layer has one or more electrode portions forming one or more internal electrodes. Such a multilayer piezoelectric element is produced by the following method. An electrode material containing an AgPd alloy, etc. is printed on a green sheet of the piezoceramic. The printed green sheets are stacked to produce a laminate. The laminated body of the printed green sheets is then fired.

Da auf diesem technischen Gebiet kürzlich der Bedarf entstanden ist, das Verformungsmaß oder den Ausdehnungsbetrag eines solchen mehrlagigen Piezoelements zu erhöhen, sind verschiedene Arten an piezoelektrischen Materialien entwickelt worden. Für den Umweltschutz und zum Verringern des Einflusses auf die Umwelt ist insbesondere stark danach verlangt worden, ein piezoelektrisches Material zu entwickeln, das ein bleifreies Material enthält. Zum Beispiel offenbaren die japanischen Schriften JP 2002-68835 A , JP 2002-68836 A , JP 2004-244299 A , JP 2004-323325 A und JP 2006-56778 A solche bleifreien piezoelektrischen Materialien. Da diese herkömmlichen bleifreien piezoelektrischen Materialien jedoch geringe piezoelektrische Eigenschaften haben, kann ein mehrlagiges Piezoelement, das aus diesen bleifreien piezoelektrischen Materialien besteht, nicht für die notwendigen Verformungskennwerte sorgen.Since there has recently been a demand in this technical field to increase the amount of deformation or the amount of expansion of such a multilayer piezoelectric element, various types of piezoelectric materials have been developed. In particular, it has been strongly demanded to develop a piezoelectric material containing a lead-free material for environmental protection and to reduce the impact on the environment. For example, the Japanese writings reveal JP 2002-68835 A . JP 2002-68836 A . JP 2004-244299 A . JP 2004-323325 A and JP 2006-56778 A such lead-free piezoelectric materials. However, since these conventional lead-free piezoelectric materials have low piezoelectric properties, a multilayer piezoelectric element composed of these lead-free piezoelectric materials can not provide the necessary deformation characteristics.

Um dieses bekannte Problem bei den angemeldeten piezoelektrischen Material zu lösen, offenbart zum Beispiel die japanische Schrift JP 2006-28001 A ein Piezoelement aus einer Piezokeramik, die Keramikkristallkörner mit einer anisotropen Form enthält, bei denen eine spontane Polarisation vor anderen Kristallebenen in genau einer Kristallebene orientiert ist.In order to solve this known problem in the filed piezoelectric material, for example, the Japanese document discloses JP 2006-28001 A a piezoelectric element of a piezoceramic containing ceramic crystal grains with an anisotropic form, in which a spontaneous polarization is oriented in front of other crystal planes in exactly one crystal plane.

Im Allgemeinen ändern sich die piezoelektrischen Eigenschaften einer isotropen Perowskitverbindung entsprechend der Richtung der Kristallachse jedes Kristallkorns in einem polykristallinen Material. Durch das Orientieren der Kristallachse jedes das polykristalline Material einer isotropen Perowskitverbindung bildenden Kristallkorns in einer bestimmten Richtung können dessen piezoelektrischen Eigenschaften so weit wie möglich gesteigert werden. Dies kann die Leistungsfähigkeit der Piezokeramik erhöhen. Wie in der japanischen Schrift JP 2006-28001 A offenbart ist, ist es möglich, eine kristallorientierte Keramik mit hoher Leistungsfähigkeit herzustellen, bei der eine spezifische Kristallebene orientiert ist, wenn als reaktive Vorlage ein plattenförmiges Pulver mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung verwendet wird und die spezifische Kristallebene jedes Pulverkorns orientiert wird. Das in der japanischen Schrift JP 2006-28001 A offenbarte Verfahren erzeugt eine solche kristallorientierte Keramik mit hoher Leistungsfähigkeit, indem ein Gemisch des plattenförmigen Pulvers und eines Piezokeramikausgangspulvers gesintert wird.In general, the piezoelectric properties of an isotropic perovskite compound change according to the direction of the crystal axis of each crystal grain in a polycrystalline material. By orienting the crystal axis of each crystal grain forming the polycrystalline material of an isotropic perovskite compound in a certain direction, its piezoelectric properties can be increased as much as possible. This can increase the performance of the piezoceramic. As in the Japanese font JP 2006-28001 A is disclosed, it is possible to produce a high-performance crystal-oriented ceramic in which a specific crystal plane is oriented by using as a reactive master a plate-shaped powder having a predetermined chemical composition and orienting the specific crystal plane of each powder grain. That in Japanese writing JP 2006-28001 A The disclosed method produces such a crystal-oriented ceramic with high performance by sintering a mixture of the plate-shaped powder and a piezoceramic starting powder.

Wenn das mehrlagige Piezoelement unter Verwendung dieser zuvor beschriebenen herkömmlichen, aus dem polykristallinen Material bestehenden Piezokeramik hergestellt wird und das polykristalline Material hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, fällt es den Piezokeramikschichten in dem mehrlagigen Piezoelement jedoch schwer, im ausreichenden Umfang elektrischen Isolationswiderstand zu haben. Wegen des nicht ausreichenden Umfangs elektrischen Isolationswiderstands ist es daher schwierig, es in elektrischen Bauteilen zu verwenden.If the multilayer piezoelectric element using these previously described conventional, consisting of the polycrystalline material Piezoceramic is produced and the polycrystalline material mainly consists of an isotropic perovskite compound falls However, it the piezoceramic layers in the multilayer piezoelectric element heavy, to a sufficient extent electrical insulation resistance to have. Because of the insufficient extent of electrical insulation resistance Therefore, it is difficult to use in electrical components.

Und zwar verursacht die herkömmliche Piezokeramik, die hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel ABO3 ausgedrückt wird, während eines Brennschritts häufig einen Kristallgitterfehler an einem A-Platz oder O-Platz. Durch das Vorhandensein eines solchen Kristallgitterfehlers besteht daher die Möglichkeit, dass sich der elektrische Isolationswiderstand in der Piezokeramik als Endprodukt verringert.Namely, the conventional piezoceramic composed mainly of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula ABO 3 often causes a crystal lattice defect at an A-site or O-site during a burning step. Due to the presence of such a crystal lattice defect, there is therefore the possibility that the electrical insulation resistance in the piezoceramic decreases as the end product.

Außerdem hat das Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements das Problem, dass ein leitendes Metall wie Ag, das in einem Elektrodenteil enthalten ist, in die Piezokeramik diffundiert, wenn der Elektrodenteil auf den Grünlagen ausgebildet wird, bevor die Grünlagen mit dem Elektrodenteil gebrannt werden, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen. Dies führt zu einer drastischen Verringerung des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramik.Furthermore has the method of manufacturing a multilayer piezoelectric element the problem is that a conductive metal like Ag that is in an electrode part is included in the piezoceramic diffused when the electrode part is formed on the green sheets before the green sheets be fired with the electrode part to the multi-layered piezoelectric element to create. This leads to a drastic reduction the electrical insulation resistance of the piezoceramic.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist ein solches polykristallines Keramikmaterial bei verschiedenen Arten von Sensoren, etwa einem Temperatursensor, einem Thermofühler, einem Gassensor und einem Ionensensor, weit verbreitet. Das aus Keramik bestehende polykristalline Material wird auch als Bestandteil elektronischer Schaltungen, etwa als Kapazität, Widerstand und Substrat einer integrierten Schaltung, verwendet. Des Weiteren wird das aus Keramik bestehende polykristalline Material als ein optisches Aufzeichnungselement und als ein keramisches Aufzeichnungselement verwendet. Da eine solche aus einem polykristallinen Material bestehende (als „Piezokeramik” bezeichnete) Keramik, die einen piezoelektrischen Effekt zeigt, eine hohe Leistungsfähigkeit hat und sich mit Blick auf die Materialgestaltung verhältnismäßig frei bearbeiten lässt, ist diese Piezokeramik insbesondere auf dem Gebiet der Elektronik und der Mechatronik weit verbreitet. Mechatronik ist die Kombination von Maschinenbau, Elektrotechnik, Computertechnik, Steuerungstechnik und Systemgestaltung zur Erzeugung nützlicher Produkte.As previously described is such a polycrystalline ceramic material with different types of sensors, such as a temperature sensor, a thermocouple, a gas sensor and an ion sensor, far common. The ceramic polycrystalline material is also considered as part of electronic circuits, such as capacity, Resistor and substrate of an integrated circuit, used. Further, the ceramic polycrystalline material becomes as an optical recording element and as a ceramic recording element used. As such, consisting of a polycrystalline material (called "piezoceramics") ceramics, the shows a piezoelectric effect, high performance has and is relative to material design is free to work, this piezoceramic is particular widely used in the field of electronics and mechatronics. Mechatronics is the combination of mechanical engineering, electrical engineering, Computer technology, control technology and system design for production useful products.

Eine solche Piezokeramik wird durch eine Polarisationsbehandlung hergestellt, bei der an eine ferroelektrische Keramik ein elektrisches Feld angelegt wird, um die Richtung der ferroelektrischen Domänen in eine spezifische Richtung zu orientieren. Um die spontane Polarisation in der Piezokeramik durch die Polarisationsbehandlung in eine spezifische Richtung zu orientieren, ist es vorzuziehen, dass die Piezokeramik eine Kristallstruktur aus einer isotropen Perowskitverbindung hat, bei der die spontane Polarisation in einem dreidimensionalen Raum entsteht. Daher sind die meisten auf dem Markt verfügbaren Piezokeramiken isotrope ferroelektrische Perowskitkeramiken.A such piezoceramic is produced by a polarization treatment, when applied to a ferroelectric ceramic an electric field becomes the direction of the ferroelectric domains in one to orient specific direction. To the spontaneous polarization in the piezoceramic by the polarization treatment in a specific Orienting direction, it is preferable that the piezoceramic has a crystal structure of an isotropic perovskite compound, when the spontaneous polarization in a three-dimensional space arises. Therefore, most are available in the market Piezoceramics areotropic ferroelectric perovskite ceramics.

Die folgenden Materialien sind als isotrope ferroelektrische Perowskitkeramiken gut bekannt und auf dem Markt weit verbreitet: zum Beispiel Pb(Zr·Ti)O3 (nachstehend als „PZT” bezeichnet), ein ternäres PZT-System, in dem ein komplexer Perowskit auf Blei-(Pb-)Basis als dritter Bestandteil zum PZT zugegeben wird, und BiTiO3, Bi0,5Na0,5TiO3 (nachstehend als „BNT” bezeichnet).The following materials are well known and widely used in the market as isotropic perovskite ferroelectric ceramics: for example, Pb (Zr · Ti) O 3 (hereinafter referred to as "PZT"), a ternary PZT system in which a complex perovskite on lead is used. (Pb-) base is added as a third component to PZT, and BiTiO 3 , Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 (hereinafter referred to as "BNT").

Da die Piezokeramiken auf Bleibasis, für die PZT stellvertretend ist, verglichen mit anderen Piezokeramiken hohe piezoelektrische Kennwerte haben, sind die meisten verfügbaren Piezokeramiken Piezokeramiken auf Bleibasis. Da diese Piezokeramiken auf Bleibasis jedoch Bleioxid (PbO) mit einem hohen Dampfdruck enthalten, führen sie zu einer Verschmutzung, das heißt dem Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt, was zu Instabilitäten, Störungen, Schäden oder Beeinträchtigungen des Ökosystems, d. h. der physikalischen Systeme oder lebenden Organismen, führt. Es wird daher verlangt, Piezokeramiken mit geringem Bleigehalt oder bleifreie Piezokeramiken herzustellen, die die gleichen piezoelektrischen Kennwerte wie PZT haben.There the lead-based piezoceramics, representing the PZT is high piezoelectric compared to other piezoceramics Have characteristic values are the most available piezoceramics Lead-based piezoceramics. Because these piezoceramics based on lead However lead oxide (PbO) containing a high vapor pressure, lead pollution, that is the entry of pollutants into the environment, causing instability, disruption, Damage or damage to the ecosystem, d. H. of physical systems or living organisms. It is therefore required piezoceramics with low lead content or lead-free Piezoceramics produce the same piezoelectric Have characteristic values like PZT.

Andererseits hat eine BaTiO3-Keramik als bleifreies piezoelektrisches Material verhältnismäßig hohe piezoelektrische Kennwerte. Zum Beispiel wird eine BaTiO3-Keramik in Sonarausrüstungen (Sonar: Schallnavigation und Entfernungsbestimmung) verwendet.On the other hand, a BaTiO 3 ceramic as a lead-free piezoelectric material is relatively high piezoelectric characteristics. For example, a BaTiO 3 ceramic is used in sonar equipment (sonar: sound navigation and distance determination).

Darüber hinaus gibt es einen Mischkristall mit hohen piezoelektrischen Kennwerten, der sich aus einer BaTiO3-Keramik und einer bleifreien Perowskitverbindung (zum Beispiel BNT) zusammensetzt. Allerdings hat diese bleifreie Piezokeramik verglichen mit PZT niedrige piezoelektrische Kennwerte.In addition, there is a mixed crystal with high piezoelectric characteristics, which consists of a BaTiO 3 ceramic and a lead-free perovskite compound (for example BNT). However, this lead-free piezoceramic has low piezoelectric characteristics compared to PZT.

Um das obige bekannte Problem zu lösen, sind verschiedene Arten von Piezokeramiken vorgeschlagen worden. Zum Beispiel gibt es isotropes Niob-Kalium-Natriumoxid vom Perowskittyp und eine Piezokeramik aus einem Mischkristall aus isotropem Niob-Kalium-Natriumoxid vom Perowskittyp (siehe die japanischen Schriften JP 2000-313664 A , JP 2002-300776 A , JP 2003-306479 A , JP 2003-327472 A , JP 2003-342069 A und JP 2003-342071 A ). Allerdings haben diese bleifreien Piezokeramiken verglichen mit Piezokeramiken auf PZT-Basis niedrige piezoelektrische Kennwerte.In order to solve the above known problem, various types of piezoceramics have been proposed. For example, there are isotropic perovskite-type niobium-potassium peroxide and a piezoceramic composed of a mixed crystal of isotropic perovskite-type niobium-potassium-sodium oxide (see the Japanese patents JP 2000-313664 A . JP 2002-300776 A . JP 2003-306479 A . JP 2003-327472 A . JP 2003-342069 A and JP 2003-342071 A ). However, these lead-free piezoceramics have low piezoelectric characteristics compared to PZT-based piezoceramics.

Um dieses bekannte Problem bei den angemeldeten Piezokeramiken zu lösen, offenbart zum Beispiel die japanische Schrift JP 2004-7406 A ein Piezoelement mit einer anisotropen Struktur aus einer kristallorientierten Keramik, die Keramikkristallkörner enthält, in denen in einer Ebene eine bevorzugte Orientierung einer spontanen Polarisation auftritt.In order to solve this known problem with the registered piezoceramics, for example, the Japanese document discloses JP 2004-7406 A a piezoelectric element with an anisotropic structure of a crystal-oriented ceramic, which contains ceramic crystal grains in which a preferred orientation of a spontaneous polarization occurs in a plane.

Es ist allgemein weithin bekannt, dass sich die piezoelektrischen Eigenschaften einer isotropen Perowskitverbindung entsprechend der Richtung der Kristallachse jedes Kristallkorns ändern. Die Orientierung der Achse jedes Kristallkorns entlang einer spezifischen Richtung kann die piezoelektrischen Eigenschaften der isotropen Perowskitverbindung so weit wie möglich stärken. Dadurch kann sich die Leistungsfähigkeit der Piezokeramik erhöhen. Wie in der japanischen Schrift JP 2004-7406 A offenbart ist, kann eine kristallorientierte Keramik mit hoher Leistungsfähigkeit hergestellt werden, bei der eine spezifische Kristallebene orientiert ist, wenn ein plattenartiges Pulver mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung als reaktive Vorlage verwendet wird und die spezifische Kristallebene jedes Pulverkorns durch Sintern des plattenartigen Pulvers und eines Piezokeramikausgangspulvers orientiert wird.It is generally well known that the piezoelectric properties of an isotropic perovskite compound change according to the direction of the crystal axis of each crystal grain. The orientation of the axis of each crystal grain along a specific direction can strengthen the piezoelectric properties of the isotropic perovskite compound as much as possible. As a result, the performance of the piezoceramic can increase. As in Japanese writing JP 2004-7406 A is disclosed, a high-performance crystal-oriented ceramic can be prepared in which a specific crystal plane is oriented when a plate-like powder having a predetermined chemical composition is used as the reactive master and the specific crystal plane of each powder grain is oriented by sintering the plate-like powder and a piezoceramic starting powder becomes.

Diese kristallorientierte Keramik wird zum Beispiel durch das folgende Verfahren hergestellt.These Crystal-oriented ceramics is exemplified by the following Process produced.

Anisotropes Pulver mit einer vorbestimmten Zusammensetzung wird als reaktive Vorlage vorbereitet. Ausgangspulver wird vorbereitet, um während eines Brennschritts durch die Reaktion zwischen dem Ausgangspulver und dem anisotropen Pulver eine isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen.anisotropic Powder with a predetermined composition is called reactive Template prepared. Initial powder is prepared to be used during a firing step by the reaction between the starting powder and the anisotropic powder is an isotropic perovskite compound produce.

Als Nächstes wird durch Mischen des plattenartigen Pulvers, des Ausgangspulvers, eines Lösungsmittels, eines Bindemittels, eines Weichmachers, eines Dispergiermittels usw. eine Mischschlämme hergestellt.When Next, by mixing the plate-like powder, the starting powder, a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, etc., a mixed slurry produced.

Durch Formen der Mischschlämme zu einem lagenartig geformten Körper (oder einem lagenartigen Formkörper) wird ein Formkörper hergestellt. Während dieses Formschritts kann durch die Scherspannung, die auf die Mischschlämme aufgebracht wird, das anisotrope Pulver ungefähr in einer Richtung orientiert werden.By Forming the mixed sludge into a sheet-like shaped Body (or a sheet-like molding) is a molded body produced. During this form step can be caused by the shear stress on the mixed slurries is applied, the anisotropic powder approximately in one Direction.

Als Nächstes wird der lagenartige Formkörper durch Brennen gesintert. Im Inneren des lagenartigen Formkörpers dient das plattenartige Pulver während des Sinterschritts als reaktive Vorlage und reagiert mit dem Ausgangspulver. Das plattenartige Pulver wächst während dieser Reaktion und erzeugt die isotrope Perowskitverbindung.When Next is the sheet-like molded body Fired sintered. Inside the layer-like shaped body The plate-like powder serves during the sintering step as a reactive template and reacts with the starting powder. The plate-like Powder grows during this reaction and generates the isotropic perovskite compound.

Wenn der Sinterschritt fortgesetzt wird, wächst das plattenartige Pulver während der Reaktion mit dem Ausgangspulver weiter, und es wird die kristallorientierte Keramik erzielt, die sich aus Kristallkörnern zusammensetzt, in denen eine spezifische Kristallebene orientiert ist.If the sintering step is continued, the plate-like grows Powder continues during the reaction with the starting powder, and it is the crystal-oriented ceramics that are made Crystal grains composed in which a specific Crystal plane is oriented.

Wenn das herkömmliche Piezoelement jedoch unter Verwendung einer kristallorientierten Keramik aus einem polykristallinen Material hergestellt wird, das sich hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung zusammensetzt, hat die kristallorientierte Keramik nicht im angemessenen Umfang elektrischen Isolationswiderstand. Es ist daher schwierig, das herkömmliche Piezoelement bei elektrischen Bauteilen wie einem mehrlagigen Piezoelement einzusetzen.If However, the conventional piezoelectric element using a crystal-oriented ceramic of a polycrystalline material which is made up mainly of an isotropic Composed perovskite compound, has crystal-oriented ceramics not adequately electrical insulation resistance. It is therefore difficult to incorporate the conventional piezoelectric element use electrical components such as a multilayer piezoelectric element.

Da bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren für die kristallorientierte Keramik während des Brennschritts oft eine unzureichende Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem Ausgangspulver auftritt, hat das Endprodukt der kristallorientierten Keramik nämlich niedrigere Isolationskennwerte.As in the conventional crystal-oriented ceramic manufacturing process during the In fact, if an insufficient reaction between the anisotropic powder and the starting powder occurs during the firing step, the end product of the crystal-oriented ceramic will have lower insulation characteristics.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine kristallorientierte Keramik mit hervorragenden elektrischen Isolationskennwerten, ein mehrlagiges piezoelektrisches Element mit hervorragenden elektrischen Isolationskennwerten und jeweils Verfahren zum Herstellen der kristallorientierten Keramik und des mehrlagigen piezoelektrischen Elements zur Verfügung zu stellen.A The object of the invention is to provide a crystal-oriented ceramic excellent electrical insulation characteristics, a multi-layered piezoelectric element with excellent electrical insulation characteristics and each method for producing the crystal-oriented ceramic and the multilayer piezoelectric element to deliver.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik mit hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften und ein mehrlagiges piezoelektrisches Element zur Verfügung zu stellen.A Another object of the invention is a method for manufacturing a crystal-oriented ceramic with excellent electrical Insulation properties and a multilayer piezoelectric element to provide.

– Erste bis zehnte Ausgestaltung der Erfindung –- First to tenth Embodiment of the invention

Um die obigen Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung als erste Ausgestaltung der Erfindung eine Piezokeramik aus einem polykristallinen Material vor, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.
In order to achieve the above objects, the invention as a first aspect of the invention provides a polycrystalline piezoceramic material mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1.

In dem mehrlagigen Piezoelement der ersten Ausgestaltung der Erfindung setzt sich jedes die Piezokeramik bildende Kristallkorn aus einer Kernphase (oder einem Kernteil) und einer Hüllenphase (oder einer Hüllenschicht) zusammen, die eine unterschiedliche Zusammensetzung haben, wobei die Hüllenphase die Kernphase aufnimmt und die Piezokeramik den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, wobei „ds” eine Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers und „dc” eine Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist.In the multilayer piezoelectric element of the first embodiment of the invention each crystal grain forming the piezoelectric ceramic is composed of one Core phase (or a core part) and a shell phase (or a shell layer), which are a different Composition, wherein the shell phase, the core phase and the piezoceramic satisfies the relationship ds / dc <1.2, where "ds" is a lot of one in the shell phase generated crystal lattice defect and "dc" one Amount of a crystal lattice defect generated in the core phase.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mehrlagiges Piezoelement vorgesehen, in dem eine Vielzahl von Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten, die einen Elektrodenteil haben, der ein oder mehr Innenelektroden bildet, die ein leitendes Metall enthalten, abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. In dem mehrlagigen Piezoelement der zweiten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Piezokeramikschichten aus der Piezokeramik gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung.According to one Second embodiment of the invention is a multilayer piezoelectric element in which a plurality of piezoceramic layers and electrode formation layers, which have an electrode part having one or more internal electrodes forms containing a conductive metal, alternately stacked are. In the multilayer piezoelectric element of the second embodiment According to the invention, the piezoceramic layers consist of the piezoceramic according to the first embodiment of the invention.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material vorgesehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-xTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Die Piezokeramik der dritten Ausgestaltung der Erfindung besteht aus einer kristallorientierten Keramik, in der eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Das Verfahren der dritten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b) und (c) auf:

  • (a) Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt;
  • (b) Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper (oder einem lagenartig geformten Körper), so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und
  • (c) Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik herzustellen.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zx Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1. The piezoceramic of the third aspect of the invention is made of a crystal-oriented ceramic in which a specific crystal plane A is oriented in crystal grains constituting the polycrystalline material. The method of the third aspect of the invention comprises the following steps (a), (b) and (c):
  • (a) mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce a starting mixture, the anisotropic powder consisting of a perovskite compound consisting of anisotropic powders of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane relative to the lattice to the specific crystal plane A, oriented, and the reactive starting powder by reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1);
  • (b) forming the starting mixture into a sheet-like shaped body (or a sheet-like shaped body) so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; and
  • (c) firing the shaped body to produce the piezoceramic.

In dem Verfahren der dritten Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Der Brennschritt führt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch.In the method of the third aspect of the invention, the mixing step further mixes a K starting powder and / or an Li starting powder as an additive into the starting mixture so that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol. The firing step carries out the firing for a period of not less than two hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material vorgesehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1.

Das Verfahren der vierten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b) und (c) auf:

  • (a) Mischen von ein oder mehr aus eine Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen;
  • (b) Formen des Ausgangsgemisches zu einem Formkörper; und
  • (c) Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik herzustellen.
The method of the fourth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b) and (c):
  • (a) mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio similar to that of the general Formula (1) to produce a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a reactive starting powder;
  • (b) shaping the starting mixture into a shaped body; and
  • (c) firing the shaped body to produce the piezoceramic.

In dem Verfahren der vierten Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Der Brennschritt führt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre unter einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch.In the method of the fourth aspect of the invention, the mixing step further mixes a K starting powder and / or an Li starting powder as an additive in the starting mixture so that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol. The firing step carries out the firing for a period of not less than two hours at a temperature of not less than 900 ° C under an atmosphere under an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material vorgesehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1.

Das Verfahren der fünften Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b) und (c) auf:

  • (a) Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer aus einem anisotropen Pulver bestehenden Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt;
  • (b) Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und
  • (c) Brennen des lagenartigen Formkörpers, um die Piezokeramik herzustellen.
The method of the fifth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b) and (c):
  • (a) mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce a starting mixture, the anisotropic powder consisting of an anisotropic powder perovskite compound consisting of anisotropic powder of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane oriented with respect to the grating to the specific crystal plane A, and the reactive starting powder produces, by reaction with the anisotropic powder, the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1);
  • (b) forming the starting mixture into a sheet-like shaped body such that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; and
  • (c) firing the sheet-like shaped body to produce the piezoceramic.

In dem Verfahren der fünften Ausgestaltung der Erfindung hat das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g, und der Brennschritt umfasst einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt. Und zwar erhöht der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C). Der erste Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden). Der Temperatursenkungsschritt senkt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C). Der zweite Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden). Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde und die Temperatursenkungs geschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt, steuert der Brennschritt die Brenntemperatur so, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt.In the method of the fifth aspect of the invention, the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g, and the firing step includes a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature decreasing step, and a second temperature holding step. Namely, the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C). The first temperature keeping step keeps the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours). The temperature reduction step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C). The second temperature keeping step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours). If the temperature increase rate at least between T 2 ° C and T 1 ° C D 1 ° C / hour and the temperature lowering rate D 2 ° C / hour, the firing step controls the firing temperature to have the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤D 1 ≤200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤D 2 ≤ 200 fulfilled.

Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material vorgesehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Das Verfahren der sechsten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b) und (c) auf:

  • (a) Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen;
  • (b) Formen des Ausgangsgemisches zu einem Formkörper; und
  • (c) Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik herzustellen.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1. The method of the sixth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b) and (c):
  • (a) mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio similar to that of the general Formula (1) to produce a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a reactive starting powder;
  • (b) shaping the starting mixture into a shaped body; and
  • (c) firing the shaped body to produce the piezoceramic.

In diesem Verfahren hat das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g. Der Brennschritt weist in dem Verfahren der sechsten Ausgestaltung der Erfindung einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt auf. Und zwar erhöht der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C). Der erste Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden), der Temperatursenkungsschritt senkt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C). Der zweite Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden). Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt, steuert der Brennschritt die Brenntemperatur so, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt.In this process, the starting reactive powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g. The firing step includes, in the method of the sixth aspect of the invention, a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature decreasing step, and a second temperature holding step. Namely, the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C). The first temperature keeping step keeps the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours), the temperature decreasing step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C). The second temperature keeping step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours). When the temperature raising rate is at least 1 ° C / hour and the temperature decreasing rate D is 2 ° C / hour at least between T 2 ° C and T 1 ° C, the firing step controls the firing temperature to determine the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤ D 1 ≤ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200.

Gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements vorgesehen, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschicht besteht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, wobei eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist und die Elektrodenbildungsschicht ein oder mehr Elektrodenteile hat, die Innenelektroden bilden, die leitendes Metall enthalten. Das Verfahren der siebten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) auf:

  • (a) Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt;
  • (b) Formen des Ausgangspulvers zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist;
  • (c) Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet;
  • (d) Aufschichten der Formkörper nach Abschluss des Druckschritts; und
  • (e) Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt.
According to a seventh embodiment of the invention, a method for producing a multilayer piezoelectric element is provided, in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked on one another. The piezoceramic layer is made of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, where a specific crystal plane A is oriented in crystal grains constituting the polycrystalline material, and the electrode formation layer has one or more electrode portions forming internal electrodes containing conductive metal. The method of the seventh aspect of the invention comprises the following steps (a), (b), (c), (d) and (e):
  • (a) mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce a starting mixture, the anisotropic powder consisting of a perovskite compound consisting of anisotropic powders of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane relative to the lattice to the specific crystal plane A, oriented, and the reactive starting powder by reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1);
  • (b) forming the starting powder into a sheet-like shaped body so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction;
  • (c) printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step;
  • (d) coating the moldings after completion of the printing step; and
  • (e) firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers.

In dem Verfahren der siebten Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als einen Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Der Brennschritt führt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch.In the method of the seventh aspect of the invention, the mixing step further mixes a K starting powder and / or a Li starting powder as an additive in the starting mixture so that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) is applied to the Element K and / or Li is not more than 0.05 mol. The burning step leads to the burning for a period of not less than 2 hours at a temperature of not less than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements vorgesehen, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschicht besteht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1TazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Das Verfahren der achten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) auf:

  • (a) Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen;
  • (b) Formen des reaktiven Ausgangspulvers zu einem lagenartigen Formkörper;
  • (c) Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet;
  • (d) Aufschichten der Formkörper nach dem Druckschritt; und
  • (e) Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt.
According to an eighth embodiment of the invention, a method for producing a multilayer piezoelectric element is provided, in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked on one another. The piezoceramic layer is made of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1. The method of the eighth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b), (c), (d) and (e):
  • (a) mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio similar to that of the general Formula (1) to produce a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a reactive starting powder;
  • (b) forming the starting reactive powder into a sheet-like shaped body;
  • (c) printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step;
  • (d) coating the shaped bodies after the printing step; and
  • (e) firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers.

In dem Verfahren der achten Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als einen Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Der Brennschritt führt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch.In the method of the eighth aspect of the invention, the mixing step further mixes a K starting powder and / or a Li starting powder as an additive into the starting mixture so that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) is applied to the Element K and / or Li is not more than 0.05 mol. The firing step carries out the firing for a period of not less than 2 hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements vorgesehen, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschicht besteht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1TazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, wobei eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Die Elektrodenbildungsschicht hat einen Elektrodenteil, der Innenelektroden bildet, die ein leitendes Metall enthalten. Das Verfahren der neunten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) auf:

  • (a) Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt;
  • (b) Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist;
  • (c) Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet;
  • (d) Aufschichten der Formkörper nach dem Druckschritt; und
  • (e) Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt.
According to a ninth embodiment of the invention, a method for producing a multilayer piezoelectric element is provided, in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked on one another. The piezoceramic layer is made of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, where a specific crystal plane A in crystal grains forming the polycrystalline material is oriented. The electrode formation layer has an electrode part forming internal electrodes containing a conductive metal. The method of the ninth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b), (c), (d) and (e):
  • (a) mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce a starting mixture, the anisotropic powder consisting of a perovskite compound consisting of anisotropic powders of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane relative to the lattice to the specific crystal plane A, oriented, and the reactive starting powder by reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1);
  • (b) forming the starting mixture into a sheet-like shaped body such that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction;
  • (c) printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step;
  • (d) coating the shaped bodies after the printing step; and
  • (e) firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers.

In dem Verfahren der neunten Ausgestaltung der Erfindung hat das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g. Der Brennschritt weist einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt auf. Und zwar erhöht der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C). Der erste Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden). Der Temperatursenkungsschritt senkt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C). Der zweite Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden). Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt, steuert der Brennschritt die Brenntemperatur so, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt.In the process of the ninth aspect of the invention, the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g. The firing step has a temperature increase step, a first temperature holding step, a temperature lowering step and a second temperature holding step. Namely, the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C). The first temperature keeping step keeps the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours). The temperature reduction step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C). The second temperature keeping step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours). When the temperature raising rate is at least 1 ° C / hour and the temperature decreasing rate D is 2 ° C / hour at least between T 2 ° C and T 1 ° C, the firing step controls the firing temperature to determine the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤ D 1 ≤ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200.

Gemäß einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements vorgesehen, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTa2Sbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Das Verfahren der zehnten Ausgestaltung der Erfindung weist die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) auf:

  • (a) Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen;
  • (b) Formen des reaktiven Ausgangspulvers zu einem lagenartigen Formkörper;
  • (c) Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet;
  • (d) Aufschichten der lagenartigen Formkörper nach dem Druckschritt; und
  • (e) Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt.
According to a tenth aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and electrode forming layers are alternately stacked, wherein the piezoceramic layer consists of a polycrystalline material of a crystal oriented ceramic consisting mainly of an isotropic perovskite compound represented by the general formula (1) expressed: {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta 2 Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x + z + w> 0, 0.95≤a≤1. The method of the tenth aspect of the invention comprises the following steps (a), (b), (c), (d) and (e):
  • (a) mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio similar to that of the general Formula (1) to produce a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a reactive starting powder;
  • (b) forming the starting reactive powder into a sheet-like shaped body;
  • (c) printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step;
  • (d) coating the sheet-like shaped bodies after the printing step; and
  • (e) firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers.

In dem Verfahren der zehnten Ausgestaltung der Erfindung hat das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g. Der Brennschritt weist einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt auf. Und zwar erhöht der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C). Der erste Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden). Der Temperatursenkungsschritt senkt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C). Der zweite Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden). Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt, steuert der Brennschritt die Brenntemperatur so, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt.In the method of the tenth aspect of the invention, the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g. The firing step includes a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature decreasing step, and a second temperature holding step. Namely, the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C). The first temperature keeping step keeps the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours). The temperature reduction step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C). The second temperature keeping step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours). When the temperature raising rate is at least 1 ° C / hour and the temperature decreasing rate D is 2 ° C / hour at least between T 2 ° C and T 1 ° C, the firing step controls the firing temperature to determine the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤ D 1 ≤ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200.

– Wirkungen der ersten bis zehnten Ausgestaltung der Erfindung –- effects of the first to the tenth embodiment of the invention -

Die Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1TazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Die Piezokeramik hat daher hervorragende piezoelektrische Kennwerte und zeigt hervorragende Verformungseigenschaften.The piezoceramic of the first aspect of the invention is composed of a polycrystalline material mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1. The piezoceramic therefore has excellent piezoelectric characteristics and shows excellent deformation properties.

Des Weiteren setzt sich jedes die Piezokeramik bildende Kristallkorn der ersten Ausgestaltung der Erfindung aus einer Kernphase (oder einem Kernteil) und einer Hüllenphase zusammen, die eine unterschiedliche Zusammensetzung haben.Of Further, each crystal grain constituting the piezoceramic is set the first embodiment of the invention of a core phase (or a core part) and a shell phase together, the one have different composition.

Insbesondere nimmt die Hüllenphase die Kernphase auf. Die Piezokeramik erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei „ds” die Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterdefekts und „dc” die Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterdefekts ist. Ist der obige Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, sorgt dies für eine Piezokeramik mit einem hohen elektrischen Isolationswiderstand. Wenn auf der Piezokeramik ein Elektrodenteil ausgebildet wird, kann der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramik daran gehindert werden, abzunehmen. Das heißt, dass die Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung für die Eigenschaft einer hohen elektrischen Isolation sorgt. Die erfindungsgemäße Piezokeramik kann bei verschiedenen Arten von elektronischen Bauteilen eingesetzt werden.In particular, the shell phase takes up the core phase. The piezoceramic satisfies the relationship ds / dc <1.2, where "ds" is the amount of a crystal lattice defect generated in the shell phase and "dc" is the amount of a crystal lattice defect generated in the core phase. If the above relationship is ds / dc <1.2 fills, this ensures a piezoceramic with a high electrical insulation resistance. When an electrode part is formed on the piezoceramic, the electrical insulation resistance of the piezoceramic can be prevented from decreasing. This means that the piezoceramic of the first embodiment of the invention provides for the property of high electrical insulation. The piezoceramic according to the invention can be used in various types of electronic components.

In den Verfahren gemäß den anderen Ausgestaltungen der Erfindung werden die Kernphase und die Hüllenphase in dem polykristallinen, hauptsächlich aus der isotropen Perowskitverbindung bestehenden Material in dem Brennschritt erzeugt. Die Kernphase und die Hüllenphase haben im Allgemeinen verschiedene Kennwerte bei der Zusammensetzung, der Kristallisation, den Orientierungskennwerten und der Dichte.In the method according to the other embodiments The invention will be the core phase and the shell phase in the polycrystalline, mainly from the isotropic Perovskite compound produced existing material in the firing step. The core phase and the shell phase generally have different characteristics in the composition, the crystallization, the orientation characteristics and the density.

Darüber hinaus wird die Perowskitverbindung durch die allgemeine Formel ABO3 ausgedrückt. Es ist allgemein bekannt, dass der Brennschritt einen Kristallgitterfehler beim A-Platz-Element und/oder O-Platz-Element hervorruft. Das Vorhandensein des Kristallgitterfehlers verringert den elektrischen Isolationswiderstand der Piezokeramik weiter. Werden die meisten Kristallgitterfehler in der Hüllenphase erzeugt, verringert dies den elektrischen Isolationswiderstand merklich. Beruhend auf diesem Phänomen sorgt die Erfüllung des Zusammenhangs ds/dc < 1,2 für eine Piezokeramik mit einem hervorragenden und ausreichenden elektrischen Isolationswiderstand.In addition, the perovskite compound is expressed by the general formula ABO 3 . It is well known that the firing step causes a crystal lattice defect in the A-site element and / or O-site element. The presence of the crystal lattice defect further reduces the electrical insulation resistance of the piezoceramic. When most crystal lattice defects are generated in the cladding phase, this noticeably reduces the electrical insulation resistance. Based on this phenomenon, the fulfillment of the relationship ds / dc <1.2 ensures a piezoceramic with an excellent and sufficient electrical insulation resistance.

Das mehrlagige Piezoelement gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung setzt sich aus den Piezokeramikschichten zusammen, die aus der Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung bestehen. Das den obigen Aufbau aufweisende mehrlagige Piezoelement der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann beruhend auf den hervorragenden Merkmalen der Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung ein hervorragendes Verformungsvermögen und hervorragende elektrische Isolationseigenschaften haben.The multilayer piezoelectric element according to the second embodiment of the invention is composed of the piezoceramic layers, that from the piezoceramic of the first embodiment of the invention consist. The multilayer piezoelectric element having the above construction The second embodiment of the invention can be based on the excellent Characteristics of the piezoceramic of the first embodiment of the invention excellent deformability and excellent have electrical insulation properties.

Die dritte, vierte, fünfte und sechste Ausgestaltung der Erfindung beziehen sich auf Verfahren zum Herstellen der Piezokeramik. Diese Verfahren führen den Mischschritt, den Formschritt und den Brennschritt durch.The third, fourth, fifth and sixth embodiments of the invention refer to methods for producing the piezoceramic. These Procedures lead the mixing step, the molding step and through the firing step.

Bei der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung werden ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff zu dem Ausgangsgemisch oder einem reaktiven Ausgangspulver gegeben, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formal (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt.at The third and fourth aspects of the invention become a K output powder and / or a starting Li powder as an additive to the starting mixture or a reactive starting powder, so that the addition amount per 1 mole of that expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound based on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol.

Der Formschritt formt das Ausgangsgemisch zu einem Formkörper. Der Brennschritt führt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch.The molding step forms the starting mixture into a shaped body. The firing step carries out the firing for a period of not less than two hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Die durch das obige Verfahren hergestellte Piezokeramik besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung besteht. Jedes Kristallkorn des polykristallinen Materials setzt sich aus der Kernphase und der Hüllenphase zusammen, wobei die Hüllenphase die Kernphase aufnimmt. Die Piezokeramik erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei „ds” eine Kristallgitterfehlermenge in der Hüllenphase und „dc” eine Kristallgitterfehlermenge in der Kernphase ist. Das heißt, dass die Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung es ermöglichen, die Piezokeramik gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung herzustellen.The Piezoceramic produced by the above method consists of a polycrystalline material consisting mainly of the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite compound exists. Each crystal grain of the polycrystalline Material consists of the core phase and the shell phase together, wherein the sheath phase takes up the core phase. The piezoceramic fulfills the relationship ds / dc <1.2, where "ds" is a Crystal lattice defect quantity in the shell phase and "dc" a Crystal lattice defect amount in the core phase. This means, that the methods of the third and fourth embodiments of the invention make it possible, the piezoceramic according to the first embodiment of the invention.

Die Perowskitverbindung wird durch die allgemeine Formel ABO3 ausgedrückt. Der Brennschritt ruft oft einen Kristallgitterfehler am A-Platz oder O-Platz hervor, insbesondere in der Hüllenphase. Der Mischschritt in den Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung gibt ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als einen Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch oder das reaktive Ausgangspulver hinzu. Deswegen ist es möglich, während des Brennschritts die Erzeugung der Kristallgitterfehler des A-Platz-Elements zu unterdrücken.The perovskite compound is expressed by the general formula ABO 3 . The firing step often causes a crystal lattice defect at A-site or O-site, especially in the shell phase. The mixing step in the processes of the third and fourth aspects of the invention adds a K starting powder and / or a Li starting powder as an additive to the starting mixture or reactive starting powder. Therefore, it is possible to suppress the generation of the crystal lattice defects of the A-site element during the burning step.

Darüber hinaus führt der Brennschritt in den Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durch. Dies kann zudem während des Brennschritts die Erzeugung eines Kristallgitterfehlers des O-Platz-Elements unterdrücken.Moreover, the firing step in the methods of the third and fourth aspects of the invention results in firing for a period of not less than two hours at a temperature not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%. by. This may also suppress the generation of a crystal lattice defect of the O-site element during the firing step.

Im Ergebnis kann ein Anstieg der Kristallgitterfehler unterdrückt werden, die beim Brennschritt in der Piezokeramik erzeugt werden. Da die meisten Kristallgitterfehler in der Hüllenphase erzeugt werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren die Menge der Kristallgitterfehler in der Hüllenphase verringern.As a result, an increase in the crystal lattice defects that occur in the firing step can be suppressed Piezoceramic be produced. Since most crystal lattice defects are generated in the shell phase, the method of the invention can reduce the amount of crystal lattice defects in the shell phase.

Dementsprechend können die erfindungsgemäßen Verfahren die Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung herstellen, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, wobei „ds” die Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers und „dc” die Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist.Accordingly can the methods of the invention produce the piezoceramic of the first embodiment of the invention, the relationship ds / dc <1,2 met, where "ds" is the amount of an in the shell phase generated crystal lattice error and "dc" the Amount of a crystal lattice defect generated in the core phase.

Die erfindungsgemäße Piezokeramik hat sowohl hervorragende Verformungseigenschaften als auch einen hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand. Selbst wenn in der Piezokeramik Elektrodenteile ausgebildet werden, kann eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramik unterdrückt werden. Dies ermöglicht es, die Piezokeramik bei verschiedenen Arten von elektronischen Bauteilen einzusetzen.The Piezoelectric ceramic according to the invention has both excellent Deformation properties as well as excellent electrical Insulation resistance. Even if in the piezoceramic electrode parts can be formed, a decrease in the electrical insulation resistance the piezoceramic be suppressed. this makes possible it, the piezoceramic in different types of electronic Use components.

Das Verfahren der fünften Ausgestaltung der Erfindung führt den Mischschritt, den Formschritt und den Brennschritt durch.The Method of the fifth embodiment of the invention leads the mixing step, the molding step and the firing step.

Die Verfahren der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung verwenden insbesondere ein reaktives Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche, und sie führen das Brennen bei einer Temperatur durch, die den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt. Dies kann die Erzeugung eines Kristallgitterfehlers beim A-Platz-Element und O-Platz-Element unterdrücken.In particular, the methods of the fifth and sixth aspects of the invention use a reactive starting powder having a specific surface area, and perform the firing at a temperature having the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200. This can suppress generation of a crystal lattice defect in the A-space element and O-space element.

Die Piezokeramik, die durch die obigen Verfahren der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt wird, besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird. Jedes Kristallkorn des polykristallinen Materials setzt sich aus der Kernphase und der Hüllenphase zusammen, wobei die Hüllenphase die Kernphase aufnimmt. Die Piezokeramik erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei „ds” die Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers und „dc” die Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist. Das heißt, dass es die Verfahren der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung ermöglichen, die Piezokeramik gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung herzustellen.The Piezoceramic, by the above method of the fifth and sixth embodiment of the invention is made made of a polycrystalline material, mainly consists of a perovskite compound by the general Formula (1) is expressed. Each crystal grain of the polycrystalline material consists of the core phase and the shell phase, wherein the shell phase accommodates the core phase. The piezoceramic satisfies the relationship ds / dc <1.2, where "ds" is the Amount of crystal lattice defect generated in the shell phase and "dc" the amount of one generated in the core phase Crystal lattice defect is. That means it's the procedure the fifth and sixth embodiments of the invention allow the Piezoceramic according to the first embodiment of Invention produce.

Die erfindungsgemäße Piezokeramik hat sowohl hervorragende Verformungseigenschaften als auch einen hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand. Selbst wenn in der Piezokeramik Elektrodenteile ausgebildet werden, kann eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramik unterdrückt werden. Dies ermöglicht es, die Piezokeramik bei verschiedenen Arten von elektronischen Bauteilen einzusetzen.The Piezoelectric ceramic according to the invention has both excellent Deformation properties as well as excellent electrical Insulation resistance. Even if in the piezoceramic electrode parts can be formed, a decrease in the electrical insulation resistance the piezoceramic be suppressed. this makes possible it, the piezoceramic in different types of electronic Use components.

Bei den Verfahren der dritten und fünften Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver. Der Formschritt formt das reaktive Gemisch zu einem lagenartigen Formkörper (oder einem lagenartig geformten Körper), so dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist. Dadurch kann eine aus der kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, bei der die Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in der spezifischen Kristallebene A orientiert sind.at the method of the third and fifth embodiment of Invention mixes the mixing step, the anisotropic powder with the reactive starting powder. The molding step forms the reactive mixture to a sheet-like shaped body (or a sheet-like shaped body), so that the oriented plane in the Anisotropic powder in approximately the same direction is oriented. This allows one from the crystal-oriented ceramic existing piezoceramic be prepared in which the crystal grains, which form the polycrystalline material, in the specific crystal plane A are oriented.

Andererseits verwenden die Verfahren der vierten und sechsten Ausgestaltung der Erfindung kein anisotropes Pulver, wie es in den Verfahren der dritten und fünften Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird. Der Mischschritt in den Verfahren der vierten und sechsten Ausgestaltung der Erfindung mischt mindestens ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Element in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und kalziniert dann das erzielte Ausgangsgemisch, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen. Wenn der Brennschritt den durch den obigen Mischschritt erzielten Formkörper brennt, kann dadurch eine Piezokeramik erzielt werden, die aus einem nicht orientierten Körper besteht.on the other hand use the methods of the fourth and sixth embodiments of Invention no anisotropic powder, as in the method of the third and fifth embodiment of the invention is used. Of the Mixing step in the methods of the fourth and sixth embodiments at least one of a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source, and a Sb source Element in a stoichiometric ratio, that is the compound expressed by the general formula (1) produced to produce a starting mixture, and then calcined the resulting starting mixture to a reactive starting powder to produce. When the firing step by the above mixing step obtained molded body burns, it can be a piezoceramic obtained from a non-oriented body consists.

Die siebte, achte, neunte und zehnte Ausgestaltung der Erfindung offenbaren als Nächstes Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements. Die Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung führen den Mischschritt, den Formschritt, den Druckschritt, den Aufschichtungsschritt und den Brennschritt durch.The disclose seventh, eighth, ninth and tenth embodiments of the invention as the next method of manufacturing the multilayer piezoelectric element. The methods of the seventh and eighth embodiments of the invention lead the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step.

Diese Verfahren können ein mehrlagiges Piezoelement herstellen, in dem die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschichten aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik bestehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1), wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, und die Elektrodenbildungsschicht einen Innenelektroden bildenden Elektrodenteil hat, der leitendes Metall enthält.
These methods can produce a multilayer piezoelectric element in which the piezoceramic layers and the electrode-forming layers are alternately stacked with each other, the piezoceramic layers being made of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic composed mainly of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x ≤ 0.2, 0 ≤ y ≤ 1,
0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0.95 ≦ a ≦ 1, and the electrode formation layer has an internal electrode forming electrode portion containing conductive metal.

In dem Mischschritt in den Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung werden wie in den Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff zu dem Ausgangsgemisch oder dem reaktiven Ausgangspulver zugegeben, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt.In the mixing step in the processes of the seventh and eighth embodiments of the invention are as in the methods of the third and fourth Embodiment of the invention, a K output powder and / or Li output powder as an additive to the starting mixture or reactive starting powder added so that the addition amount per 1 mol of the by the general Formula (1) expressed isotropic perovskite compound based on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol.

Der Formschritt formt das Ausgangsgemisch oder das reaktive Ausgangspulver zu einem lagenartigen Formkörper. Der Druckschritt druckt das Elektrodenmaterial, das das leitende Metall enthält, auf den lagenartigen Formkörper. Der Brennschritt brennt den Formkörper. Das Elektrodenmaterial bildet nach Abschluss des Druckschritts die Elektrodenteile.Of the Forming step forms the starting mixture or the reactive starting powder to a sheet-like shaped body. The printing step prints the electrode material containing the conductive metal, on the sheet-like shaped body. The burning step is burning the shaped body. The electrode material forms after completion of the printing step, the electrode parts.

Der Aufschichtungsschritt stellt den Schichtkörper her, bei dem die Formkörper nach Abschluss des Druckschritts aufeinandergeschichtet werden, um den Schichtkörper zu erzeugen, in dem die Elektrodenmaterialien und die aus dem Ausgangsgemisch bestehenden Formkörper abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.Of the Aufschichtungsschritt produces the composite, at the molded body after the completion of the printing step stacked to produce the laminate in which the electrode materials and the moldings consisting of the starting mixture are alternately stacked.

Der Brennschritt brennt den Schichtkörper, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, in dem die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Der Brennschritt wird für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durchgeführt.The firing step burns the laminated body to produce the multilayer piezoelectric element in which the piezoceramic layers and the electrode forming layers are alternately stacked. The firing step is performed for a period of not less than two hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Dementsprechend können die Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung wie die Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung einen Anstieg der Menge an Kristallgitterfehlern unterdrücken, die in den Kristallkörnern, die die Piezokeramikschicht bilden, erzeugt werden. Dadurch können Piezokeramikschichten hergestellt werden, die aus der Piezokeramik der ersten Ausgestaltung der Erfindung bestehen, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, wobei „ds” die Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers und „dc” die Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist. Das erfindungsgemäße mehrlagige Piezoelement hat sowohl hervorragende Verformungseigenschaften als auch einen hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand.Accordingly can the procedures of the seventh and eighth embodiment invention as the methods of the third and fourth embodiment of the invention suppress an increase in the amount of crystal lattice defects, in the crystal grains, the piezoceramic layer form, are generated. This allows piezoceramic layers are made from the piezoceramic of the first embodiment of the invention satisfying the relationship ds / dc <1.2, where "ds" is the amount of one in the shell phase generated crystal lattice defect and "dc" the amount is a crystal lattice defect generated in the core phase. The The multilayer piezoelectric element according to the invention has both excellent deformation properties as well as excellent electrical insulation resistance.

Es besteht insbesondere häufig die Möglichkeit, dass sich der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht durch eine Diffusion des leitenden Metalls in den Elektrodenteilen in der Elektrodenbildungsschicht zu der Piezokeramikschicht verringert, wenn die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten durch die zuvor beschriebenen Verfahren zusammengeschichtet werden. Die Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung können eine solche Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands des mehrlagigen Piezoelements angemessen unterdrücken. Dies ermöglicht es, ein mehrlagiges Piezoelement herzustellen, das sich für elektronische Bauteilen eignet.It In particular, there is often the possibility that the electrical insulation resistance of the piezoceramic layer by a diffusion of the conductive metal in the electrode parts reduced in the electrode formation layer to the piezoceramic layer, when the piezoceramic layers and the electrode formation layers are stacked together by the previously described methods. The methods of the seventh and eighth embodiments of the invention can such a decrease in electrical insulation resistance of the multilayer piezo element appropriately suppress. This makes it possible to produce a multilayer piezoelectric element, which is suitable for electronic components.

Die neunte und zehnte Ausgestaltung der Erfindung sehen als Nächstes Verfahren vor, bei denen wie in den Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung der Mischschritt, der Formschritt, der Druckschritt, der Aufschichtungsschritt und der Brennschritt durchgeführt werden, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.The ninth and tenth embodiments of the invention see next Procedures in which, as in the procedures of the seventh and eighth Embodiment of the invention, the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step are performed be used to produce the multilayer piezoelectric element.

Die Verfahren der neunten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung verwenden insbesondere ein reaktives Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche und führen den Brennschritt bei einer Temperatur durch, die den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt. Dies kann die Entstehung eines Kristallgitterfehlers beim A-Platz-Element und O-Platz-Element unterdrücken.Specifically, the methods of the ninth and tenth embodiments of the invention use a reactive starting powder having a specific surface area and perform the firing step at a temperature indicative of the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200. This can suppress the generation of a crystal lattice defect in the A-space element and O-space element.

Wie in den Verfahren der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung können Piezokeramikschichten hergestellt werden, die aus der Piezokeramik bestehen, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt. Daher kann das mehrlagige Piezoelement, das die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Piezokeramikschichten hat, hervorragende Verformungseigenschaften und hervorragende elektrische Isolationseigenschaften haben.As in the methods of the fifth and sixth embodiments of the invention, piezoceramics made of the piezoceramic, which satisfies the relationship ds / dc <1.2. Therefore, the multilayer piezoelectric element having the piezoceramic layers produced by the methods of the present invention can have excellent deformation properties and excellent electrical insulation properties.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass sich der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht durch eine Diffusion des leitenden Materials in den Elektrodenteilen in der Elektrodenbildungsschicht zu der Piezokeramikschicht verringert, wenn die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten bei den zuvor beschriebenen Verfahren zusammengeschichtet werden. Die Verfahren der neunten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung können wie die Verfahren der siebten und achten Ausgestaltung der Erfindung diese Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands des mehrlagigen Piezoelements angemessen unterdrücken. Dies ermöglicht es, ein mehrlagiges Piezoelement herzustellen, das für elektronische Bauteilen geeignet ist.About that There is also the possibility that the electric Insulation resistance of the piezoceramic layer by diffusion of the conductive material in the electrode parts in the electrode formation layer reduced to the piezoceramic layer when the piezoceramic layers and the electrode formation layers in the above-described Processes are stacked together. The procedures of the ninth and tenth embodiment of the invention can as the method the seventh and eighth embodiments of the invention, this decrease the electrical insulation resistance of the multilayer piezoelectric element appropriately suppress. This allows one Produce multilayer piezoelectric element, which is used for electronic Components is suitable.

Bei den Verfahren der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung mischt der Mischschritt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver. Der Formschritt formt das reaktive Gemisch zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist. Dadurch kann eine Piezokeramik hergestellt werden, die aus der kristallorientierten Keramik besteht, in der die Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in der spezifischen Kristallebene A orientiert sind.at the method of the seventh and ninth embodiments of the invention The mixing step mixes the anisotropic powder with the reactive one Starting powder. The molding step forms the reactive mixture into a sheet-like one Shaped body, leaving the oriented plane in the anisotropic Powder is oriented approximately in a same direction. As a result, a piezoceramic can be produced that is made of the crystal-oriented Ceramics in which the crystal grains that form the polycrystalline Form material, oriented in the specific crystal plane A. are.

Andererseits verwenden die Verfahren der achten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung kein anisotropes Pulver, wie es in den Verfahren der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird. Der Mischschritt in den Verfahren der vierten und sechsten Ausgestaltung der Erfindung mischt mindestes ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Element in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und kalziniert dann das erzielte Ausgangsgemisch, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen. Wenn der Brennschritt den durch den obigen Mischschritt erzielten Formkörper brennt, kann dadurch eine Piezokeramik erzielt werden, die aus einem nicht orientierten Körper besteht.on the other hand use the methods of the eighth and tenth embodiments of Invention no anisotropic powder, as in the method of the seventh and ninth embodiment of the invention is used. The mixing step in the methods of the fourth and sixth embodiments of the invention mixes at least one of a Li source, a K source, a Na source, Nb source, Ta source and Sb source selected element in a stoichiometric ratio, that is the compound expressed by the general formula (1) produced to produce a starting mixture, and then calcined the resulting starting mixture to a reactive starting powder to produce. When the firing step by the above mixing step obtained molded body burns, it can be a piezoceramic obtained from a non-oriented body consists.

– Elfte Ausgestaltung und zwölfte Ausgestaltung der Erfindung –- Eleventh embodiment and twelfth Embodiment of the invention

Es folgt nun eine Beschreibung der elften und zwölften Ausgestaltung der Erfindung.It Now follows a description of the eleventh and twelfth embodiment the invention.

Gemäß der elften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik aus einem polykristallinen Material vorgesehen, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, bei der eine {100}-Kristallebene in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d) und (e):

  • (a) erstes Vorbereiten eines anisotropen Pulvers aus orientierten anisotropen Körnern, in denen die {100}-Kristallebene orientiert ist;
  • (b) zweites Vorbereiten eines reaktiven Ausgangspulvers, um durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen;
  • (c) Mischen des anisotropen Pulvers mit dem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen;
  • (d) Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und
  • (e) Brennen des Formkörpers, um die kristallorientierte Keramik zu erzeugen.
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a method of producing a crystal-oriented polycrystalline ceramics composed mainly of an isotropic perovskite compound in which a {100} crystal plane is oriented in crystal grains constituting the polycrystalline material. The method comprises the following steps (a), (b), (c), (d) and (e):
  • (a) first preparing an anisotropic powder of oriented anisotropic grains in which the {100} crystal plane is oriented;
  • (b) secondly preparing a starting reactive powder to produce the isotropic perovskite compound by reaction with the anisotropic powder;
  • (c) mixing the anisotropic powder with the starting reactive powder to produce a starting mixture;
  • (d) shaping the starting mixture into a sheet-like shaped body such that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; and
  • (e) firing the shaped body to produce the crystal oriented ceramic.

In dem Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung verwendet der zweite Vorbereitungsschritt (b) ein reaktives Ausgangspulver, das eine Halbwertsbreite einer pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat.In the method of the eleventh embodiment of the invention uses the second preparation step (b) a reactive starting powder, the a half width of a pseudocubic {002} plane in one Range of 0.4 ° to 0.8 °.

Gemäß der zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements vorgesehen, in dem Piezokeramikschichten und Innenelektroden, die ein leitendes Metall enthalten, abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschicht besteht aus einer kristallorientierten Keramik, die aus einem polykristallinen Material besteht. Das polykristalline Material besteht hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung, in der eine {100}-Kristallebene in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte (a), (b), (c), (d), (e), (f) und (g):

  • (a) erstes Vorbereiten eines anisotropen Pulvers aus orientierten anisotropen Körnern, in denen die {l00}-Kristallebene orientiert ist;
  • (b) zweites Vorbereiten eines reaktiven Ausgangspulvers, das eine Halbwertsbreite einer pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat, um durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen;
  • (c) Mischen des anisotropen Pulvers mit dem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen;
  • (d) Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die {l00}-Kristallebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist;
  • (e) Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach Abschluss eines folgenden Brennschritt zu den Innenelektroden wird;
  • (f) Aufschichten einer Vielzahl der Formkörper nach Abschluss des Druckschritts, um einen Schichtkörper herzustellen; und
  • (g) Brennen des Schichtkörpers, um durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver in den Formkörpern das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, in dem die piezoelektrischen Schichten und die Innenelektroden abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.
According to the twelfth aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and internal electrodes including a conductive metal are alternately stacked. The piezoceramic layer consists of a crystal-oriented ceramic, which consists of a polycrystalline material. The polycrystalline material mainly consists of an isotropic perovskite compound in which a {100} crystal plane is oriented in crystal grains constituting the polycrystalline material. The process comprises the following steps (a), (b), (c), (d), (e), (f) and (g):
  • (a) first preparing an anisotropic powder of oriented anisotropic grains in which the {100} crystal plane is oriented;
  • (b) second preparing a starting reactive powder having a half width of a pseudocubic {002} plane in a range of 0.4 ° to 0.8 ° to produce the isotropic perovskite compound by a reaction with the anisotropic powder;
  • (c) mixing the anisotropic powder with the starting reactive powder to produce a starting mixture;
  • (d) shaping the starting mixture into a sheet-like shaped body such that the {100} crystal plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction;
  • (e) printing an electrode material containing the conductive metal which becomes the internal electrodes upon completion of a subsequent firing step;
  • (f) coating a plurality of the molded articles after completion of the printing step to produce a laminated body; and
  • (g) firing the laminated body to produce the multilayer piezoelectric element in which the piezoelectric layers and the internal electrodes are alternately stacked by the reaction between the anisotropic powder and the reactive source powder in the moldings.

– Wirkungen der elften Ausgestaltung und zwölften Ausgestaltung der Erfindung –- effects of the eleventh Embodiment and twelfth embodiment of the invention

Das Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung führt den ersten Vorbereitungsschritt, den zweiten Vorbereitungsschritt, den Mischschritt, den Formschritt und den Brennschritt durch, um die kristallorientierte Keramik herzustellen.The Method of the eleventh embodiment of the invention leads the first preparation step, the second preparation step, the mixing step, the molding step and the firing step to produce the crystal-oriented ceramics.

Der wichtigste Punkt bei der elften Ausgestaltung der Erfindung ist, dass der zweite Vorbereitungsschritt das reaktive Ausgangspulver vorbereitet und verwendet, das eine Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat. Das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat eine hervorragende reaktive Wirkung auf das anisotrope Pulver, in dem die {100}-Kristallebene orientiert ist. Da dieses reaktive Ausgangspulver während des Brennschritts adäquat mit dem anisotropen Pulver reagiert, kann deshalb eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands unterdrückt und die Dichte der kristallorientierten Keramik als Endprodukt erhöht werden.Of the most important point in the eleventh embodiment of the invention is that the second preparation step is the reactive starting powder prepared and used, which has a half width in one area from 0.4 ° to 0.8 °. The reactive starting powder with the half width in a range of 0.4 ° to 0.8 ° has a excellent reactive effect on the anisotropic powder in which the {100} crystal plane is oriented. Because this reactive starting powder during the firing step adequately with the anisotropic Powder reacts, therefore, may decrease the electrical insulation resistance suppressed and the density of crystal-oriented ceramics be increased as the final product.

Herkömmliches reaktives Ausgangspulver mit einer geringen Halbwertsbreite der pseudokubischen {001}-Ebene fördert Kristallwachstum. Dieses herkömmliche reaktive Ausgangspulver hat während des Brennschritts eine schlechte reaktive Wirkung auf das anisotrope Pulver, in dem die {100}-Kristallebene orientiert ist, und behindert die Herstellung eines kompakten Produkts. Dadurch hat die kristallorientierte Keramik als Endprodukt einen geringen elektrischen Isolationswiderstand.conventional reactive starting powder with a low half - width of the pseudocubic {001} plane promotes crystal growth. This conventional reactive starting powder has during of the firing step has a bad reactive effect on the anisotropic Powder in which the {100} crystal plane is oriented and obstructed the production of a compact product. As a result, the crystal-oriented Ceramics as a final product a low electrical insulation resistance.

Dagegen hat das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite der pseudokubischen {002}-Ebene von nicht weniger als 0,4°, das in dem Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung im Vorbereitungsschritt verwendet wird, eine geringe Kristallisation und eine hervorragende reaktive Wirkung auf das anisotrope Pulver. Daher sorgt die Verwendung des obigen reaktiven Ausgangspulvers für eine kristallorientierte Keramik mit einem hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand.On the other hand has the reactive starting powder with the half width of the pseudocubic {002} plane of not less than 0.4 °, in the process the eleventh embodiment of the invention used in the preparation step is, a low crystallization and a superior reactive Effect on the anisotropic powder. Therefore, the use of the above reactive starting powder for a crystal-oriented Ceramic with an excellent electrical insulation resistance.

Darüber hinaus kann das Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung eine kristallorientierte Keramik herstellen, bei der die {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns orientiert ist. Daher ist die {100}-Ebene der kristallorientierten Keramik senkrecht zur Polarisationsachse der Perowskitverbindung und liegt in der gleichen Richtung wie die Verformungsrichtung der orientierten Kristallkörner in der kristallorientierten Keramik. Die kristallorientierte Keramik zeigt daher ein hohes Verformungsvermögen.About that In addition, the method of the eleventh embodiment of the invention make a crystal-oriented ceramic using the {100} crystal plane every crystal grain is oriented. Therefore, the {100} plane is the crystal-oriented one Ceramic perpendicular to the polarization axis of the perovskite compound and lies in the same direction as the deformation direction of oriented crystal grains in the crystal oriented Ceramics. The crystal-oriented ceramic therefore shows a high deformability.

Das Verfahren gemäß der zwölften Ausgestaltung der Erfindung führt den ersten Vorbereitungsschritt, den zweiten Vorbereitungsschritt, den Mischschritt, den Formschritt, den Druckschritt, den Aufschichtungsschritt und den Brennschritt durch, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.The Method according to the twelfth embodiment The invention leads the first preparation step, the second preparation step, the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step through to produce the multilayer piezoelectric element.

Das Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung kann bis auf den Druckschritt und den Brennschritt die gleichen Schritte wie das oben beschriebene Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung durchführen.The Method of the twelfth embodiment of the invention can the same steps except for the printing step and the firing step as the above-described method of the eleventh embodiment of Carry out invention.

Der wichtigste Punkt der zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist, dass der zweite Vorbereitungsschritt wie bei der zuvor beschriebenen elften Ausgestaltung der Erfindung ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° vorbereitet und verwendet. Da dieses reaktive Ausgangspulver während des Brennschritts adäquat mit dem anisotropen Pulver reagiert, kann deshalb eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands unterdrückt und die Dichte der kristallorientierten Keramik erhöht werden.The most important point of the twelfth embodiment of the invention is that the second preparation step as in the previously described eleventh embodiment of the invention comprises a reactive starting powder a half width in a range of 0.4 ° to 0.8 ° prepared and used. Therefore, since this reactive source powder adequately reacts with the anisotropic powder during the firing step, a decrease in the electrical insulation resistance can be suppressed and the density of the crystal-oriented ceramic can be increased.

Wenn die Piezokeramikschichten und die Innenelektroden aufeinandergeschichtet werden und der Schichtkörper als ein einzelner Körper gebrannt wird, diffundiert das leitende Metall im Übrigen von der Innenelektrode zur Piezokeramikschicht und es verringert sich häufig der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht. Allerdings unterdrückt der Aufbau des mehrlagigen Piezoelements, das durch das Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung hergestellt wird, adäquat die Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands. Daher stellt das Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung das mehrlagige Piezoelement als elektrische Bauteile her.If the piezoceramic layers and the internal electrodes are stacked and the layered body as a single body Incidentally, the conductive metal diffuses from the inner electrode to the piezoceramic layer and reduces it often the electrical insulation resistance of the piezoceramic layer. However, the structure of the multilayer piezoelectric element suppresses that by the method of the twelfth embodiment of Invention, adequately the decrease of the electrical Insulation resistance. Therefore, the procedure represents the twelfth Embodiment of the invention, the multilayer piezoelectric element as electrical Components ago.

Das Verfahren gemäß der zwölften Ausgestaltung der Erfindung kann zudem eine Piezokeramikschicht herstellen, die aus der kristallorientierten Keramik besteht, in der die {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns orientiert ist. Daher ist die orientierte Ebene der Piezokeramikschicht senkrecht zur Polarisationsachse der Perowskitverbindung und nimmt dieselbe Richtung ein wie die Verformungsrichtung der orientierten Kristallkörner in der kristallorientierten Keramik. Daher kann das durch die zwölfte Ausgestaltung der Erfindung erzielte mehrlagige Piezoelement ein hohes Verformungsvermögen zeigen.The Method according to the twelfth embodiment The invention can also produce a piezoceramic layer which consists of the crystal-oriented ceramic in which the {100} crystal plane every crystal grain is oriented. Therefore, the oriented level the piezoceramic layer perpendicular to the polarization axis of the perovskite compound and takes the same direction as the deformation direction of oriented crystal grains in the crystal oriented Ceramics. Therefore, this can be done by the twelfth embodiment The invention achieved multilayer piezoelectric element has a high deformability demonstrate.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird beispielhaft ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:Under Reference to the accompanying drawings will be given by way of example a preferred, non-limiting embodiment of the invention. Show it:

1A eine Ansicht, die einen Gesamtaufbau eines mehrlagigen Piezoelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 1A a view showing an overall structure of a multilayer piezoelectric element according to a first embodiment of the invention;

1B eine Schnittansicht des in 1A gezeigten mehrlagigen Piezoelements entlang seiner Aufschichtungsrichtung; 1B a sectional view of the in 1A shown multilayer piezoelectric element along its Aufschichtungsrichtung;

2 eine Ansicht, die einen Aufbau von Kristallkörnern zeigt, die eine Piezokeramikschicht bilden, die in dem mehrlagigen Piezoelement zwischen Elektrodenteilen ausgebildet ist; 2 a view showing a structure of crystal grains forming a piezoceramic layer formed in the multi-layered piezoelectric element between electrode parts;

3 eine REM-Fotografie, die eine gemäß einem ersten Versuch zwischen Elektrodenteilen des mehrlagigen Piezoelements ausgebildete Piezokeramikschicht zeigt; 3 a SEM photograph showing a piezoceramic layer formed between electrode parts of the multilayer piezoelectric element in accordance with a first experiment;

4 eine Fotografie einer Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse, die die Piezokeramikschicht des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem ersten Versucht zeigt; 4 a photograph of a cathodoluminescence (CL) spectral analysis showing the piezoceramic layer of the multilayer piezoelectric element according to the first attempt;

5 eine grafische Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der CL-Intensität einer Kernphase (oder eines Kernteils) und einer Hüllenphase (oder einer Hüllenschicht) der Piezokeramikschicht zeigt, der durch die Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse gemäß dem ersten Versuch ermittelt wurde; 5 4 is a graph showing a relationship between the wavelength and the CL intensity of a core phase (or a core portion) and a cladding phase (or cladding layer) of the piezoceramic layer determined by the cathodoluminescence (CL) spectral analysis according to the first experiment ;

6 eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer Perowskitverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 6 a schematic view showing a structure of a Perowskitverbindung according to a second embodiment of the invention;

7 eine Ansicht, die in einem Verfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Temperatursteuerung während eines Brennschritts zeigt; 7 a view showing a temperature control during a burning step in a method according to a third embodiment of the invention;

8 eine Fotografie einer CL-Spektralanalyse, die die Piezokeramikschicht des mehrlagigen Piezoelements gemäß einem zweiten Versuch zeigt; 8th a photograph of a CL spectral analysis showing the piezoceramic layer of the multilayer piezoelectric element according to a second experiment;

9 eine grafische Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und einer CL-Intensität einer Kernphase und einer Hüllenphase in der Piezokeramikschicht zeigt, der durch die CL-Spektralanalyse gemäß dem zweiten Versuch ermittelt wurde; 9 FIG. 4 is a graph showing a relationship between the wavelength and a CL intensity of a core phase and a cladding phase in the piezoceramic layer determined by the CL spectral analysis according to the second experiment; FIG.

10 eine Ansicht, die einen Aufbau eines Ausgangsgemisches zeigt, das gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Mischen eines anisotropen Pulvers und eines reaktiven Ausgangspulvers erzielt wurde; 10 a view showing a structure of a starting mixture according to a fourth embodiment of the invention by mixing an anisotropic powder and a reactive output powder was achieved;

11 eine Ansicht, die einen Innenaufbau eines Formkörpers zeigt, in dem das anisotrope Pulver gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ungefähr in einer spezifischen Richtung orientiert ist; 11 10 is a view showing an internal structure of a molded article in which the anisotropic powder according to the fourth embodiment of the invention is oriented approximately in a specific direction;

12 eine Ansicht, die gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kristallwachstum des anisotropen Pulvers in dem Formkörper während des Brennschritts zeigt; 12 a view showing according to the fourth embodiment of the invention, a crystal growth of the anisotropic powder in the molding during the firing step;

13 eine Ansicht, die eine kristallorientierte Keramik gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 13 a view showing a crystal-oriented ceramic according to the fourth embodiment of the invention;

14A eine Ansicht, die das reaktive Ausgangspulver gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 14A a view showing the reactive starting powder according to the fourth embodiment of the invention;

14B eine Ansicht, die das reaktive Ausgangspulver nach Abschluss des Kalzinierungsschritts zeigt; 14B a view showing the reactive starting powder after completion of the calcination step;

15A eine Ansicht, die einen Gesamtaufbau eines mehrlagigen Piezoelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und 15A a view showing an overall structure of a multilayer piezoelectric element according to a fifth embodiment of the invention; and

15B eine Schnittansicht des in 15A gezeigten mehrlagigen Piezoelements entlang seiner Aufschichtungsrichtung. 15B a sectional view of the in 15A shown multilayer piezoelectric element along its Aufschichtungsrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen in den verschiedenen Darstellungen gleiche Bezugszeichen oder -ziffern gleiche oder sich entsprechende Bestandteile.in the The following will be with reference to the accompanying drawings various embodiments of the invention described. In the following description of the various embodiments denote in the various representations like reference numerals or numbers are the same or corresponding components.

Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung hinsichtlich der ersten bis zehnten Ausgestaltung der Erfindung.It follows a description of the preferred embodiments the invention in terms of the first to tenth embodiment the invention.

Die Piezokeramik besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1TazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.The piezoceramic is made of a polycrystalline material mainly composed of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1.

Der technische Ausdruck „isotrop” bedeutet, dass das Relativverhältnis der Achsenlängen a, b und c einen Wert in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 hat und dass ihr jeweiliger Achsenwinkel α, β und γ in einem Bereich von 80° bis 100° liegt, wenn die Perowskitstruktur ABO3 ein pseudokubischprimitives Gitter hat.The technical term "isotropic" means that the relative ratio of the axial lengths a, b and c has a value in a range of 0.8 to 1.2 and that their respective axial angle α, β and γ in a range of 80 ° to 100 ° lies when the perovskite structure ABO 3 has a pseudo-cubic primitive lattice.

Wenn eine durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung auf die Zusammensetzungsgleichung ABO3 der Perowskitstruktur angewandt wird, kann das A-Platz-Atom ein Zusammensetzungsverhältnis haben, das gegenüber einem Zusammensetzungsverhältnis des A-Platz-Elements und des B-Platz-Elements von 1:1 um 5% gesenkt ist. Das heißt also, dass der Zusammenhang 0,95 ≤ a ≤ 1, besser noch 0,97 ≤ a ≤ 1, erfüllt ist.When a compound expressed by the above general formula (1) is applied to the composition equation ABO 3 of the perovskite structure, the A-site atom may have a composition ratio to a composition ratio of the A-site element and the B-site element from 1: 1 by 5%. This means that the relationship 0.95 ≤ a ≤ 1, better still 0.97 ≤ a ≤ 1, is satisfied.

In der obigen allgemeinen Formel (1) bedeutet der Zusammenhang „x + z + w > 0”, dass es ausreicht, wenn zumindest ein aus Li, Ta und Sb gewähltes Element als Substitutionselement enthalten ist.In of the above general formula (1), the relationship "x + z + w> 0 ", that it is sufficient if at least one selected from Li, Ta and Sb Element is included as a substitution element.

Des Weiteren gibt der Wert „y” in der obigen allgemeinen Formel (1) das Verhältnis von K und Na an, das in der isotropen Perowskitverbindung enthalten ist. Es reicht, wenn in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung mindestens ein aus K und Na gewähltes Element als A-Platz-Element enthalten ist.Of Further, the value "y" in the above general Formula (1) the ratio of K and Na, which is in the isotropic Perovskite compound is included. It is enough if in the through the general formula (1) expressed isotropic perovskite compound at least one element selected from K and Na as the A-space element is included.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < y ≤ 1 hat. In diesem Fall ist Na in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dadurch kann die piezoelektrische Konstante g31 der Piezokeramik weiter erhöht werden.It is preferable that the value "y" in the general formula (1) has a range of 0 <y ≦ 1. In this case, Na is an essential ingredient in the compound expressed by the general formula (1) part. As a result, the piezoelectric constant g 31 of the piezoceramic can be further increased.

Darüber hinaus kann der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ y < 1 haben. In diesem Fall ist K in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dies kann die piezoelektrischen Kennwerte wie die piezoelektrische Konstante d31 weiter erhöhen. Da die Piezokeramik entsprechend der höheren Menge an zugegebenem K bei einer geringen Temperatur gesintert werden kann, wird es dadurch möglich, die Piezokeramik mit geringeren Fertigungskosten herzustellen und die verwendete Energiemenge zu senken.In addition, the value "y" in the general formula (1) may have a range of 0 ≦ y <1. In this case, K is an essential ingredient in the compound expressed by the general formula (1). This 31 may further enhance the piezoelectric characteristics such as the piezoelectric constant d. Since the piezoceramic can be sintered at a low temperature according to the higher amount of added K, it is thereby possible to produce the piezoceramic with lower manufacturing costs and to reduce the amount of energy used.

Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich von 0,05 ≤ y ≤ 0,75 und besser noch in einem Bereich von 0,20 ≤ y ≤ 0,70, liegt. Dadurch können die piezoelektrische Konstante d31 und der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp der kristallorientierten Keramik weiter erhöht werden.Moreover, it is preferable that the value "y" in the general formula (1) is in a range of 0.05 ≦ y ≦ 0.75, and more preferably in a range of 0.20 ≦ y ≦ 0.70 , As a result, the piezoelectric constant d 31 and the electromechanical coupling factor K p of the crystal-oriented ceramic can be further increased.

Es ist weiter zu bevorzugen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich von 0,20 ≤ y < 0,70, besser noch in einem Bereich von 0,35 ≤ y ≤ 0,65 und noch besser in einem Bereich von 0,35 ≤ y < 0,65, liegt. Er liegt am besten in einem Bereich von 0,42 ≤ y ≤ 0,60.It It is further preferable that the value "y" in of the general formula (1) in a range of 0.20 ≦ y <0.70, better yet in a range of 0.35 ≦ y ≦ 0.65 and still better in a range of 0.35 ≦ y <0.65. He is best in a range of 0.42 ≦ y ≦ 0.60.

In der allgemeinen Formel (1) gibt der Wert „x” die Substitutionsmenge von Li an, mit der das A-Platz-Element wie K und/oder Na substituiert wird. Die Substitution von K und/oder Na mit Li kann die piezoelektrischen Eigenschaften und die Curie-Temperatur TC erhöhen und die Dichte fördern.In the general formula (1), the value "x" indicates the substitution amount of Li with which the A-site element such as K and / or Na is substituted. The substitution of K and / or Na with Li can increase the piezoelectric properties and the Curie temperature T C and promote the density.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „x” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich 0 < x ≤ 0,2 liegt. Da Li in diesem Fall in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung ein wesentlicher Bestandteil ist, lässt sich der Brennschritt während der Herstellung der Piezokeramik leichter durchführen. Des Weiteren können dadurch die piezoelektrischen Kennwerte verbessert werden, und es kann außerdem die Curie-Temperatur (TC) der Piezokeramik weiter erhöht werden. Da Li in der allgemeinen Formel (1) im Bereich des Werts „x” zum wesentlichen Bestandteil wird, kann die Brenntemperatur gesenkt werden, und Li kann als Brennmittel die Herstellung einer Piezokeramik mit einer geringeren Anzahl von Poren bewirken.It is preferable that the value "x" in the general formula (1) is in a range 0 <x ≦ 0.2. In this case, since Li is an essential ingredient in the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1), the firing step during the production of the piezoceramic is easier to perform. Furthermore, the piezoelectric characteristics can thereby be improved and, in addition, the Curie temperature (T C ) of the piezoceramic can be further increased. Since Li in the general formula (1) becomes an essential component in the region of the value "x", the firing temperature can be lowered and Li, as a fuel, can produce a piezoceramic having a smaller number of pores.

Wenn der Wert „x” mehr als 0,2 beträgt, besteht die Möglichkeit eines Abnahme der piezoelektrischen Kennwerte (etwa der piezoelektrischen Konstante d31, des elektromechanischen Kopplungsfaktors Kp und der piezoelektrischen Konstante g31).When the value "x" is more than 0.2, there is a possibility of decreasing the piezoelectric characteristics (such as the piezoelectric constant d 31 , the electromechanical coupling factor K p and the piezoelectric constant g 31 ).

Der Wert „x” kann in der allgemeinen Formel (1) null (x = 0) betragen. In diesem Fall lässt sich die allgemeine Formel (1) durch (K1-yNay)a(Nb1-z-wTazSbw)O3-k ausdrücken. Da in diesem Fall bei der Herstellung der kristallorientierten Keramik keine Verbindung wie LiCO3 enthalten ist, die das maximal leichte Li enthält, können Schwankungen der Kennwerte verringert werden, die durch eine Änderung der Ausgangspulver hervorgerufen werden, wenn die Ausgangsmaterialien gemischt werden. Des Weiteren kann in diesem Fall eine Piezokeramik mit hervorragender relativer Permeabilität und einer verhältnismäßig großen piezoelektrischen Konstante „g” hergestellt werden. Es ist vorzuziehen, dass der Wert „x” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,15 und besser noch einen Bereich von 0 ≤ x < 0,10, hat.The value "x" may be zero (x = 0) in the general formula (1). In this case, the general formula (1) can be expressed by (K 1-y Na y ) a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3-k . In this case, in the case of producing the crystal-oriented ceramic, since there is no compound such as LiCO 3 containing the maximum light Li, variations in characteristics caused by a change in the starting powders can be reduced when the starting materials are mixed. Furthermore, in this case, a piezoceramic having excellent relative permeability and a relatively large piezoelectric constant "g" can be produced. It is preferable that the value "x" in the general formula (1) has a range of 0 ≦ x ≦ 0.15, and more preferably a range of 0 ≦ x <0.10.

Der Wert „z” gibt in der allgemeinen Formel (1) die Menge an Ta an, mit der Nb als B-Platz-Element substituiert wird. Die Substitution eines Teils von Nb mit Ta hat die Wirkung, die piezoelektrischen Kennwerte der Piezokeramik zu erhöhen. Wenn der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) mehr als 0,4 beträgt, sinkt die Curie-Temperatur TC der kristallorientierten Keramik. Dies führt zu der Möglichkeit, dass es schwer fällt, die Piezokeramik bei Haushaltsanwendungen und Automobilbauteilen einzusetzen.The value "z" in the general formula (1) indicates the amount of Ta substituted with Nb as the B-site element. The substitution of a part of Nb with Ta has the effect of increasing the piezoelectric characteristics of the piezoceramic. When the value "z" in the general formula (1) is more than 0.4, the Curie temperature T C of the crystal oriented ceramics decreases. This leads to the possibility that it is difficult to use the piezoceramic in household applications and automotive components.

Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < z ≤ 0,4 hat. In diesem Fall wird Ta in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dies senkt entsprechend die Sintertemperatur, wobei Ta als Brennmittel dient und die Anzahl der in der Piezokeramik erzeugten Poren verringern kann.It It is therefore preferable that the value "z" in the general formula (1) has a range of 0 <z ≦ 0.4. In this case Ta is expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound an essential component. This lowers the sintering temperature accordingly, with Ta serving as the fuel and reduce the number of pores produced in the piezoceramic can.

Der Wert „z” kann null (z = 0) betragen. In diesem Fall wird die allgemeine Formel (1) durch {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-wSbw)O3 ausgedrückt. Da die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung in diesem Fall kein Ta enthält, kann daher die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung hervorragende piezoelektrische Kennwerte haben, ohne dass bei der Herstellung dieser Verbindung teures Ta verwendet wird.The value "z" can be zero (z = 0). In this case, the general formula (1) is expressed by {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-w Sb w ) O 3 . In this case, since the compound expressed by the general formula (1) does not contain Ta, the compound expressed by the general formula (1) can have excellent piezoelectric characteristics without using expensive Ta in the preparation of this compound.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ z ≤ 0,35 und besser noch einen Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,30 hat.It It is preferable that the value "z" in the general Formula (1) has a range of 0 ≦ z ≦ 0.35 and better still has a range of 0 ≤ x ≤ 0.30.

Des Weiteren gibt der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) die Menge an Sb an, mit der Nb als B-Platz-Element substituiert wird. Die Substitution eines Teils von Nb mit Sb sorgt dafür, dass die piezoelektrischen Kennwerte der Piezokeramik erhöht werden. Da die piezoelektrischen Kennwerte und/oder die Curie-Temperatur der kristallorientierten Keramik abnehmen, wenn der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) mehr als 0,2 beträgt, wird vermieden, dass der Wert „w” mehr als 0,2 beträgt.Of Further, the value "w" in the general Formula (1) the amount of Sb, substituted with the Nb as B-site element becomes. The substitution of a part of Nb with Sb ensures that that increases the piezoelectric characteristics of the piezoceramic become. Since the piezoelectric characteristics and / or the Curie temperature of the crystal oriented ceramic when the value "w" in of the general formula (1) is more than 0.2, it is avoided that the value "w" is more than 0.2.

Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < w ≤ 0,2 hat. In diesem Fall ist Sb in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dementsprechend können dadurch die Sintertemperatur gesenkt, die Sinterkennwerte verbessert und außerdem die Stabilität des dielektrischen Verlusts tanδ der kristallorientierten Keramik erhöht werden.It It is therefore preferable that the value "w" in the general formula (1) has a range of 0 <w ≦ 0.2. In this case Sb is as expressed by the general formula (1) Compound an integral part. Accordingly, you can thereby lowering the sintering temperature, improving the sintering characteristics and also the stability of the dielectric Loss tanδ the crystal-oriented ceramics are increased.

Der Wert „w” kann in der allgemeinen Formel (1) null (w = 0) betragen. In diesem Fall kann die allgemeine Formel (1) durch {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-zTaz)O3 ausgedrückt werden. Da diese durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung kein Sb enthält, kann die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung ohne Sb auskommen und eine verhältnismäßig hohe Curie-Temperatur haben. Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ w ≤ 0,15, und besser einen Bereich von 0 ≤ w ≤ 0,10, hat.The value "w" may be zero (w = 0) in the general formula (1). In this case, the general formula (1) can be expressed by {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-z Ta z ) O 3 . Since this compound expressed by the above general formula (1) contains no Sb, the compound expressed by the general formula (1) can do without Sb and have a relatively high Curie temperature. It is therefore preferable that the value "w" in the general formula (1) has a range of 0 ≦ w ≦ 0.15, and more preferably a range of 0 ≦ w ≦ 0.10.

Es ist zwar vorzuziehen, dass die Piezokeramik aus der durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung besteht, doch kann sie auch ein anderes Element und eine andere Phase enthalten, solange diese keinen schlechten Einfluss ausüben, der die Sinterkennwerte und die piezoelektrischen Kennwerte und andere Kennwerte verschlechtert.It Although it is preferable that the piezoceramic from the above general formula (1) expressed isotropic perovskite compound but it can also be another element and phase as long as they do not have a bad influence, the sintering characteristics and the piezoelectric characteristics and other characteristics deteriorated.

Die Kristallkörner, die die Piezokeramik bilden, haben eine Kernphase (oder einen Kernteil) und eine Hüllenphase (oder eine Hüllenschicht), die verschiedene chemische Zusammensetzungen haben, wobei die Hüllenphase die Kernphase umgibt. Das heißt, dass die Kristallkörner, die die Piezokeramik bilden, eine Kern- und Hüllenstruktur haben.The Crystal grains that form the piezoceramic have one Core phase (or core part) and shell phase (or a shell layer) containing various chemical compositions have, with the sheath phase surrounding the core phase. The means that the crystal grains containing the piezoceramic have a core and sheath structure.

Die Kernphase besteht aus einer isotropen Perowskitverbindung, die verglichen mit der durchschnittlichen Zusammensetzung der gesamten aus der isotropen Perowskitverbindung bestehenden Piezokeramik mehr Elementbestandteile Na, Ta und Sb enthält.The Core phase consists of an isotropic perovskite compound compared with the average composition of the whole from the isotropic perovskite compound existing piezoceramic more elemental components Na, Ta and Sb contains.

Andererseits besteht die Hüllenphase aus einer durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung, die verglichen mit der durchschnittlichen Zusammensetzung der gesamten Piezokeramik mehr Elementbestandteile K und Nb enthält.on the other hand the shell phase consists of one by the general Formula (1) expressed isotropic perovskite compound, which compared with the average composition of the whole Piezoceramic contains more elemental components K and Nb.

Wenn die chemische Zusammensetzung der Kernphase mit der der Hüllenphase verglichen wird, beträgt der Unterschied der chemischen Zusammensetzung zwischen ihnen ungefähr 3% bis 25%.If the chemical composition of the core phase with that of the shell phase is compared, the difference is the chemical Composition between them about 3% to 25%.

Die unterschiedliche Zusammensetzung zwischen der Kernphase und der Hüllenphase in den die Piezokeramik bildenden Kristallkörnern kann durch das folgende Verfahren ermittelt werden.The different composition between the core phase and the Sheath phase in the piezoceramic forming crystal grains can be determined by the following procedure.

Zunächst wird als Elementkartierungsanalyse mittels einer Röntgen-Mikrosonde eine EPMA (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) durchgeführt, während eine Beschleunigungsspannung von 15 kV aufgebracht wird. Dann wird eine ZAF-Korrelation durchgeführt, um die Zusammensetzung der Kernphase und der Hüllenphase in den Kristallkörnern zu ermitteln. Es erfolgt eine komplette Elementkartierungsanalyse, um beruhend auf der ermittelten Elementverteilung die Kernphase und die Hüllenphase zu identifizieren. Dies ergibt Elementanalyseergebnisse für verschiedene Arten von Kristallkörnern. Um präzisere Analyseergebnisse zu erzielen, muss die EPMA jeweils für die Kernphase und die Hüllenphase durchgeführt werden. Es folgt dann eine ZAF-Korrelation, um jeweils die detaillierte Zusammensetzung der Kernphase und der Hüllenphase zu ermitteln.First is used as element mapping analysis by means of an X-ray microprobe an EPMA (electron beam microanalysis) performed, while applying an acceleration voltage of 15 kV becomes. Then, a ZAF correlation is performed to the Composition of the core phase and the shell phase in the To determine crystal grains. There is a complete Element mapping analysis based on the determined element distribution to identify the core phase and the sheath phase. This gives elemental analysis results for different species of crystal grains. For more precise analysis results To achieve this, the EPMA must be responsible for the core phase and the sheath phase are performed. It follows then a ZAF correlation to each of the detailed composition the core phase and the shell phase.

Es kann auch eine mikroskopische Beobachtung unter Verwendung des BSE-Bilds eines REM (Rasterelektronenmikroskops) verwendet werden, mit dem sich die Kernphase und die Hüllenphase leicht unabhängig voneinander erfassen lassen. Eine solche REM-Betrachtung kann die Kernphase und die Hüllenphase klar unabhängig voneinander erfassen.It may also be a microscopic observation using the BSE image a SEM (Scanning Electron Microscope) are used with the the core phase and the shell phase are slightly independent can be detected by each other. Such a REM observation can be the Core phase and the shell phase clearly independent capture each other.

Die Piezokeramik erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei dc die Menge eines in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist und ds die Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers ist.The Piezoceramic satisfies the relationship ds / dc <1.2, where dc the Amount of a crystal lattice defect generated in the core phase and ds is the amount of a crystal lattice defect generated in the shell phase is.

Der Zusammenhang ds/dc ≥ 1,2 birgt die Möglichkeit, dass der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramik abnimmt.Of the Context ds / dc ≥ 1.2 gives the possibility that the electrical insulation resistance of the piezoceramic decreases.

Das die Piezokeramik bildende polykristalline Material kann einen orientierten Körper (kristallorientierte Keramik), in dem eine spezifische Kristallebene A orientiert ist, oder einen nicht orientierten Körper haben, in dem keine Kristallebene orientiert ist.The the piezoceramic polycrystalline material may be oriented Body (crystal-oriented ceramics) in which a specific Crystal plane A is oriented, or an unoriented body in which no crystal plane is oriented.

Mit anderen Worten kann die Piezokeramik, wenn sie aus einer kristallorientierten Keramik oder einer nicht orientierten Keramik besteht, mit einem hohen elektrischen Isolationswiderstand erzielt werden, sofern sie den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt.With In other words, the piezoceramic, if made of a crystal-oriented Ceramic or a non-oriented ceramic, with a high electrical insulation resistance can be achieved, provided they the relationship ds / dc <1,2 Fulfills.

Es ist vorzuziehen, dass die Piezokeramik aus einer kristallorientierten Keramik besteht, in der eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Dadurch können die piezoelektrischen Kennwerte der Piezokeramik weiter erhöht werden. Es ist vorzuziehen, dass die Kristallebene A eine {100}-Ebene ist. Wenn diese {100}-Ebene orientiert oder ausgerichtet ist, kann die Piezokeramik eine hohe Versetzungsleistung aufweisen, da die {100}-Ebene senkrecht zur polarisierten Achse einer Perowskitverbindung ist und die Verformungsrichtung der orientierten Körner und die {100}-Ebene die gleiche Richtung haben.It is preferable that the piezoceramic of a crystal-oriented Ceramic in which a specific crystal plane A in crystal grains, which form the polycrystalline material is oriented. Thereby can the piezoelectric characteristics of the piezoceramic be further increased. It is preferable that the crystal plane A is a {100} level. If this {100} plane is oriented or aligned is, the piezoceramic can have a high dislocation performance, because the {100} plane is perpendicular to the polarized axis of a perovskite compound is and the direction of deformation of the oriented grains and the {100} plane have the same direction.

In der kristallorientierten Keramik ist eine spezifische Kristallebene A der Kristallkörner, die das polykristalline Material der kristallorientierten Keramik bilden, orientiert oder ausgerichtet. Das bedeutet, dass die spezifische Ebenen A der Kristallkörner in der isotropen Perowskitverbindung zueinander parallel orientiert sind. (Dieser Aufbau wird als „Oberflächenorientierung” bezeichnet.)In The crystal-oriented ceramic is a specific crystal plane A of the crystal grains containing the polycrystalline material The crystal-oriented ceramic form, oriented or aligned. That means the specific levels A of the crystal grains in the isotropic perovskite compound are oriented parallel to each other. (This structure is called "surface orientation.")

Die Art der orientierten Kristallebene A kann entsprechend der Richtung der spontanen Polarisation, des Einsatzgebiets der kristallorientierten Keramik und der geforderten Kennwerte gewählt werden. Das heißt, dass abhängig vom Einsatzzweck oder Bedarf entweder eine pseudokubische {100}-Ebene, eine pseudokubische {200}-Ebene, eine pseudokubische {101}-Ebene und eine pseudokubische {111}-Ebene gewählt werden kann.The Type of crystal plane A oriented can according to the direction the spontaneous polarization, the field of application of the crystal-oriented Ceramic and the required characteristics are selected. The means that depending on the purpose or need either a pseudocubic {100} plane, a pseudocubic {200} plane, a pseudocubic {101} plane and a pseudocubic {111} plane can be chosen.

Pseudokubisch {HKL} bedeutet, dass der Aufbau der isotropen Perowskitverbindung zwar im Allgemeinen eine Struktur hat, die gegenüber einem viereckigen Gitter, einem schrägen Gitter, einem trigonalen Gitter und einem kubischen Gitter etwas verschoben ist, dass dieser Verschiebungsbetrag aber klein ist, so dass pseudokubisch als ein kubisches Gitter behandelt und daher mit Hilfe der Millerschen Indizes {HKL} ausgedrückt werden kann.pseudocubic {HKL} means that the structure of the isotropic perovskite compound Although in general it has a structure that is opposite one quadrangular grid, an oblique grid, a trigonal Grid and a cubic grid is slightly shifted, that this Shift amount, however, is small, so pseudo-cubic as a treated cubic lattice and therefore using the Miller indices {HKL} can be expressed.

Wenn eine spezifische Kristallebene A ebenenorientiert ist, kann der Ebenenorientierungsgrad durch die folgende Mathematische Gleichung (1) mittels eines mittleren Orientierungsgrads F(HKL) ausgedrückt werden: F(HKL) = [{Σ'I(HKL)/ΣI(hkl)} – {Σ'Io(HKL)/ΣIo(hkl)}]/ [1 – {Σ'Io(HKL)/ΣIo(hkl)}] × 100(%) Mathematische Gleichung (1),wobei ΣI(hkl) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten aller Kristallebenen (hkl) einer kristallorientierten Keramik ist, ΣIo(hkl) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten aller Kristallebenen (hkl) einer nicht kristallorientierten Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik ist, Σ'I(HKL) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten einer spezifischen Kristallebene (HKL) ist, die bei einer kristallografischen Analyse der kristallorientierten Keramik entspricht, und Σ'Io(HKL) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten der spezifischen Kristallebene (HKL) ist, die bei einer kristallografischen Analyse der nicht kristallorientierten Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik entspricht.When a specific crystal plane A is plane-oriented, the plane orientation degree can be expressed by the following Mathematical Equation (1) by means of a mean orientation degree F (HKL): F (HKL) = [{Σ'I (HKL) / ΣI (hkl)} - {Σ'Io (HKL) / ΣIo (hkl)}] / [1 - {Σ'Io (HKL) / ΣIo (hkl) }] × 100 (%) Mathematical equation (1), where ΣI (hkl) is the sum total of the detected X-ray diffraction intensities of all crystal planes (hkl) of a crystal oriented ceramic, ΣIo (hkl) is the sum total of the detected XRD intensities of all crystal planes (hkl) of a non-crystal oriented ceramic having the same composition as the crystal oriented ceramics, Σ ' I (HKL) is the sum total of the detected X-ray diffraction intensities of a specific crystal plane (HKL) corresponding to the crystal oriented ceramics in a crystallographic analysis, and Σ'Io (HKL) is the sum total of the detected XRD intensities of the specific crystal plane (HKL) Crystallographic analysis of the non-crystal-oriented ceramic with the same composition as the crystal-oriented ceramic corresponds.

Wenn keines der Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in einer spezifischen Ebene orientiert ist, beträgt ihr mittlerer Orientierungsgrad F(HKL) entsprechend 0%. Wenn andererseits jedes der Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in einer spezifischen Kristallebene orientiert ist, beträgt ihr mittlerer Orientierungsgrad F(HKL) 100%.If none of the crystal grains containing the polycrystalline material is oriented in a specific level their mean orientation degree F (HKL) corresponding to 0%. On the other hand each of the crystal grains containing the polycrystalline material is oriented in a specific crystal plane is their mean orientation degree F (HKL) 100%.

Je mehr sich das Verhältnis der Kristallkörner, die in einer spezifischen Kristallebene orientiert sind, in der kristallorientierten Keramik erhöht, umso höher ist die Verformungswirkung der Piezokeramikschichten.ever more the ratio of the crystal grains, the are oriented in a specific crystal plane, in the crystal-oriented one Ceramic increases, the higher the deformation effect the piezoceramic layers.

Es ist zudem vorzuziehen, dass die zu orientierende spezifische Kristallebene eine Ebene ist, die zu einer polarisierten Achse senkrecht ist.It is also preferable that the specific crystal plane to be oriented is a plane that is perpendicular to a polarized axis.

Da die kristallorientierte Keramik im Allgemeinen aus einem polykristallinen Material besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, kann sie bei einer bleifreien Piezokeramik für hohe piezoelektrische Kennwerte sorgen. Da die spezifische Kristallebene in der kristallorientierten Keramik in jedem Kristallkorn, das das polykristalline Material bildet, in einer gleichen Richtung orientiert oder ausgerichtet ist, kann zudem verglichen mit einem nicht orientierten Sinterkörper (einem nicht orientierten Körper) mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik für hohe piezoelektrische Kennwerte gesorgt werden.There the crystal-oriented ceramics generally made of a polycrystalline Material consists mainly of an isotropic material Perovskite compound, it can with a lead-free piezoceramic ensure high piezoelectric characteristics. Because the specific Crystal plane in crystal-oriented ceramic in every crystal grain, which forms the polycrystalline material, in a same direction Oriented or aligned, can also be compared with a non-oriented sintered body (an unoriented Body) with the same composition as the crystal-oriented Ceramic for high piezoelectric characteristics are taken care of.

Die Keramik, die aus der isotropen Perowskitverbindung besteht, die eine komplizierte Zusammensetzung wie die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung hat, kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.The Ceramics consisting of the isotropic perovskite compound, the a complicated composition like that by the general formula (1) has expressed link can through the following Process are produced.

Es wird eine Vielzahl von Verbindungen gemischt, von denen jede eine einfache Zusammensetzung hat, die einen Elementbestandteil einer geplanten Zusammensetzung hat, um eine geplante Reaktionsstöchiometrie der geplanten Zusammensetzung zu erreichen. Das dadurch erzielte Gemisch wird geformt und kalziniert. Das Gemisch wird dann gebrochen. Der Bruch wird erneut geformt und dann gesintert. Durch das obige Verfahren wird eine Piezokeramik hergestellt, die aus einem nicht orientierten Körper besteht.It a variety of compounds are mixed, each one of which simple composition that has an elemental component of a planned composition has to have a planned reaction stoichiometry to achieve the planned composition. That achieved Mixture is shaped and calcined. The mixture is then broken. The break is reshaped and then sintered. By the above method a piezoceramic is produced, which consists of a non-oriented Body exists.

Allerdings ist es mit dem obigen Verfahren schwierig, eine kristallorientierte Keramik herzustellen, in der eine spezifische Kristallebene jedes Kristallkorns in einer spezifischen Richtung orientiert oder ausgerichtet ist.Indeed it is difficult with the above method, a crystal-oriented Ceramics in which a specific crystal plane each Crystal grain is oriented or aligned in a specific direction.

Während des Herstellungsprozesses für die Piezokeramik, die aus kristallorientierter Keramik besteht, kann das anisotrope Pulver während des Formschritts orientiert oder ausgerichtet werden. Indem das anisotrope Pulver als Vorlage oder reaktive Vorlage verwendet wird, kann zudem die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung synthetisiert und dann gesintert werden. Durch dieses Verfahren kann eine kristallorientierte Keramik hergestellt werden, in der eine spezifische Ebene jedes das polykristalline Material bildenden Kristallkorns in einer gleichen Richtung orientiert oder ausgerichtet ist. Das Verfahren zum Herstellen der aus der kristallorientierten Keramik bestehenden Piezokeramik wird später erläutert.While the manufacturing process for the piezoceramic, the crystal-oriented ceramic, the anisotropic powder can be oriented or aligned during the molding step. By using the anisotropic powder as a template or reactive template can also be expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound synthesized and then sintered. By this method, a crystal-oriented ceramic can be produced in which a specific level of each polycrystalline Material forming crystal grain oriented in a same direction or is aligned. The method for producing the from crystal-oriented ceramic existing piezoceramic will be later explained.

Es kann aber auch die Piezokeramik verwendet werden, die aus dem nicht orientierten Körper besteht. Dies sorgt während der Herstellung der Piezokeramik für eine einfache Vorbereitung des Ausgangsmaterials. Das heißt, dass sich die Piezokeramik dadurch einfach herstellen lässt.It But it is also possible to use the piezoceramic which does not oriented body exists. This ensures during the production of piezoceramic for easy preparation of the starting material. This means that the piezoceramic easy to manufacture.

Die aus einem nicht orientierten Körper oder einer kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik kann durch das Verfahren zum Herstellen der Piezokeramik gemäß der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden, das zuvor in dem Abschnitt „Kurzdarstellung der Erfindung” beschrieben wurde und in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben wird.The from a non-oriented body or a crystal-oriented one Ceramic existing piezoceramic can be produced by the method of manufacture the piezoceramic according to the third and fourth Embodiment of the invention are prepared, previously in the Section "Summary of the invention" has been described and described in the following embodiments becomes.

In dem Mischschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Piezokeramik werden ein anisotropes Pulver und ein Reaktionsausgangspulver gemischt, um ein Ausgangspulvergemisch mit einem stöchiometrischen Verhältnis zu erzeugen, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, oder es wird mindestens ein Element aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gemischt und kalziniert, um das reaktive Ausgangspulver zu erzeugen. Das Kalzinieren erfolgt für eine Dauer von 2 bis 5 Stunden in einem Temperaturbereich von 600°C bis 720°C.In the mixing step of the method according to the invention for producing the piezoceramic are an anisotropic powder and a reaction starting powder mixed to form a starting powder mixture with a stoichiometric ratio to produce which produces the compound expressed by the general formula (1), or at least one element from a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source mixed and calcined to produce the reactive starting powder. Calcination takes place for a period of 2 to 5 hours in a temperature range of 600 ° C to 720 ° C.

Des Weiteren werden in dem Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangspulvergemisch oder das reaktive Ausgangspulver gegeben, so dass diese Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Das heißt, dass das K-Ausgangspulver und/oder das Li-Ausgangspulver so eingemischt werden, dass die Menge des Elements K in dem K-Ausgangspulver und/oder die Menge des Elements Li in dem Li-Ausgangspulver pro 1 mol der isotropen Perowskitverbindung nicht mehr als 0,05 mol beträgt.Of Further, in the mixing step, a K starting powder is also added and / or a starting Li powder as an additive in the starting powder mixture or given the reactive starting powder, so this added amount per 1 mole of that expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound based on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol. It means that the K-starting powder and / or the Li-starting powder mixed in this way be that the amount of the element K in the K starting powder and / or the amount of element Li in the Li starting powder per 1 mole of isotropic perovskite compound not more than 0.05 mole.

Wenn die Zugabemenge des K-Ausgangspulvers und/oder des Li-Ausgangspulvers auf das Element K und/oder Li bezogen mehr als 0,05 mol beträgt, besteht die Möglichkeit, dass sich die chemische Zusammensetzung der erzeugten isotropen Perowskitverbindung von der vorbestimmten Zusammensetzung wegbewegt oder dass in der Piezokeramik als Endprodukt eine anisotrope Phase erzeugt wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass eine Piezokeramik mit schlechteren piezoelektrischen Eigenschaften hergestellt wird.If the amount of addition of K starting powder and / or Li starting powder based on the element K and / or Li is more than 0.05 mol, there is a possibility that the chemical composition the generated isotropic perovskite compound of the predetermined Moved composition or that in the piezoceramic as the final product an anisotropic phase is generated. This makes it possible that a piezoceramic with worse piezoelectric properties will be produced.

Es ist vorzuziehen, dass das K-Ausgangspulver und/oder das Li-Ausgangspulver aus Carbonat, Hydrogencarbonat und Borat ausgewählt werden. Dies ermöglicht es, Kristallgitterfehler eines A-Platz-Elements zu reparieren und zudem als Sintermittel zu dienen. Dies verringert während der Herstellung der Piezokeramik die Sintertemperatur.It It is preferable that the K starting powder and / or the Li starting powder be selected from carbonate, bicarbonate and borate. This makes it possible to use crystal lattice defects of an A-space element repair and also serve as a sintering agent. This reduces during the production of the piezoceramic, the sintering temperature.

In dem Formschritt des Verfahrens zum Herstellen der Piezokeramik gemäß der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung, das zuvor in dem Abschnitt „Kurzdarstellung der Erfindung” beschrieben wurde, werden das Ausgangsgemisch und das reaktive Ausgangspulver so geformt, dass der Formkörper hergestellt wird. Während des Formschritts wird das Ausgangsgemisch durch zum Beispiel ein Rakelverfahren, ein Pressverfahren oder ein Walzverfahren zu einem lagenartigen Formkörper geformt. Es ist vorzuziehen, dass der Formkörper das Ausgangsgemisch zu einem lagenartigen Formkörper mit einer Dicke von nicht weniger als 30 μm formt. Ein lagenartiger Formkörper mit einer Dicke von weniger als 30 μm erschwert während der Herstellung der Piezokeramik die Handhabung des Formkörpers.In the forming step of the method for producing the piezoceramic according to third and fourth embodiment of the invention, previously in the Section "Summary of the Invention" described was, are the starting mixture and the reactive starting powder shaped so that the shaped body is produced. While of the molding step, the starting mixture is introduced by, for example Doctor blade method, a pressing method or a rolling method to a shaped sheet-like shaped body. It is preferable that the shaped body, the starting mixture to a sheet-like Shaped body with a thickness of not less than 30 microns shaped. A sheet-like molding having a thickness of less than 30 microns difficult during production the piezoceramic handling of the molding.

In dem Brennschritt des Verfahrens zum Herstellen der Piezokeramik gemäß der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung wird der Formkörper gebrannt, um die Piezokeramik herzustellen. Das Brennen erfolgt für eine Dauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Brenntemperatur von nicht weniger als 900°C unter der Bedingung eines Sauerstoffpartialdrucks P02 der Umgebungsatmosphäre von nicht weniger als 50%.In the firing step of the method for producing the piezoceramic according to the third and fourth aspects of the invention, the shaped body is fired to produce the piezoceramic. The burning takes place for a duration of not less than 2 hours at a firing temperature of not lower than 900 ° C under the condition of an oxygen partial pressure P 02 of the ambient atmosphere of not less than 50%.

Wenn der Sauerstoffpartialdruck P02 der Umgebungsatmosphäre weniger als 50% beträgt oder die Brenntemperatur weniger als 900°C beträgt oder die Brenndauer weniger als 2 Stunden beträgt, ist die Menge der am O-Platz der Piezokeramik erzeugten Fehlern, die nach Abschluss des Brennschritts erzeugt worden sind, höher. Dies verringert den elektrischen Isolationswiderstand der Piezokeramik.When the oxygen partial pressure P 02 of the ambient atmosphere is less than 50% or the firing temperature is less than 900 ° C or the firing time is less than 2 hours, the amount of defects generated at the O-site of the piezoceramic is generated after completion of the firing step are, higher. This reduces the electrical insulation resistance of the piezoceramic.

Die Piezokeramik kann auch durch das Verfahren gemäß der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden, das zuvor in dem Abschritt „Kurzdarstellung der Erfindung” beschrieben wurde und in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben wird.The Piezoceramic can also by the method according to the Fifth and sixth embodiments of the invention beforehand, in the "Summary" section of the Invention "has been described and in the following embodiments is described.

Das Verfahren verwendet das reaktive Ausgangspulver, das eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g hat.The method uses the starting reactive powder having a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g.

Wird ein reaktives Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als 2 m2/g verwendet, verringert sich die Brenntemperatur, wodurch die Möglichkeit besteht, dass in der Piezokeramik große Kristallkörner erzeugt werden. Dies verschlechtert die piezoelektrischen Eigenschaften der Piezokeramik. Zudem wird dadurch die Herstellung einer Piezokeramik mit dem Zusammenhang ds/dc < 1,2 erschwert.If a starting reactive powder having a specific surface area of less than 2 m 2 / g is used, the firing temperature lowers, whereby there is a possibility that large crystal grains are generated in the piezoceramic. This deteriorates the piezoelectric properties of the piezoceramic. In addition, this makes the production of a piezoceramic with the relationship ds / dc <1.2 more difficult.

Wird andererseits ein reaktives Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 5 m2/g verwendet, erhöht sich die Brenntemperatur. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass Innenelektroden schmelzen, die in einem mehrlagigen Piezoelement, das die Piezokeramik verwendet, ausgebildet sind.On the other hand, when a reactive starting powder having a specific surface area of more than 5 m 2 / g is used, the firing temperature increases. As a result, there is the possibility that internal electrodes melt, which are formed in a multi-layered piezo element that uses the piezoceramic.

Der Brennschritt des Verfahrens gemäß der fünften und sechsten Ausgestaltung der Erfindung setzt sich aus einem Temperaturerhöhungsschritt, einem ersten Temperaturhalteschritt, einem Temperatursenkungsschritt und einem zweiten Temperaturhalteschritt zusammen, die durchgeführt werden, während der Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt ist, wobei 1050 < T1 ≤ 1150, t1 ≤ 5, 950 ≤ T2 ≤ 1050 und 2 ≤ t2 ≤ 20 gilt.The firing step of the method according to the fifth and sixth aspects of the invention is composed of a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature decreasing step, and a second temperature holding step performed while the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≤ 200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200, where 1050 <T 1 ≤ 1150, t 1 ≤ 5, 950 ≤ T 2 ≤ 1050, and 2 ≤ t 2 ≤ 20.

In der Piezokeramik kann während des ersten Temperaturhalteschritts die Kernphase und während des zweiten Temperaturhalteschritts die Hüllenphase wachsen.In the piezoceramic can during the first temperature holding step the core phase and during the second temperature holding step the sheath phase grow.

Die Haltetemperatur T1 von nicht mehr als 1050°C während des ersten Temperaturhalteschritts erzeugt häufig eine Piezokeramik mit unzureichender Dichte. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass eine Piezokeramik mit unzureichender Dichte hergestellt wird.The holding temperature T 1 of not more than 1050 ° C during the first temperature holding step often generates a piezoceramic of insufficient density. As a result, there is a possibility that a piezoceramic having an insufficient density is produced.

Andererseits besteht die Möglichkeit, dass sich die Anzahl der in der Piezokeramik erzeugten Fehler erhöht, wenn die Haltetemperatur T1 während des ersten Temperaturhalteschritts mehr als 1050°C beträgt. Dies verringert den elektrischen Isolationswiderstand der Piezokeramik.On the other hand, there is the possibility that the number of errors generated in the piezoceramic increases when the holding temperature T 1 during the first temperature holding step is more than 1050 ° C. This reduces the electrical insulation resistance of the piezoceramic.

Wenn darüber hinaus die Haltedauer t1 der Haltetemperatur T1 während des ersten Temperaturhalteschritts mehr als 5 Stunden beträgt, besteht zudem die Möglichkeit der Zunahme der Anzahl der in der Piezokeramik erzeugten Fehler. Es ist daher vorzuziehen, dass der erste Temperaturhalteschritt eine Haltedauer t1 von nicht weniger als 0,1 Stunden (t1 ≥ 0,1 Stunden) hat.Moreover, if the holding time t 1 of the holding temperature T 1 during the first temperature holding step is more than 5 hours, there is also a possibility of increasing the number of errors generated in the piezoceramic. It is therefore preferable that the first temperature holding step has a holding time t 1 of not less than 0.1 hours (t 1 ≥ 0.1 hours).

Während des zweiten Temperaturhalteschritts erzeugt eine Haltetemperatur von T2 von weniger als 950°C in der Piezokeramik häufig eine unzureichende Hüllenphase.During the second temperature holding step, a holding temperature of T 2 less than 950 ° C in the piezoceramic often creates an insufficient sheath phase.

Wenn die Haltetemperatur T2 dagegen während des zweiten Temperaturhalteschritts mehr als 1050°C beträgt, besteht die Möglichkeit, dass während des zweiten Temperaturhalteschritts die Kernphase erzeugt wird, während die Hüllenphase daran gehindert wird, problemlos zu wachsen.On the other hand, when the holding temperature T 2 is more than 1050 ° C during the second temperature-holding step, there is a possibility that the core phase is generated during the second temperature-holding step while the casing phase is prevented from easily growing.

Wenn die Haltedauer t2 der Haltetemperatur T2 während des zweiten Temperaturhalteschritts weniger als 2 Stunden beträgt, besteht die Möglichkeit, dass verhindert wird, dass die Hüllenphase problemlos wächst.When the holding period t 2 of the holding temperature T 2 during the second temperature-holding step is less than 2 hours, there is a possibility of preventing the casing phase from easily growing.

Wenn die Haltedauer t2 der Haltetemperatur T2 dagegen während des zweiten Temperaturhalteschritts mehr als 20 Stunden beträgt, besteht die Möglichkeit, dass eine Piezokeramik hergestellt wird, deren Hüllenphase sehr dick ist. Dies führt bei einer Temperaturänderung zu einer Schwankung der piezoelektrischen Eigenschaften. Das heißt, dass die Möglichkeit besteht, dass eine schlechte Abhängigkeit der piezoelektrischen Eigenschaften von einer Temperaturänderung entsteht.On the other hand, if the holding time t 2 of the holding temperature T 2 during the second temperature-holding step is more than 20 hours, there is a possibility that a piezoceramic is produced whose casing phase is very thick. This leads to a change in temperature to a fluctuation of the piezoelectric properties. That is, there is the possibility that a poor dependence of the piezoelectric properties on a temperature change arises.

Wenn der Brennschritt mit dem Zusammenhang D1 < (T1 – T2)/t2 oder D2 < (T1 – T2)/t2 erfolgt, besteht die Möglichkeit, dass der Zusammenhang ds/dc nicht weniger als 1,2 beträgt. Wenn andererseits D1 > 200 oder D2 > 200 gilt, besteht die Möglichkeit, dass die piezoelektrischen Eigenschaften der Piezokeramik aufgrund der Erzeugung einer unzureichenden Menge Flüssigphase abnehmen.If the firing step takes place with the relationship D 1 <(T 1 -T 2 ) / t 2 or D 2 <(T 1 -T 2 ) / t 2 , there is the possibility that the relationship ds / dc is not less than 1, 2. On the other hand, if D 1 > 200 or D 2 > 200, there is a possibility that the piezoelectric properties of the piezoceramic will decrease due to generation of an insufficient amount of liquid phase.

Es ist daher vorzuziehen, dass der Zusammenhang D1 ≤ 100 und D2 ≤ 100 gilt.It is therefore preferable that the relationship D 1 ≦ 100 and D 2 ≦ 100 holds.

In dem Verfahren zum Herstellen der Piezokeramik, das eine kristallorientierte Keramik verwendet, in der eine spezifische Kristallebene A jedes Kristallkorns, das das polykristalline Material bildet, orientiert ist, wird das Ausgangsgemisch wie bei der zuvor beschriebenen dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung durch Mischen eines anisotropen Pulvers und eines reaktiven Ausgangspulvers erzeugt. Das anisotrope Pulver besteht aus einer Perowskitverbindung, die sich aus orientierten anisotropen Körnern zusammensetzt, die eine orientierte Oberfläche bilden, in der eine Kristallebene zu dem Gitter der spezifischen Kristallebene A passt, und es kommt zu der Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver, so dass die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung hergestellt wird.In the method for producing the piezoceramic, which is a crystal-oriented Ceramics used in a specific crystal plane A each Crystal grain, which forms the polycrystalline material, oriented is, the starting mixture as in the previously described third and fourth embodiment of the invention by mixing an anisotropic Powder and a reactive starting powder generated. The anisotropic Powder consists of a perovskite compound, which is oriented from anisotropic grains that one is oriented Form surface in which a crystal plane to the grid the specific crystal plane A fits, and it comes to the reaction between the anisotropic powder and the reactive starting powder, such that expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound is produced.

Während des Formschritts wird das Ausgangsgemisch zu einer Lage geformt, so dass die orientierte Oberfläche des anisotropen Pulvers ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert oder ausgerichtet ist. Dadurch kann eine aus einer kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, in der die spezifische Kristallebene A jedes Kristallkorns, das das polykristalline Material bildet, orientiert ist. Dieser Aufbau der Piezokeramik sorgt für noch bessere piezoelektrische Eigenschaften.While of the molding step, the starting mixture is formed into a layer so that the oriented surface of the anisotropic powder oriented or oriented in a same direction is. As a result, one consisting of a crystal-oriented ceramic Piezoceramic be produced in the specific crystal plane A of each crystal grain forming the polycrystalline material, is oriented. This structure of the piezoceramic ensures even better piezoelectric properties.

Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen der aus der kristallorientierten Keramik bestehenden Piezokeramik.It Now follows a description of the method for producing the the crystal-oriented ceramic existing piezoceramic.

Als anisotropes Pulver kann ein Pulver aus orientierten Körnern verwendet werden, die aus einer Perowskitverbindung bestehen. Die orientierten Körner haben eine anisotrope Form, die eine orientierte Oberfläche bildet, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A der Kristallkörner passt, orientiert ist.When Anisotropic powder can be a powder of oriented grains can be used, which consist of a Perowskitverbindung. The Oriented grains have an anisotropic shape, the one oriented surface in which a crystal plane, the with respect to the lattice to the specific crystal plane A of the crystal grains fits, is oriented.

Der Gitterpassungsgrad kann mit Hilfe eines Gitterpassungsprozentsatzes ausgedrückt werden. Der Gitterpassungsgrad wird nun erläutert. Im Fall eines Metalloxids als orientiertes Korn ist eine Gitterpassung zum Beispiel gegeben, wenn der aus einem Sauerstoffatom oder einem Metallatom bestehende Gitterpunkt in einem zweidimensionalen Kristallgitter der spezifischen, in dem polykristallinen Material orientierten Kristallebene A einen ähnlichen Zusammenhang erfüllt.Of the Lattice degree can be determined by means of a lattice matching percentage be expressed. The meshing degree will now be explained. In the case of a metal oxide as oriented grain, a lattice match to the Example given when the from an oxygen atom or a metal atom existing lattice point in a two-dimensional crystal lattice the specific oriented in the polycrystalline material Crystal plane A has a similar relationship.

Der Gitterpassungsgrad wird durch den Prozentsatz eines Werts ausgedrückt, der erzielt wird, indem zunächst die Gitterabmessung der orientierten Oberfläche in dem orientierten Korn von der Gitterabmessung am entsprechenden Punkt (oder einem Analogon) der spezifischen Kristallebene A in dem polykristallinen Material subtrahiert wird und indem der Absolutwert dieses Subtraktionsergebnisses durch die Gitterabmessung der orientierten Oberfläche in dem orientierten Korn dividiert wird.Of the Grid Fit is expressed as the percentage of a value which is achieved by first the grid dimension of oriented surface in the oriented grain of the Grid dimension at the corresponding point (or an analogue) of the subtracted specific crystal plane A in the polycrystalline material and by taking the absolute value of this subtraction result the grid dimension of the oriented surface in the divided grain is divided.

Die Gitterabmessung ist der Abstand zwischen Gitterpunkten in der zweidimensionalen Kristallgitterstruktur in einer Kristallebene. Die Gitterabmessung (oder der Gitterabstand) kann durch eine Kristallstrukturanalyse ermittelt werden, die mit Hilfe des Röntgenbeugungsverfahrens oder des Elektronenbeugungsverfahrens erzielt wird. Im Allgemeinen hat das orientierte Korn umso eher einen hohen Gitterpassungsgrad mit der spezifischen Kristallebene A, je geringer der Gitterpassungsgrad ist. Diese orientierten Körner wirken als eine Hochleistungsvorlage.The Grid dimension is the distance between grid points in the two-dimensional Crystal lattice structure in a crystal plane. The grid dimension (or the lattice spacing) can be determined by a crystal structure analysis be determined using the X-ray diffraction method or the electron diffraction method. In general the oriented grain is more likely to have a high degree of meshing with the specific crystal plane A, the lower the lattice mating degree is. These oriented grains act as a high performance template.

Um eine kristallorientierte Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad zu erzielen, ist es vorzuziehen, dass der Gitterpassungsgrad nicht mehr als 20% beträgt, dass der Gitterpassungsgrad besser noch nicht mehr als 10% beträgt und dass der Gitterpassungsgrad noch besser nicht mehr als 5% beträgt.Around a crystal-oriented ceramic with a high degree of orientation To achieve, it is preferable that the lattice degree does not more than 20% is that the lattice pass better not more than 10% and that the lattice pass rate even better not more than 5%.

Es ist vorzuziehen, dass die orientierte Oberfläche des orientierten Korns die gleiche wie die spezifische Kristallebene A ist. In diesem Fall kann leicht eine aus einer kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, in der die spezifische Kristallebene A orientiert ist. So können als die orientierten Körner insbesondere Körner verwendet werden, in der eine pseudokubische {100}-Ebene und/oder eine pseudokubische {200}-Ebene orientiert ist. Dadurch kann eine Piezokeramik mit verbesserten Temperaturabhängigkeitskennwerten gegenüber einem großen elektrischen Feld in einem viereckigen Gitter hergestellt werden, in dem die orientierte Achse gleich der Polarisationsachse ist.It It is preferable that the oriented surface of the oriented Korns the same as the specific crystal plane A is. In this Case can easily be one made of a crystal-oriented ceramic Piezoceramic be produced in the specific crystal plane A is oriented. So can the oriented grains In particular, grains are used in which a pseudocubic Oriented {100} plane and / or a pseudocubic {200} plane is. As a result, a piezoceramic with improved temperature dependency characteristics a large electric field in a square grid in which the oriented axis is equal to the axis of polarization is.

Die „anisotrope Form” bezeichnet eine Form, bei der die Abmessung in der Längsrichtung länger als die Abmessung in Breiten- oder Dickenrichtung ist. Eine solche anisotrope Struktur hat insbesondere eine Plattenform, eine Säulenform, eine Schuppenform oder eine Nadelform. Die Art der Kristallebene, die die orientierte Oberfläche bildet, kann nach Bedarf aus verschiedenen Arten von Kristallebenen gewählt werden.The "anisotropic Form "denotes a form in which the dimension in the Longitudinal direction longer than the dimension in latitude or thickness direction. Such an anisotropic structure has in particular a plate shape, a columnar shape, a flake shape or a needle shape. The type of crystal plane that the oriented surface can form, as needed from different types of crystal planes to get voted.

Es ist vorzuziehen, als die orientierten Körner ein Material zu verwenden, das eine Form hat, mit der sich die Kristallebene während des Formschritts leicht in einer spezifischen Richtung orientieren lässt. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das orientierte Korn ein mittleres Längenverhältnis von nicht weniger als 3 hat.It is preferable than the oriented grains a material to use, which has a form, with which the crystal plane during the molding step easily in a specific direction orient. For this reason, it is preferable that the oriented grain has a mean aspect ratio of not less than 3 has.

Wenn das mittlere Längenverhältnis weniger als 3 beträgt, lässt sich das anisotrope Pulver während des Formschritts nur schwer in einer spezifischen Richtung orientieren. Um die aus kristallorientierter Keramik bestehende Piezokeramik mit einem höheren Orientierungsgrad herzustellen, ist es vorzuziehen, dass das orientierte Korn ein Längenverhältnis von nicht weniger als 5 hat. Das mittlere Längenverhältnis ist ein Mittelwert der maximalen Abmessung zur minimalen Abmessung der orientierten Körner.If the mean aspect ratio is less than 3, lets the anisotropic powder during the molding step difficult to orient in a specific direction. To the out Crystal-oriented ceramic existing piezoceramic with a higher Orientation degree, it is preferable that the oriented Grain an aspect ratio of not less than 5 has. The mean aspect ratio is an average of maximum dimension to the minimum dimension of the oriented grains.

Je größer das mittlere Längenverhältnis der orientierten Körner ist, umso leichter lassen sich die orientierten Körner während des Formschritts orientieren. Wenn das mittlere Längenverhältnis jedoch extrem hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass die orientierten Körner während des Mischschritts brechen. Dadurch ist es schwierig, einen Formkörper herzustellen, in dem die orientierten Körner orientiert sind. Es ist daher vorzuziehen, dass die orientierten Körner ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 100 haben. Es ist besser, wenn die orientierten Körner ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 50 haben, und noch besser haben sie ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 30.ever greater the mean aspect ratio which is oriented grains, the easier it can be the oriented grains during the forming step orientate. If the mean aspect ratio however, is extremely high, there is a possibility that the oriented grains during the mixing step break. This makes it difficult to produce a shaped body, in which the oriented grains are oriented. It is therefore, it is preferable that the oriented grains have a middle Aspect ratio of not more than 100 have. It is better if the oriented grains are a medium Have aspect ratio of not more than 50, and even better, they have a medium aspect ratio of not more than 30.

Die orientierten Körner bestehen aus einer Perowskitverbindung. In einem konkreten Beispiel kann als orientierte Körner eine Verbindung verwendet werden, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die angestrebte isotrope Perowskitverbindung hat, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung.The oriented grains consist of a perovskite compound. In a concrete example can be considered oriented grains A compound can be used that has the same chemical composition as the desired isotropic perovskite compound has, such as by the general formula (1) expressed compound.

Es ist nicht immer notwendig, eine Verbindung mit der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die angestrebte isotrope Perowskitverbindung zu verwenden, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung. Es kann auch ein Material verwendet werden, das als Hauptbestandteil die angestrebte isotrope Perowskitverbindung erzeugt, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung, indem es mit dem später beschriebenen reaktiven Ausgangspulver gesintert wird.It is not always necessary to connect with the same chemical Composition like the desired isotropic perovskite compound to use, such as those expressed by the general formula (1) Connection. It can also be used as a material Main component generates the desired isotropic perovskite compound, about the compound expressed by the general formula (1), by using the reactive starting powder described later is sintered.

Dementsprechend kann entweder ein Mischkristall oder eine Verbindung gewählt werden, die ein oder mehr positive Innenelemente (oder positiv geladene Innenelemente) enthält, die in der zu erzeugenden Perowskitverbindung enthalten sind.Accordingly either a mixed crystal or a compound can be chosen be one or more positive interior elements (or positively charged Internal elements) contained in the perovskite compound to be produced are included.

Als diese orientierten Körner, die die obige Bedingung erfüllen, können zum Beispiel die folgenden Verbindungen verwendet werden:
NaNbO3 (nachstehend als „NN” bezeichnet), KNbO3 (nachstehend als „KN” bezeichnet) und (K1-yNay)NbO3 (0 < y < 1), die eine isotrope Perowskitverbindungsart darstellen, oder in den obigen Materialien wird eine vorbestimmte Menge Li, Ta und/oder Sb substituiert oder gelöst, was durch die folgende allgemeine Formel (2) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1TazSbw)O3 (2),wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, und 0 ≤ w ≤ 1 gilt.
As these oriented grains satisfying the above condition, for example, the following compounds may be used:
NaNbO 3 (hereinafter referred to as "NN"), KNbO 3 (hereinafter referred to as "KN") and (K 1-y Na y ) NbO 3 (0 <y <1) which are an isotropic perovskite compound type, or in the above Materials are substituted or dissolved by a predetermined amount of Li, Ta and / or Sb, which is expressed by the following general formula (2): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (2) where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and 0 ≦ w ≦ 1 holds.

Die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindungen haben eine gute und hohe Gitterpassungsfunktion gegenüber der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Daher dient das aus den obigen orientierten Körnern bestehende anisotrope Pulver (im Folgenden als das „anisotrope Pulver A” bezeichnet), das durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückt wird, als eine reaktive Vorlage, um die kristallorientierte Keramik herzustellen. In den obigen orientierten Körnern ist die Ebene, die bezüglich des Gitters zu der Kristallebene A in dem polykristallinen Material passt, die orientierte Ebene.The compounds expressed by the general formula (2) have a good and high lattice matching function the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite. Therefore, this is oriented from the above Grains consisting of anisotropic powder (hereinafter referred to as the "anisotropic Powder A "), represented by the general formula (2) is expressed as a reactive template to the to produce crystal-oriented ceramics. In the above oriented Grains is the plane that is relative to the grid to the crystal plane A in the polycrystalline material, the oriented level.

Darüber hinaus besteht das anisotrope Pulver A im Wesentlichen aus positiven Ionenelementen (oder positiv geladenen Ionenelementen), die in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung enthalten sind. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik hergestellt werden, die eine geringere Menge Verunreinigungselemente hat.About that In addition, the anisotropic powder A consists essentially of positive Ionic elements (or positively charged ionic elements) used in the expressed by the general formula (1) isotropic Perovskite compound are included. This can be a crystal-oriented Ceramics are made containing a smaller amount of impurity elements Has.

Als anisotropes Pulver kann auch eine geschichtete Perowskitverbindung verwendet werden, in der zum Beispiel eine Kristallebene mit geringer Oberflächenenergie bezüglich des Gitters zu der Kristallebene A in dem durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten polykristallinen Material passt.When Anisotropic powder can also be a layered perovskite compound in which, for example, a crystal plane with less Surface energy with respect to the grid to the Crystal plane A in which expressed by the general formula (1) polycrystalline material fits.

Da eine geschichtete Perowskitverbindung ein großes anisotropes Kristallgitter hat, lässt sich das aus der geschichteten Perowskitverbindung bestehende anisotrope Pulver (nachstehend als das „anisotrope Pulver B” bezeichnet), das als orientierte Ebene eine geringe Oberflächenenergie hat, leicht herstellen.There a layered perovskite compound is a large anisotropic Crystal lattice, this can be from the layered Perovskite compound existing anisotropic powder (hereinafter referred to as referred to as "anisotropic powder B"), referred to as oriented plane has a low surface energy, easy to make.

Ein Beispiel, das sich für die geschichtete Perowskitverbindung verwenden lässt, ist zum Beispiel eine Bismutschicht-Perowskitverbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (3) ausgedrückt wird: (Bi2O2)2+{Bi0,5Mem-1,5NbmO3m+1}2– (3),wobei m eine ganze Zahl von nicht weniger als 2 ist und Me ein oder mehrere der Elemente Li, K und Na ist.An example which can be used for the layered perovskite compound is, for example, a bismuth layer perovskite compound expressed by the following general formula (3): (Bi 2 O 2 ) 2+ {Bi 0.5 Me m-1.5 NbmO 3m + 1 } 2- (3) wherein m is an integer of not less than 2 and Me is one or more of Li, K and Na.

Anders als die anderen Ebenen in der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung hat eine {001}-Kristallebene im Allgemeinen eine geringe Oberflächenenergie. Die Verwendung der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung erleichtert daher die Arbeit, das obige anisotrope Pulver B mit der orientierten {001}-Ebene zu synthetisieren. Die orientierte {001}-Ebene ist parallel zu der (Bi2O2)2+-Schicht der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Bismutschicht-Perowskitverbindung. Des Weiteren passt die {001}-Ebene in der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung in hohem Maße zu der {100}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung.Unlike the other planes in the compound expressed by the general formula (3), a {001} crystal plane generally has a low surface energy. The use of the compound expressed by the general formula (3), therefore, facilitates the work of synthesizing the above anisotropic powder B having the {001} oriented layer. The oriented {001} plane is parallel to the (Bi 2 O 2 ) 2+ layer of the bismuth layer perovskite compound expressed by the general formula (3). Further, the {001} plane in the compound expressed by the general formula (3) greatly matches the {100} plane of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1).

Das anisotrope Pulver B, das aus der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung besteht und eine orientierte {001}-Kristallebene hat, stellt eine gute reaktive Vorlage bzw. ein gutes anisotropes Pulver dar, um die kristallorientierte Keramik herzustellen.The anisotropic powder B, which is characterized by the general formula (3) consists of an expressed {001} crystal plane has, provides a good reactive template or a good anisotropic powder to produce the crystal-oriented ceramic.

Wenn die durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückte Verbindung verwendet wird, kann das anisotrope Pulver B so eingestellt werden, dass es im Wesentlichen kein Bi als A-Platz-Element enthält, indem die Zusammensetzung des reaktiven Ausgangspulvers eingestellt wird (wird später erläutert).If the compound expressed by the general formula (3) is used, the anisotropic powder B can be adjusted that it contains essentially no Bi as an A-space element, by adjusting the composition of the reactive starting powder will be explained later.

Dementsprechend kann selbst dann, wenn das anisotrope Pulver B verwendet wird, eine aus der kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, die hauptsächlich aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung besteht.Accordingly, even if the anisotropic powder B is used, a piezoceramic made of the crystal-oriented ceramic can be produced, which is mainly composed of the one obtained by the all consists of the general formula (1) expressed isotropic perovskite compound.

Ein bevorzugtes zweites Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Sr2Nb2O7. Die {010}-Ebene von Sr2Nb2O7 hat verglichen mit den anderen Ebenen eine geringe Oberflächenenergie. Des Weiteren passt die {010}-Ebene von Sr2Nb2O7 in hohem Maße zu der {110}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Daher kann ein aus Sr2Nb2O7 bestehendes anisotropes Pulver, in dem die {010}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten {110}-Ebene herzustellen.A preferred second example of the layered perovskite compound as the anisotropic powder B is, for example, Sr 2 Nb 2 O 7 . The {010} plane of Sr 2 Nb 2 O 7 has a low surface energy compared to the other planes. Further, the {010} plane of Sr 2 Nb 2 O 7 highly matches the {110} plane of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1). Therefore, an anisotropic powder consisting of Sr 2 Nb 2 O 7 in which the {010} plane is an oriented plane can be used as a reactive template to produce a crystal oriented ceramic having an oriented {110} plane.

Ein bevorzugtes drittes Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Na1,5Bi2,5Nb3O12, Na2,5Bi2,5Nb4O15, Bi3TiNbO9, Bi3TiTaO9, K0,5Bi2,5Nb2O9, CaBi2Nb2O9, SrBi2Nb2O9, BaBi2Nb2O9, BaBi3Ti2NbO12, CaBi2Ta2O9, SrBi2Ta2O9, Na0,5Bi2,5Ta2O9, Bi7Ti4NbO21, Bi5Nb3O15 usw.A preferred third example of the layered perovskite compound as anisotropic powder B is, for example, Na 1.5 Bi 2.5 Nb 3 O 12 , Na 2.5 Bi 2.5 Nb 4 O 15 , Bi 3 TiNbO 9 , Bi 3 TiTaO 9 , K 0.5 Bi 2.5 Nb 2 O 9 , CaBi 2 Nb 2 O 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9 , BaBi 2 Nb 2 O 9 , BaBi 3 Ti 2 NbO 12 , CaBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , Na 0.5 Bi 2.5 Ta 2 O 9 , Bi 7 Ti 4 NbO 21 , Bi 5 Nb 3 O 15 , etc.

Die {001}-Ebene in den obigen Verbindungen passt bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der pseudokubischen {100}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Dementsprechend kann ein anisotropes Pulver aus einer dieser Verbindungen, in denen die {001}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten pseudokubischen {100}-Ebene herzustellen.The {001} plane in the above compounds fits of the lattice to a high degree to the pseudocubic {100} plane the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite. Accordingly, an anisotropic powder from one of these links, where the {001} plane is an oriented one Level is to be used as a reactive template to be a crystal-oriented To produce ceramic with an oriented pseudocubic {100} plane.

Ein bevorzugtes drittes Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Ca2Nb2O7 und Sr2Ta2O7 usw.A preferred third example of the layered perovskite compound as the anisotropic powder B is, for example, Ca 2 Nb 2 O 7 and Sr 2 Ta 2 O 7 , etc.

Die {010}-Ebene in den obigen Verbindungen passt bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der pseudokubischen {110}-Ebene der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Dementsprechend kann ein anisotropes Pulver aus einer dieser Verbindungen, in denen die {010}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten pseudokubischen {110}-Ebene herzustellen.The {010} plane in the above links fits of the lattice to a high degree to the pseudocubic {110} plane the isotropic one expressed by the general formula (2) Perovskite. Accordingly, an anisotropic powder from one of these compounds in which the {010} plane is oriented Level is to be used as a reactive template to be a crystal-oriented To produce ceramic with an oriented pseudocubic {110} plane.

Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des obigen anisotropen Pulvers.When Next follows a description of a method of manufacturing of the above anisotropic powder.

Das aus der geschichteten Perowskitverbindung bestehende anisotrope Pulver (d. h. das anisotrope Pulver B) lässt sich durch die folgenden Schritte leicht mit einer vorbestimmten Zusammensetzung, einer vorbestimmten mittleren Korngröße und/oder einem vorbestimmten Längenverhältnis herstellen:
Vorbereiten eines Oxids, Carbonats, Nitrats usw. (nachstehend als das „anisotrope Pulverausgangsmaterial” bezeichnet), das deren Elementbestandteile enthält; und
Erhitzen des anisotropen Pulverausgangsmaterials mit einer Flüssigkeit oder einem Material, das beim Erhitzen flüssig wird.
The anisotropic powder (ie, the anisotropic powder B) consisting of the layered perovskite compound can be easily prepared by the following steps with a predetermined composition, a predetermined average grain size, and / or a predetermined aspect ratio:
Preparing an oxide, carbonate, nitrate, etc. (hereinafter referred to as the "anisotropic powder raw material") containing its constituent elements; and
Heating the anisotropic powder starting material with a liquid or material that becomes liquid upon heating.

Wenn das anisotrope Pulverausgangsmaterial in einer Lösung erhitzt wird, die eine leichte Diffusion ermöglicht, lässt sich leicht ein anisotropes Pulver B synthetisieren, in dem die Ebene geringer Oberflächenenergie (zum Beispiel die {001}-Ebene in der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung) mit Priorität wächst. In diesem Fall können das mittlere Längenverhältnis und die mittlere Korngröße des anisotropen Pulvers B durch Auswahl einer optimalen Synthesebedingung eingestellt werden.If the anisotropic powder starting material is heated in a solution is allowed, which allows for easy diffusion easily synthesize an anisotropic powder B in which the Low surface energy level (for example, the {001} plane in the compound expressed by the general formula (3)) growing with priority. In this case, you can the mean aspect ratio and the mean Grain size of the anisotropic powder B by selection be set to an optimal synthesis condition.

Es gibt die folgenden Verfahren zum Herstellen des anisotropen Pulvers B: ein Verfahren, bei dem ein wahlfreies Flussmittel (zum Beispiel NaCl, KCl, ein Gemisch von NaCl und KCl, BaCl2, KF usw.) in das anisotrope Pulverausgangsmaterial gegeben wird und das Gemisch dann erhitzt wird, oder ein Verfahren, in dem ein unregelmäßig geformtes Pulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das herzustellende anisotrope Pulver B und eine Alkalilösung in einem Autoklaven erhitzt werden. Das erstgenannte Verfahren wird als „Flussmittelverfahren” bezeichnet. Das letztgenannte Verfahren wird als „Hydrothermisches Verfahren” bezeichnet.There are the following methods for producing the anisotropic powder B: a method in which an optional flux (for example, NaCl, KCl, a mixture of NaCl and KCl, BaCl 2 , KF, etc.) is added to the anisotropic powder starting material and the mixture is then heated, or a method in which an irregularly shaped powder having the same composition as the produced anisotropic powder B and an alkali solution are heated in an autoclave. The former method is called "flux method". The latter method is called "hydrothermal method".

Da die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung ein Kristallgitter mit sehr geringer Anisotropie hat, ist es andererseits schwierig, das anisotrope Pulver (d. h. das anisotrope Pulver A), das aus der durch die allgemeine Formel (2) ausdrückten Verbindung besteht, in der die spezifische Kristallebene eine orientierte Ebene ist, direkt zu synthetisieren. Allerdings kann das anisotrope Pulver A hergestellt werden, während das oben beschriebene anisotrope Pulver B als reaktive Vorlage verwendet wird, indem es in einem Flussmittel mit einem reaktiven Ausgangsmaterial B erhitzt wird, das eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.There the compound expressed by the general formula (2) it is, on the other hand, a crystal lattice with very little anisotropy difficult, the anisotropic powder (i.e., the anisotropic powder A), that expressed by the general formula (2) Compound in which the specific crystal plane oriented one Level is to synthesize directly. However, this can be anisotropic Powder A are prepared while the above described Anisotropic powder B is used as a reactive template by it in a flux with a reactive starting material B heated which satisfies a predetermined condition.

Wenn das anisotrope Pulver A unter Verwendung des anisotropen Pulvers B als reaktive Vorlage synthetisiert wird, kann unter optimalen Reaktionsbedingungen seine Kristallstruktur geändert werden, ohne die Form des Pulvers zu beeinflussen.If the anisotropic powder A using the anisotropic powder B as a reactive template is synthesized under optimal conditions Reaction conditions are changed its crystal structure without affecting the shape of the powder.

Um das anisotrope Pulver A, das während des Formschritts in einer spezifischen Richtung orientiert werden soll, leicht synthetisieren zu können, ist es vorzuziehen, dass das während des Synthetisierungsschritts zu verwendende anisotrope Pulver B eine Form hat, die sich während des Formschritts leicht in der spezifischen Richtung orientieren lässt.Around the anisotropic powder A, which during the molding step in to be oriented in a specific direction it is preferable that during the anisotropic powder B to be used in the synthesizing step has a shape that is easy during the shaping step oriented in the specific direction.

Wenn das anisotrope Pulver A unter Verwendung des anisotropen Pulvers B als reaktive Vorlage synthetisiert wird, ist es deswegen vorzuziehen, dass das anisotrope Pulver A ein mittleres Längenverhältnis von nicht weniger als 3, besser noch von nicht weniger als 5 und noch besser von nicht weniger als 10 hat. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass das anisotrope Pulver A ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 100 hat, um das Produkt daran zu hindern, in einem folgenden Schritt zu brechen.If the anisotropic powder A using the anisotropic powder B is synthesized as a reactive template, it is therefore preferable to the anisotropic powder A has an average aspect ratio not less than 3, better still not less than 5 and even better of not less than 10 has. Furthermore It is preferable that the anisotropic powder A has an average aspect ratio of not more than 100, to prevent the product from being in to break a next step.

Das zuvor beschriebene reaktive Ausgangsmaterial B ist eine Verbindung, mit der sich das anisotrope Pulver A, das aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht, durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver B herstellen lässt. In diesem Fall ist es für das reaktive Ausgangsmaterial B akzeptabel, wenn es durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver B lediglich die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung erzeugt. Es ist auch akzeptabel, wenn es durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver B sowohl ein überschüssiges Material als auch die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung erzeugt. Das „überschüssige Material” bezeichnet ein anderes Material als die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung als das geplante Produkt. Wenn das überschüssige Material durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B erzeugt wird, ist es außerdem vorzuziehen, das überschüssige Material durch eine thermische oder chemische Behandlung leicht aus dem Produkt zu entfernen.The previously described reactive starting material B is a compound with the anisotropic powder A, which is made by the general Formula (2) is composed by one Reaction with the anisotropic powder B can produce. In this case it is for the reactive starting material B acceptable if it is due to the reaction with the anisotropic powder B only those expressed by the general formula (2) Connection created. It is also acceptable if it is due to the reaction with the anisotropic powder B both an excess Material as well as those expressed by the general formula (2) Connection created. The "excess Material "means a different material than the material the general formula (2) expressed compound as the planned product. If the excess material by the reaction between the anisotropic powder B and the reactive one It is also preferable that the excess material through a thermal or to easily remove chemical treatment from the product.

Als reaktives Ausgangsmaterial B kann zum Beispiel ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Carbonat, ein Nitrat, ein Oxalat, ein Alkoxid usw. verwendet werden. Die chemische Zusammensetzung des reaktiven Ausgangsmaterials B kann beruhend auf der herzustellenden und durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung und der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B festgelegt werden.When Reactive starting material B may be, for example, an oxide powder, a Mixed oxide powder, a carbonate, a nitrate, an oxalate, an alkoxide etc. are used. The chemical composition of the reactive Starting material B may be based on the manufactured and by the general formula (2) and compound expressed the composition of the anisotropic powder B.

Falls ein anisotropes Pulver A hergestellt wird, das aus NaNbO3 (NN) als einer Art der Verbindungen besteht, die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückt werden, indem ein anisotropes Pulver B verwendet wird, das aus Bi2,5Na0,5Nb2O9 als einer Art der Bismutschicht-Perowskitverbindung besteht, die durch die zuvor erläuterte allgemeine Formel (3) ausgedrückt wird, kann als das reaktive Ausgangsmaterial B eine Na-haltige Verbindung (etwa ein Oxid, ein Hydroxid, ein Carbonat, ein Nitrat usw.) verwendet werden.If an anisotropic powder A is prepared consisting of NaNbO 3 (NN) as one kind of the compounds expressed by the general formula (2) by using an anisotropic powder B composed of Bi 2.5 Na 0, 5 Nb 2 O 9 as a kind of the bismuth layer-perovskite compound expressed by the above general formula (3), as the reactive raw material B, a Na-containing compound (such as an oxide, a hydroxide, a carbonate, a Nitrate, etc.).

Wenn in das anisotrope Pulver B und das reaktive Ausgangsmaterial B mit der obigen Zusammensetzung ein geeignetes Flussmittel in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 500 Gew.-% (zum Beispiel NaCl, KCl, ein Gemisch aus NaCl und KCl, BaCl2, KF usw.) gegeben wird und das Gemisch auf eine einen eutektischen Punkt und einen Schmelzpunkt berücksichtigende Temperatur erhitzt wird, besteht das überschüssige Material hauptsächlich aus NN und Bi2O3. Da Bi2O3 einen niedrigen Schmelzpunkt und eine geringe Säurebeständigkeit hat, kann das aus NN bestehende anisotrope Pulver A, in dem die {100}-Ebene eine orientierte Ebene ist, hergestellt werden, indem das Flussmittel aus dem erzielten Reaktionsprodukt beseitigt wird und es dann erhitzt oder mit Säure gespült wird.When in the anisotropic powder B and the reactive starting material B having the above composition, a suitable flux in a range of 1 wt .-% to 500 wt .-% (for example, NaCl, KCl, a mixture of NaCl and KCl, BaCl 2 , KF, etc.) and the mixture is heated to a temperature considering a eutectic point and a melting point, the excess material consists mainly of NN and Bi 2 O 3 . Since Bi 2 O 3 has a low melting point and low acid resistance, the N-anisotropic powder A in which the {100} plane is an oriented plane can be prepared by eliminating the flux from the obtained reaction product then heated or rinsed with acid.

Des Weiteren kann beim Synthetisieren eines anisotropen Pulvers A, das aus (K0,5Na0,5)NbO3 (nachfolgend als „KNN” bezeichnet) als einer Art der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht, indem ein aus BINN2 bestehendes anisotropes Pulver B verwendet wird, als reaktives Ausgangsmaterial B eine Na-haltige Verbindung (ein Oxid, ein Hydroxid, ein Carbonat, ein Nitrat usw.) oder ein Gemisch aus Na und K verwendet werden.Further, in synthesizing an anisotropic powder A consisting of (K 0.5 Na 0.5 ) NbO 3 (hereinafter referred to as "KNN") as one kind of the compound expressed by the general formula (2), by one of BINN 2 existing anisotropic powder B is used as the reactive starting material B, a Na-containing compound (an oxide, a hydroxide, a carbonate, a nitrate, etc.) or a mixture of Na and K.

Wenn in das anisotrope Pulver B und das reaktive Ausgangsmaterial B mit der obigen Zusammensetzung ein geeignetes Flussmittel in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 500 Gew.-% gegeben wird und das Gemisch auf eine einen eutektischen Punkt und einen Schmelzpunkt berücksichtigende Temperatur erhitzt wird, besteht das überschüssige Material hauptsächlich aus KNN und Bi2O3.When an appropriate flux in a range of 1 wt% to 500 wt% is added to the anisotropic powder B and the reactive raw material B having the above composition, and the mixture is heated to a temperature considering a eutectic point and a melting point , the excess material consists mainly of KNN and Bi 2 O 3 .

Indem das Flussmittel aus dem erzielten Reaktionsprodukt beseitigt wird, kann ein aus KNN bestehendes anisotropes Pulver A hergestellt werden, in dem die {100}-Ebene eine orientierte Ebene ist.By doing the flux is removed from the reaction product obtained, For example, an anisotropic powder A consisting of KNN can be produced. where the {100} plane is an oriented plane.

Der Fall, dass durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B lediglich die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung hergestellt wird, hat den gleichen Ablauf. Das heißt, dass es ausreicht, das anisotrope Pulver B mit einer bestimmten Zusammensetzung und das reaktive Ausgangsmaterial B mit einer bestimmten Zusammensetzung in einem geeigneten Flussmittel zu erhitzen. Dadurch kann in dem Flussmittel die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung mit der vorbestimmten Zusammensetzung erzeugt werden. Durch das Entfernen des Flussmittels aus dem reaktiven Produkt kann dann das durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte anisotrope Pulver A erzielt werden, in dem eine spezifische Kristallebene eine orientierte Ebene ist.Of the Case that by the reaction between the anisotropic powder B and the reactive starting material B only those through the general Formula (2) expressed compound has the same procedure. That means it's enough, that Anisotropic powder B with a specific composition and the reactive starting material B with a specific composition in a suitable flux to heat. This can be done in the Fluxes expressed by the general formula (2) Connection can be generated with the predetermined composition. By removing the flux from the reactive product can then the anisotropic expressed by the general formula (2) Powder A can be achieved in which a specific crystal plane a oriented level is.

Da die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung ein Kristallgitter mit geringer Anisotropie hat, lässt sich das anisotrope Pulver A, wie zuvor beschrieben wurde, nur schwer direkt synthetisieren. Es ist ebenfalls schwierig, ein anisotropes Pulver A direkt zu synthetisieren, in dem eine wahlfreie Kristallebene zu einer orientierten Ebene wird.There the compound expressed by the general formula (2) has a crystal lattice with low anisotropy leaves The anisotropic powder A, as described above, is difficult synthesize directly. It is also difficult to get an anisotropic To synthesize powder A directly in which an optional crystal plane to an oriented level becomes.

Da andererseits die geschichtete Perowskitverbindung, wie zuvor beschrieben wurde, ein Kristallgitter mit großer Anisotropie hat, lässt sich das anisotrope Pulver damit leicht und direkt synthetisieren. Des Weiteren haben die meisten orientierten Ebenen in dem anisotropen Pulver aus der geschichteten Perowskitverbindung die Wirkung, bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene in der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung zu passen. Darüber hinaus ist die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung im Vergleich mit der geschichteten Perowskitverbindung thermodynamisch stabil.There on the other hand, the layered perovskite compound as described above was, has a crystal lattice with great anisotropy leaves The anisotropic powder can easily and directly synthesize. Furthermore, the most oriented levels in the anisotropic Powder of the layered perovskite compound the effect, with respect of the lattice to the specific crystal plane in the by the general Formula (2) to match. About that In addition, the compound expressed by the general formula (2) is thermodynamically compared to the layered perovskite compound stable.

Aus diesem Grund dient das anisotrope Pulver B als reaktive Vorlage, wenn die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B in einem geeigneten Flussmittel durchgeführt wird, wobei das anisotrope Pulver B aus der geschichteten Perowskitverbindung besteht, in der die orientierte Ebene bezüglich des Gitters zu der spezifischen Ebene in der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung passt.Out For this reason, the anisotropic powder B serves as a reactive template, when the reaction between the anisotropic powder B and the reactive Starting material B is carried out in a suitable flux wherein the anisotropic powder B is made of the layered perovskite compound in which the oriented plane with respect to the grid to the specific level in which by the general formula (2) Expressed connection fits.

Dadurch lässt sich leicht ein anisotropes Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung synthetisieren, das die gleiche Kristallebenen-Orientierungsrichtung wie das anisotrope Pulver B hat.Thereby can be easily an anisotropic powder A from the through synthesize the compound expressed by the general formula (2), the same crystal plane orientation direction as the anisotropic powder B has.

Darüber hinaus ermöglicht eine Optimierung der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B und des reaktiven Ausgangsmaterials B es, das A-Platz-Element (nachstehend als das „überschüssige A-Platz-Element” bezeichnet) aus dem anisotropen Pulver B zu entfernen und ein anisotropes Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung herzustellen, das keinerlei überschüssiges A-Platz-Element enthält.About that In addition, an optimization of the composition allows of the anisotropic powder B and the reactive starting material B it, the A-space element (hereinafter referred to as the "excess A-space element") from the anisotropic powder B and an anisotropic powder A is as expressed by the general formula (2) Make connection that no excess A-space element contains.

Wenn das anisotrope Pulver B aus der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Bismutschicht-Perowskitverbindung besteht, wird insbesondere Bi als das überschüssige A- Platz-Element entfernt und ein überschüssiger Bestandteil aus hauptsächlich Bi2O3 synthetisiert. Durch thermisches oder chemisches Entfernen des überschüssigen Bestandteils kann das anisotrope Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung hergestellt werden, in dem die spezifische Kristallebene orientiert ist.In particular, when the anisotropic powder B is the bismuth layer-perovskite compound expressed by the general formula (3), Bi is removed as the excess A-site element and an excess of mainly Bi 2 O 3 is synthesized. By thermally or chemically removing the excess ingredient, the anisotropic powder A can be prepared from the compound expressed by the general formula (2) in which the specific crystal plane is oriented.

Das orientierte Korn besteht aus einer isotropen Perowskitverbindung, die durch ABO3 ausgedrückt wird. Es ist vorzuziehen, dass das A-Platz-Element in der isotropen Perowskitverbindung hauptsächlich aus mindestens einem der Elemente K, Na und Li besteht und dass das B-Platz-Element darin hauptsächlich aus mindestens einem der Elemente Nb, Sb und Ta besteht. In diesem Fall kann in einem Kalium-Niobat-Natrium-System für isotropen Perowskit eine kristallorientierte Keramik mit verhältnismäßig hohen piezoelektrischen Kennwerten hergestellt werden, die bleifrei ist.The oriented grain consists of an isotropic perovskite compound expressed by ABO 3 . It is preferable that the A-space element in the isotropic perovskite compound mainly consists of at least one of K, Na and Li, and that the B-space element therein is mainly composed of at least one of Nb, Sb and Ta. In this case, in a potassium niobate-sodium system for isotropic perovskite, a crystal-oriented ceramic having comparatively high piezoelectric characteristics which is lead-free can be produced.

Es ist außerdem vorzuziehen, dass das orientierte Korn aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad hergestellt werden.It It is also preferable that the oriented grain is the compound expressed by the general formula (2) consists. This allows a crystal-oriented ceramic with a high degree of orientation.

Und zwar passt die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung, wie zuvor beschrieben wurde, bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung. Daher dient das anisotrope Pulver B, das aus den durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten orientierten Körnern besteht, in denen die spezifische Kristallebene die orientierte Ebene ist, als eine gute Vorlage für die Herstellung der kristallorientierten Keramik.And although the one expressed by the general formula (2) fits Compound as described above with respect to Lattice to a great extent to that by the general formula (1) expressed connection. Therefore, the anisotropic serves Powder B, that of those expressed by the general formula (2) oriented grains in which the specific Crystal plane is the oriented plane, as a good template for the production of crystal-oriented ceramics.

Als Nächstes wird das reaktive Ausgangsmaterial beschrieben, das die Verbindung ist, mit der sich durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung herstellen lässt.When Next, the reactive starting material will be described. that is the connection with which through the reaction with the Anisotropic powder expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound.

Es ist vorzuziehen, dass das reaktive Ausgangsmaterial eine Korngröße von nicht mehr als 1/3 der Korngröße des anisotropen Pulvers hat.It it is preferable that the reactive starting material is a grain size of not more than 1/3 of the grain size of the anisotropic Powder has.

Wenn die Korngröße des reaktiven Ausgangsmaterials mehr als 1/3 der Korngröße des anisotropen Pulvers beträgt, besteht die Möglichkeit, dass sich das Ausgangsgemisch nur schwer so formen lässt, dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist. Es ist vorzuziehen, dass die Korngröße des reaktiven Ausgangsmaterials nicht mehr als 1/4 der Korngröße des anisotropen Pulvers, besser noch nicht mehr als 1/5 der Korngröße des anisotropen Pulvers beträgt.If the grain size of the reactive starting material more than 1/3 of the grain size of the anisotropic powder There is a possibility that the Starting mixture difficult to shape so that the oriented Level in the anisotropic powder approximately in a same Direction is oriented. It is preferable that the grain size of the reactive starting material not more than 1/4 of the grain size of the anisotropic powder, better still not more than 1/5 of the grain size of the anisotropic powder.

Die Korngröße zwischen dem reaktiven Ausgangsmaterial und dem anisotropen Pulver kann verglichen werden, indem ihre mittlere Korngröße miteinander verglichen wird. Die Korngröße des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangsmaterials bezeichnet jeweils seinen langen Durchmesser.The Grain size between the reactive starting material and the anisotropic powder can be compared by their mean Grain size is compared. The grain size of the anisotropic powder and the reactive starting material each its long diameter.

Die chemische Zusammensetzung des reaktiven Ausgangsmaterials kann entsprechend der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers und der Zusammensetzung der isotropen Perowskitverbindung, wie etwa der durch die allgemeine Formel (1) oder (2) herzustellenden und ausgedrückten Verbindung, festgelegt werden.The Chemical composition of the reactive starting material may be appropriate the composition of the anisotropic powder and the composition the isotropic perovskite compound such as that by the general Formula (1) or (2) to be prepared and expressed compound, be determined.

Als reaktive Ausgangsmaterials kann zum Beispiel ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Carbonat, ein Nitrat, ein Oxalat oder ein Alkoxid usw. verwendet werden.When For example, reactive raw material may be an oxide powder Mixed oxide powder, a hydroxide powder, a carbonate, a nitrate, a Oxalate or an alkoxide, etc. can be used.

Als reaktives Ausgangsmaterial kann zum Beispiel ein Material wie die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung verwendet werden, um die geplante isotrope Perowskitverbindung unter Sintern durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver herzustellen.When For example, reactive starting material may be a material such as compound expressed by the general formula (1) used to put the planned isotropic perovskite compound under Sintering by reaction with the anisotropic powder.

Es ist vorzuziehen, die isotrope Perowskitverbindung in dem Brennschritt durch eine Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver herzustellen, wobei das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver eine unterschiedliche Zusammensetzung haben. Dadurch lässt sich leicht eine kristallorientierte Keramik mit komplizierter Zusammensetzung herstellen.It It is preferable to use the isotropic perovskite compound in the firing step by a reaction between the anisotropic powder and the reactive one Make starting powder, wherein the anisotropic powder and the reactive starting powders have a different composition. This makes it easy to make a crystal-oriented ceramic produce with complicated composition.

Als reaktives Ausgangspulver wird ein kalziniertes Pulver verwendet, das durch Mischen mindestens eines aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählten Elements und durch Kalzinieren des Gemisches erzielt wird. Es ist vorzuziehen, dieses Gemisch mit einem stöchiometrischen Verhältnis anzusetzen, so dass unter Verwendung des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt wird.When reactive starting powder uses a calcined powder, by mixing at least one of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source selected element and by calcination of the mixture is achieved. It is preferable to use this mixture with a stoichiometric Ratio so that using the anisotropic Powder and the reactive starting powder by the general Formula (1) is generated.

Dadurch kann das reaktive Ausgangspulver während des Brennschritts unter guten Bedingungen mit dem anisotropen Pulver reagieren, während die Erzeugung eines Nebenprodukts unterdrückt wird.Thereby may be the reactive starting powder during the firing step react under good conditions with the anisotropic powder while the generation of a by-product is suppressed.

Der obige Kalzinierungsschritt erfolgt für eine Dauer von 2 bis 5 Stunden bei einer Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 750°C.Of the The above calcination step takes place for a duration of 2 to 5 hours at a temperature in the range of 600 ° C up to 750 ° C.

Als Li-Quelle, K-Quelle, Na-Quelle, Nb-Quelle, Ta-Quelle und Sb-Quelle kann ein Oxidpulver oder ein Carbonatpulver verwendet werden, das mindestens eines der Elemente Li, K, Na, Nb, Ta und Sb enthält.When Li Source, K Source, Na Source, Nb Source, Ta Source and Sb Source For example, an oxide powder or a carbonate powder may be used contains at least one of the elements Li, K, Na, Nb, Ta and Sb.

Außerdem ist für jedes Oxidpulver und Carbonatpulver vorzuziehen, dass es ein oder zwei Arten der Elemente Li, K, Na, Nb, Ta und Sb enthält. In diesem Fall ergibt sich eine leichte Vorbereitung des reaktiven Ausgangspulvers. Als reaktives Ausgangspulver kann auch ein kalziniertes Pulver verwendet werden, das durch Kalzinieren des diese Elemente enthaltenden Mischpulvers erzielt wird.Furthermore is preferable for each oxide powder and carbonate powder, that there are one or two types of elements Li, K, Na, Nb, Ta and Sb contains. In this case, there is a slight preparation of the reactive starting powder. As a reactive starting powder can also a calcined powder can be used by calcination of the mixing powder containing these elements is achieved.

Es können auch Pulver kombiniert werden, die diese Elemente enthalten, um die geplante Perowskitverbindung durch Sintern des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers herzustellen.It Powders can also be combined with these elements contain the planned perovskite compound by sintering the anisotropic powder and the reactive starting powder.

Es ist akzeptabel, dass das reaktive Ausgangspulver durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver die geplante Perowskitverbindung erzeugt oder dass es sowohl die geplante Perowskitverbindung als auch einen überschüssigen Bestandteil erzeugt. Wenn durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver der überschüssige Bestandteil erzeugt wird, ist es vorzuziehen, dass der überschüssige Bestandteil thermisch oder chemisch entfernt wird.It is acceptable that the reactive starting powder produces the intended perovskite compound by reaction with the anisotropic powder, or that it produces both the planned perovskite compound and an excess component. If due to the reaction between the anisotropic powder and the reactive end powder, the excess ingredient is generated, it is preferable that the excess ingredient is removed thermally or chemically.

Bei der Herstellung der aus der kristallorientierten Keramik bestehenden Piezokeramik werden das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver gemischt, um das Ausgangsgemisch herzustellen.at the production of the crystal-oriented ceramic Piezoceramic become the anisotropic powder and the reactive starting powder mixed to produce the starting mixture.

In dem Mischschritt kann zu dem Gemisch ein unregelmäßig geformtes feines Pulver (nachstehend als „feines Verbindungspulver” bezeichnet) gegeben werden, das sich aus einer vorbestimmten Zusammensetzung des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers zusammensetzt, wobei das unregelmäßig geformte feine Pulver aus einer Verbindung besteht, die die gleiche Zusammensetzung wie die isotrope Perowskitverbindung hat, die durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver erzielt wird. Es ist ebenfalls möglich, zu dem obigen Gemisch ein Sintermittel wie CuO zu geben.In the mixing step may be irregular to the mixture shaped fine powder (hereinafter referred to as "fine compound powder") be given, resulting from a predetermined composition the anisotropic powder and the reactive starting powder, wherein the irregularly shaped fine powder a compound that has the same composition as the has isotropic perovskite compound, which is due to the reaction between the anisotropic powder and the reactive starting powder becomes. It is also possible to add to the above mixture To give sintering agents such as CuO.

Die Zugabe des feinen Verbindungspulvers oder des Sintermittels erhöht die Dichte des Sinterkörpers.The Addition of the fine compound powder or the sintering agent increases the density of the sintered body.

Wenn der Zusammensetzungsanteil des feinen Verbindungspulvers zu stark erhöht wird, nimmt der Zusammensetzungsanteil des anisotropen Pulvers in dem gesamten Ausgangsmaterial ab. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Orientierungsgrad der spezifischen Kristallebene abnimmt. Es ist daher vorzuziehen, den optimalen Zusammensetzungsanteil den Anforderungen entsprechend unter Berücksichtigung der Dichte des Sinterprodukts und des Orientierungsgrads zu wählen.If the composition ratio of the fine compound powder too strong is increased, the compositional proportion of the anisotropic increases Powder in the entire starting material from. This is the Possibility that the degree of orientation of the specific Crystal plane decreases. It is therefore preferable to have the optimum compositional proportion according to the requirements, taking into account the Density of the sintered product and the degree of orientation to choose.

Es ist vorzuziehen, dass der Zusammensetzungsanteil des anisotropen Pulvers so gewählt wird, dass die Belegungsrate des A-Platz-Elements durch mindestens ein Element in dem durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten anisotropen Pulver einen Wert in einem Bereich von 0,01 bis 70 Atom-%, besser noch in einem Bereich von 0,1 bis 50 Atom-% und noch besser in einem Bereich von 1 bis 10 Atom-% einnimmt. Die Einheit „Atom-%” definiert den Prozentsatz der Anzahl an Atomen.It It is preferable that the compositional proportion of the anisotropic Powder is chosen so that the occupancy rate of the A-space element by at least one element in which by the general formula (1) expressed anisotropic powder a value in one area from 0.01 to 70 atomic%, more preferably within a range of 0.1 to 50 atomic%, and more preferably in a range of 1 to 10 atomic%. The unit "atom%" defines the percentage the number of atoms.

Es ist vorzuziehen, dass das Ausgangsgemisch ein oder mehr Zusatzelemente enthält, die aus den zu den Gruppen 2 bis 15 in der Periodentafel gehörenden Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangselementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallen gehört.It it is preferable that the starting mixture contains one or more additional elements contains from the to the groups 2 to 15 in the periodic table associated metal elements, semi-metal elements, transition elements, Noble metal elements and alkaline earth metals belongs.

Durch Aufnahme des Zusatzelements kann eine aus einer kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, die das obige Zusatzelement enthält, wodurch piezoelektrische Kennwerte wie die piezoelektrische d33-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische d31-Konstante und dielektrische Kennwerte wie die spezifische induktive Kapazität und der dielektrische Verlustfaktor der Piezokeramik erhöht werden können.By including the auxiliary element, a piezoceramic consisting of a crystal-oriented ceramic containing the above additive element can be produced, whereby piezoelectric characteristics such as piezoelectric d 33 constant, electromechanical coupling factor K p and piezoelectric d 31 constant, and dielectric characteristics such as the specific one inductive capacitance and the dielectric loss factor of the piezoceramic can be increased.

In der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung kann das A-Platz-Element oder das B-Platz-Element durch das obige Zusatzelement ersetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, das obige Zusatzelement in die Körner oder Korngrenze der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung zu geben, ohne dass es zu einer Ersetzung kommt.In the compound expressed by the general formula (1) may be the A-space element or the B-space element through the above Additional element to be replaced. It is also possible the above additional element in the grains or grain boundary of compound expressed by the general formula (1) without substitution.

Es gibt zum Beispiel die folgenden Verfahren (a), (b) und (c), um das obige Zusatzelement in das Ausgangsgemisch aufzunehmen:

  • (a) ein Verfahren, bei dem das Zusatzelement zugegeben wird, wenn das anisotrope Pulver synthetisiert wird;
  • (b) ein Verfahren, bei dem das Zusatzelement zugegeben wird, wenn das reaktive Ausgangspulver synthetisiert wird; und
  • (c) ein Verfahren, bei dem das Zusatzelement während des Mischschritts mit dem reaktiven Ausgangspulver und dem anisotropen Pulver zugegeben wird.
For example, there are the following methods (a), (b) and (c) for incorporating the above additive element in the starting mixture:
  • (a) a method in which the additive element is added when the anisotropic powder is synthesized;
  • (b) a method in which the additive element is added when the reactive starting powder is synthesized; and
  • (c) a method in which the additive element is added during the mixing step with the starting reactive powder and the anisotropic powder.

Durch die obigen Verfahren zum Zugeben des Zusatzelements lässt sich leicht ein Ausgangsgemisch herstellen, das das Zusatzelement enthält.By the above methods for adding the additional element leaves easily produce a starting mixture, which is the additional element contains.

Die Piezokeramik, die die das obige Zusatzelement enthaltende kristallorientierte Keramik enthält, wird durch Formen und Sintern des Ausgangsgemisches hergestellt.The Piezoceramic containing the above additional element crystal-oriented Contains ceramic is by molding and sintering of the starting mixture produced.

Und zwar können als Zusatzelemente Elemente wie Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Hf, W, Re, Pd, Ag, Ru, Rh, Pt, Au, Ir, Os, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn und Bi verwendet werden.And Although as additional elements elements such as Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Hf, W, Re, Pd, Ag, Ru, Rh, Pt, Au, Ir, Os, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn and Bi be used.

Das Zusatzelement kann zwar direkt zugegeben werden, doch kann auch ein Oxid oder eine Verbindung zugegeben werden, die das Zusatzelement enthält.The Although additional element can be added directly, but can also an oxide or compound is added, which is the additive element contains.

Es ist vorzuziehen, dass 0,0001 bis 0,15 mol des Zusatzelements pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung zugegeben werden, die nach Abschluss des Brennschritts erzielt wird.It It is preferable that 0.0001 to 0.15 moles of the additive element per 1 mole of that expressed by the general formula (1) Isotropic perovskite compound to be added after completion of the firing step is achieved.

Werden weniger als 0,0001 mol des Zusatzelements zugegeben, besteht die Möglichkeit, dass sich die durch das Vorhandensein des Zusatzelements hervorgerufene Wirkung, die piezoelektrischen Kennwerte zu verbessern, nur schwer ausreichend erreichen lässt.Become Added less than 0.0001 mol of the additive element, there is the Possibility that by the presence of the Additional element caused effect, the piezoelectric characteristics too improve, difficult to reach sufficiently.

Wenn dagegen mehr als 0,15 mol des Zusatzelements zugegeben werden, besteht die Möglichkeit, dass die piezoelektrischen Kennwerte und die dielektrischen Kennwerte der Piezokeramik abnehmen.If In contrast, more than 0.15 mol of the additive element are added the possibility that the piezoelectric characteristics and remove the dielectric characteristics of the piezoceramic.

Das Mischungsverhältnis des Zusatzelements kann in dem Mischschritt so eingestellt werden, dass das Zusatzelement in einem Bereich von 0,01 bis 15 Atom zu mindestens einem Element der A-Platz- und B-Platz-Elemente in der isotropen Perowskitverbindung in dem Brennschritt zugegeben wird.The Mixing ratio of the additive element may be in the mixing step be adjusted so that the additional element in a range of 0.01 to 15 atom to at least one element of the A-place and B-place elements in the isotropic perovskite compound in the firing step becomes.

Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik erzielt werden, in der das Zusatzelement die isotrope Perowskitverbindung ersetzt. Diese kristallorientierte Keramik hat piezoelektrische Kennwerte wie eine hervorragende piezoelektrische d33-Konstante und einen hervorragenden elektromechanischen Kopplungsfaktor Kp und dielektrische Kennwerte wie eine hervorragende spezifische induktive Kapazität ε33T0.As a result, a crystal-oriented ceramic can be achieved, in which the additional element replaces the isotropic perovskite compound. This crystal-oriented ceramic has piezoelectric characteristics such as an excellent piezoelectric d 33 constant and excellent electromechanical coupling factor K p and dielectric characteristics such as excellent specific inductive capacity ε 33T / ε 0 .

Werden weniger als 0,01 Atom des Zusatzelements verwendet, besteht die Möglichkeit, dass es schwer ist, eine ausreichende Verbesserung der piezoelektrischen Kennwerte und der dielektrischen Kennwerte der kristallorientierten Keramik zu erzielen. Werden dagegen mehr als 15 Atom des Zusatzelements verwendet, besteht die Möglichkeit, dass die piezoelektrischen Kennwerte und die dielektrischen Kennwerte der kristallorientierten Keramik abnehmen. Es ist daher vorzuziehen, das Zusatzelement in einem Bereich von 0,01 bis 5 Atom besser noch in einem Bereich von 0,01 bis 2 Atom und noch besser in einem Bereich von 0,05 bis 2 Atom zuzugeben.Become If less than 0.01 atom of the additive element is used, the Possibility that it is hard to get a sufficient improvement the piezoelectric characteristics and the dielectric characteristics to achieve the crystal-oriented ceramic. Will be more used as 15 atom of the additive element, it is possible that the piezoelectric characteristics and the dielectric characteristics remove the crystal-oriented ceramic. It is therefore preferable the additional element in a range of 0.01 to 5 atom better yet in a range of 0.01 to 2 atom and even better in one range from 0.05 to 2 atom.

Die Einheit „Atom ist die Prozentzahl der Anzahl an ersetzenden Atomen zur Anzahl von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung.The Unity "Atom is the percentage of the number of substitutes Atoms to the number of Li, K, Na, Nb, Ta and Sb in the by the general formula (1) expressed compound.

Der Mischschritt kann durch einen trockenen Prozess oder einen nassen Prozess durchgeführt werden, wobei der nasse Prozess ein Dispersionsmittel wie Wasser, Alkohol oder ein organisches Lösungsmittel verwendet. Es können ein oder mehr der Substanzen Bindemittel, Weichmacher und Dispersionsmittel zugegeben werden.Of the Mixing step can be through a dry process or a wet Process be performed, wherein the wet process Dispersants such as water, alcohol or an organic solvent used. One or more of the substances may be binders, plasticizers and dispersing agents are added.

Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Formschritts zum Formen der aus kristallorientierter Keramik bestehenden Piezokeramik.When Next follows a description of the shaping step for molding the crystal-oriented ceramic piezoceramic.

Wie bei der dritten Ausgestaltung und der fünften Ausgestaltung der Erfindung gezeigt ist, wird der lagenartige (oder bandartige) Formkörper gebildet, indem das Ausgangsgemisch so geformt wird, dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist.As in the third embodiment and the fifth embodiment the invention is shown, the sheet-like (or belt-like) Shaped body formed by the starting mixture so shaped will that approximate the oriented plane in the anisotropic powder oriented in a same direction.

Es reicht, wenn das Formverfahren das anisotrope Pulver zu einer spezifischen Kristallebene orientiert. Es werden insbesondere Formverfahren wie zum Beispiel ein Rakelverfahren, ein Pressverfahren und ein Walzverfahren bevorzugt. Diese Verfahren ermöglichen es, das anisotrope Pulver in dem Formkörper ungefähr in einer gleichen Richtung zu orientieren, indem eine auf das anisotrope Pulver aufgebrachte Scherspannung verwendet wird.It is sufficient if the molding process, the anisotropic powder to a specific Crystal plane oriented. In particular, molding processes such as For example, a doctor blade method, a pressing method and a rolling method prefers. These methods allow the anisotropic Powder in the molding in about the same Direction to orient by applying an applied to the anisotropic powder Shearing stress is used.

Es ist vorzuziehen, dass das Ausgangsgemisch zu einem lagenartigen Produkt mit einer Dicke in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm geformt wird.It it is preferable that the starting mixture becomes a sheet-like Product with a thickness in a range of 30 microns to 200 microns is formed.

Als lagenförmiges Produkt macht es ein Formkörper mit einer Dicke von weniger als 30 μm äußerst schwierig, den Formkörper zu handhaben. Andererseits erschwert als lagenförmiges Produkt ein Formkörper mit einer Dicke von mehr als 200 μm es, das anisotrope Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung zu orientieren.When layered product makes it a shaped body with a thickness of less than 30 μm extremely difficult to handle the molding. On the other hand, more difficult than layer-shaped product a shaped body with a Thickness of more than 200 microns it, the anisotropic powder about to orient in a same direction.

Mit dem Formkörper (nachstehend als „ebenenorientierter Formkörper” bezeichnet) können außerdem ein mehrlagiges Pressen, ein Pressen und ein Walzen (die nachstehend als „Ebenenorientierungsprozess” bezeichnet werden) durchgeführt werden, um die Dicke und den Orientierungsgrad des ebenenorientierten Formkörpers zu erhöhen.With the molded article (hereinafter referred to as "plane-oriented Shaped "referred to) can also be multi-layer pressing, pressing and rolling (hereinafter be referred to as "level orientation process") be performed to the thickness and the degree of orientation of the plane-oriented shaped body.

Das obige Verfahren führt den Ebenenorientierungsprozess zwar mit einer Ebene in dem ebenenorientierten Formkörper durch, doch kann es auch mit zwei oder mehr Arten von Ebenen durchgeführt werden. Zudem ist es möglich, den Ebenenorientierungsprozess wiederholt für eine einzige Ebene durchzuführen. Darüber hinaus kann der Ebenenorientierungsprozess wiederholt für zwei oder mehr Ebenen durchgeführt werden.The Although the above method performs the level-orientation process with a plane in the plane-oriented shaped body, but it can also be done with two or more types of levels become. It is also possible to use the level orientation process repeat for a single level. In addition, the level orientation process can be repeated be carried out for two or more levels.

Es folgt nun eine Beschreibung des Brennschritts zum Herstellen der aus der kristallorientierten Keramik bestehenden Piezokeramik. Der Brennschritt brennt das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver.It Now follows a description of the burning step for producing the from the crystal-oriented ceramic existing piezoceramic. Of the Firing step burns the anisotropic powder and the reactive starting powder.

Während des Brennschritts schreitet durch das Erhitzen des Formkörpers (oder des ebenenorientierten Formkörpers) das Sintern voran, und es wird das hauptsächlich aus der isotropen Perowskitverbindung bestehende polykristalline Material erzeugt. Dadurch kann (als Piezokeramik) eine kristallorientierte Keramik aus einem polykristallinen Material hergestellt werden. Durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver ergibt sich die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung. Außerdem wird während des Brennschritts entsprechend der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers und/oder des reaktiven Ausgangspulvers gleichzeitig der überschüssige Bestandteil erzeugt.While the firing step proceeds by heating the shaped body (or the plane-oriented shaped body) the sintering, and it becomes mainly from the isotropic perovskite compound existing polycrystalline material produced. This can (as piezoceramic) a crystal-oriented ceramic made of a polycrystalline material getting produced. By the reaction between the anisotropic Powder and the reactive powder output results from the general formula (1) expressed isotropic perovskite compound. In addition, during the firing step accordingly the composition of the anisotropic powder and / or the reactive Exit powder at the same time the excess Component generated.

Entsprechend der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers, des reaktiven Ausgangspulvers und der herzustellenden kristallorientierten Keramik kann während des Brennschritts auch eine optimale Brenntemperatur gewählt werden, so dass die Reaktion und/oder das Sintern effizient voranschreiten, und der Reaktant eine geplante Zusammensetzung hat.Corresponding the composition of the anisotropic powder, the starting reactive powder and the crystal-oriented ceramic to be produced can during the firing step also selected an optimal firing temperature so that the reaction and / or sintering proceed efficiently, and the reactant has a planned composition.

Falls die kristallorientierte Keramik, die aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung besteht, unter Verwendung des anisotropen Pulvers A mit der KNN-Zusammensetzung als dem anisotropen Pulver hergestellt wird, erfolgt der Brennschritt zum Beispiel bei einer Brenntemperatur in einem Bereich von 900°C bis 1300°C. Die optimale Temperatur in dem obigen Temperaturbereich von 900°C bis 1300°C wird entsprechend der Zusammensetzung des durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Bestandteils als dem geplanten Material festgelegt. Darüber hinaus kann entsprechend der Brenntemperatur die Brenndauer in dem Brennschritt festgelegt werden, um eine vorbestimmte Dichte des Sinterkörpers zu erreichen.If the crystal-oriented ceramics that are made by the general Formula (1) expressed compound, using of the anisotropic powder A having the KNN composition as the anisotropic Powder is prepared, the firing step, for example, at a firing temperature in a range of 900 ° C to 1300 ° C. The optimum temperature in the above temperature range of 900 ° C to 1300 ° C is determined by the composition of the general formula (1) expressed as component the planned material. In addition, can according to the firing temperature, the burning time in the firing step are set to a predetermined density of the sintered body to reach.

Bei der dritten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Brennschritt, wie zuvor beschrieben wurde, für eine Zeitdauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einem Umgebungsatmosphären-Partialdruck P02 von nicht weniger als 50%, um eine Verringerung des elektrischen Isolationswiderstands zu unterdrücken.In the third aspect of the invention, the firing step as described above is performed for a period of not less than 2 hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an ambient atmospheric partial pressure P 02 of not less than 50% Reduction of the electrical insulation resistance to suppress.

Wenn durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver ein überschüssiger Bestandteil erzeugt wird, kann der überschüssige Bestandteil als eine Nebenphase in dem Sinterkörper zurückbleiben. Zudem ist es auch möglich, den überschüssigen Bestandteil aus dem Sinterkörper zu entfernen. Es sind verschiedene Verfahren zum thermischen oder chemischen Entfernen des überschüssigen Bestandteils bekannt.If by the reaction between the anisotropic powder and the reactive one Starting powder an excess ingredient The surplus ingredient can be generated as a minor phase in the sintered body. In addition, it is also possible the excess Remove component from the sintered body. There are various methods for thermal or chemical removal the excess ingredient is known.

Zum Beispiel gibt es ein Verfahren zum Entfernen des überschüssigen Bestandteils, bei dem ein thermischer Prozess verwendet wird, in dem der aus dem durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Bestandteil und dem überschüssigen Bestandteil erzeugte Sinterkörper (nachstehend als „Zwischensinterkörper” bezeichnet) erhitzt wird und sich der überschüssige Bestandteil verflüchtigt. Es gibt insbesondere ein Verfahren, bei dem der Zwischensinterkörper für eine lange Zeitdauer unter einem geringeren Druck in der Atmosphäre oder in einem Oxidationsgas bei einer Temperatur erhitzt wird, die dazu im Stande ist, den überschüssigen Bestandteil zu verflüchtigen.To the For example, there is a method for removing the excess Component in which a thermal process is used in that from that expressed by the general formula (1) Component and the excess ingredient produced sintered body (hereinafter referred to as "intermediate sintered body") is heated and the excess ingredient volatilized. There is in particular a method in which the intermediate sintered body for a long period of time under a lower pressure in the atmosphere or in an oxidizing gas is heated at a temperature to that is able to remove the excess ingredient to evaporate.

Die optimale Heiztemperatur zum thermischen Entfernen des überschüssigen Bestandteils kann entsprechend der Zusammensetzung der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung und/oder der Zusammensetzung des überschüssigen Bestandteils gewählt werden, so dass das Verflüchtigen des überschüssigen Bestandteils effizient voranschreitet und die Erzeugung von Nebenprodukten unterdrückt wird. Wenn der überschüssige Bestandteil zum Beispiel einphasiges Bismutoxid ist, ist es vorzuziehen, dass die Heiztemperatur in einem Bereich von 800°C bis 1300°C und besser noch in einem Bereich von 1000°C bis 1200°C liegt.The optimum heating temperature for thermally removing the excessive ingredient may be selected according to the composition of the compound expressed by the general formula (1) and / or the composition of the excess ingredient, so that the volatilization of the excess ingredient proceeds efficiently and the generation of by-products is suppressed , For example, when the excess ingredient is single phase bismuth oxide, it is preferable that the Heating temperature in a range of 800 ° C to 1300 ° C and better still in a range of 1000 ° C to 1200 ° C.

Andererseits gibt es ein Verfahren zum chemischen Entfernen des überschüssigen Bestandteils, bei dem der Zwischensinterkörper in eine Behandlungslösung eingetaucht wird, die dazu im Stande ist, nur den überschüssigen Bestandteil zu erodieren, um den überschüssigen Bestandteil zu extrahieren. Die optimale Behandlungslösung kann entsprechend der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung und/oder der Zusammensetzung des überschüssigen Bestandteils gewählt werden. Wenn der überschüssige Bestandteil zum Beispiel einphasiges Bismutoxid ist, ist es vorzuziehen, als Behandlungslösung Salpetersäure, Salzsäure usw. zu verwenden. Insbesondere Salpetersäure ist eine optimale Behandlungslösung, die dazu im Stande ist, den hauptsächlich aus Bismutoxid bestehenden überschüssigen Bestandteil chemisch zu extrahieren.on the other hand There is a method of chemically removing the excess Component in which the intermediate sintered body in a Dipping treatment solution capable of doing so is to just erode the excess ingredient, to extract the excess ingredient. The optimal treatment solution can be adjusted according to the the general formula (1) expressed compound and / or the Composition of the excess ingredient to get voted. If the excess Constituent of, for example, single-phase bismuth oxide, it is preferable as a treatment solution nitric acid, hydrochloric acid etc. to use. In particular nitric acid is one optimal treatment solution capable of mainly consisting of bismuth oxide excess Chemically extract ingredient.

Die Reaktion des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers und das Entfernen des überschüssigen Bestandteils können simultan, nacheinander oder voneinander unabhängig erfolgen. Der Formkörper wird zum Beispiel direkt unter einem geringeren Druck oder im Vakuum auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Reaktion des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers und die Verflüchtigung des überschüssigen Bestandteils effizient voranschreiten, um die Reaktion und das Entfernen des überschüssigen Bestandteils gleichzeitig durchzuführen. Der Zusatzbestandteil substituiert während der Reaktion des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung als das geplante Material oder findet sich in Kristallkörnern und/oder der Korngrenze wieder.The Reaction of the anisotropic powder and the reactive starting powder and removing the excess ingredient can be simultaneous, sequential or independent respectively. The molding is, for example, directly below heated to a lower pressure or in vacuo to a temperature in which the reaction of the anisotropic powder and the reactive starting powder and the volatilization of the excess Component progress efficiently to the reaction and removal to carry out the excess ingredient at the same time. The additional ingredient substitutes during the reaction of the anisotropic powder and the reactive starting powder by the general formula (1) expressed compound as the planned material or is found in crystal grains and / or the grain boundary again.

Der überschüssige Bestandteil kann entfernt werden, indem der Formkörper in der Atmosphäre oder in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur erhitzt wird, bei der die Reaktion des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers effizient voranschreitet, um den Zwischensinterkörper zu erzeugen, und indem der erzielte Zwischensinterkörper dann unter einem geringeren Druck oder im Vakuum bei einer Temperatur erhitzt wird, bei der die Verflüchtigung des überschüssigen Bestandteils effizient voranschreitet. Darüber hinaus kann der überschüssige Bestandteil entfernt werden, indem der Zwischensinterkörper in der Atmosphäre oder in einem Sauerstoffgas für eine lange Zeitdauer bei einer Temperatur erhitzt wird, die die Verflüchtigung der überschüssigen Verbindung nach der Erzeugung des Zwischensinterkörpers effizient fördert.The excess Ingredient can be removed by adding the molding in the atmosphere or in an oxygen atmosphere is heated at a temperature at which the reaction of the anisotropic Powder and the reactive starting powder efficiently, to generate the intermediate sintered body, and by the obtained intermediate sintered body then under a lower Pressurized or heated in vacuo at a temperature at which the volatilization of the excess Component progresses efficiently. In addition, can the excess ingredient will be removed by the intermediate sintered body in the atmosphere or in an oxygen gas for a long period of time a temperature is heated, which volatilizes the excess Connection after the generation of the intermediate sintered body efficiently promotes.

Der Zwischensinterkörper kann auch in eine Behandlungslösung eingetaucht werden, um den überschüssigen Bestandteil chemisch zu entfernen, nachdem der erzeugte Zwischensinterkörper auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Es ist auch möglich, den Zwischensinterkörper nach der Erzeugung des Zwischensinterkörpers auf Raumtemperatur abzukühlen, und den Zwischensinterkörper dann erneut unter einer vorbestimmten Atmosphäre auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, um den überschüssigen Bestandteil thermisch zu entfernen.Of the Intermediate sintered body can also be used in a treatment solution be dipped to the excess ingredient chemically after the intermediate sintered body produced cooled to room temperature. It is also possible, the intermediate sintered body after generation of the intermediate sintered body to cool to room temperature, and the intermediate sintered body then again under a predetermined atmosphere to a to heat the predetermined temperature to the excess Thermally remove component.

Wenn der durch den Formschritt erzeugte Formkörper einen Harzbestandteil wie ein Bindemittel enthält, kann eine thermische Behandlung durchgeführt werden, um den Harzbestandteil zu entfernen. In diesem Fall kann die Temperatur zur Durchführung der obigen thermischen Behandlung auf eine Temperatur eingestellt werden, die ausreicht, um die thermische Zersetzung zumindest des Bindemittels durchzuführen. Es ist vorzuziehen, dass die thermische Behandlung zum Entfernen des Harzes bei einer Temperatur von nicht mehr als 500°C erfolgt, wenn das Ausgangsgemisch einen leicht flüchtigen Bestandteil (etwa eine Na-Verbindung) enthält.If the molded article produced by the molding step has a resin component as a binder, can be a thermal treatment be performed to remove the resin component. In this case, the temperature to carry out the above thermal treatment are adjusted to a temperature which is sufficient to cause the thermal decomposition of at least the binder perform. It is preferable that the thermal Treatment for removing the resin at a temperature of not more than 500 ° C takes place when the starting mixture a volatile component (such as a Na compound).

Es besteht die Möglichkeit, dass der Orientierungsgrad des anisotropen Pulvers in dem Formkörper abnimmt oder dass das Volumen des Formkörpers zunimmt, wenn die thermische Behandlung zum Entfernen des Harzbestandteils aus dem Formkörper durchgeführt wird. Um dieses Phänomen zu vermeiden, ist es vorzuziehen, mit dem Formkörper nach Abschluss der thermischen Behandlung ein kaltisostatisches Pressen (eine CIP-Behandlung) durchzuführen. Die Durchführung der CIP-Behandlung verhindert eine durch die Verflüchtigungsbehandlung hervorgerufene Abnahme des Orientierungsgrads und eine durch die Volumenausdehnung (oder räumliche Ausdehnung) des Formkörpers hervorgerufene Abnahme der Dichte des Sinterkörpers.It there is a possibility that the degree of orientation of the anisotropic powder decreases in the molding or that the volume of the molding increases when the thermal Treatment for removing the resin component from the molding is carried out. To avoid this phenomenon, It is preferable with the molding after completion of the molding thermal treatment cold isostatic pressing (a CIP treatment) perform. Carrying out the CIP treatment prevents a caused by the volatilization treatment Decrease in the degree of orientation and one by the volume expansion (or spatial extent) of the molded body caused Decrease in the density of the sintered body.

Im Fall der Entfernung des der durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver erzeugten überschüssigen Bestandteils können die CIP-Behandlung und der Brennprozess auch für den Zwischensinterkörper ohne den überschüssigen Bestandteil, der entfernt worden ist, erfolgen. Um die Dichte des Sinterkörpers und den Orientierungsgrad zu erhöhen, kann an dem Sinterkörper nach Abschluss des Brennschritts auch ein Heißpressverfahren durchgeführt werden. Des Weiteren kann auch eine Kombination des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Zugeben feinen Verbindungspulvers, der CIP-Behandlung und des Heißpressens durchgeführt werden.In the case of removing the excess ingredient produced by the reaction between the anisotropic powder and the starting reactive powder, the CIP treatment and the baking process may also be performed for the intermediate sintered body without the excess ingredient which has been removed. In order to increase the density of the sintered body and the degree of orientation, a hot pressing method may be performed on the sintered body after completion of the firing step. Furthermore, a combination of the above-described method for adding fine compound powder, the CIP treatment ment and hot pressing.

Wie oben beschrieben wurde, kann die aus der kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wenn das anisotrope Pulver A als reaktive Vorlage verwendet wird, nachdem das anisotrope Pulver A mit Hilfe des anisotropen Pulvers B als reaktive Vorlage synthetisiert wurde, wobei das anisotrope Pulver B aus der geschichteten isotropen Perowskitverbindung besteht, die sich leicht synthetisieren lässt und das anisotrope Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht. In diesem Fall lässt sich selbst dann, wenn die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung mit einem Kristallgitter geringer Anisotropie eingesetzt wird, leicht zu einem geringen Preis die kristallorientierte Keramik herstellen, in der eine wahlfreie Kristallebene orientiert ist.As As described above, the crystal-oriented ceramic existing piezoceramic according to the invention Process be prepared when the anisotropic powder A as reactive Template is used after the anisotropic powder A with the help the anisotropic powder B was synthesized as a reactive template, wherein the anisotropic powder B is the layered isotropic perovskite compound which is easily synthesized and anisotropic Powder A from the expressed by the general formula (2) Connection exists. In this case, even then, when the compound expressed by the general formula (1) is used with a crystal lattice of low anisotropy, easily produce crystal-oriented ceramics at a low price, in which an optional crystal plane is oriented.

Wenn eine optimale Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B und des reaktiven Ausgangsmaterials B verwendet wird, kann das anisotrope Pulver A selbst dann synthetisiert werden, wenn das anisotrope Pulver keinen überschüssigen A-Platz-Bestandteil enthält. Da sich die Zusammensetzung des A-Platz-Elements dadurch einfach handhaben lässt, ist es möglich, eine aus der kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik herzustellen, die hauptsächlich aus einer durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung besteht, die sich durch kein herkömmliches Verfahren erzielen lässt.If an optimal composition of the anisotropic powder B and the reactive starting material B is used, the anisotropic Powder A can be synthesized even if the anisotropic powder contains no excess A-space ingredient. Because of this, the composition of the A-space element is simple it is possible to get one out of the crystal-oriented ceramic to produce existing piezoceramics, which mainly consists of one through the general formula (1) expressed by no conventional method can be achieved.

Als anisotropes Pulver kann auch ein anisotropes Pulver B verwendet werden, das aus einer geschichteten isotropen Perowskitverbindung besteht. Dadurch kann während des Sinterns gleichzeitig die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung synthetisiert werden. Mit Hilfe einer optimalen Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B und des reaktiven Ausgangsmaterials (der Reaktion zwischen ihnen) lässt sich eine durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte geplante Verbindung synthetisieren und aus dem anisotropen Pulver B ein überschüssiges A-Platz-Element als überschüssiger Bestandteil entfernen, wobei das anisotrope Pulver B während des Formschritts in dem Formkörper orientiert wird.When anisotropic powder may also be an anisotropic powder B used are made of a layered isotropic perovskite compound consists. This can be done simultaneously during sintering the compound expressed by the general formula (1) be synthesized. With the help of an optimal composition of the anisotropic powder B and the reactive starting material (the Reaction between them) can be a through the general Synthesize formula (1) expressed planned compound and from the anisotropic powder B an excess A place element as surplus ingredient remove, with the anisotropic powder B during the molding step is oriented in the molding.

Wenn als anisotropes Pulver das anisotrope Pulver B verwendet wird, das einen überschüssigen Bestandteil erzeugt, der sich einfach thermisch oder chemisch entfernen lässt, kann eine im Wesentlichen das überschüssige A-Platz-Element enthaltende Piezokeramik hergestellt werden, die aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung bestehenden kristallorientierten Piezokeramik besteht, in der die spezifische Kristallebene orientiert ist.If as anisotropic powder, the anisotropic powder B is used, the produces an excess ingredient that can be easily removed thermally or chemically can a substantially the excess A-space element containing piezoceramics are produced, which from the by the general formula (1) expressed compound existing crystal-oriented piezoceramic exists in which the specific Crystal plane is oriented.

Gemäß der vierten und sechsten Ausgestaltung der Erfindung kann eine Piezokeramik hergestellt werden, die aus einem nicht orientierten Körper besteht, indem das reaktive Ausgangspulver hergestellt wird, wobei das reaktive Ausgangspulver durch Kalzinieren des Ausgangsgemisches hergestellt wird und das Ausgangsgemisch durch Mischen mindestens eines aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählten Elements hergestellt wird, so dass das Ausgangsgemisch Reaktionsstöchiometrie hat, um die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung zu erzeugen.According to the Fourth and sixth embodiments of the invention may be a piezoceramic are made from an unoriented body consists of preparing the reactive starting powder, wherein the reactive starting powder by calcination of the starting mixture is prepared and the starting mixture by mixing at least one from a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and a Sb source selected element is prepared so that the starting mixture reaction stoichiometry has to those expressed by the general formula (1) Create connection.

Wenn eine Piezokeramik hergestellt wird, die aus einem solchen nicht orientierten Körper besteht, kann das Ausgangsgemisch hergestellt werden, indem mindestes ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Ausgangspulver gemischt wird, so dass das Ausgangsgemisch eine vorbestimmte Zusammensetzung hat, um die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen. Das Ausgangsgemisch wird kalziniert, um (als das „reaktive Ausgangspulver”) ein kalziniertes Pulver zu erzeugen. Mit diesem kalzinierten Pulver werden der Formschritt und der Brennschritt durchgeführt.If a piezoceramic is made, which does not consist of such oriented body, the starting mixture can be prepared by including at least one of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source selected starting powder is mixed, so that the starting mixture a has predetermined composition to the isotropic perovskite compound to produce. The starting mixture is calcined to (as the "reactive Starting powder ") to produce a calcined powder. With This calcined powder becomes the molding step and the firing step carried out.

Als Li-Quelle, K-Quelle, Na-Quelle, Nb-Quelle, Ta-Quelle und Sb-Quelle können zum Beispiel ein Oxid, ein Mischoxid, ein Chlorid, ein Carbonat, ein Hydrogencarbonat, ein Hydroxid und ein Nitrat verwendet werden. Es können insbesondere die Materialien gemäß der zuvor beschriebenen dritten Ausgestaltung und fünften Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden.When Li Source, K Source, Na Source, Nb Source, Ta Source and Sb Source For example, an oxide, a mixed oxide, a chloride, a carbonate, a hydrogencarbonate, a hydroxide and a nitrate be used. It can in particular the materials according to the third embodiment described above and fifth embodiment of the invention.

Es können auch ein oder mehrere der Metalle Li, K, Na, Nb, Ta und Sb als Li-Quelle, K-Quelle, Na-Quelle, Nb-Quelle, Ta-Quelle und Sb-Quelle verwendet werden.It one or more of the metals Li, K, Na, Nb, Ta and Sb as Li source, K source, Na source, Nb source, Ta source and Sb source.

Es folgt nun eine Beschreibung eines mehrlagigen Piezoelements gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.It Now follows a description of a multilayer piezoelectric element according to the second embodiment of the invention.

Das mehrlagige Piezoelement besteht aus Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten, wobei jede Elektrodenbildungsschicht einen Elektrodenteil hat, der ein leitendes Metall enthält, das eine Innenelektrode bildet, und die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.The multilayer piezoelectric element consists of piezoceramic layers and electrode-forming layers, each electrode-forming layer having an electrode part which contains a conductive metal having an inside forms electrode, and the piezoceramic layers and the electrode formation layers are alternately stacked.

Die Piezokeramikschichten in dem mehrlagigen Piezoelement bestehen aus der Piezokeramik gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung.The Piezoceramic layers in the multilayer piezoelectric element consist of the piezoceramic according to the first embodiment the invention.

In dem mehrlagigen Piezoelement kann eine Piezokeramikschicht verwendet werden, die aus einem nicht orientierten Körper oder aus einem orientierten Körper (als kristallorientierte Keramik) besteht, wobei in dem orientierten Körper als der kristallorientierten Keramik eine spezifische Kristallebene orientiert ist.In The multi-layered piezoelectric element can be a piezoceramic layer used be that from an unoriented body or out an oriented body (as crystal-oriented ceramics) exists, being in the oriented body as the crystal-oriented Ceramic is oriented to a specific crystal plane.

Es ist vorzuziehen, als leitendes Metall eine AgPd-Legierung zu verwenden. Dieser Fall zeigt besonders deutlich den Effekt und die Wirkung der Erfindung, eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands zu unterdrücken.It It is preferable to use an AgPd alloy as the conductive metal. This case shows especially clearly the effect and the effect of the invention, a decrease in electrical insulation resistance suppress.

Und zwar kann das leitende Metall leicht diffundieren, wenn die Elektrodenbildungsschichten und die Piezokeramikschichten während der Herstellung des mehrlagigen Piezoelements zusammen zu einer Einheit ausgebildet werden. Da die Erfindung als Piezokeramikschichten eine Piezokeramik verwendet, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, kann selbst dann, wenn das leitende Metall in die Piezokeramikschichten diffundiert, adäquat verhindert werden, das der elektrische Isolationswiderstand abnimmt.And although the conductive metal can easily diffuse when the electrode formation layers and the piezoceramic layers during manufacture of the multilayer piezoelectric element formed together to form a unit become. Since the invention as a piezoceramic layers a piezoceramic used, which satisfies the relationship ds / dc <1.2, can itself when the conductive metal diffuses into the piezoceramic layers, be adequately prevented that the electrical insulation resistance decreases.

Das mehrlagige Piezoelement kann durch die Verfahren gemäß der siebten bis zehnten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden.The multilayer piezo element can by the method according to the Seventh to tenth embodiments of the invention are produced.

Die Verfahren gemäß der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung führen den Mischschritt, den Formschritt, den Druckschritt, den Aufschichtungsschritt und den Brennschritt durch, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.The Method according to the seventh and ninth embodiment of the invention carry out the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step through to produce the multilayer piezoelectric element.

In dem Mischschritt bei der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangsgemisch hergestellt, indem das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver gemischt werden. Dieser Mischschritt in den Verfahren gemäß der siebten Ausgestaltung und der neunten Ausgestaltung der Erfindung ist der gleiche wie in den Verfahren gemäß der dritten Ausgestaltung und der fünften Ausgestaltung der Erfindung.In the mixing step in the seventh and ninth embodiments of the invention the starting mixture is prepared by adding the anisotropic powder and mixing the reactive starting powder. This mixing step in the method according to the seventh embodiment and the ninth embodiment of the invention is the same as in the method according to the third embodiment and the fifth embodiment of the invention.

Wie in den Verfahren der dritten und fünften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Verfahren der siebten Ausgestaltung und der neunten Ausgestaltung der Erfindung das kalzinierte Pulver verwenden, das durch Mischen und anschließendes Kalzinieren mindestens eines aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählten Elements erzielt wurde, um das kalzinierte Pulver zu erzeugen, wobei jede der Quellen so gemischt wird, dass sich eine Stöchiometrie ergibt, mit der durch die Reaktion zwischen dem aus dem kalzinierten Pulver bestehenden reaktiven Ausgangspulver und dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt wird.As in the methods of the third and fifth embodiments According to the invention, it is preferable that the methods of the seventh Embodiment and the ninth embodiment of the invention, the calcined Use powder by mixing and then adding Calcining at least one of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source selected element to the calcined powder each of the sources being mixed so that shows a stoichiometry with which by the reaction between the reactive starting powder consisting of the calcined powder and the anisotropic powder expressed by the general formula (1) Connection is generated.

In dem Mischschritt in den Verfahren gemäß der achten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangsgemisch hergestellt, indem mindestes ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Element gemischt wird, um eine Stöchiometrie zu erzielen, mit der die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt wird. Das reaktive Ausgangspulver wird dann durch Kalzinieren des oben erzielten Ausgangsgemisches hergestellt. Die achte Ausgestaltung und die zehnte Ausgestaltung der Erfindung führen den gleichen Mischschritt wie die vierte Ausgestaltung und die sechste Ausgestaltung der Erfindung durch.In the mixing step in the method according to the eighth and tenth embodiment of the invention, the starting mixture produced by including at least one of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source selected element is mixed to a stoichiometry to achieve that expressed by the general formula (1) Connection is generated. The reactive starting powder is then passed through Calcination of the starting mixture obtained above. The eighth embodiment and the tenth embodiment of the invention lead the same mixing step as the fourth embodiment and the sixth Embodiment of the invention.

In dem Mischschritt in dem Verfahren gemäß der achten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung werden außerdem wie in den Verfahren der dritten und vierten Ausgestaltung der Erfindung ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver in das Ausgangsgemisch oder das reaktive Ausgangspulver gegeben.In the mixing step in the method according to the eighth and tenth embodiment of the invention are also as in the methods of the third and fourth embodiments of the invention a K starting powder and / or a Li starting powder in the starting mixture or the reactive starting powder is given.

In dem Verfahren gemäß der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorzuziehen, als K-Quellen-Pulver und/oder Li-Quellen-Pulver ein Carbonat, ein Hydrogencarbonat oder ein Borat zu verwenden.In the method according to the seventh and ninth embodiment It is also preferable, according to the invention, as a K source powder and / or Li source powder, a carbonate, a hydrogen carbonate or to use a borate.

Bei den Verfahren gemäß der siebten und neunten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangsgemisch so geformt oder ausgebildet, dass es den lagenartigen Formkörper erzeugt, so dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist.In the methods according to the seventh and ninth embodiments of the invention, the starting mixture is shaped or formed so that it generates the sheet-like molded body, so that the oriented Level is oriented in the anisotropic powder approximately in a same direction.

In den Verfahren gemäß der achten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung wird das reaktive Ausgangspulver dagegen so geformt oder ausgebildet, dass der lagenartige Formkörper erzeugt wird. In dem Formschritt ist es vorzuziehen, dass die Dicke des Formkörpers in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm eingestellt wird.In the method according to the eighth and tenth embodiment By contrast, the reactive starting powder of the invention is shaped in this way or formed, that generates the sheet-like molded body becomes. In the molding step, it is preferable that the thickness of the Shaped body in a range of 30 microns to 200 microns is set.

Als Nächstes wird in dem Druckschritt in den Verfahren gemäß der siebten und zehnten Ausgestaltung der Erfindung auf dem lagenartigen Formkörper (oder einer Grünlage) ein Elektrodenmaterial aufgedruckt. Das Elektrodenmaterial enthält ein leitendes Metall, das nach Abschluss des Brennschritts zu dem Elektrodenteil wird.When Next, in the printing step, in the methods according to the Seventh and tenth embodiments of the invention on the sheet-like Shaped body (or a green sheet) an electrode material printed. The electrode material contains a conductive Metal that becomes the electrode part after completion of the firing step.

Als Elektrodenmaterial kann zum Beispiel eine AgPd-Legierung aufgestrichen werden. Es kann auch ein Metall oder eine Legierung wie Ag, Pd, Cu, Ni und Cu/Ni verwendet werden.When For example, electrode material may be painted on an AgPd alloy become. It can also be a metal or an alloy such as Ag, Pd, Cu, Ni and Cu / Ni are used.

Es ist vorzuziehen, als leitendes Metall eine AgPd-Legierung zu verwenden. Dies sorgt für die verbesserten Effekte und Wirkungen der Erfindung, mit denen die Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands unterdrückt werden kann.It It is preferable to use an AgPd alloy as the conductive metal. This provides for the enhanced effects and effects of Invention, with which suppresses the decrease of the electrical insulation resistance can be.

Und zwar führt die Verwendung eines eine AgPd-Legierung enthaltenden Elektrodenmaterials während des Brennschritts leicht zu einer Diffusion von Ag in die Piezokeramik. Dadurch kann sich leicht der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht verringern.And while using a AgPd alloy containing leads Electrode material during the firing step slightly too a diffusion of Ag into the piezoceramic. This can be easy reduce the electrical insulation resistance of the piezoceramic layer.

Der Mischschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver, und sein Brennschritt erfolgt für eine Dauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% (siehe siebte und achte Ausgestaltung der Erfindung).The mixing step of the method of the invention uses a K starting powder and / or a Li starting powder, and its firing step is carried out for a period of not less than 2 hours at a temperature not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50% (see seventh and eighth aspects of the invention).

Darüber hinaus verwenden diese Verfahren ein reaktives Ausgangspulver mit einer bestimmten spezifischen Oberfläche und führen eine Temperatursteuerung durch, die den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt.In addition, these methods use a reactive starting powder having a specific surface area and perform a temperature control having the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 2 ≤ 200 fulfilled.

Daher lässt sich die Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramikschichten selbst dann unterdrücken, wenn Ag, das in dem Elektrodenmaterial enthalten ist, in das Innere der Piezokeramikschichten diffundiert.Therefore can be the decrease of the electrical insulation resistance suppress the piezoceramic layers even if Ag, which is contained in the electrode material, into the interior of the Piezoceramic layers diffused.

Das elektrische Material wird an einem gewünschten Bereich auf die Grünlage gedruckt, der nach Abschluss des Brennschritts zu einem Elektrodenteil wird.The Electrical material is at a desired area printed on the green sheet, after completion of the firing step becomes an electrode part.

Das Elektrodenmaterial kann insbesondere so aufgedruckt werden, dass der Elektrodenteil im gesamten Bereich zwischen den Piezokeramikschichten in dem mehrlagigen Piezoelement ausgebildet wird. Das Elektrodenmaterial kann auch so aufgedruckt werden, dass zwischen den Piezokeramikschichten eine Teilelektrode ausgebildet wird. Wenn die Teilelektrode ausgebildet wird, wird das Elektrodenmaterial so auf einem gewünschten Bereich auf der Grünlage aufgedruckt, dass an den Seiten des mehrlagigen Piezoelements ein elektrodenfreier Teil ausgebildet wird.The In particular, electrode material can be printed in such a way that the electrode part in the entire area between the piezoceramic layers is formed in the multilayer piezoelectric element. The electrode material can also be printed so that between the piezoceramic layers a partial electrode is formed. When the partial electrode is formed is the electrode material is on a desired Area printed on the green sheet that on the sides the multi-layered piezoelectric element formed an electrode-free part becomes.

In dem Aufschichtungsschritt werden die Formkörper nach Abschluss des Druckschritts (als Grünlagen) aufeinandergeschichtet, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.In the Aufschichtungsschritt be the moldings after completion the printing step (as green sheets) stacked, to create the multilayer piezoelectric element.

Die Grünlagen können auf beiden Seiten, das heißt in der Aufschichtungsrichtung des mehrlagigen Piezoelements auf der Deck- und Bodenseite, ohne das aufgedruckte Elektrodenmaterial platziert werden. Durch diesen Aufbau kann für ein mehrlagiges Piezoelement gesorgt werden, bei dem nach Abschluss des Brennschritts auf beiden Seiten (der Deck- und Bodenseite) aus piezoelektrischer Keramik bestehende Blindschichten platziert sind.The Green areas can on both sides, that is in the laminating direction of the multilayer piezoelectric element the top and bottom side, without the printed electrode material to be placed. Due to this structure can be used for a multi-layered Piezo element are taken care of in which after completion of the firing step on both sides (the top and bottom side) of piezoelectric Ceramic existing blind layers are placed.

Auf der Deck- und Bodenseite des mehrlagigen Piezoelements können als Blindgrünlagen jeweils ein oder mehr Schichten platziert werden.On the top and bottom side of the multilayer piezoelectric element can As blanks each one or more layers placed become.

Nach Abschluss des Aufschichtungsschritts kann der oben erzielte Schichtkörper in der Aufschichtungsrichtung gepresst werden, um die Elektrodenmaterialien in dem Schichtkörper in die Grünlagen zu pressen. Der obige Pressschritt erfolgt thermisch durch Thermokompressionsbonden, um ihn unter Erwärmen zu pressen.After completion of the laminating step, the above-obtained laminated body can be pressed in the laminating direction to press the electrode materials in the laminated body into the green sheets sen. The above pressing step is thermally carried out by thermocompression bonding to press it under heating.

Durch Entfetten des Schichtkörpers vor dem Brennschritt können auch organische Bestandteile wie ein Bindemittel entfernt werden.By Degreasing of the composite body before the firing step can also organic components such as a binder are removed.

Als Nächstes wird der Schichtkörper während des Brennschritts gebrannt, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, in dem die Piezokeramikschichten und die Elektrodenschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.When Next, the laminate will be during burned the firing step to produce the multilayer piezoelectric element in which the piezoceramic layers and the electrode layers alternate are stacked on top of each other.

Die Verfahren der siebten Ausgestaltung und der achten Ausgestaltung der Erfindung können den gleichen Brennschritt wie in den Verfahren der dritten Ausgestaltung und der vierten Ausgestaltung der Erfindung durchführen.The Method of the seventh embodiment and the eighth embodiment of the invention can the same firing step as in the Method of the third embodiment and the fourth embodiment perform the invention.

Die Verfahren der neunten Ausgestaltung und der zehnten Ausgestaltung der Erfindung können den gleichen Brennschritt wie in den Verfahren der fünften Ausgestaltung und der sechsten Ausgestaltung der Erfindung durchführen.The Method of the ninth embodiment and the tenth embodiment of the invention can the same firing step as in the Method of the fifth embodiment and the sixth embodiment perform the invention.

An der Außenumfangsseitenfläche des mehrlagigen Piezoelements können zwei Außenelektroden ausgebildet werden, die aus einem leitenden Material wie Ag bestehen. Die beiden Außenelektroden werden in der Aufschichtungsrichtung abwechselnd elektrisch mit dem im Inneren des mehrlagigen Piezoelements ausgebildeten Elektrodenteil verbunden.At the outer peripheral side surface of the multilayer piezoelectric element two outer electrodes can be formed, which consist of a conductive material such as Ag. The two external electrodes become in the Aufschichtungsrichtung alternately electrically with the electrode part formed in the interior of the multilayer piezoelectric element connected.

Es folgt nun eine Beschreibung erster bis dritter Ausführungsbeispiele, die der ersten bis zehnten Ausgestaltung der Erfindung entsprechen.It follows a description of first to third embodiments, which correspond to the first to tenth embodiments of the invention.

– Erstes Ausführungsbeispiel –- First embodiment -

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.Under Referring now to the drawings, a description of the first follows Embodiment of the invention.

1A ist eine Ansicht, die einen Gesamtaufbau des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 1B ist eine Schnittansicht des in 1A gezeigten mehrlagigen Piezoelements entlang seiner Aufschichtungsrichtung. 1A FIG. 15 is a view showing an overall structure of the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment of the invention. 1B is a sectional view of the in 1A shown multilayer piezoelectric element along its Aufschichtungsrichtung.

Wie in 1A und 1B gezeigt ist, wird ein mehrlagiges Piezoelement 1 hergestellt, das sich aus den Piezokeramikschichten 2, die aus der Piezokeramik bestehen, und den Elektrodenbildungsschichten 3 zusammensetzt, die die Elektrodenteile 31 aufweisen, die die leitendes Metall enthaltenden Innenelektroden bilden. In dem mehrlagigen Piezoelement sind die Piezokeramikschichten 2 und die Elektrodenbildungsschichten 3 abwechselnd aufeinandergeschichtet.As in 1A and 1B is shown, a multi-layer piezoelectric element 1 made of the piezoceramic layers 2 consisting of the piezoceramic and the electrode forming layers 3 composed of the electrode parts 31 comprising the conductive metal-containing internal electrodes. In the multilayer piezoelectric element are the piezoceramic layers 2 and the electrode formation layers 3 alternately stacked.

Jede Piezokeramikschicht 2 besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die folgende allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.Each piezoceramic layer 2 It consists of a polycrystalline material consisting mainly of an isotropic perovskite compound expressed by the following general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1.

In dem ersten Ausführungsbeispiel bestehen die Piezokeramikschichten 2 hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung, die insbesondere durch {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückt wird.In the first embodiment, the piezoceramic layers exist 2 mainly of an isotropic perovskite compound expressed in particular by {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

2 ist eine Ansicht, die die Struktur von Kristallkörnern zeigt, die die Piezokeramikschicht 2 bilden, die zwischen den Elektrodenteilen 31 in dem mehrlagigen Piezoelement ausgebildet ist. 2 FIG. 14 is a view showing the structure of crystal grains containing the piezoceramic layer. FIG 2 form, between the electrode parts 31 is formed in the multilayer piezoelectric element.

Wie in 2 gezeigt ist, hat jedes Kristallkorn 20, das die Piezokeramik der Piezokeramikschicht 2 bildet, eine Kernphase 21 und eine Hüllenphase 22, die eine unterschiedliche Zusammensetzung haben.As in 2 shown has every crystal grain 20 that the piezoceramic of the piezoceramic layer 2 forms, a core phase 21 and a wrapper phase 22 that have a different composition.

Die Hüllenphase 22 ist so ausgebildet, dass sie die Kernphase 21 umgibt. Das Kristallkorn 20 erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei „dc” eine Kristallgitterfehlermenge in der Kernphase 21 und „ds” eine Kristallgitterfehlermenge in der Hüllenphase 22 bezeichnet.The shell phase 22 is designed to be the core phase 21 surrounds. The crystal grain 20 satisfies the relation ds / dc <1.2, where "dc" is a crystal lattice defect amount in the core phase 21 and "ds" one Crystal lattice defect quantity in the shell phase 22 designated.

Bei dem Aufbau des mehrlagigen Piezoelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bestehen die Piezokeramikschichten 2 aus der kristallorientierten Keramik, in der eine spezifische Kristallebene A der Kristallkörner 20, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist. Die piezoelektrischen Schichten 2 des mehrlagigen Piezoelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bestehen insbesondere aus einer kristallorientierten Keramik, in der eine pseudokubische {100}-Ebene orientiert ist.In the structure of the multilayer piezoelectric element 1 According to the first embodiment, the piezoceramic layers are made 2 from the crystal-oriented ceramic, in which a specific crystal plane A of the crystal grains 20 that form the polycrystalline material is oriented. The piezoelectric layers 2 of the multilayer piezoelectric element 1 According to the first embodiment, in particular, consist of a crystal-oriented ceramic, in which a pseudocubic {100} plane is oriented.

Wie in 1A, 1B und 2 gezeigt ist, bestehen die Elektrodenteile 31 in der Elektrodenbildungsschicht 3 aus einer AgPd-Legierung.As in 1A . 1B and 2 is shown, there are the electrode parts 31 in the electrode formation layer 3 from an AgPd alloy.

Das Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel setzt sich aus dem Mischschritt, dem Formschritt, dem Druckschritt, dem Aufschichtungsschritt und dem Brennschritt zusammen.The method for producing the multilayer piezoelectric element 1 According to the first embodiment, the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step are composed.

Der Mischschritt erzeugt das Ausgangsgemisch, indem Ausgangspulver mit einem Mischverhältnis kombiniert werden, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt. Dabei werden zu dem Ausgangsgemisch ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff gegeben, so dass diese Zusatzmenge nicht mehr als 0,05 mol pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung beträgt. In dem ersten Ausführungsbeispiel werden insbesondere 0,05 mol K2CO3 als K-Ausgangspulver zu dem Ausgangsgemisch gegeben.The mixing step produces the starting mixture by combining starting powders with a mixing ratio producing the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1). In this case, a K starting powder and / or a starting Li powder are added as an additive to the starting mixture, so that this addition amount is not more than 0.05 mol per 1 mol of the expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound. In the first embodiment, in particular 0.05 mol K 2 CO 3 are added as starting K powder to the starting mixture.

Der Mischschritt mischt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver, wobei das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, in denen eine Kristallebene orientiert ist und eine orientierte Oberfläche bildet und in denen die Kristallebene bezüglich des Gitters zu der spezifischen {100}-Kristallebene passt, wobei das reaktive Ausgangspulver die isotrope Perowskitverbindung erzeugt, wenn es mit dem anisotropen Pulver reagiert.Of the Mixing step mixes the anisotropic powder with the reactive starting powder, the anisotropic powder being oriented anisotropic grains exists, in which a crystal plane is oriented and an oriented one Surface and in which the crystal plane re of the lattice matches the {100} specific crystal plane, where the reactive starting powder produces the isotropic perovskite compound, when it reacts with the anisotropic powder.

Der Formschritt formt als Nächstes aus dem Ausgangsgemisch eine Lagenform, um einen lagenartigen Formkörper (oder eine Grünlage) herzustellen, so dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist.Of the Forming step next forms from the starting mixture a layer form to a sheet-like shaped body (or a green sheet) so that the oriented plane in the anisotropic powder in approximately the same direction is oriented.

Der Druckschritt druckt das Elektrodenmaterial auf die Grünlage, wobei das Elektrodenmaterial das leitende Metall enthält, das nach Abschluss des Brennens zu den Elektrodenteilen wird. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird als leitendes Metall eine AgPd-Legierung verwendet.Of the Printing step prints the electrode material on the green sheet, wherein the electrode material contains the conductive metal, which becomes the electrode parts after the firing is completed. In The first embodiment is used as a conductive metal used an AgPd alloy.

Der Aufschichtungsschritt schichtet nach Abschluss des Druckschritts die Formkörper als Grünlagen aufeinander, um den Schichtkörper herzustellen.Of the Stratification step stratifies after completion of the printing step the moldings as green sheets on each other to the Produce laminated body.

Der Brennschritt brennt den Schichtkörper, um das mehrlagige Piezoelement 1 herzustellen, in dem die Piezokeramikschichten 2 und die Elektrodenbildungsschichten 3 (wie in 1A und 1B gezeigt) abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Dabei erzeugt die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver die isotrope Perowskitverbindung.The firing step burns the layered body around the multilayer piezoelectric element 1 in which the piezoceramic layers 2 and the electrode formation layers 3 (as in 1A and 1B shown) are alternately stacked. The reaction between the anisotropic powder and the starting reactive powder produces the isotropic perovskite compound.

Der Brennschritt erfolgt für eine Zeitdauer von nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50%.The firing step is carried out for a period of not less than 2 hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%.

Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des Herstellungsverfahrens für das mehrlagige Piezoelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.There now follows a detailed description of the manufacturing process for the multilayer piezoelectric element 1 according to the first embodiment.

(1) Herstellung des anisotropen Pulvers(1) Preparation of Anisotropic Powder

Zunächst wurde das anisotrope Pulver durch das folgende Verfahren hergestellt, wobei das anisotrope Pulver aus orientierten Körnern bestand, die die orientierte Ebene aufwiesen, in der eine spezifische Kristallebene orientiert war, und die orientierte Ebene des anisotropen Pulvers bezüglich des Gitters zu der spezifischen {100}-Kristallebene passten, um ein geplantes, polykristallines Material zu bilden. Genauer gesagt stellt das erste Ausführungsbeispiel ein aus Bi2,5Na3,5Nb5O18 bestehendes anisotropes Pulver B her. Unter Verwendung des anisotropen Pulvers B wurde dann als anisotropes Pulver A ein aus NaNbO3 bestehendes anisotropes Pulver mit einer Plattenform (oder ein plattenartiges anisotropes Pulver) hergestellt.First, the anisotropic powder was prepared by the following method, wherein the anisotropic powder consisted of oriented grains having the oriented plane in which a specific crystal plane was oriented and the oriented plane of the anisotropic powder with respect to the lattice to the specific {100}. -Kristallebene adapted to form a planned, polycrystalline material. More specifically, the first embodiment produces an anisotropic powder B consisting of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 . Then, using the anisotropic powder B as the anisotropic powder A, an NaNbO 3 anisotropic powder having a plate shape (or a plate-like anisotropic powder) was prepared.

Und zwar wurden zunächst ein Na2CO3-Pulver und ein Nb2O5-Pulver mit der Stöchiometrie einer geplanten Zusammensetzung von Bi2,5Na3,5Nb5O18 (nachstehend auch als „BINN5” bezeichnet) abgewogen und dann nass gemischt, um ein Ausgangspulver herzustellen.Namely, an Na 2 CO 3 powder and an Nb 2 O 5 powder having the stoichiometry of a planned composition of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 (hereinafter also referred to as "BINN5") were weighed out and then wet mixed to make a starting powder.

Als Nächstes wurden zu dem Ausgangspulver 50 Gew.-% eines NaCl-Flussmittels gegeben, und das Gemisch wurde eine Stunde lang trocken gemischt.When Next, to the starting powder was added 50% by weight of a NaCl flux and the mixture was dry blended for one hour.

Als Nächstes wurde das Gemisch in einen Pt-Tiegel gegeben und 1 Stunde lang bei 850°C erhitzt, um das Flussmittel vollständig zu schmelzen. Das in dem Pt-Tiegel befindliche Gemisch wurde weiter zwei Stunden lang bei 1100°C erhitzt, um BINN5 zu synthetisieren.When Next, the mixture was placed in a Pt crucible and Heated at 850 ° C for 1 hour to complete the flux to melt. The mixture contained in the Pt crucible was further heated at 1100 ° C for two hours to synthesize BINN5.

Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit betrug 200°C/Stunde, und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit war die Ofenabkühlgeschwindigkeit.The Temperature increase rate was 200 ° C / hour, and the temperature lowering rate was the oven cooling rate.

Nach dem Kühlen wurde der Flussmittelbestandteil durch Heißwasserwaschen aus dem Recktanten entfernt, um das BINN5-Pulver (als das anisotrope Pulver B) zu erzielen.To On cooling, the flux component was washed by hot water removed from the reactant to the BINN5 powder (as the anisotropic To achieve powder B).

Das erzielte BINN5-Pulver war ein plattenartiges Pulver, das eine orientierte {001}-Ebene hatte.The obtained BINN5 powder was a plate-like powder, which oriented one Had {001} level.

Als Nächstes wurde zu dem plattenartigen BINN5-Pulver (als dem reaktiven Ausgangspulver) ein Na2CO3-Pulver mit der nötigen Menge gegeben, die ausreichte, um NaNbO3 (nachstehend als „NN” bezeichnet) zu synthetisieren. Diese Pulver wurden gemischt, und das erzielte Gemisch wurde in einen Pt-Tiegel gegeben und dann 8 Stunden lang zur thermischen Behandlung bei 950°C erhitzt.Next, to the plate-like BINN5 powder (as the starting reactive powder) was added an Na 2 CO 3 powder of the required amount sufficient to synthesize NaNbO 3 (hereinafter referred to as "NN"). These powders were mixed and the resulting mixture was placed in a Pt crucible and then heated at 950 ° C for 8 hours for thermal treatment.

Da der Reaktant als Resultat neben dem Na2CO3-Pulver Bi2O3 enthielt, wurde der Reaktant nach dem Entfernen des Flussmittels aus diesem Recktanten in eine HNO3-Lösung gegeben, um Bi2O3 als überschüssigen Bestandteil aufzulösen. Die erzielte Lösung wurde gefiltert, um das NN-Pulver abzutrennen, und dann unter Verwendung von 80°C warmem ionengetauschten Wasser gewaschen. Durch die obigen Prozesse wurde das NN-Pulver (als das anisotrope Pulver) erzielt.As a result, since the reactant contained Bi 2 O 3 in addition to the Na 2 CO 3 powder, after removing the flux from this reactant, the reactant was placed in an HNO 3 solution to dissolve Bi 2 O 3 as an excessive ingredient. The resulting solution was filtered to separate the NN powder and then washed using 80 ° C warm ion-exchanged water. By the above processes, the NN powder (as the anisotropic powder) was obtained.

Das erzielte NaNbO3-Pulver wies das plattenartige Pulver mit der orientierten pseudokubischen {100}-Ebene, einer mittlere Korngröße von 15 μm und einem Längenverhältnis in einem Bereich von 10 bis 20 auf.The obtained NaNbO 3 powder had the plate-like powder with the oriented pseudocubic {100} plane, an average grain size of 15 μm and an aspect ratio in a range of 10 to 20.

(2) Herstellung des reaktiven Ausgangspulvers(2) Preparation of the reactive starting powder

Der folgende Prozess erzeugte das reaktive Ausgangspulver. Das reaktive Ausgangspulver hatte eine mittlere Korngröße, die nicht mehr als 1/3 der mittleren Korngröße des anisotropen Pulvers betrug, und es war dazu im Stande, eine isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen, als es mit dem anisotropen Pulver gesintert wurde.Of the following process produced the reactive starting powder. The reactive Starting powder had a mean grain size, not more than 1/3 of the mean grain size of the anisotropic powder was, and it was able to To produce isotropic perovskite compound, than it is with anisotropic Powder was sintered.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wurde das NN-Pulver so vorbereitet, dass durch das NN-Pulver (als dem anisotropen Pulver) 5 Mol-% des A-Platz-Elements in der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 zugeführt wurden.In the first embodiment, the NN powder was prepared so that by the NN powder (as the anisotropic powder), 5 mol% of the A-site element in the planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Bei der Herstellung des reaktiven Ausgangspulvers wurden zunächst ein Na2CO3-Pulver, ein K2CO3-Pulver, ein Li2CO3-Pulver, ein Nb2CO5-Pulver, ein Ta2O5-Pulver und ein Sb2O5-Pulver, die eine Reinheit von nicht weniger als 99,99% hatten, abgewogen, um die Zusammensetzung zu erzielen, die erreicht wird, wenn der NN-Pulverbestandteil von der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 abgezogen wird. Dann wurden diese 20 Stunden lang unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels mit ZrO2-Kugeln nass gemischt.In the preparation of the reactive starting powder were first a Na 2 CO 3 powder, a K 2 CO 3 powder, a Li 2 CO 3 powder, a Nb 2 CO 5 powder, a Ta 2 O 5 powder and a Sb 2 O 5 powders having a purity of not less than 99.99% were weighed out to obtain the composition achieved when the NN powder component of the intended ceramic composition of {Li 0.08 (K 0, 5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 . Then, they were wet mixed with ZrO 2 balls using an organic solvent for 20 hours.

Dann wurden sie 5 Stunden lang bei 750°C kalziniert und dann 20 Stunden lang mit den ZrO2-Kugeln nass gebrochen. Dadurch wurde (als das reaktive Ausgangspulver) ein kalziniertes Pulver mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 0,5 μm erzielt.They were then calcined for 5 hours at 750 ° C and then wet-crushed for 20 hours with the ZrO 2 spheres. Thereby, (as the reactive starting powder), a calcined powder having an average grain size of about 0.5 μm was obtained.

(3) Mischschritt(3) mixing step

Als Nächstes wurden das in den obigen Schritten erzielte anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver gemischt, um das Ausgangsgemisch in dem Zusammensetzungsverhältnis zu erzielen, das die durch die geplante Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,06Sb0,06)O3 ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt. Dabei erfolgte der Mischschritt so, dass von Elementen in dem anisotropen Pulver 5 Mol-% des A-Platz-Elements in der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 zugeführt wurden.Next, the anisotropic powder obtained in the above steps and the starting reactive powder were mixed to obtain the starting mixture in the composition ratio containing the is produced by the proposed ceramic composition of isotropic perovskite compound expressed as {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.06 Sb 0.06 ) O 3 . The mixing step was carried out so that of elements in the anisotropic powder 5 mol% of the A-site element in the planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0 , 84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Des Weiteren wurde zu dem Ausgangsgemisch ein K-Ausgangspulver (K2CO3) gegeben, so dass der Zusatzstoff 0,05 mol pro 1 mol der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 betrug.Further, to the starting mixture was added a K starting powder (K 2 CO 3 ) so that the additive was 0.05 mol per 1 mol of the intended ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) O, 92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Als Nächstes wurde zu dem obigen Ausgangsgemisch 1 Gew.-% eines Polyoxyalkylen-Polymerdispersionsmittels gegeben und dann 20 Stunden lang mit ZrO2-Kugeln nass gemischt, um eine Ausgangsgemischschlämme zu erzielen.Next, to the above starting mixture was added 1% by weight of a polyoxyalkylene polymer dispersing agent and then wet-blended with ZrO 2 balls for 20 hours to obtain a raw material slurry.

Danach wurden in die Ausgangsgemischschlämme bezogen auf das Pulvergewicht 15 Gew.-% Polyvinylbutyral (PVB) als Bindemittel und Dibutylphthalat als Weichmacher gegeben und dann eine Stunde lang durch einen Impellerrührer gemischt.After that were added to the starting mixture slurry based on the weight of the powder 15 wt .-% polyvinyl butyral (PVB) as a binder and dibutyl phthalate as plasticizer and then for one hour through an impeller stirrer mixed.

(4) Formschritt(4) molding step

Als Nächstes wurde die Ausgangsgemischschlämme mit Hilfe eines Rakelverfahrens geformt oder zu einem lagenartigen Formkörper (als Grünlage) geformt, der eine Dicke von ungefähr 100 μm hatte. Dabei wurden die Körner des anisotropen Pulvers durch eine auf das anisotrope Pulver aufgebrachte Scherspannung in ungefähr einer gleichen Richtung orientiert.When Next was the starting mixture slurries with Assisted by a doctor blade method or to a sheet-like molded body (as a green sheet) having a thickness of about 100 microns had. The grains of the anisotropic were Powder by a shear stress applied to the anisotropic powder oriented in approximately the same direction.

(5) Druckschritt(5) printing step

Als Nächstes wurde eine 30 Mol-% Pd enthaltende AgPd-Legierung vorbereitet. Das AgPd-Legierungspulver und das reaktive Ausgangspulver wurden mit einem Volumenverhältnis von 9:1 gemischt. In das Gemisch wurde Ethylcellulose und Terpineol gegeben, um eine Elektrodenmaterialpaste zu erzeugen. Die erzielte Elektrodenmaterialpaste wurde auf dem Elektrodenbereich aufgedruckt, der auf der Grünlage ausgebildet werden sollte. Bei dem mehrlagigen Piezoelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde die Elektrodenmaterialpaste aufgedruckt, um den Elektrodenteil 31 nach dem folgenden Brennschritt auf den gesamten Oberflächen zwischen den Piezokeramikschichten 2 auszubilden (siehe 1A und 1B).Next, an AgPd alloy containing 30 mol% Pd was prepared. The AgPd alloy powder and the starting reactive powder were mixed at a volume ratio of 9: 1. Ethyl cellulose and terpineol were added to the mixture to prepare an electrode material paste. The obtained electrode material paste was printed on the electrode area, which should be formed on the green sheet. In the multi-layer piezo element 1 According to the first embodiment, the electrode material paste was printed to the electrode part 31 after the following firing step on the entire surfaces between the piezoceramic layers 2 to train (see 1A and 1B ).

Es ist auch möglich oder akzeptabel, die Elektrodenmaterialpaste auf der Oberfläche der Grünlage an einem gewünschten Bereich aufzudrucken, so dass an einem Außenumfangsteil des mehrlagigen Piezoelements 1 ein elektrodenfreier Teil ausgebildet wird. Dadurch können auf der Oberfläche der Grünlage Teilelektroden ausgebildet werden.It is also possible or acceptable to print the electrode material paste on the surface of the green sheet at a desired area, so that on an outer peripheral part of the multilayer piezoelectric element 1 an electrode-free part is formed. As a result, partial electrodes can be formed on the surface of the green layer.

(6) Aufschichtungsschritt(6) Layering step

Nach Abschluss des obigen Druckschritts wurden die Grünlagen, auf denen die Elektrodenmaterialpaste aufgedruckt war (die nach dem Brennen zu den Elektrodenbildungsschichten wurde), aufeinandergeschichtet und gepresst, um einen plattenartigen Schichtkörper herzustellen, der in seiner Aufschichtungsrichtung gemessen eine Dicke von 1,5 mm hat.To Completion of the above printing step were the green sheets, on which the electrode material paste was printed (after firing to the electrode forming layers) and pressed to produce a plate-like laminate, measured in its Aufschichtungsrichtung a thickness of 1.5 mm has.

Auf die Deckseite und die Bodenseite des mehrlagigen Piezoelements 1 wurde jeweils eine Grünlage ohne Elektrodenteil platziert. Diese auf der Deck- und Bodenseite platzierten Grünlagen bildeten nach Abschluss des folgenden Brennschritts Blindlagen 30 (siehe 1A und 1B).On the cover side and the bottom side of the multilayer piezoelectric element 1 In each case a green layer without electrode part was placed. These greensheets placed on the top and bottom side formed blank layers after the completion of the following firing step 30 (please refer 1A and 1B ).

Als Nächstes wurde der Schichtkörper zum Entfernen eines Fettbestandteils 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 600°C unter einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde und der Ofenabkühlgeschwindigkeit entfettet.Next, the composite was removed to remove a fat ingredient 5 Degreased for hours at a temperature of 600 ° C under a temperature raising rate of 50 ° C / hour and the Ofenabkühlgeschwindigkeit.

(7) Brennschritt(7) firing step

Nach Abschluss des Entfettungsschritts wurde der Schichtkörper als Nächstes gebrannt, um das mehrlagige Piezoelement 1 als Endprodukt herzustellen.After completion of the degreasing step, the laminate was next fired to the multilayer piezoelectric element 1 produce as end product.

Genauer gesagt wurde der Schichtkörper nach dem Entfernen des Fetts in einen Ofen gesetzt und dann bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde auf eine Temperatur von 1120°C erhitzt. Der Schichtkörper wurde dann eine Stunde lang bei der Temperatur von 1120°C in dem Ofen gelassen. Der Schichtkörper wurde mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 75°C/Stunde auf 900°C abgekühlt. Danach wurde der Schichtkörper mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Dadurch wurde schließlich das mehrlagige Piezoelement 1 erzeugt. Die Brenndauer betrug in diesem Fall bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C fünf Stunden.More specifically, the composite was placed in a furnace after removing the grease and then heated at a temperature raising rate of 200 ° C / hour to a temperature of 1120 ° C. The composite was then left in the oven for one hour at the temperature of 1120 ° C. The composite was cooled to 900 ° C at a cooling rate of 75 ° C / hour. Thereafter, the composite was cooled to room temperature at a cooling rate of 200 ° C / hr. This eventually became the multilayer piezoelectric element 1 generated. The burning time in this case was five hours at a temperature of not lower than 900 ° C.

Als Nächstes wurde das durch das obige Verfahren erzielte mehrlagige Piezoelement 1 durch einen maschinellen Bearbeitungsprozess endbearbeitet, um die in 1A und 1B gezeigte kreisförmige Scheibe des mehrlagigen Piezoelements 1 zu erzielen.Next, the multilayer piezoelectric element obtained by the above method became 1 finished by a machining process to complete the in 1A and 1B shown circular disc of the multilayer piezoelectric element 1 to achieve.

Das durch das obige Verfahren hergestellte mehrlagige Piezoelement 1 wurde als Probe E1 verwendet, in der die aus einer kristallorientierter Keramik bestehenden Piezokeramikschichten 2 und die aus einer Ag/Pd-Legierung bestehenden Elektrodenteile 31 (Elektrodenbildungsschichten 3) wie oben beschrieben abwechselnd aufeinandergeschichtet waren.The multilayer piezoelectric element produced by the above method 1 was used as sample E1, in which the piezoceramic layers consisting of a crystal-oriented ceramic 2 and the electrode parts made of Ag / Pd alloy 31 (Electrode formation layers 3 ) were alternately stacked as described above.

Die später beschriebene Tabelle 1 zeigt die Bedingungen bei der Herstellung verschiedener Arten von Proben E1 und E2 sowie von Vergleichsproben C1, C2 und C3, etwa die Zugabemenge des im Mischschritt verwendeten K-Ausgangspulvers (K2CO3), den Sauerstoffpartialdruck P02 im Brennschritt, die Brenntemperatur und die Heizdauer bei nicht weniger als 900°C (nachstehend als die „Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung” bezeichnet).Table 1 described later shows the conditions of production of various kinds of samples E1 and E2 and comparative samples C1, C2 and C3, such as the addition amount of K starting powder (K 2 CO 3 ) used in the mixing step, oxygen partial pressure P 02 in the firing step , the firing temperature and the heating time at not less than 900 ° C (hereinafter referred to as the "burning time under the predetermined condition").

Die Proben E2, C1, C2 und C3 wurden im ersten Ausführungsbeispiel unter anderen Bedingungen als die Probe E1 hergestellt, etwa mit anderen Arten und Zugabemengen des K-Ausgangspulvers oder Li-Ausgangspulvers, mit einem anderen Sauerstoffpartialdruck beim Brennschritt, einer anderen Brenntemperatur oder einer anderen Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung. Die übrigen Bedingungen sind in den Proben E1, E2, C1, C2 und C3 die gleichen.The Samples E2, C1, C2 and C3 were in the first embodiment prepared under conditions other than sample E1, such as with other types and additions of the K starting powder or Li starting powder, with a different oxygen partial pressure in the firing step, a another burning temperature or another burning time under the predetermined condition. The remaining conditions are in samples E1, E2, C1, C2 and C3 are the same.

Und zwar verwendete der Mischschritt bei der Herstellung der Probe E2 anstelle des K-Ausgangspulvers ein Li-Ausgangspulver (LiBO2) und gab dieses Li-Ausgangspulver zu dem Ausgangsgemisch so hinzu, dass das Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff 0,02 mol pro 1 mol der durch die Zusammensetzung {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung betrug.Namely, the mixing step used a Li starting powder (LiBO 2 ) instead of the K starting powder in preparation of the sample E2, and added this Li starting powder to the starting mixture so that the Li starting powder as an additive was 0.02 mol per 1 mol which was the isotropic perovskite compound expressed by the composition {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Der Brennschritt zum Herstellen der Probe E2 erfolgte in dem Ofen bei einem Sauerstoffpartialdruck P02 von 50%. Die Brenntemperatur betrug eine Stunde lang 1100°C. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit auf 1100°C betrug 200°C/Stunde. Die Abkühlgeschwindigkeit betrug 200°C/Stunde auf Raumtemperatur. Nach Abschluss des Brennschritts wurde das mehrlagige Piezoelement 1 als Probe E2 aus dem Ofen genommen. Die Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung betrug 3 Stunden.The firing step for producing the sample E2 was carried out in the oven at an oxygen partial pressure P 02 of 50%. The firing temperature was 1100 ° C for one hour. The temperature raising rate to 1100 ° C was 200 ° C / hour. The cooling rate was 200 ° C / hour to room temperature. After completion of the firing step, the multilayer piezo element was 1 taken out of the oven as sample E2. The burning time under the predetermined condition was 3 hours.

Bei der Herstellung der Vergleichsprobe C3 verwendete der Mischschritt ein K-Ausgangspulver (K2CO3), und dieses K- Ausgangspulver wurde so zu dem Ausgangsgemisch gegeben, dass das K-Ausgangspulver als Zusatzstoff 0,5 mol pro 1 mol der durch die Zusammensetzung {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung betrug.In the preparation of Comparative Sample C3, the mixing step used a K starting powder (K 2 CO 3 ), and this K starting powder was added to the starting mixture so that the K starting powder as an additive was 0.5 mol per 1 mol of the composition {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5) 0.92} (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06) O 3 was expressed isotropic perovskite compound.

Der Brennschritt zum Herstellen der Vergleichsprobe C1 erfolgte in dem Ofen bei einem Sauerstoffpartialdruck 202 von 20%. Die Brenntemperatur betrug 2 Stunden lang 1140°C. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit auf 1140°C betrug 200°C/Stunde. Die Abkühlgeschwindigkeit betrug 200°C/Stunde auf Raumtemperatur. Nach Abschluss des Brennschritts wurde das mehrlagige Piezoelement 1 als Vergleichsprobe C1 aus dem Ofen genommen. Die Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung betrug 5 Stunden.The firing step for preparing the comparative sample C1 was carried out in the oven at an oxygen partial pressure 202 from 20%. The firing temperature was 1140 ° C for 2 hours. The temperature raising rate to 1140 ° C was 200 ° C / hour. The cooling rate was 200 ° C / hour to room temperature. After completion of the firing step, the multilayer piezo element was 1 taken as a reference sample C1 from the oven. The burning time under the predetermined condition was 5 hours.

Bei der Herstellung der Vergleichsprobe C2 verwendete der Mischschritt wie bei der Herstellung der Vergleichsprobe C1 ein K-Ausgangspulver (K2CO3), und dieses K-Ausgangspulver wurde so zu dem Ausgangsgemisch gegeben, dass das K-Ausgangspulver als Zusatzstoff 0,5 mol pro 1 mol der durch die Zusammensetzung {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung betrug.In the preparation of Comparative Sample C2, the mixing step used a K starting powder (K 2 CO 3 ) as in the preparation of Comparative Sample C1, and this K starting powder was added to the starting mixture such that the K starting powder as an additive was 0.5 mol per 1 mole of the isotropic perovskite compound expressed by the composition {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Der Brennschritt zum Herstellen der Vergleichsprobe C2 erfolgte in dem Ofen bei einem Sauerstoffpartialdruck 202 von 0%. Die Brenntemperatur betrug eine Stunde lang 1140°C. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit auf 1140°C betrug 200°C/Stunde. Die Abkühlgeschwindigkeit betrug 30°C/Stunde auf 900°C, und die Abkühlgeschwindigkeit betrug 200°C/Stunde von 900°C auf Raumtemperatur. Nach Abschluss des Brennschritts wurde das mehrlagige Piezoelement 1 als Vergleichsprobe C2 aus dem Ofen genommen. Die Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung betrug 10 Stunden.The firing step for preparing the comparative sample C2 was carried out in the oven at an oxygen partial pressure 202 from 0%. The firing temperature was 1140 ° C for one hour. The temperature raising rate to 1140 ° C was 200 ° C / hour. The cooling rate was 30 ° C / hr to 900 ° C, and the cooling rate was 200 ° C / hr from 900 ° C to room temperature. After completion of the firing step, the multilayer piezo element was 1 taken as a comparative sample C2 from the oven. The Burning time under the predetermined condition was 10 hours.

Bei der Herstellung der Vergleichsprobe C3 verwendete der Mischschritt kein K-Ausgangspulver oder Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff. Das heißt, dass in dem Mischschritt bei der Herstellung der Vergleichsprobe C3 kein Zusatzstoff zu dem Ausgangsgemisch gegeben wurde. Der Brennschritt bei der Herstellung der Vergleichsprobe C3 war der gleiche wie der Brennschritt bei der Herstellung der Probe E1.at For the preparation of comparative sample C3, the mixing step was used no K starting powder or Li starting powder as additive. The means that in the mixing step in the production of Comparative sample C3 no additive added to the starting mixture has been. The firing step in the preparation of the comparative sample C3 was the same as the firing step in the production of Sample E1.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Bedingungen bei der Herstellung der Proben E1 und E2 und der Vergleichsproben C1, C2 und C3, etwa die in dem Mischschritt verwendete Zugabemenge an K-Ausgangspulver (K2CO3) oder Li-Ausgangspulver (LiBO2), den Sauerstoffpartialdruck P02 im Brennschritt, die Brenntemperatur und die Brenndauer unter der vorbestimmten Bedingung als Heizdauer bei nicht weniger als 900°C. Tabelle 1 Probe Nr. K-Ausgangspulver/ Li-Ausgangspulver Sauerstoffpartialdruck P02(%) Brenn-Temperatur (°C) Brenndauer (Stunden) unter vorbestimmter Bedingung Art Zugabemenge (mol) E1 K2CO3 0,05 100 1120 5 E2 Li8O2 0,02 50 1100 3 C1 K2CO3 0,5 20 1140 5 C2 K2CO3 0,5 0 1140 10 C3 - - 100 1120 5 The following Table 1 shows the conditions in the preparation of the samples E1 and E2 and the comparative samples C1, C2 and C3, such as the addition amount of K starting powder (K 2 CO 3 ) or Li starting powder (LiBO 2 ) used in the mixing step. the oxygen partial pressure P 02 in the firing step, the firing temperature and the firing time under the predetermined condition as the heating time at not less than 900 ° C. Table 1 Sample No. K output powder / Li output powder Oxygen partial pressure P 02 (%) Burning temperature (° C) Burning time (hours) under a predetermined condition kind Addition amount (mol) E1 K 2 CO 3 0.05 100 1120 5 E2 Li 8 O 2 0.02 50 1100 3 C1 K 2 CO 3 0.5 20 1140 5 C2 K 2 CO 3 0.5 0 1140 10 C3 - - 100 1120 5

Erster VersuchFirst try

Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Kennwerte des mehrlagigen Piezoelements gemäß jeder Probe E1 und E2 und jeder Vergleichsprobe C1 bis C3. Die Kennwerte dieser Proben E1, E2, C1, C2 und C3 wurden wie folgt ermittelt.When Next follows a description of the characteristics of the multilayer Piezoelectric element according to each sample E1 and E2 and each comparative sample C1 to C3. The characteristic values of these samples E1, E2, C1, C2 and C3 were determined as follows.

– Kristallgitterfehlermenge in der Kernphase und der Hüllenphase in der Piezokeramikschicht –- Crystal lattice defect amount in the core phase and the shell phase in the piezoceramic layer -

Zunächst wurde durch ein von Hitachi High-Technologies Corporation angefertigtes „S-4300SE”-REM (Rasterelektronenmikroskop) die Struktur der Kristallkörner in der Piezokeramikschicht in jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 erfasst.First was manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation's "S-4300SE" -REM (Scanning Electron Microscope) the structure of the crystal grains in the piezoceramic layer detected in each sample E1, E2, C1, C2 and C3.

3 ist eine REM-Fotografie, die gemäß dem ersten Versuch die Piezokeramikschicht 2 zeigt, die zwischen Elektrodenteilen 31 des mehrlagigen Piezoelements 1 ausgebildet ist. 2 zeigt schematisch den Aufbau der zwischen den Elektrodenteilen 31 in dem mehrlagigen Piezoelement 1 ausgebildeten Piezokeramikschichten 2 in der in 3 gezeigten Fotografie. 3 is a SEM photograph, which according to the first attempt the piezoceramic layer 2 shows that between electrode parts 31 of the multilayer piezoelectric element 1 is trained. 2 shows schematically the structure of the between the electrode parts 31 in the multilayer piezoelectric element 1 formed piezoceramic layers 2 in the in 3 shown photograph.

Wie in 3 gezeigt ist, besteht jedes Kristallkorn 20 aus der Kernphase 21 und der Hüllenphase 22, wobei die Kristallkörner 20 die zwischen den Elektrodenteilen 31 des mehrlagigen Piezoelements 1 ausgebildete Piezokeramikschicht 2 bilden.As in 3 is shown, each crystal grain exists 20 from the core phase 21 and the shell phase 22 , wherein the crystal grains 20 between the electrode parts 31 of the multilayer piezoelectric element 1 formed piezoceramic layer 2 form.

Durch Kathodolumineszenz-Spektralanalyse wurde jeweils die Kristallgitterfehlermenge der Kernphase und der Hüllenphase in der Piezokeramikschicht ermittelt. Als Erfassungsvorrichtung wurde eine von Jobin Yvon Corporation hergestellte Kathodolumineszenzanlage verwendet.By Cathodoluminescence spectral analysis each became the crystal lattice defect amount the core phase and the shell phase in the piezoceramic layer determined. The detection device was one from Jobin Yvon Corporation prepared Kathodolumineszenzanlage used.

Die Erfassung erfolgte unter den folgenden Bedingungen: der Raumtemperatur (RT) als Temperatur, einem 1 mm großen Schlitz, einer C-Linse von 2, einer Objektivöffnung von 2, einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, einer 3000-fachen Vergrößerung, W. D. von 10 mm und 5 Sekunden Belichtung (pro Punkt).The Detection was carried out under the following conditions: the room temperature (RT) as temperature, a 1 mm slot, a C lens 2, an objective aperture of 2, an acceleration voltage of 15 kV, 3000 times magnification, W.D. of 10 mm and 5 seconds exposure (per point).

Die Kristallgitterfehlermenge in der Kernphase und der Hüllenphase konnte mit Hilfe der höchsten Peakintensität im Wellenlängenbereich von 500 nm bis 700 nm verglichen werden.The Crystal lattice defect quantity in the core phase and the shell phase could with the help of the highest peak intensity in the Wavelength range from 500 nm to 700 nm are compared.

4 ist eine Fotografie einer Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse, die entsprechend den Ergebnissen der CL-Spektralanalyse die Piezokeramikschicht des mehrlagigen Piezoelements zeigt. 4 is a photograph of a cathodoluminescence (CL) spectral analysis corresponding to Er results of the CL spectral analysis shows the piezoceramic layer of the multilayer piezoelectric element.

In 4 bezeichnen die in schwarzer Farbe gezeigten Teile die Elektrodenteile 31 und die in weißer und grauer Farbe gezeigten Teile die Piezokeramik 2 (die Piezokeramikschicht 2).In 4 The parts shown in black indicate the electrode parts 31 and the parts shown in white and gray color the piezoceramic 2 (the piezoceramic layer 2 ).

In der in 4 gezeigten Fotografie ist die Menge der Kristallgitterfehler umso höher, je mehr die Intensität der weißen Farbe zunimmt. Wie aus der in 4 gezeigten Fotografie hervorgeht, hat die Hüllenphase 22 eine stärkere weiße Farbe als die Kernphase 21. Dies zeigt, dass die Anzahl an Kristallgitterfehlern in der Hüllenphase 22 größer als in der Kernphase 21 ist.In the in 4 The amount of crystal lattice defects increases as the intensity of the white color increases. As from the in 4 shown photograph has the shell phase 22 a stronger white color than the core phase 21 , This shows that the number of crystal lattice defects in the shell phase 22 greater than in the core phase 21 is.

5 zeigt eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Wellenlänge und der CL-Intensität der Kernphase 21 und der Hüllenphase 22 in der Piezokeramikschicht 2 als Ergebnis der Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse gemäß dem ersten Versuch. 5 shows a graphical representation of the relationship between the wavelength and the CL intensity of the core phase 21 and the shell phase 22 in the piezoceramic layer 2 as a result of the cathodoluminescence (CL) spectral analysis according to the first experiment.

Die Erfassung durch die CL-Spektralanalyse erfolgte an zwei Punkten in der Kernphase 21 und der Hüllenphase 22. Der Durchschnittswert der höchsten Peakintensitäten an den Erfassungspunkten wurde als Kristallgitterfehlermenge verwendet (siehe 5).The detection by the CL spectral analysis was made at two points in the core phase 21 and the shell phase 22 , The average of the highest peak intensities at the detection points was used as the amount of crystal lattice defect (see 5 ).

Die folgende Tabelle 2, die später beschrieben wird, gibt die Kristallgitterfehlermenge dc der Kernphase, die Kristallgitterfehlermenge ds der Hüllenphase und das Verhältnis „ds/dc” zwischen ihnen an.The Table 2 below, which will be described later, gives the Crystal lattice defect quantity dc of the core phase, the crystal lattice defect amount ds of the shell phase and the ratio "ds / dc" between to them.

– Rohdichte –- bulk density -

Als Nächstes wurde die Rohdichte jeder Probe E1 und E2 und jeder Vergleichsprobe C1, C2 und C3 ermittelt.When Next, the bulk density of each sample was E1 and E2 and each comparative sample C1, C2 and C3 determined.

Und zwar wurde das Gewicht (oder Trockengewicht) jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 im trockenen Zustand ermittelt.And Although the weight (or dry weight) of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 determined in the dry state.

Nach dem Eintauchen dieser Proben in Wasser, das heißt nachdem Wasser in die offenen Poren in jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 eingedrungen war, wurde das Gewicht (Feuchtgewicht) jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 erfasst.To the immersion of these samples in water, that is after Water in the open pores in each sample E1, E2, C1, C2 and C3 had penetrated the weight (wet weight) of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 detected.

Als Nächstes wurde beruhend auf der Differenz zwischen dem Trockengewicht und dem Feuchtgewicht das Volumen der offenen Poren in jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 ermittelt.When Next was based on the difference between the Dry weight and wet weight the volume of open pores determined in each sample E1, E2, C1, C2 and C3.

Durch das Archimedes-Verfahren wurde in jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 das Volumen ohne das Volumen der offenen Poren ermittelt.By the Archimedes method was used in each sample E1, E2, C1, C2 and C3 determines the volume without the volume of open pores.

Als Nächstes wurde die Rohdichte jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 berechnet, indem das Trockengewicht jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 durch das Gesamtvolumen jeder Probe (Summe des Volumens der offenen Poren und des Volumens ohne die offenen Poren) geteilt wurde. Die Tabelle 2 gibt die Rohdichten jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 als Berechnungsergebnis an.When Next, the bulk density of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 calculated by dividing the dry weight of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 by the total volume of each sample (sum of the volume of the open pores and the volume without the open pores) was divided. Table 2 gives the bulk densities of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 as calculation result.

Als Nächstes wurde der spezifische Widerstand jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 ermittelt, um die spezifischen Widerstände von ihnen zu vergleichen.When Next was the resistivity of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 are determined by the specific resistances to compare from them.

Genauer gesagt wurde der Innenelektrodenteil über die Seitenfläche jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 aus dem mehrlagigen Piezoelement entnommen. An die Innenelektrodenteile wurde eine Spannung angelegt, so dass über die Strecke zwischen den Innenelektroden 2 kV/mm angelegt war. Durch eine Widerstandsmessvorrichtung wurde der spezifische Widerstand der Piezokeramikschicht jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 erfasst. Die Tabelle 2 gibt die Erfassungsergebnisse des spezifischen Widerstands jeder Probe E1, E2, C1, C2 und C3 an. Tabelle 2 Probe Nr. Kristallgitterfehlermenge dc (b. E.) in Kernphase Kristallgitterfehlermenge ds (b. E.) in Hüllenphase ds/dc Rohdichte (g/cm3) spezifischer Widerstand (Ω·m) E1 280 300 1,07 4,71 4,7 × 109 E2 300 340 1,13 4,68 1,3 × 109 C1 320 480 1,50 4,76 8,4 × 107 C2 850 1200 1,41 4,41 5,5 × 105 C3 400 560 1,40 4,85 6,0 × 106 More specifically, the inner electrode part was taken out of the multilayered piezoelectric element via the side surface of each sample E1, E2, C1, C2 and C3. A voltage was applied to the internal electrode parts so that 2 kV / mm was applied across the distance between the internal electrodes. By a resistance measuring device, the resistivity of the piezoceramic layer of each sample E1, E2, C1, C2 and C3 was detected. Table 2 indicates the detection resistivity results of each sample E1, E2, C1, C2 and C3. Table 2 Sample No. Crystal lattice defect quantity dc (b.E.) in the core phase Crystal lattice defect quantity ds (b.E.) in shell phase ds / dc Bulk density (g / cm 3 ) resistivity (Ω · m) E1 280 300 1.07 4.71 4.7 × 10 9 E2 300 340 1.13 4.68 1.3 × 10 9 C1 320 480 1.50 4.76 8.4 × 10 7 C2 850 1200 1.41 4.41 5.5 × 10 5 C3 400 560 1.40 4.85 6.0 × 10 6

Wie aus der Tabelle 1 und der Tabelle 2 hervorgeht, hat das durch die folgenden Bedingungen (a) und (b) hergestellte mehrlagige Piezoelement aus einer Piezokeramik bestehende Piezokeramikschichten, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllen:

  • (a) in dem Mischschritt wurden ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver zu dem Ausgangsgemisch gegeben, so dass diese Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung nicht mehr als 0,05 mol betrug, und dieses Pulver wurde dann als Zusatzstoff mit dem Ausgangsgemisch gemischt; und
  • (b) in dem Brennschritt wurde der Schichtkörper nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck 202 von nicht weniger als 50% gebrannt, um (als Proben E1 und E2) das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.
As is apparent from Table 1 and Table 2, the multilayer piezoelectric element produced by the following conditions (a) and (b) has piezoceramic layers made of piezoceramic, which satisfy the relationship of ds / dc <1.2:
  • (a) in the mixing step, a K starting powder and / or a Li starting powder was added to the starting mixture so that this addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) was not more than 0.05 mol, and this powder was then mixed as an additive with the starting mixture; and
  • (b) In the firing step, the laminated body was not less than 2 hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere with an oxygen partial pressure 202 of not less than 50% to produce (as samples E1 and E2) the multilayer piezoelectric element.

Das durch das obige Verfahren hergestellte mehrlagige Piezoelement hat, wie in Tabelle 2 angegeben ist, einen äußerst hohen spezifischen Widerstand von 4,7 × 109 Ω·m (Probe E1) und 1,3 × 109 Ω·m (Probe E2).The multilayer piezoelectric element produced by the above method has an extremely high resistivity of 4.7 × 10 9 Ω · m (Sample E1) and 1.3 × 10 9 Ω · m (Sample E2) as shown in Table 2. ,

Dagegen wurde die Probe C1 unter der Bedingung hergestellt, dass der Mischschritt 0,5 mol K-Ausgangspulver als Zusatzstoff verwendete und der Brennschritt unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von 20% erfolgte. Die Probe C2 wurde unter der Bedingung hergestellt, dass der Mischschritt 0,5 mol K-Ausgangspulver als Zusatzstoff verwendete und der Brennschritt unter einer Atmosphäre ohne Sauerstoffpartialdruck (P02 = 0%) erfolgte. Die Probe C3 wurde im Mischschritt ohne K-Ausgangspulver und Li-Ausgangspulver hergestellt.On the other hand, the sample C1 was prepared under the condition that the mixing step used 0.5 mol K starting powder as an additive and the firing step was conducted under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of 20%. The sample C2 was prepared under the condition that the mixing step used 0.5 mol K starting powder as an additive and the firing step was carried out under an atmosphere without oxygen partial pressure (P 02 = 0%). Sample C3 was prepared in the mixing step without K starting powder and Li starting powder.

Dadurch haben die Proben C1, C2 und C3 einen Wert ds/dc der Piezokeramikschicht von nicht weniger als 1,2, das heißt dass die Proben C1, C2 und C3 verglichen mit den Proben E1 und E2 einen geringeren spezifischen Widerstand haben.Thereby the samples C1, C2 and C3 have a value ds / dc of the piezoceramic layer of not less than 1.2, that is, that the samples C1, C2 and C3 compared to the samples E1 and E2 a lower specific Have resistance.

Unter den folgenden Bedingungen (a) und (b) ist es daher möglich, ein mehrlagiges Piezoelement herzustellen, das aus einer Piezokeramik bestehende Piezokeramikschichten hat, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllen:

  • (a) in dem Mischschritt werden ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver zu dem Ausgangsgemisch gegeben, so dass diese Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung nicht mehr als 0,05 mol beträgt, und dieses Pulver wird dann als Zusatzstoff mit dem Ausgangsgemisch gemischt; und
  • (b) in dem Brennschritt wird der Schichtkörper für nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% gebrannt, um (als Proben E1 und E2) das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen. Das mehrlagige Piezoelement (Probe E1 und E2) mit diesen Piezokeramikschichten hat einen hohen elektrischen Isolationswiderstand.
Under the following conditions (a) and (b), therefore, it is possible to manufacture a multilayer piezoelectric element having piezoceramic layers composed of piezoceramic, which satisfy the relationship of ds / dc <1.2:
  • (a) in the mixing step, a K starting powder and / or a Li starting powder are added to the starting mixture so that this addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) is not more than 0.05 mol, and this powder is then mixed as an additive with the starting mixture; and
  • (b) in the firing step, the laminate is fired for not less than 2 hours at a temperature not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50% to obtain (as samples E1 and E2) to produce multilayer piezoelectric element. The multilayer piezoelectric element (sample E1 and E2) with these piezoceramic layers has a high electrical insulation resistance.

Außerdem haben die Proben E1 und E2 wie die Proben C1, C2 und C3 eine ausreichend hohe Rohdichte. Die Piezokeramikschichten in den Proben E1 und E2 zeigen hervorragende piezoelektrische Kennwerte der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung und hervorragende Verformungskennwerte.Furthermore have the samples E1 and E2 as the samples C1, C2 and C3 sufficient high density. The piezoceramic layers in samples E1 and E2 show excellent piezoelectric characteristics by the general Formula (1) expressed isotropic perovskite compound and excellent deformation characteristics.

Darüber hinaus zeigt das erste Ausführungsbeispiel eine Piezokeramik (als Piezokeramikschichten), die aus einer kristallorientierten Keramik besteht, die ein anisotropes Pulver verwendet. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die Offenbarung des ersten Ausführungsbeispiels beschränkt. Zum Beispiel kann (als Piezokeramikschichten) eine Piezokeramik hergestellt werden, die aus einem nicht orientierten Körper besteht, in dem mindestes ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Element mit einer Stöchiometrie kombiniert wird, die dazu im Stande ist, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung herzustellen. Das durch dieses Verfahren und diese Bedingungen hergestellte mehrlagige Piezoelement kann die gleichen Effekte und Wirkungen wie das mehrlagige Piezoelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erreichen.In addition, the first embodiment shows a piezoceramic (as piezoceramic layers), which consists of a crystal-oriented ceramic, which uses an anisotropic powder. However, the invention is not limited to the disclosure of the first embodiment. For example, (as a piezo ceramic layers), a piezoceramic consisting of an unoriented body having at least one selected from a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source Element having a stoichiometry capable of producing the compound expressed by the general formula (1). The multilayer piezoelectric element produced by this method and these conditions can achieve the same effects and effects as the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment.

– Zweites Ausführungsbeispiel –Second Embodiment

Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Piezokeramik gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.It Now follows a description of the method for producing a Piezoceramic according to the second embodiment the invention.

Wie zuvor beschrieben wurde, erzeugt das erste Ausführungsbeispiel (als Proben E1 und E2) ein mehrlagiges Piezoelement, das aus einer Piezokeramik bestehende Piezokeramikschichten aufweist, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllen, wobei „ds” die Menge an Kristallgitterfehlern in der Hüllenphase und „dc” die Menge an Kristallgitterfehlern in der Kernphase ist.As previously described, generates the first embodiment (as samples E1 and E2) a multilayer piezoelectric element consisting of a Piezoceramic existing piezoceramic layers having the context satisfy ds / dc <1.2, where "ds" is the amount of crystal lattice defects in the shell phase and "dc" the amount at crystal lattice defects in the core phase.

Das zweite Ausführungsbeispiel erzeugt eine Piezokeramik, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt.The second embodiment produces a piezoceramic, the the relationship ds / dc <1,2 Fulfills.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Piezokeramik hergestellt, die aus einem polykristallinen Material besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskit verbindung besteht, die durch die chemische Zusammensetzung {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92)(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückt wird.In the second embodiment, a piezoceramic is made, which consists of a polycrystalline material, which consists mainly of an isotropic perovskite compound, by the chemical composition {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 ) ( Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Das zweite Ausführungsbeispiel erzeugt außerdem eine kristallorientierte Keramik, in der die spezifische {100}-Kristallebene A von Kristallkörnern orientiert ist, die das polykristalline Material bilden.The second embodiment also generates a crystal-oriented ceramics in which the {100} crystal plane is specific A is oriented by crystal grains, which is the polycrystalline Form material.

Die Piezokeramik gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird durch eine bestimmte Kombination des Mischschritts und des Brennschritts hergestellt.The Piezoceramic according to the second embodiment is determined by a specific combination of the mixing step and the Burning made.

In dem Mischschritt wird ein Ausgangsgemisch hergestellt oder vorbereitet, indem das Ausgangspulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis gemischt wird, das die isotrope Perowskitverbindung erzeugt. Dabei werden ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff zu dem Ausgangsgemisch gegeben, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der isotropen Perowskitverbindung nicht mehr als 0,05 mol beträgt. Des Weiteren werden in dem Mischschritt ein anisotropes Pulver und ein reaktives Ausgangspulver zusammengemischt, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht, die orientierte Körner mit einer anisotropen Form aufweist, in denen Kristallebenen, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen {100}-Kristallebene A passen, so orientiert sind, dass sie eine orientierte Ebene bilden, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung erzeugt.In the mixing step, a starting mixture is prepared or prepared, by using the starting powder with a composition ratio is mixed, which produces the isotropic perovskite compound. there For example, a K starting powder and / or a Li starting powder are used as an additive added to the starting mixture, so that the addition amount per 1 mol the isotropic perovskite compound is not more than 0.05 mol. Furthermore, in the mixing step, an anisotropic powder and a reactive starting powder mixed together, the anisotropic Powder consists of a perovskite compound containing oriented grains has an anisotropic shape, in which crystal planes with respect to of the lattice to the specific {100} crystal plane A, so are oriented, that they form an oriented plane, and that reactive starting powder through a reaction with the anisotropic Powder produces the isotropic perovskite compound.

In dem Formschritt wird das Ausgangsgemisch geformt, um den lagenartigen Formkörper (oder die Grünlage) herzustellen, so dass die orientierte Ebene jedes Korns des anisotropen Pulvers ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist.In the molding step, the starting mixture is molded to the sheet-like To produce shaped bodies (or the green sheet), see above that the oriented plane of each grain of the anisotropic powder is approximately oriented in a same direction.

Der Brennschritt brennt den lagenartigen Formkörper für nicht weniger als 2 Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von nicht weniger als 50%.Of the Burning step burns the sheet-like shaped body for not less than 2 hours at a temperature of not less as 900 ° C under an atmosphere with an oxygen partial pressure of not less than 50%.

Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen der Piezokeramik gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.It Now follows a detailed description of the procedure for producing the piezoceramic according to the second Embodiment.

Wie in dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels wurden das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver hergestellt.As in the method of the first embodiment made the anisotropic powder and the reactive starting powder.

Als Nächstes wurden das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver wie in dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels gemischt, um eine Ausgangsgemischschlämme herzustellen. In diese Ausgangsgemischschlämme wurde ein K-Ausgangspulver als Zusatzstoff gegeben, so dass diese Zugabemenge pro 1 mol der isotropen Perowskitverbindung 0,05 mol betrug.When Next were the anisotropic powder and the reactive one Starting powder as in the method of the first embodiment mixed to produce a Ausgangsgemischschlämme. Into this starting mixture slurry became a K starting powder as an additive, so that this addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound 0.05 mol.

Als Nächstes wurde die Ausgangsgemischschlämme durch eine Rakelvorrichtung geformt oder ausgebildet, um den lagenartigen Formkörper herzustellen. Dabei wurden die Körner in dem anisotropen Pulver in dem Formschritt durch eine auf das anisotrope Pulver aufgebrachte Scherspannung ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert.Next, the starting mixture slurry was molded or discharged by a doctor blade device formed to produce the sheet-like molded body. In this case, the grains in the anisotropic powder in the forming step were oriented approximately in a same direction by a shearing stress applied to the anisotropic powder.

Nach Abschluss des Formschritts wurde der Formkörper als Nächstes entfettet. Der Entfettungsschritt erfolgte fünf Stunden lang in Atmosphäre bei einer Temperatur von 600°C unter einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde und der Ofenabkühlgeschwindigkeit.To Completion of the molding step became the molding next degreased. The degreasing step took five hours long in atmosphere at a temperature of 600 ° C at a temperature raising rate of 50 ° C / hour and the oven cooling rate.

Nach dem Entfettungsschritt wurde der Formkörper als Nächstes gebrannt, um die Piezokeramik herzustellen.To the degreasing step, the shaped body was next fired to produce the piezoceramic.

Genauer gesagt wurde der Formkörper nach der Fettentfernung (dem Entfettungsschritt) wie in dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels in einen Ofen gesetzt und dann bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde auf eine Temperatur von 1120°C (die Brenntemperatur) erhitzt. Der in dem Ofen befindliche Formkörper wurde eine Stunde lang bei der Temperatur von 1120°C gebrannt. Der Formkörper wurde dann bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 75°C/Stunde auf 900°C abgekühlt. Danach wurde der Formkörper bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Stunde weiter auf Raumtemperatur abgekühlt. Schließlich wurde dadurch die Piezokeramik hergestellt. Die Brenndauer bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C betrug in diesem Fall fünf Stunden. Die durch das obige Verfahren hergestellte Piezokeramik wird als Probe „e1” bezeichnet.More accurate said molding was after the fat removal (the Degreasing step) as in the method of the first embodiment placed in an oven and then at a temperature raising rate from 200 ° C / hour to a temperature of 1120 ° C (the firing temperature) heated. The mold in the oven was fired at the temperature of 1120 ° C for one hour. The shaped body then became at a cooling rate cooled from 75 ° C / hour to 900 ° C. Thereafter, the molded body was at a cooling rate from 200 ° C / hour further cooled to room temperature. After all This produced the piezoceramic. The burning time at one Temperature of not less than 900 ° C was in this Case five hours. The produced by the above method Piezoceramic is referred to as sample "e1".

Wie bei dem ersten Versuch im ersten Ausführungsbeispiel wurde die Struktur der Probe „e1” mit Hilfe eines REM analysiert. Jedes Kristallkorn in der Probe „e1” bestand aus der Kernphase und der Hüllenphase.As in the first attempt in the first embodiment the structure of the sample "e1" using a SEM analyzed. Each crystal grain in the sample "e1" consisted from the core phase and the shell phase.

Wie bei dem ersten Versuch im ersten Ausführungsbeispiel wurde durch die Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse jeweils die Kristallgitterfehlermenge der Kernphase und der Hüllenphase in der Probe „e1” ermittelt. Dann wurde beruhend auf dem Erfassungsergebnis der Wert ds/dc berechnet. Das Ergebnis war, dass die Piezokeramik als Probe „e1” gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den Zusammenhang ds/dc < 1,2 ausreichend erfüllt.As in the first attempt in the first embodiment by the cathodoluminescence (CL) spectral analysis, respectively, the crystal lattice defect amount the core phase and the shell phase in the sample "e1" determined. Then, based on the detection result, the value ds / dc was calculated. The result was that the piezoceramic as sample "e1" according to the second embodiment, the relationship ds / dc <1.2 sufficient Fulfills.

Das zweite Ausführungsbeispiel erzeugte als Probe „e2” außerdem eine Piezokeramik, indem anstelle des K- Ausgangspulvers ein aus einem Li-Ausgangspulver (LiBO2) bestehender Zusatzstoff verwendet wurde. In dieser Ausgangsgemischschlämme war das Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff zugegeben, so dass diese Zugabemenge pro 1 mol der isotropen Perowskitverbindung 0,05 mol betrug.The second embodiment also produced a piezoceramic as sample "e2" by using an additive consisting of a Li starting powder (LiBO 2 ) instead of the K starting powder. In this starting mixture slurry, the starting Li powder was added as an additive, so that this addition amount per 1 mole of the isotropic perovskite compound was 0.05 mole.

Wie bei dem ersten Versuch im ersten Ausführungsbeispiel wurde die Struktur der Probe „e2” ebenfalls mit Hilfe des REM ermittelt. Jedes Kristallkorn in der Probe „e2” bestand aus der Kernphase und der Hüllenphase.As in the first attempt in the first embodiment the structure of the sample "e2" also with the help of the REM determined. Every crystal grain in the sample "e2" existed from the core phase and the shell phase.

Wie bei dem ersten Versuch im ersten Ausführungsbeispiel wurde durch die Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse jeweils die Kristallgitterfehlermenge der Kernphase und der Hüllenphase in der Probe „e2” ermittelt. Dann wurde beruhend auf den Erfassungsergebnissen der Wert ds/dc berechnet. Das Ergebnis war, dass die Piezokeramik als Probe „e2” gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den Zusammenhang ds/dc < 1,2 ausreichend erfüllt.As in the first attempt in the first embodiment by the cathodoluminescence (CL) spectral analysis, respectively, the crystal lattice defect amount of the core phase and the shell phase in the sample "e2". Then, based on the detection results, the value ds / dc calculated. The result was that the piezoceramic sample "e2" according to the second embodiment, the relationship ds / dc <1.2 sufficient Fulfills.

Die durch das obige Verfahren als Probe „e1” und Probe „e2” hergestellte Piezokeramik erfüllt den Zusammenhang ds/dc < 1,2, wobei „dc” die Menge der in der Kernphase erzeugten Kristallgitterfehler und „ds” die Menge der in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehler ist. Daher hat die Piezokeramik als Probe e1 und e2 einen hohen elektrischen Isolationswiderstand. Sie eignet sich sehr gut für eine Piezokeramik, die bei elektronischen Bauteilen Anwendung findet.The prepared by the above method as sample "e1" and sample "e2" Piezoceramic satisfies the relationship ds / dc <1.2, where "dc" is the Amount of crystal lattice defects generated in the core phase and "ds" the Amount of crystal lattice defects generated in the shell phase is. Therefore, the piezoceramic sample e1 and e2 has a high electrical insulation resistance. It is very suitable for a piezoceramic, which is used in electronic components.

6 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der Perowskitverbindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 6 Fig. 12 is a schematic view showing the structure of the perovskite compound according to the second embodiment of the invention.

Eine solche Perowskitverbindung wird im Allgemeinen durch die allgemeine Formel ABO3 ausgedrückt. Es ist weithin bekannt, dass während des Brennschritts in der Perowskitverbindung häufig Kristallgitterfehler beim A-Platz-Element und/oder O-Platz-Element erzeugt werden (siehe 6). Diese Kristallgitterfehler verringern den elektrischen Isolationswiderstand der Piezokeramik. Außerdem steigert die Konzentration der in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehler die Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramik weiter. Die Piezokeramik gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann einen ausreichenden elektrischen Isolationswiderstand haben, solange sie den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt.Such a perovskite compound is generally expressed by the general formula ABO 3 . It is well known that during the firing step in the perovskite compound, crystal lattice defects are often generated in the A-site element and / or O-site element (see US Pat 6 ). These crystal lattice defects reduce the electrical insulation resistance of the piezoceramic. In addition, the concentration of the crystal lattice defects generated in the shell phase further increases the decrease in the electrical insulation resistance of the piezoceramic. The piezoceramic according to the second embodiment may suffice have the electrical insulation resistance as long as it satisfies the relationship ds / dc <1.2.

– Drittes Ausführungsbeispiel –Third Embodiment

Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels, das den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt.It Now follows a detailed description of the procedure for producing the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment. The procedure of the third Embodiment differs from the method of the first embodiment satisfying the relationship ds / dc <1.2.

Während das Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels piezoelektrische Schichten verwendet, die aus einer kristallorientierten Keramik bestehen, verwendet das Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels Piezokeramikschichten, die aus einem nicht orientierten Körper (oder einem nicht orientierten Kristall) bestehen.While the method of the first embodiment piezoelectric Layers used, made of a crystal-oriented ceramic consist uses the method of the third embodiment Piezoceramic layers made of a non-oriented body (or a non-oriented crystal) exist.

Das mehrlagige Piezoelement gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel setzt sich aus Piezokeramikschichten, die aus einer Piezokeramik bestehen, und Elektrodenbildungsschichten zusammen, die Elektrodenteile aufweisen, die ein leitendes Metall enthaltende Innenelektroden bilden. In dem mehrlagigen Piezoelement sind die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet.The multilayer piezoelectric element according to the third embodiment is made up of piezoceramic layers, which consist of a piezoceramic and electrode formation layers together, the electrode parts comprising the internal electrodes containing a conductive metal form. In the multilayer piezoelectric element are the piezoceramic layers and the electrode formation layers are alternately stacked.

In dem mehrlagigen Piezoelement gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die durch {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückte chemische Formel ausgedrückt wird. Die Kristallebene der Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, ist nicht orientiert. Das heißt, dass das polykristalline Material aus einem nicht orientierten Körper besteht. Die anderen Bestandteile des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie die des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.In the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment, the piezoceramic layer is made of a polycrystalline material mainly composed of an isotropic perovskite compound represented by the {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0 , 84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 expressed in chemical formula. The crystal plane of the crystal grains constituting the polycrystalline material is not oriented. That is, the polycrystalline material consists of an unoriented body. The other constituents of the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment are the same as those of the multilayered piezoelectric element according to the first embodiment.

Das Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel setzt sich aus dem Mischschritt, dem Formschritt, dem Druckschritt, dem Aufschichtungsschritt und dem Brennschritt zusammen.The Method for producing the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment consists of the mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step together.

Der Mischschritt stellt das Ausgangsgemisch her, indem mindestes ein aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewähltes Element mit einer Stöchiometrie kombiniert wird, die die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt. Das Ausgangsgemisch wird dann kalziniert, um das reaktive Ausgangspulver herzustellen. Das dritte Ausführungsbeispiel verwendet ein reaktives Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g.The mixing step produces the starting mixture by combining at least one stoichiometric element selected from a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source, which is the produced by the general formula (1) compound generated. The starting mixture is then calcined to produce the starting reactive powder. The third embodiment uses a reactive starting powder having a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g.

Der Formschritt formt das reaktive Ausgangspulver zu dem lagenartigen Formkörper (oder der Grünlage).Of the Forming step shapes the reactive starting powder to the sheet-like Shaped body (or green layer).

Der Druckschritt druckt das Elektrodenmaterial auf der Grünlage auf, wobei das Elektrodenmaterial das leitende Metall enthält, das nach Abschluss des Brennens zu den Elektrodenteilen wird. In dem dritten Ausführungsbeispiel wird als leitendes Metall eine AgPd-Legierung verwendet.Of the Printing step prints the electrode material on the green sheet on, wherein the electrode material contains the conductive metal, which becomes the electrode parts after the firing is completed. In The third embodiment is referred to as a conductive metal used an AgPd alloy.

Der Aufschichtungsschritt schichtet die Formkörper nach dem Druckschritt als Grünlagen aufeinander, um den Schichtkörper herzustellen.Of the Aufschichtungsschritt layers the moldings after the Pressure step as green sheets on each other to the composite body manufacture.

Der Brennschritt brennt den Schichtkörper, um die Piezokeramik herzustellen.Of the Burning step burns the laminate to the piezoceramic manufacture.

7 ist eine Ansicht, die die Temperatursteuerung während des Brennschritts in dem Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 7 FIG. 14 is a view showing the temperature control during the burning step in the method according to the third embodiment of the invention. FIG.

Wie in 7 gezeigt ist, setzt sich der Brennschritt des Verfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aus einem Temperaturerhöhungsschritt, einem ersten Temperaturhalteschritt, einem Temperatursenkungsschritt und einem zweiten Temperaturhalteschritt zusammen.As in 7 11, the firing step of the method according to the third embodiment is composed of a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature lowering step, and a second temperature holding step.

Der Temperaturerhöhungsschritt erhöht die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C). Der erste Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden). Der Temperatursenkungsschritt senkt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C). Der zweite Temperaturhalteschritt hält die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden).The temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C). The first temperature keeping step keeps the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours). The temperature reduction step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C). The second temperature keeping step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours).

Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt, steuert das Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels die Brenntemperatur so, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt (siehe 7).When the temperature raising rate is at least T 2 ° C and T 1 ° C D 1 ° C / hour and the temperature lowering rate D 2 ° C / hour, the method of the third embodiment controls the firing temperature to determine the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≤ D 1 ≤ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200 (see 7 ).

Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.It Now follows a detailed description of the multilayer Piezoelectric element according to the third embodiment.

In dem Mischschritt in dem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels wurden ein Na2CO3-Pulver, ein K2CO3-Pulver, ein Li2CO3-Pulver, ein Nb2O5-Pulver, ein Ta2O5-Pulver und ein Sb2O5-Pulver, die eine Reinheit von nicht weniger als 99,99% hatten, abgewogen, um eine geplante Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 zu erzielen. Dann wurden diese 20 Stunden lang unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels mit ZrO2-Kugeln nass gemischt.In the mixing step in the process of the third embodiment, Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder, Li 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, Ta 2 O 5 powder, and a Sb 2 O 5 powder, which had a purity of not less than 99.99%, weighed to a planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5) 0.92} (Nb 0 , 84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 . Then, they were wet mixed with ZrO 2 balls using an organic solvent for 20 hours.

Danach wurde das oben erzielte Ausgangsgemisch 5 Stunden lang bei 700°C kalziniert und dann 20 Stunden lang mit einem organischen Lösungsmittel mit ZrO2-Kugeln nass gebrochen. Dadurch wurde (als reaktives Ausgangspulver) ein kalziniertes Pulver erzielt, das eine mittlere Korngröße von ungefähr 0,5 μm und eine spezifische Oberfläche von 3,2 m2/g hatte.Thereafter, the starting mixture obtained above was calcined at 700 ° C for 5 hours and then wet-cracked for 20 hours with an organic solvent having ZrO 2 balls. As a result, a calcined powder having a mean grain size of about 0.5 μm and a specific surface area of 3.2 m 2 / g was obtained (as a starting reactive powder).

Als Nächstes wurde zu dem obigen reaktiven Ausgangspulver 1 Gew.-% Polyoxyalkylen-Polymerdispersionsmittel gegeben und dann 20 Stunden lang mit ZrO2-Kugeln unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels nass gemischt, um eine reaktive Ausgangspulverschlämme zu erzielen.Next, was added to the above reactive starting powder 1 wt .-% polyoxyalkylene polymer dispersing agents, and then wet-mixed for 20 hours with ZrO 2 balls using an organic solvent to obtain a reactive Ausgangspulverschlämme.

Danach wurden in die reaktive Ausgangspulverschlämme bezogen auf das Pulvergewicht 15 Gew.-% Polyvinylbutyral (PVB) als Bindemittel und Dibutylphthalat als Weichmacher gegeben und dann eine Stunde lang mit einem Impellerrührer gemischt.After that were incorporated into the starting reactive powder slurries the powder weight 15% by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder and dibutyl phthalate as a plasticizer and then for one hour mixed with an impeller stirrer.

In dem Formschritt wurde die reaktive Ausgangspulverschlämme geformt oder mit Hilfe eines Rakelverfahrens zu einem Formkörper mit einer Bandform (Grünlage) geformt, der eine Dicke von ungefähr 100 μm hatte.In the forming step became the reactive starting powder slurry shaped or by means of a doctor blade method to a shaped body formed with a band shape (green sheet) having a thickness of about 100 microns had.

In dem Druckschritt wurde eine AgPd-Legierung vorbereitet, die 30 Mol-% Pd enthielt. Das AgPd-Legierungspulver und das reaktive Ausgangspulver wurden mit einem Volumenverhältnis von 9:1 gemischt. In das Gemisch wurde Ethylcellulose und. Terpineol gegeben, um eine Elektrodenmaterialpaste zu erzeugen. Die erzielte Elektrodenmaterialpaste wurde auf dem Elektrodenbereich aufgedruckt, der auf der Grünlage ausgebildet werden sollte. Wie bei dem Druckschritt in dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels wurde die Elektrodenmaterialpaste auf den Grünlagen mit einem vorbestimmten Elektrodenbildungsmuster aufgedruckt.In In the printing step, an AgPd alloy containing 30 mol% was prepared. Pd contained. The AgPd alloy powder and the reactive starting powder were mixed at a volume ratio of 9: 1. In the Mixture was ethyl cellulose and. Terpineol given to an electrode material paste to create. The obtained electrode material paste was on the Printed electrode area, which formed on the green layer should be. As with the printing step in the method of the first Embodiment was the electrode material paste on the green sheets having a predetermined electrode formation pattern printed.

Als Nächstes erfolgten der Aufschichtungsschritt und der Entfettungsschritt, um einen Fettbestandteil aus dem Schichtkörper zu entfernen.When Next, the lamination step and the degreasing step, to remove a fat ingredient from the laminate.

Nach Abschluss des Entfettungsschritts wurde der Schichtkörper als Nächstes gebrannt, um das mehrlagige Piezoelement als Endprodukt herzustellen.To Completion of the degreasing step became the laminated body burned next to the multilayer piezo element as Produce end product.

Genauer gesagt wurde der Schichtkörper nach der Fettentfernung in einen Ofen gesetzt und dann, wie in 7 gezeigt ist, bei einer Temperaturerhöhungs geschwindigkeit von nicht mehr als 200°C/Stunde auf eine Temperatur T2°C (T2 = 1000°C im dritten Ausführungsbeispiel) erhitzt. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit kann wahlfrei gewählt werden.More specifically, after the fat removal, the laminate was placed in an oven and then, as in 7 is shown at a temperature raising rate of not more than 200 ° C / hour to a temperature T 2 ° C (T 2 = 1000 ° C in the third embodiment) heated. The temperature raising rate can be chosen optionally.

Als Nächstes wurde der Schichtkörper von der Temperatur T2°C mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit D1°C/Stunde (D1 = 50 im dritten Ausführungsbeispiel) auf eine Temperatur T1°C erhitzt und t1 Stunden lang (t1 = 1 Stunde im dritten Ausführungsbeispiel) bei der Temperatur T1°C gehalten (erster Temperaturhalteschritt). Der Schichtkörper wurde mit einer Abkühlgeschwindigkeit D2°C/Stunde (D2 = 100 im dritten Ausführungsbeispiel) von T1°C auf T2°C abgekühlt (Temperatursenkungsschritt) und t2 Stunden lang (t2 = 5 Stunden im dritten Ausführungsbeispiel) bei der Temperatur T2°C gehalten (zweiter Temperaturhalteschritt). Danach wurde der Schichtkörper mit einer Abkühlgeschwindigkeit von nicht mehr als 200°C/Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Schließlich wurde dadurch das mehrlagige Piezoelement hergestellt. Die Temperatursenkungsgeschwindigkeit kann wahlfrei gewählt werden.Next, the laminate was heated from the temperature T 2 ° C at a temperature raising rate D 1 ° C / hour (D 1 = 50 in the third embodiment) to a temperature T 1 ° C and for 1 hour (t 1 = 1 hour in FIG third embodiment) at the temperature T 1 ° C held (first temperature holding step). The composite was cooled from T 1 ° C to T 2 ° C at a cooling rate D 2 ° C / hour (D 2 = 100 in the third embodiment) (temperature decreasing step) and t for 2 hours (t 2 = 5 hours in the third embodiment) maintained at the temperature T 2 ° C (second temperature holding step). Thereafter, the laminate was cooled to room temperature at a cooling rate of not more than 200 ° C / hr. Finally, the multilayer piezoelectric element was produced thereby. The temperature reduction rate can be chosen optionally.

Als Nächstes wurde das durch das obige Verfahren erzielte mehrlagige Piezoelement durch einen maschinellen Bearbeitungsprozess endbearbeitet, um wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels eine kreisförmige Scheibe des mehrlagigen Piezoelements zu erzielen.Next, the multilayer piezoelectric element obtained by the above method was replaced by a ma schinellen machining process finished, as in the previously described method of the first embodiment to achieve a circular disc of the multilayer piezoelectric element.

Das durch das obige Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels hergestellte mehrlagige Piezoelement wird als Probe E3 verwendet.The by the above method of the third embodiment produced multilayer piezo element is used as sample E3.

Die Tabelle 3 gibt die spezifische Oberfläche des in der Probe E3 verwendeten reaktiven Ausgangspulvers, die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit D1 in dem Temperaturerhöhungsschritt, die Haltetemperatur T1 in dem ersten Temperaturhalteschritt, die Haltedauer t1, die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2 im Temperatursenkungsschritt, die Haltetemperatur T2 im zweiten Temperaturhalteschritt, die Haltedauer t2 und den Wert (T1 – T2)/t2 an.Table 3 gives the specific surface area of the starting reactive powder used in the sample E3, the temperature raising speed D 1 in the temperature increasing step, the holding temperature T 1 in the first temperature holding step, the holding time t 1 , the temperature lowering speed D 2 in the temperature decreasing step, the holding temperature T 2 im second temperature holding step, the holding time t 2 and the value (T 1 - T 2 ) / t 2 on.

Das dritte Ausführungsbeispiel erzeugte außerdem eine Probe E4 sowie Vergleichsproben C4, C5, C6 und C7 mit unterschiedlichen Herstellungsbedingungen, etwa der spezifischen Oberfläche des reaktiven Ausgangspulvers, der Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit D1°C/Stunde im Temperaturerhöhungsschritt, der Haltetemperatur T1°C im ersten Temperaturhalteschritt, der Haltedauer t1, der Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde im Temperatursenkungsschritt, der Haltetemperatur T2°C im zweiten Temperaturhalteschritt, der Haltedauer t2 und des Werts (T1 – T2)/t2. Die anderen Bedingungen waren bei der Herstellung dieser Proben E4, C4, C5, C6 und C7 die gleichen wie bei der Herstellung der Probe E3.The third embodiment also produced a sample E4 and comparative samples C4, C5, C6 and C7 having different production conditions, such as the specific surface area of the starting reactive powder, the temperature raising rate D 1 ° C / hour in the temperature raising step, the holding temperature T 1 ° C in the first temperature holding step, the holding time t 1 , the temperature lowering rate D 2 ° C / hour in the temperature decreasing step, the holding temperature T 2 ° C in the second temperature holding step, the holding time t 2 and the value (T 1 -T 2 ) / t 2 . The other conditions were the same for the preparation of these samples E4, C4, C5, C6 and C7 as for the preparation of sample E3.

Bei der Herstellung der Vergleichsprobe C5 wurde insbesondere nicht der zweite Temperaturhalteschritt verwendet. Das heißt, dass bei der Herstellung der Vergleichsprobe C5 in dem Brennschritt die Brenntemperatur (im Temperaturerhöhungsschritt) von der Raumtemperatur auf die Temperatur T1°C erhöht wurde und die Temperatur T1°C (im ersten Temperaturhalteschritt) t1 Stunden gehalten wurde. Als Nächstes wurde die Temperatur (im Temperatursenkungsschritt) bei einer Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde von der Temperatur T1°C auf die Raumtemperatur abgesenkt.In particular, in the preparation of Comparative Sample C5, the second temperature-holding step was not used. That is, in the preparation of the comparative sample C5 in the firing step, the firing temperature (in the temperature increasing step) was increased from the room temperature to the temperature T 1 ° C, and the temperature T 1 ° C (in the first temperature holding step) was kept for 1 hour. Next, the temperature (in the temperature decreasing step) was lowered from the temperature T 1 ° C to the room temperature at a temperature lowering rate D 2 ° C / hour.

Die folgende Tabelle 3 gibt die Bedingungen bei der Herstellung der Proben E3 und E4 sowie der Vergleichsproben C5, C6 und C7 an, etwa die spezifische Oberfläche des reaktiven Ausgangspulvers, die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit D1°C/Stunde im Temperaturerhöhungsschritt, die Haltetemperatur T1°C im ersten Temperaturhalteschritt, die Haltedauer t1 Stunden, die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde im Temperatursenkungsschritt, die Haltetemperatur T2°C im zweiten Temperaturhalteschritt, die Haltedauer t2, und den Wert (T1 – T2)/t2.The following Table 3 indicates the conditions in the preparation of the samples E3 and E4 and the comparative samples C5, C6 and C7, such as the specific surface of the reactive starting powder, the temperature increase rate D 1 ° C / hour in the temperature increasing step, the holding temperature T 1 ° C. in the first temperature holding step, the holding time t is 1 hour, the temperature lowering speed D is 2 ° C / hour in the temperature decreasing step, the holding temperature T is 2 ° C in the second temperature holding step, the holding time t 2 , and the value (T 1 -T 2 ) / t 2 .

Figure 01280001
Figure 01280001

Zweiter VersuchSecond try

Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Kennwerte des mehrlagigen Piezoelements gemäß jeder Probe E3 und E4 und jeder Vergleichsprobe C4, C5, C6 und C7. Die Kennwerte dieser Proben E3, E4, C4, C5, C6 und C7 wurden wie folgt ermittelt.When Next follows a description of the characteristics of the multilayer Piezoelectric element according to each sample E3 and E4 and each comparative sample C4, C5, C6 and C7. The characteristics of these samples E3, E4, C4, C5, C6 and C7 were determined as follows.

Wie beim ersten Versuch wurde jeweils die Kristallgitterfehlermenge der Kernphase und der Hüllenphase in jeder Probe E3, E4, C4, C5, C6 und C7 ermittelt.As the first attempt was the amount of crystal lattice defects the core phase and the shell phase in each sample E3, E4, C4, C5, C6 and C7 determined.

Die Tabelle 4 gibt die Kristallgitterfehlermenge dc der Kernphase, die Kristallgitterfehlermenge ds der Hüllenphase und das Verhältnis ds/dc von ihnen in jeder Probe E3, E4, C4, C5, C6 und C7 an.The Table 4 gives the crystal lattice defect quantity dc of the core phase which Crystal lattice defect quantity ds of the shell phase and the ratio ds / dc of them in each sample E3, E4, C4, C5, C6 and C7.

Insbesondere zeigt 8 eine Fotografie einer CL-Spektralanalyse, die die Piezokeramikschicht der Probe E3 zeigt.In particular shows 8th a photograph of a CL spectral analysis showing the piezoceramic layer of sample E3.

Wie bei dem ersten Versuch (siehe 4) bezeichnen die in weißer Farbe und grauer Farbe gezeigten Teile die Piezokeramik 2 (als Piezokeramikschicht 2). In der Piezokeramik 2 ist die Menge der Kristallgitterfehler umso höher, je stärker die Intensität der weißen Farbe ist. Wie sich aus der in 8 gezeigten Fotografie ergibt, hat die Hüllenphase 22 (wie in der in 4 gezeigten Fotografie) eine stärkere weiße Farbe als die Kernphase 21. Dies zeigt, dass die Anzahl der Kristallgitterfehler in der Hüllenphase 22 größer als in der Kernphase 21 ist.As with the first attempt (see 4 ), the parts shown in white and gray indicate the piezoceramic 2 (as piezoceramic layer 2 ). In the piezoceramic 2 The more the intensity of the white color is, the higher the amount of crystal lattice defects. As can be seen from the in 8th shown photograph has the hull phase 22 (as in the in 4 shown photograph) a stronger white color than the core phase 21 , This shows that the number of crystal lattice defects in the shell phase 22 greater than in the core phase 21 is.

9 zeigt eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Wellenlänge und der CL-Intensität der Kernphase 21 und der Hüllenphase 22 der Probe E3 als Ergebnis der Kathodolumineszenz-(CL)-Spektralanalyse gemäß dem ersten Versuch. 9 shows a graphical representation of the relationship between the wavelength and the CL intensity of the core phase 21 and the shell phase 22 sample E3 as a result of cathodoluminescence (CL) spectral analysis according to the first experiment.

Die folgende Tabelle 4 gibt jeweils die Rohdichte und den spezifischen Widerstand der Proben E3 und E4 und der Vergleichsproben C4, C5, C6 und C7 an. Tabelle 4 Probe Nr. Kristallgitterfehlermenge dc (b. E.) in Kernphase Kristallgitterfehlermenge ds (b. E.) in Hüllenphase ds/dc Rohdichte (g/cm3) spezifischer Widerstand (Ω·m) E3 220 240 1,09 4,82 1,2 × 1011 E4 260 300 1,15 4,78 6,9 × 1010 C4 420 560 1,33 4,71 8,1 × 108 C5 260 560 2,15 4,52 4,3 × 106 C6 620 800 1,29 4,74 2,6 × 108 C7 260 390 1,5 4,68 5,0 × 107 The following Table 4 indicates the bulk density and the resistivity of the samples E3 and E4 and the comparative samples C4, C5, C6 and C7, respectively. Table 4 Sample No. Crystal lattice defect quantity dc (b.E.) in the core phase Crystal lattice defect quantity ds (b.E.) in shell phase ds / dc Bulk density (g / cm 3 ) resistivity (Ω · m) E3 220 240 1.09 4.82 1.2 × 10 11 E4 260 300 1.15 4.78 6.9 × 10 10 C4 420 560 1.33 4.71 8.1 × 10 8 C5 260 560 2.15 4.52 4.3 × 10 6 C6 620 800 1.29 4.74 2.6 × 10 8 C7 260 390 1.5 4.68 5.0 × 10 7

Wie sich aus der Tabelle 3 und der Tabelle 4 ergibt, hat das mehrlagige piezoelektrische Element (etwa die Probe E3 und die Probe E4), das unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers mit der spezifischen Oberfläche im Bereich 2 bis 5 m2/g unter einer Brennbedingung hergestellt wurde, die den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt, aus einer Piezokeramik bestehende Piezokeramikschichten, die die Bedingung ds/dc < 1,2 erfüllen. Aus der Tabelle 4 ergibt sich außerdem, dass das mehrlagige Piezoelement mit diesen Piezokeramikschichten einen äußerst hohen spezifischen Widerstand hat.As is clear from Table 3 and Table 4, the multilayer piezoelectric element (such as the sample E3 and the sample E4) has the specific surface area using the starting reactive powder in the range of 2 to 5 m 2 / g under a firing condition which satisfies the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 2 ≦ 200, piezoceramic layers made of a piezoceramic which satisfy the condition ds / dc <1.2. Table 4 also shows that the multilayer piezoelectric element with these piezoceramic layers has an extremely high specific resistance.

Da jede der Proben C4, C5, C6 und C7, die unter einer Bedingung hergestellt wurden, die nicht die obige Brennbedingung erfüllte, einen Wert ds/dc von weniger als 1,2 haben, hat dagegen jede dieser Proben C4, C5, C6 und C7 einen geringen spezifischen Widerstand.There each of the samples C4, C5, C6 and C7 produced under one condition one that did not fulfill the above burning condition Value ds / dc of less than 1.2, on the other hand, each of these samples has C4, C5, C6 and C7 have a low resistivity.

Wie sich anhand der Tabelle 4 erkennen lässt, haben die Proben E3 und E4 eine hohe Rohdichte wie die Proben C4, C5, C6 und C7. Das zeigt, dass die Piezokeramikschicht in den Proben E3 und E4 hervorragende piezoelektrische Kennwerte der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung und hervorragende Verformungskennwerte hat.As can be seen from Table 4, have the samples E3 and E4 a high bulk density as the samples C4, C5, C6 and C7. This shows that the piezoceramic layer in samples E3 and E4 excellent piezoelectric characteristics of the general Formula (1) expressed isotropic perovskite compound and has excellent deformation characteristics.

Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik (oder von Piezokeramikschichten), die aus einem nicht orientierten Körper besteht (der aus zufällig orientierter Keramik besteht). Wie im Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels ist es möglich, eine aus einer kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik herzustellen, indem ein anisotropes Pulver und ein reaktives Ausgangspulver mit der Stöchiometrie der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Zusammensetzung kombiniert werden. In diesem Fall kann eine Piezokeramik erzeugt werden, die den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, indem die spezifische Oberfläche des reaktiven Ausgangspulvers und die Brennbedingungen wie die Bedingungen des dritten Ausführungsbeispiels eingestellt werden. Die unter diesen Bedingungen hergestellte Piezokeramik kann die gleichen Effekte und Wirkungen wie das mehrlagige Piezoelement (Probe E3 und Probe E4) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel haben.The third embodiment shows a method for manufacturing a piezoceramic (or piezoceramic layers) consisting of a non-oriented body exists (made of random oriented ceramic exists). As in the method of the first embodiment It is possible to make one from a crystal-oriented ceramic produce existing piezoceramic by anisotropic powder and a reactive starting powder of stoichiometry the composition expressed by the general formula (1) be combined. In this case, a piezoceramic can be generated which satisfies the relationship ds / dc <1.2 by the specific Surface of the reactive starting powder and the firing conditions as set the conditions of the third embodiment become. The piezoceramic produced under these conditions can the same effects and effects as the multilayer piezo element (Sample E3 and Sample E4) according to the third embodiment to have.

– Elfte Ausgestaltung und zwölfte Ausgestaltung der Erfindung –- Eleventh embodiment and twelfth Embodiment of the invention

Es folgt nun die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung hinsichtlich der elften und zwölften Ausgestaltung der Erfindung.It Now follows the description of preferred embodiments the invention in terms of the eleventh and twelfth embodiment the invention.

Das Verfahren gemäß der elften Ausgestaltung der Erfindung erzeugt eine kristallorientierte Keramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, in der die {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns, das das polykristalline Material bildet, orientiert ist. Die kristallorientierte Keramik wird durch einen ersten Vorbereitungsschritt, einen zweiten Vorbereitungsschritt, einen Mischschritt, einen Formschritt und einen Brennschritt hergestellt.The Method according to the eleventh embodiment of the invention produces a crystal-oriented ceramic from a polycrystalline Material consisting mainly of an isotropic perovskite compound in which the {100} crystal plane of each crystal grain, the forming the polycrystalline material is oriented. The crystal-oriented Ceramic is made by a first preparation step, a second Preparation step, a mixing step, a molding step and made a burning step.

Es ist vorzuziehen, dass der Mischschritt ein anisotropes Pulver mit einem reaktiven Ausgangspulver mischt, um nach Abschluss des Brennschritts eine isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x 5 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit eine kristallorientierte Keramik aus einem polykristallinen Material erzeugen, das hauptsächlich aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung besteht. Da die kristallorientierte Keramik die Kennwerte der isotropen Perowskitverbindung hat, hat sie daher hervorragende piezoelektrische Kennwerte.It is preferable that the mixing step mixes an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce, after completion of the firing step, an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≤ x 5 0.2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0.4, 0 ≤ w ≤ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≤ a ≤ 1. The process of the present invention can thus produce a crystal-oriented ceramic of a polycrystalline material consisting mainly of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1). Therefore, since the crystal-oriented ceramic has the characteristics of the isotropic perovskite compound, it has excellent piezoelectric characteristics.

Der technische Ausdruck „isotrop” bedeutet, dass das Relativverhältnis der Achsenlängen a, b und c einen Wert in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 hat und dass ihr jeweiliger Achsenwinkel α, β und γ in einem Bereich von 80° bis 100° liegt, wenn die Perowskitstruktur ABO3 ein pseudokubischprimitives Gitter hat.The technical term "isotropic" means that the relative ratio of the axial lengths a, b and c has a value in a range of 0.8 to 1.2 and that their respective axial angle α, β and γ in a range of 80 ° to 100 ° lies when the perovskite structure ABO 3 has a pseudo-cubic primitive lattice.

Wenn eine durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung auf die Zusammensetzungsgleichung ABO3 der Perowskitstruktur angewandt wird, kann das A-Platz-Atom ein Zusammensetzungsverhältnis haben, das gegenüber einem Zusammensetzungsverhältnis des A-Platz-Elements und des B-Platz-Elements von 1:1 um 5% gesenkt ist. Das heißt also, dass der Zusammenhang 0,95 ≤ a ≤ 1, besser noch 0,97 ≤ a ≤ 1, erfüllt ist.When a compound expressed by the above general formula (1) is applied to the composition equation ABO 3 of the perovskite structure, the A-site atom may have a composition ratio to a composition ratio of the A-site element and the B-site element from 1: 1 by 5%. This means that the relationship 0.95 ≤ a ≤ 1, better still 0.97 ≤ a ≤ 1, is satisfied.

In der obigen allgemeinen Formel (1) bedeutet der Zusammenhang „x + z + w > 0”, dass es ausreicht, wenn zumindest ein aus Li, Ta und Sb gewähltes Element als Substitutionselement enthalten ist.In of the above general formula (1), the relationship "x + z + w> 0 ", that it is sufficient if at least one selected from Li, Ta and Sb Element is included as a substitution element.

Des Weiteren gibt der Wert „y” in der obigen allgemeinen Formel (1) das Verhältnis von K und Na an, das in der isotropen Perowskitverbindung enthalten ist. Es reicht, wenn in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung mindestens ein aus K und Na gewähltes Element als A-Platz-Element enthalten ist.Of Further, the value "y" in the above general Formula (1) the ratio of K and Na, which is in the isotropic Perovskite compound is included. It is enough if in the through the general formula (1) expressed isotropic perovskite compound at least one element selected from K and Na as the A-space element is included.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < y < 1 hat. In diesem Fall ist Na in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dadurch kann die piezoelektrische Konstante g31 der Piezokeramik weiter erhöht werden.It is preferable that the value "y" in the general formula (1) has a range of 0 <y <1. In this case, Na is an essential ingredient in the compound expressed by the general formula (1). As a result, the piezoelectric constant g 31 of the piezoceramic can be further increased.

Darüber hinaus kann der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ y < 1 haben. In diesem Fall ist K in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dies kann die piezoelektrischen Kennwerte wie die piezoelektrische Konstante d31 weiter erhöhen. Da die Piezokeramik entsprechend der höheren Menge an zugegebenem K bei einer geringen Temperatur gesintert werden kann, ist es in diesem Fall möglich, die Piezokeramik mit geringeren Fertigungskosten herzustellen und die verwendete Energiemenge zu senken.In addition, the value "y" in the general formula (1) may have a range of 0 ≦ y <1. In this case, K is an essential ingredient in the compound expressed by the general formula (1). This 31 may further enhance the piezoelectric characteristics such as the piezoelectric constant d. Since the piezoceramic sintered according to the higher amount of K added at a low temperature can be in this case, it is possible to produce the piezoceramic with lower production costs and to reduce the amount of energy used.

Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich von 0,05 ≤ y ≤ 0,75 und besser noch in einem Bereich von 0,20 ≤ y 5 0,70, liegt. Dadurch können die piezoelektrische Konstante d31 und der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp der kristallorientierten Keramik weiter erhöht werden.Moreover, it is preferable that the value "y" in the general formula (1) is in a range of 0.05 ≦ y ≦ 0.75, and more preferably in a range of 0.20 ≦ y 5 0.70 , As a result, the piezoelectric constant d 31 and the electromechanical coupling factor K p of the crystal-oriented ceramic can be further increased.

Es ist weiter zu bevorzugen, dass der Wert „y” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich von 0,20 ≤ y < 0,70, besser noch in einem Bereich von 0,35 ≤ y ≤ 0,65 und noch besser in einem Bereich von 0,35 ≤ y < 0,65, liegt. Er liegt am besten in einem Bereich von 0,42 ≤ y ≤ 0,60.It It is further preferable that the value "y" in of the general formula (1) in a range of 0.20 ≦ y <0.70, better yet in a range of 0.35 ≦ y ≦ 0.65 and still better in a range of 0.35 ≦ y <0.65. He is best in a range of 0.42 ≦ y ≦ 0.60.

In der allgemeinen Formel (1) gibt der Wert „x” die Substitutionsmenge von Li an, mit der das A-Platz-Element wie K und/oder Na substituiert wird. Die Substitution von K und/oder Na mit Li kann die piezoelektrischen Eigenschaften und die Curie-Temperatur TC erhöhen und auch die Dichte fördern.In the general formula (1), the value "x" indicates the substitution amount of Li with which the A-site element such as K and / or Na is substituted. The substitution of K and / or Na with Li can increase the piezoelectric properties and the Curie temperature T C and also promote the density.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „x” in der allgemeinen Formel (1) in einem Bereich 0 < x ≤ 0,2 liegt. Da Li in diesem Fall in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung ein wesentlicher Bestandteil ist, lässt sich der Brennschritt während der Herstellung der Piezokeramik leichter durchführen. Des Weiteren können dadurch die piezoelektrischen Kennwerte verbessert werden, und es kann die Curie-Temperatur (TC) der Piezokeramik weiter erhöht werden. Da Li in der allgemeinen Formel (1) im Bereich des Werts „x” zum wesentlichen Bestandteil wird, kann die Brenntemperatur gesenkt werden, und Li kann als Brennmittel die Herstellung einer Piezokeramik mit einer geringeren Anzahl von Poren bewirken.It is preferable that the value "x" in the general formula (1) is in a range 0 <x ≦ 0.2. In this case, since Li is an essential ingredient in the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1), the firing step during the production of the piezoceramic is easier to perform. Furthermore, the piezoelectric characteristics can thereby be improved and the Curie temperature (T C ) of the piezoceramic can be further increased. Since Li in the general formula (1) becomes an essential component in the region of the value "x", the firing temperature can be lowered and Li, as a fuel, can produce a piezoceramic having a smaller number of pores.

Wenn der Wert „x” mehr als 0,2 beträgt, besteht die Möglichkeit eines Abnahme der piezoelektrischen Kennwerte (etwa der piezoelektrischen Konstante d31, des elektromechanischen Kopplungsfaktors Kp und der piezoelektrischen Konstante g31).When the value "x" is more than 0.2, there is a possibility of decreasing the piezoelectric characteristics (such as the piezoelectric constant d 31 , the electromechanical coupling factor Kp and the piezoelectric constant g 31 ).

Der Wert „x” kann in der allgemeinen Formel (1) null (x = 0) betragen. In diesem Fall lässt sich die allgemeine Formel (1) durch (K1-yNay)a(Nb1-z-wTazSbw)O3 ausdrücken. Da in diesem Fall bei der Herstellung der kristallorientierten Keramik keine Verbindung wie LiCO3 enthalten ist, die das maximal leichte Li enthält, können Schwankungen der Kennwerte verringert werden, die durch eine Änderung der Ausgangspulver hervorgerufen werden, wenn die Ausgangsmaterialien gemischt werden. Des Weiteren kann in diesem Fall eine Piezokeramik mit hervorragender relativer Permeabilität und einer verhältnismäßig großen piezoelektrischen Konstante „g” hergestellt werden. Es ist vorzuziehen, dass der Wert „x” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,15 und besser noch einen Bereich von 0 ≤ x < 0,10, hat.The value "x" may be zero (x = 0) in the general formula (1). In this case, the general formula (1) can be expressed by (K 1-y Na y ) a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 . In this case, in the case of producing the crystal-oriented ceramic, since there is no compound such as LiCO 3 containing the maximum light Li, variations in characteristics caused by a change in the starting powders can be reduced when the starting materials are mixed. Furthermore, in this case, a piezoceramic having excellent relative permeability and a relatively large piezoelectric constant "g" can be produced. It is preferable that the value "x" in the general formula (1) has a range of 0 ≦ x ≦ 0.15, and more preferably a range of 0 ≦ x <0.10.

Der Wert „z” gibt in der allgemeinen Formel (1) die Menge an Ta an, mit der Nb als B-Platz-Element substituiert wird. Die Substitution eines Teils von Nb mit Ta hat die Wirkung, die piezoelektrischen Kennwerte der Piezokeramik zu erhöhen. Wenn der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) mehr als 0,4 beträgt, sinkt die Curie-Temperatur TC der kristallorientierten Keramik. Dies führt zu der Möglichkeit, dass es schwer fällt, die Piezokeramik bei Haushaltsanwendungen und Automobilbauteilen einzusetzen.The value "z" in the general formula (1) indicates the amount of Ta substituted with Nb as the B-site element. The substitution of a part of Nb with Ta has the effect of increasing the piezoelectric characteristics of the piezoceramic. When the value "z" in the general formula (1) is more than 0.4, the Curie temperature T C of the crystal oriented ceramics decreases. This leads to the possibility that it is difficult to use the piezoceramic in household applications and automotive components.

Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < z ≤ 0,4 hat. In diesem Fall wird Ta in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dies senkt entsprechend die Sintertemperatur, wobei Ta als Brennmittel dient und die Anzahl der in der Piezokeramik erzeugten Poren verringern kann.It It is therefore preferable that the value "z" in the general formula (1) has a range of 0 <z ≦ 0.4. In this case Ta is expressed by the general formula (1) isotropic perovskite compound an essential component. This lowers the sintering temperature accordingly, with Ta serving as the fuel and reduce the number of pores produced in the piezoceramic can.

Der Wert „z” kann null (z = 0) betragen. In diesem Fall wird die allgemeine Formel (1) durch {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-wSbw)O3 ausgedrückt. Da die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung in diesem Fall kein Ta enthält, kann daher die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung hervorragende piezoelektrische Kennwerte haben, ohne dass bei der Herstellung dieser Verbindung teures Ta verwendet wird.The value "z" can be zero (z = 0). In this case, the general formula (1) is expressed by {Li x (K 1-y Na y ) 1-x} a (Nb 1-w Sb w ) O 3 . In this case, since the compound expressed by the general formula (1) does not contain Ta, the compound expressed by the general formula (1) can have excellent piezoelectric characteristics without using expensive Ta in the preparation of this compound.

Es ist vorzuziehen, dass der Wert „z” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ z ≤ 0,35 und besser noch einen Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,30 hat.It It is preferable that the value "z" in the general Formula (1) has a range of 0 ≦ z ≦ 0.35 and better still has a range of 0 ≤ x ≤ 0.30.

Des Weiteren gibt der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) die Menge an Sb an, mit der Nb als B-Platz-Element substituiert wird. Die Substitution eines Teils von Nb mit Sb sorgt dafür, dass die piezoelektrischen Kennwerte der Piezokeramik erhöht werden. Da die piezoelektrischen Kennwerte und/oder die Curie-Temperatur der kristallorientierten Keramik abnehmen, wenn der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) mehr als 0,2 beträgt, wird vermieden, dass der Wert „w” mehr als 0,2 beträgt.Further, the value "w" in the general formula (1) indicates the amount of Sb substituted with Nb as the B-site element. The substitution of a part of Nb with Sb ensures that the piezoelectric characteristics of the piezoceramic are increased. Since the piezoelectric characteristics and / or the Cu When the value "w" in the general formula (1) is more than 0.2, it is avoided that the value "w" is more than 0.2.

Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 < w ≤ 0,2 hat. In diesem Fall ist Sb in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung ein wesentlicher Bestandteil. Dementsprechend können dadurch die Sintertemperatur gesenkt, die Sinterkennwerte verbessert und außerdem die Stabilität des dielektrischen Verlusts tanδ der kristallorientierten Keramik erhöht werden.It It is therefore preferable that the value "w" in the general formula (1) has a range of 0 <w ≦ 0.2. In this case Sb is as expressed by the general formula (1) Compound an integral part. Accordingly, you can thereby lowering the sintering temperature, improving the sintering characteristics and also the stability of the dielectric Loss tanδ the crystal-oriented ceramics are increased.

Der Wert „w” kann in der allgemeinen Formel (1) null (w = 0) betragen. Wenn w = 0 gilt, kann die allgemeine Formel (1) durch {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-zTaz)O3 ausgedrückt werden. Da diese durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung kein Sb enthält, kann die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung ohne Sb auskommen und eine verhältnismäßig hohe Curie-Temperatur haben. Es ist daher vorzuziehen, dass der Wert „w” in der allgemeinen Formel (1) einen Bereich von 0 ≤ w ≤ 0,15, und besser einen Bereich von 0 ≤ w ≤ 0,10, hat.The value "w" may be zero (w = 0) in the general formula (1). When w = 0, the general formula (1) can be expressed by {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-z Ta z ) O 3 . Since this compound expressed by the above general formula (1) contains no Sb, the compound expressed by the general formula (1) can do without Sb and have a relatively high Curie temperature. It is therefore preferable that the value "w" in the general formula (1) has a range of 0 ≦ w ≦ 0.15, and more preferably a range of 0 ≦ w ≦ 0.10.

Die Kristallphase der kristallorientierten Keramik ändert sich entsprechend einer Temperaturänderung von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur in den folgenden drei Stufen:
erste Stufe: von einem kubischen Gitter zu einem viereckigen Gitter (bei einer ersten Kristallphasenänderungstemperatur = Curie-Temperatur);
zweite Stufe: von dem viereckigen Gitter zu einem schrägen Gitter (bei einer zweiten Kristallphasenänderungstemperatur; und
dritte Stufe: von dem schrägen Gitter zu einem rhomboedrischen Gitter (bei einer dritten Kristallphasenänderungstemperatur).
The crystal phase of the crystal-oriented ceramic changes according to a temperature change from a high temperature to a low temperature in the following three stages:
first stage: from a cubic lattice to a quadrangular lattice (at a first crystal phase change temperature = Curie temperature);
second stage: from the quadrangular grid to an oblique grid (at a second crystal phase change temperature;
third stage: from the oblique lattice to a rhombohedral lattice (at a third crystal phase change temperature).

Die kristallorientierte Keramik verliert die Verformungskennwerte bei einer Temperatur von nicht weniger als der ersten Kristallphasenänderungstemperatur, da ihre Kristallphase zur kubischen Gitterphase verschoben wird.The Crystal-oriented ceramic loses the deformation characteristics a temperature of not less than the first crystal phase change temperature, because their crystal phase is shifted to the cubic lattice phase.

Die Kristallphase der kristallorientierten Keramik ändert sich in einem Temperaturbereich von nicht weniger als der ersten Kristallphasenänderungstemperatur zur zweiten Kristallphasenänderungstemperatur zur schrägen Gitterphase, wobei die Verformungskennwerte und die elektrostatische Kapazität der kristallorientierten Keramik stark von der Temperaturänderung abhängen. Es ist daher vorzuziehen, dass die erste Kristallphasenänderungstemperatur höher als die Arbeitstemperatur der kristallorientierten Keramik ist und dass die zweite Kristallphasenänderungstemperatur niedriger als die Arbeitstemperatur der kristallorientierten Keramik ist.The Crystal phase of the crystal-oriented ceramic changes in a temperature range of not less than the first crystal phase change temperature to the second crystal phase change temperature to the oblique Grid phase, the deformation characteristics and the electrostatic Capacity of the crystal-oriented ceramics strongly of the Depend on temperature change. It is therefore preferable that the first crystal phase change temperature higher is the working temperature of the crystal-oriented ceramic and that the second crystal phase change temperature is lower than the working temperature of the crystal-oriented ceramic.

Allerdings hat die einschlägige Literatur, zum Beispiel das „Journal of American Ceramic Society”, S. 438–442, [9] von Bd. 42, 1959 , und das Amerikanische Patent US 2,976,246 offenbart, dass Niob-Kalium-Natrium-Oxid (K1-yNayNbO3), das ein Grundbestandteil der kristallorientierten Keramik ist, entsprechend einer Abnahme von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur die folgende Phasenänderung hat:
von einem kubischen Gitter zu einem viereckigen Gitter (bei einer ersten Kristallphasenänderungstemperatur = Curie-Temperatur);
von dem viereckigen Gitter zu einem schrägen Gitter (bei einer zweiten Kristallphasenänderungstemperatur); und
von dem schrägen Gitter zu einem rhomboedrischen Gitter (bei einer dritten Kristallphasenänderungstemperatur), wobei für y = 0,5 die erste Kristallphasenänderungstemperatur ungefähr 420°C, die zweite Kristallphasenänderungstemperatur ungefähr 190°C, und die dritte Kristallphasenänderungstemperatur ungefähr –150°C beträgt. Mit anderen Worten hat die Temperatur, die das viereckige Gitter hält, einen Bereich von 190°C bis 420°C, der nicht zu dem allgemeinen Temperaturbereich von –40°C bis 160°C passt, bei der allgemeine Industrieprodukte arbeiten.
However, the relevant literature, for example the "Journal of American Ceramic Society", pp. 438-442, [9] of vol. 42, 1959 , and the American patent US 2,976,246 discloses that niobium-potassium-sodium oxide (K 1-y Na y NbO 3 ), which is a basic component of the crystal-oriented ceramic, has the following phase change corresponding to a decrease from a high temperature to a low temperature:
from a cubic lattice to a quadrangular lattice (at a first crystal phase change temperature = Curie temperature);
from the quadrangular grid to an oblique grid (at a second crystal phase change temperature); and
from the oblique lattice to a rhombohedral lattice (at a third crystal phase change temperature), where for y = 0.5 the first crystal phase change temperature is about 420 ° C, the second crystal phase change temperature is about 190 ° C, and the third crystal phase change temperature is about -150 ° C. In other words, the temperature holding the square grid has a range of 190 ° C to 420 ° C, which does not match the general temperature range of -40 ° C to 160 ° C where general industrial products work.

Andererseits lassen sich die erste Kristallphasenänderungstemperatur und die zweite Kristallphasenänderungstemperatur bei der erfindungsgemäßen kristallorientierten Keramik frei ändern, indem die Menge von Li, Ta, Sb usw. als Substitutionselement für ein solches Niob-Kalium-Natrium-Oxid (K1-yNayNbO3) als Grundelement geändert wird.On the other hand, the first crystal phase change temperature and the second crystal phase change temperature in the crystal oriented ceramic of the present invention can be freely changed by using the amount of Li, Ta, Sb, etc. as a substitution element for such a niobium-potassium-sodium oxide (K 1-y Na y NbO 3 ) is changed as a primitive.

Die folgenden Formeln B1 und B2 geben Berechnungsergebnisse einer Mehrfachregressionsanalyse zwischen der Menge der Substitutionselemente Li, Ta und Sb und Erfassungswerten der Kristallphasenänderungstemperatur für den Bereich y = 0,4 bis 0,6 mit den größten piezoelektrischen Kennwerten an.The The following formulas B1 and B2 give calculation results of a multiple regression analysis the amount of substitution elements Li, Ta and Sb and detection values the crystal phase change temperature for the Range y = 0.4 to 0.6 with the largest piezoelectric Characteristics.

Aus den Formeln B1 und B2 ergibt sich, dass die Substitutionsmenge an Li die erste Kristallphasenänderungstemperatur erhöht und die zweite Kristallphasenänderungstemperatur verringert. Außerdem ergibt sich aus den Formeln B1 und B2, dass das Vorhandensein von Ta und Sb die erste Kristallphasenänderungstemperatur und auch die zweite Kristallphasenänderungstemperatur verringert. erste Kristallphasenänderungstemperatur = (388 + 9x – 5z – 17w) ± 50 [°C] Formel B1;und zweite Kristallphasenänderungstemperatur = 190 – 18,9x – 3,9z – 5,8w) ± 50 [°C] Formel B2. From the formulas B1 and B2, it is understood that the substitution amount of Li increases the first crystal phase change temperature and decreases the second crystal phase change temperature. In addition, it is clear from the formulas B1 and B2 that the presence of Ta and Sb reduces the first crystal phase change temperature and also the second crystal phase change temperature. first crystal phase change temperature = (388 + 9x - 5z - 17w) ± 50 [° C] Formula B1; and second crystal phase change temperature = 190 - 18.9x - 3.9z - 5.8w) ± 50 [° C] Formula B2.

Die erste Kristallphasenänderungstemperatur ist eine Temperatur, bei der die kristallorientierte Keramik die piezoelektrischen Kennwerte vollständig verliert. Da sich die dynamische Kapazität der kristallorientierten Keramik drastisch ändert, ist es vorzuziehen, dass die erste Kristallphasenänderungstemperatur einen Temperaturbereich innerhalb der Arbeitstemperatur eines Produkts +60°C hat.The first crystal phase change temperature is a temperature in which the crystal-oriented ceramic, the piezoelectric characteristics completely loses. Because the dynamic capacity the crystal-oriented ceramic drastically changes it is preferable that the first crystal phase change temperature a temperature range within the working temperature of a product + 60 ° C has.

Da die zweite Kristallphasenänderungstemperatur lediglich eine Temperatur ist, bei der sich zwar die Kristallphase ändert, sich aber keine piezoelektrischen Kennwerte ändern, ist es vorzuziehen, dass die zweite Kristallphasenänderungstemperatur einen Temperaturbereich von nicht mehr als der Arbeitstemperatur eines Produkts +60°C hat.There the second crystal phase change temperature only a temperature at which the crystal phase changes, but no piezoelectric characteristics change it is preferable that the second crystal phase change temperature a temperature range of not more than the working temperature of a product + 60 ° C.

Andererseits ändert sich die Arbeitstemperatur eines Produkts entsprechend seinen Einsatzbedingungen. Zum Beispiel beträgt die obere Grenztemperatur eines Produkts ungefähr entweder 60°C, 80°C, 100°C, 120°C, 140°C oder 160°C und die untere Grenztemperatur des Produkts ungefähr –30°C oder –40°C.On the other hand changes the working temperature of a product according to its conditions of use. For example, the upper limit temperature of a product is about either 60 ° C, 80 ° C, 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C or 160 ° C and the lower limit temperature of the product about -30 ° C or -40 ° C.

Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass die Werte x, z und w den Zusammenhang (388 + 9x – 5z – 17w) ± 50 ≥ 120 [°C] erfüllen, da es vorzuziehen ist, dass die durch die Formel B1 ausgedrückte erste Kristallphasenänderungstemperatur nicht weniger als 120°C beträgt.Accordingly it is preferable that the values x, z, and w are related (388 + 9x - 5z - 17w) ± 50 ≥ 120 [° C], since it is preferable that the expressed by the formula B1 first crystal phase change temperature not less than 120 ° C.

Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Werte x, z und w den Zusammenhang (190 – 18,9x – 3,9z – 5,8w) – 50 ≥ 10 erfüllen, da es vorzuziehen ist, dass die durch die Formel B2 ausgedrückte zweite Kristallphasenänderungstemperatur nicht mehr als 10°C beträgt.Furthermore it is preferable that the values x, z and w are the relationship (190 - 18.9x - 3.9z - 5.8w) - 50 ≥ 10 fulfill, since it is preferable that through the formula B2 expressed second crystal phase change temperature not more than 10 ° C.

Das heißt, dass es vorzuziehen ist, dass die zuvor beschriebene allgemeine Formel (1) den Zusammenhang 9x – 5z – 17w ≥ –318, und 18,9x – 3,9z – 5,8w ≤ –130 erfüllt.The means that it is preferable that the previously described general formula (1) the relationship 9x - 5z - 17w ≥ -318, and 18.9x - 3.9z - 5.8w ≤ -130 Fulfills.

Es ist zwar zu bevorzugen, dass die kristallorientierte Keramik aus einer durch die obige allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung hergestellt wird, doch kann sie auch ein anderes Element und eine andere Phase enthalten, solange diese zu keinem schlechten Einfluss führen, der die Sinterkennwerte und piezoelektrischen Kennwerte und andere Kennwerte verschlechtert.It Although it is preferable that the crystal-oriented ceramics one expressed by the above general formula (1) Isotropic perovskite compound is produced, but it can also contain another element and another phase as long as these lead to no bad influence, the sintering characteristics and piezoelectric characteristics and other characteristics deteriorated.

In der kristallorientierten Keramik ist eine spezifische Kristallebene A der Kristallkörner, die das polykristalline Material der kristallorientierten Keramik bilden, orientiert oder ausgerichtet. Dies bedeutet, dass die spezifische Ebenen A der Kristallkörner in der isotropen Perowskitverbindung zueinander parallel orientiert sind. (Dieser Aufbau wird als „Oberflächenorientierung” bezeichnet.)In The crystal-oriented ceramic is a specific crystal plane A of the crystal grains containing the polycrystalline material The crystal-oriented ceramic form, oriented or aligned. This means that the specific levels A of the crystal grains in the isotropic perovskite compound are oriented parallel to each other. (This structure is called "surface orientation.")

Pseudokubisch {HKL} bedeutet, dass der Aufbau der isotropen Perowskitverbindung zwar im Allgemeinen eine Struktur hat, die gegenüber einem viereckigen Gitter, einem schrägen Gitter, einem trigonalen Gitter und einem kubischen Gitter etwas verschoben ist, dass dieser Verschiebungsbetrag aber klein ist, so dass pseudokubisch als ein kubisches Gitter behandelt und daher mit Hilfe der Millerschen Indizes {HKL} ausgedrückt werden kann.pseudocubic {HKL} means that the structure of the isotropic perovskite compound Although in general it has a structure that is opposite one quadrangular grid, an oblique grid, a trigonal Grid and a cubic grid is slightly shifted, that this Shift amount, however, is small, so pseudo-cubic as a treated cubic lattice and therefore using the Miller indices {HKL} can be expressed.

Wenn eine spezifische Kristallebene A ebenenorientiert ist, kann der Ebenenorientierungsgrad durch die folgende Mathematische Gleichung (1) mittels eines mittleren Orientierungsgrads F(HKL) ausgedrückt werden: F(HKL) = [{Σ'I(HKL)/ΣI(hkl)} – {Σ'Io(HKL)/ΣIo(hkl)}]/ [1 – {Σ'Io(HKL)/ΣIo(hkl)}] × 100(%) Mathematische Gleichung (1),wobei ΣI(hkl) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten aller Kristallebenen (hkl) einer kristallorientierten Keramik ist, ΣIo(hkl) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten aller Kristallebenen (hkl) einer nicht kristallorientierten Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik ist, Σ'I(HKL) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten einer spezifischen Kristallebene (HKL) ist, die bei einer kristallografischen Analyse der kristallorientierten Keramik entspricht, und Σ'Io(HKL) die Gesamtsumme der erfassten Röntgenbeugungsintensitäten der spezifischen Kristallebene (HKL) ist, die bei einer kristallografischen Analyse der nicht kristallorientierten Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik entspricht.When a specific crystal plane A is plane-oriented, the plane orientation degree can be expressed by the following Mathematical Equation (1) by means of a mean orientation degree F (HKL): F (HKL) = [{Σ'I (HKL) / ΣI (hkl)} - {Σ'Io (HKL) / ΣIo (hkl)}] / [1 - {Σ'Io (HKL) / ΣIo (hkl) }] × 100 (%) Mathematical equation (1), where ΣI (hkl) is the sum total of the detected x-ray diffraction intensities of all crystal planes (hkl) of a crystal-oriented ceramic, ΣIo (hkl) is the sum total of the detected X-ray diffraction intensities of all crystal planes (hkl) of a non-crystal oriented ceramic having the same composition as the crystal oriented ceramic, Σ'I (HKL) is the sum total of detected X-ray diffraction intensities of a specific crystal plane (HKL) which corresponds to the crystal oriented ceramics in a crystallographic analysis, and Σ'Io (HKL) is the sum total of the detected X-ray diffraction intensities of the specific crystal plane (HKL) corresponding to crystallographic analysis of the non-crystal oriented ceramics having the same composition as the crystal oriented ceramics.

Wenn keines der Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in einer spezifischen Ebene orientiert ist, beträgt ihr mittlerer Orientierungsgrad F(HKL) entsprechend 0%. Wenn andererseits jedes der Kristallkörner, die das polykristalline Material bilden, in einer spezifischen Kristallebene orientiert ist, beträgt ihr mittlerer Orientierungsgrad F(HKL) 100%.If none of the crystal grains containing the polycrystalline material is oriented in a specific level their mean orientation degree F (HKL) corresponding to 0%. On the other hand each of the crystal grains containing the polycrystalline material is oriented in a specific crystal plane is their mean orientation degree F (HKL) 100%.

Je mehr sich das Verhältnis der Kristallkörner, die in einer spezifischen Kristallebene orientiert sind, in der kristallorientierten Keramik erhöht, umso höher ist die Verformungswirkung der Piezokeramikschichten.ever more the ratio of the crystal grains, the are oriented in a specific crystal plane, in the crystal-oriented one Ceramic increases, the higher the deformation effect the piezoceramic layers.

Da die kristallorientierte Keramik allgemein aus einem polykristallinen Material besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, kann es in einer bleifreien Piezokeramik für hohe piezoelektrische Kennwerte sorgen. Da die spezifische Kristallebene in jedem der Kristallkörner, die das polykristalline Material in der kristallorientierten Keramik bilden, in einer gleichen Richtung orientiert oder ausgerichtet ist, kann außerdem verglichen mit einem nicht orientierten Sinterkörper (nicht orientierten Körper), der die gleiche Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik hat, für hohe piezoelektrische Kennwerte gesorgt werden.There The crystal-oriented ceramics generally made of a polycrystalline Material consists mainly of an isotropic material Perovskite compound can exist in a lead-free piezoceramic ensure high piezoelectric characteristics. Because the specific Crystal plane in each of the crystal grains, which is the polycrystalline Material in the crystal-oriented ceramic form, in a same Direction oriented or oriented, can also compared with a non-oriented sintered body (not oriented body), which has the same composition The crystal-oriented ceramic has, for high piezoelectric Characteristics are taken care of.

Als Nächstes folgt eine Beschreibung jedes Schritts in dem Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen kristallorientierten Keramik.When Next follows a description of each step in the Method for producing the inventive crystal-oriented ceramic.

Der erste Vorbereitungsschritt bereitet ein anisotropes Pulver aus orientierten anisotropen Körnern vor, in denen eine {100}-Kristallebene orientiert ist.Of the first preparation step prepares an anisotropic powder oriented anisotropic grains in which a {100} crystal plane is oriented.

Die „anisotrope Form” gibt eine Form an, in der die Abmessung in der Längsrichtung länger als die Abmessung in Breiten- oder Dickenrichtung ist. Genauer gesagt hat eine solche anisotrope Form eine Plattenform, eine Säulenform, eine Schuppenform oder eine Nadelform. Die Art der Kristallebene, die die orientierte Oberfläche bildet, kann entsprechend dem Bedarf aus verschiedenen Arten von Kristallebenen gewählt werden.The "anisotropic Form "indicates a shape in which the dimension in the longitudinal direction longer than the dimension in width or thickness direction is. More specifically, such an anisotropic form has a plate shape, a columnar shape, a dandruff shape or a needle shape. The type of crystal plane that the oriented surface can, according to the needs of different types of Crystal planes are chosen.

Es ist vorzuziehen, als die orientierten Körner ein Material zu verwenden, das eine Form hat, mit der sich die Kristallebene während des Formschritts leicht in einer spezifischen Richtung orientieren lässt. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das orientierte Korn ein mittleres Längenverhältnis von nicht weniger als 3 hat.It is preferable than the oriented grains a material to use, which has a form, with which the crystal plane during the molding step easily in a specific direction orient. For this reason, it is preferable that the oriented grain has a mean aspect ratio of not less than 3 has.

Wenn das mittlere Längenverhältnis weniger als 3 beträgt, lässt sich das anisotrope Pulver während des Formschritts nur schwer in einer spezifischen Richtung orientieren. Um die aus kristallorientierter Keramik bestehende Piezokeramik mit einem höheren Orientierungsgrad herzustellen, ist es vorzuziehen, dass das orientierte Korn ein Längenverhältnis von nicht weniger als 5 hat. Das mittlere Längenverhältnis ist ein Mittelwert der maximalen Abmessung zur minimalen Abmessung der orientierten Körner.If the mean aspect ratio is less than 3, lets the anisotropic powder during the molding step difficult to orient in a specific direction. To the out Crystal-oriented ceramic existing piezoceramic with a higher Orientation degree, it is preferable that the oriented Grain an aspect ratio of not less than 5 has. The mean aspect ratio is an average of maximum dimension to the minimum dimension of the oriented grains.

Je größer das mittlere Längenverhältnis der orientierten Körner ist, umso leichter lassen sich die orientierten Körner während des Formschritts orientieren. Wenn das mittlere Längenverhältnis jedoch extrem hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass die orientierten Körner während des Mischschritts brechen. Dadurch ist es schwierig, einen Formkörper herzustellen, in dem die orientierten Körner orientiert sind. Es ist daher vorzuziehen, dass die orientierten Körner ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 100 haben. Es ist besser, wenn die orientierten Körner ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 50 haben, und noch besser haben sie ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 30.ever greater the mean aspect ratio which is oriented grains, the easier it can be the oriented grains during the forming step orientate. If the mean aspect ratio however, is extremely high, there is a possibility that the oriented grains during the mixing step break. This makes it difficult to produce a shaped body, in which the oriented grains are oriented. It is therefore, it is preferable that the oriented grains have a middle Aspect ratio of not more than 100 have. It is better if the oriented grains are a medium Have aspect ratio of not more than 50, and even better, they have a medium aspect ratio of not more than 30.

Die orientierten Körner bestehen aus einer Perowskitverbindung. In einem konkreten Beispiel kann als orientierte Körner eine Verbindung verwendet werden, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die angestrebte isotrope Perowskitverbindung hat, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung.The oriented grains consist of a perovskite compound. In a concrete example can be considered oriented grains A compound can be used that has the same chemical composition as the desired isotropic perovskite compound has, such as by the general formula (1) expressed compound.

Es ist nicht immer notwendig, eine Verbindung mit der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die angestrebte isotrope Perowskitverbindung zu verwenden, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung. Es kann auch ein Material verwendet werden, das als Hauptbestandteil die angestrebte isotrope Perowskitverbindung erzeugt, etwa die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung, indem es mit dem später beschriebenen reaktiven Ausgangspulver gesintert wird.It is not always necessary to connect with the same chemical Composition like the desired isotropic perovskite compound to use, such as those expressed by the general formula (1) Connection. It can also be used as a material Main component generates the desired isotropic perovskite compound, about the compound expressed by the general formula (1), by using the reactive starting powder described later is sintered.

Dementsprechend kann entweder ein Mischkristall oder eine Verbindung gewählt werden, die ein oder mehr positive Innenelemente (oder positiv geladene Innenelemente) enthält, die in der zu erzeugenden Perowskitverbindung enthalten sind.Accordingly either a mixed crystal or a compound can be chosen be one or more positive interior elements (or positively charged Internal elements) contained in the perovskite compound to be produced are included.

Als diese orientierten Körner, die die obige Bedingung erfüllen, können zum Beispiel die folgenden Verbindungen verwendet werden:
NaNbO3 (nachstehend als „NN” bezeichnet), KNbO3 (nachstehend als „KN” bezeichnet) und (K1-yNay)NbO3 (0 < y < 1), die eine isotrope Perowskitverbindungsart darstellen, oder in den obigen Materialien wird eine vorbestimmte Menge Li, Ta und/oder Sb substituiert oder gelöst, was durch die folgende allgemeine Formel (2) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-1-wTazSbw)O3 (2),wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, und 0 ≤ w ≤ 1 gilt.
As these oriented grains satisfying the above condition, for example, the following compounds may be used:
NaNbO 3 (hereinafter referred to as "NN"), KNbO 3 (hereinafter referred to as "KN") and (K 1-y Na y ) NbO 3 (0 <y <1) which are an isotropic perovskite compound type, or in the above Materials are substituted or dissolved by a predetermined amount of Li, Ta and / or Sb, which is expressed by the following general formula (2): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } (Nb 1-1 -t Ta z Sb w ) O 3 (2), where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and 0 ≦ w ≦ 1 holds.

Die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindungen haben eine gute und hohe Gitterpassungsfunktion gegenüber der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Daher dient das aus den obigen orientierten Körnern bestehende anisotrope Pulver (im Folgenden als das „anisotrope Pulver A” bezeichnet), das durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückt wird, als eine reaktive Vorlage, um die kristallorientierte Keramik herzustellen, wobei die {100}-Kristallebene in den obigen orientierten Körnern die orientierte Ebene ist.The compounds expressed by the general formula (2) have a good and high lattice matching function the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite. Therefore, this is oriented from the above Grains consisting of anisotropic powder (hereinafter referred to as the "anisotropic Powder A "), represented by the general formula (2) is expressed as a reactive template to the to produce crystal oriented ceramics, where the {100} crystal plane in the above oriented grains, the oriented plane is.

Darüber hinaus besteht das anisotrope Pulver A im Wesentlichen aus positiven Ionenelementen (oder positiv geladenen Ionenelementen), die in der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung enthalten sind. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik hergestellt werden, die eine geringere Menge Verunreinigungselemente hat.About that In addition, the anisotropic powder A consists essentially of positive Ionic elements (or positively charged ionic elements) used in the expressed by the general formula (1) isotropic Perovskite compound are included. This can be a crystal-oriented Ceramics are made containing a smaller amount of impurity elements Has.

Als anisotropes Pulver kann auch eine geschichtete Perowskitverbindung verwendet werden, in der zum Beispiel die {100}-Kristallebene eine Kristallebene mit geringer Oberflächenenergie ist. Da die geschichtete Perowskitverbindung ein großes anisotropes Kristallgitter hat, lässt sich das aus der geschichteten Perowskitverbindung bestehende anisotrope Pulver (nachstehend als das „anisotrope Pulver B” bezeichnet), das als orientierte Ebene eine geringe Oberflächenenergie hat, leicht herstellen.When Anisotropic powder can also be a layered perovskite compound in which, for example, the {100} crystal plane is one Crystal plane with low surface energy is. Because the layered perovskite compound a large anisotropic Crystal lattice, this can be from the layered Perovskite compound existing anisotropic powder (hereinafter referred to as referred to as "anisotropic powder B"), referred to as oriented plane has a low surface energy, easy to make.

Ein Beispiel, das sich für die geschichtete Perowskitverbindung verwenden lässt, ist zum Beispiel eine Bismutschicht-Perowskitverbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (3) ausgedrückt wird: (Bi2O2)2+{B10,5Mem-1,5NbmO3m+1}2– (3),wobei m eine ganze Zahl von nicht weniger als 2 ist und Me ein oder mehrere der Elemente Li, K und Na ist.An example which can be used for the layered perovskite compound is, for example, a bismuth layer perovskite compound expressed by the following general formula (3): (Bi 2 O 2 ) 2+ {B 10.5 Me m-1.5 Nb m O 3m + 1 } 2- (3) wherein m is an integer of not less than 2 and Me is one or more of Li, K and Na.

Anders als die anderen Ebenen in der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung hat eine {001}-Kristallebene im Allgemeinen eine geringe Oberflächenenergie. Die Verwendung der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung erleichtert daher die Arbeit, das obige anisotrope Pulver B mit der orientierten {001}-Ebene zu synthetisieren. Die orientierte {001}-Ebene ist parallel zu der (Bi2O2)2+-Schicht der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Bismutschicht-Perowskitverbindung. Des Weiteren passt die {001}-Ebene in der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung in hohem Maße zu der {100}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung.Unlike the other planes in the compound expressed by the general formula (3), a {001} crystal plane generally has a low surface energy. The use of the compound expressed by the general formula (3), therefore, facilitates the work of synthesizing the above anisotropic powder B having the {001} oriented layer. The oriented {001} plane is parallel to the (Bi 2 O 2 ) 2+ layer of the bismuth layer perovskite compound expressed by the general formula (3). Further, the {001} plane in the compound expressed by the general formula (3) greatly matches the {100} plane of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1).

Das anisotrope Pulver B, das aus der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Verbindung besteht und die orientierte {001}-Kristallebene hat, stellt eine gute reaktive Vorlage bzw. ein gutes anisotropes Pulver dar, um die kristallorientierte Keramik herzustellen.The anisotropic powder B, which is characterized by the general formula (3) composed connection and the oriented {001} crystal plane has, provides a good reactive template or a good anisotropic powder to produce the crystal-oriented ceramic.

Wenn die durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückte Verbindung verwendet wird, kann das anisotrope Pulver B so eingestellt werden, dass es im Wesentlichen kein Bi als A-Platz-Element enthält, indem die Zusammensetzung des reaktiven Ausgangspulvers eingestellt wird (wird später erläutert).When the compound expressed by the general formula (3) is used, the anisotropic powder B can be adjusted so that it contains substantially no Bi as the A-site element by the Composition of the reactive starting powder is set (will be explained later).

Dementsprechend kann selbst dann, wenn das anisotrope Pulver B verwendet wird, eine aus der kristallorientierten Keramik bestehende Piezokeramik hergestellt werden, die hauptsächlich aus der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung besteht.Accordingly even if the anisotropic powder B is used, a produced from the crystal-oriented ceramic piezoceramic which are mainly made by the general Formula (1) expressed isotropic perovskite compound consists.

Ein bevorzugtes zweites Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Sr2Nb2O7. Die {010}-Ebene von Sr2Nb2O7 hat verglichen mit den anderen Ebenen eine geringe Oberflächenenergie. Des Weiteren passt die {010}-Ebene von Sr2Nb2O7 in hohem Maße zu der {110}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Daher kann ein aus Sr2Nb2O7 bestehendes anisotropes Pulver, in dem die {010}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten {110}-Ebene herzustellen.A preferred second example of the layered perovskite compound as the anisotropic powder B is, for example, Sr 2 Nb 2 O 7 . The {010} plane of Sr 2 Nb 2 O 7 has a low surface energy compared to the other planes. Further, the {010} plane of Sr 2 Nb 2 O 7 highly matches the {110} plane of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1). Therefore, an anisotropic powder consisting of Sr 2 Nb 2 O 7 in which the {010} plane is an oriented plane can be used as a reactive template to produce a crystal oriented ceramic having an oriented {110} plane.

Ein bevorzugtes drittes Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Na1,5Bi2,5Nb3O12, Na2,5Bi2,5Nb4O15, Bi3TiNbO9, Bi3TiTaO9, K0,5Bi2,5Nb2O9, CaBi2Nb2O9, SrBi2Nb2O9, BaBi2Nb2O9, BaBi3Ti2NbO12, CaBi2Ta2O9, SrBi2Ta2O9, Na0,5Bi2,5Ta2O9, Bi7Ti4NbO21, Bi5Nb3O15 usw.A preferred third example of the layered perovskite compound as anisotropic powder B is, for example, Na 1.5 Bi 2.5 Nb 3 O 12 , Na 2.5 Bi 2.5 Nb 4 O 15 , Bi 3 TiNbO 9 , Bi 3 TiTaO 9 , K 0.5 Bi 2.5 Nb 2 O 9 , CaBi 2 Nb 2 O 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9 , BaBi 2 Nb 2 O 9 , BaBi 3 Ti 2 NbO 12 , CaBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , Na 0.5 Bi 2.5 Ta 2 O 9 , Bi 7 Ti 4 NbO 21 , Bi 5 Nb 3 O 15 , etc.

Die {001}-Ebene in den obigen Verbindungen passt bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der pseudokubischen {100}-Ebene der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Dementsprechend kann ein anisotropes Pulver aus einer dieser Verbindungen, in denen die {001}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten pseudokubischen {100}-Ebene herzustellen.The {001} plane in the above compounds fits of the lattice to a high degree to the pseudocubic {100} plane the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite. Accordingly, an anisotropic powder from one of these links, where the {001} plane is an oriented one Level is to be used as a reactive template to be a crystal-oriented To produce ceramic with an oriented pseudocubic {100} plane.

Ein bevorzugtes drittes Beispiel der geschichteten Perowskitverbindung als anisotropes Pulver B ist zum Beispiel Ca2Nb2O7 und Sr2Ta2O7 usw.A preferred third example of the layered perovskite compound as the anisotropic powder B is, for example, Ca 2 Nb 2 O 7 and Sr 2 Ta 2 O 7 , etc.

Die {010}-Ebene in den obigen Verbindungen passt bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der pseudokubischen {110}-Ebene der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung. Dementsprechend kann ein anisotropes Pulver aus einer dieser Verbindungen, in denen die {010}-Ebene eine orientierte Ebene ist, als eine reaktive Vorlage verwendet werden, um eine kristallorientierte Keramik mit einer orientierten pseudokubischen {110}-Ebene herzustellen.The {010} plane in the above links fits of the lattice to a high degree to the pseudocubic {110} plane the isotropic one expressed by the general formula (2) Perovskite. Accordingly, an anisotropic powder from one of these compounds in which the {010} plane is oriented Level is to be used as a reactive template to be a crystal-oriented To produce ceramic with an oriented pseudocubic {110} plane.

Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des obigen anisotropen Pulvers.When Next follows a description of a method of manufacturing of the above anisotropic powder.

Das aus der geschichteten Perowskitverbindung bestehende anisotrope Pulver (d. h. das anisotrope Pulver B) lässt sich durch die folgenden Schritte leicht mit einer vorbestimmten Zusammensetzung, einer vorbestimmten mittleren Korngröße und/oder einem vorbestimmten Längenverhältnis herstellen:
Vorbereiten eines Oxids, Carbonats, Nitrats usw. (nachstehend als das „anisotrope Pulverausgangsmaterial” bezeichnet), das deren Elementbestandteile enthält; und
Erhitzen des anisotropen Pulverausgangsmaterials mit einer Flüssigkeit oder einem Material, das beim Erhitzen flüssig wird.
The anisotropic powder (ie, the anisotropic powder B) consisting of the layered perovskite compound can be easily prepared by the following steps with a predetermined composition, a predetermined average grain size, and / or a predetermined aspect ratio:
Preparing an oxide, carbonate, nitrate, etc. (hereinafter referred to as the "anisotropic powder raw material") containing its constituent elements; and
Heating the anisotropic powder starting material with a liquid or material that becomes liquid upon heating.

Wenn das anisotrope Pulverausgangsmaterial in einer Lösung erhitzt wird, die eine leichte Diffusion ermöglicht, lässt sich leicht ein anisotropes Pulver B synthetisieren, in dem die Ebene geringer Oberflächenenergie (zum Beispiel die {001}-Ebene in der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung) mit Priorität wächst. In diesem Fall können das mittlere Längenverhältnis und die mittlere Korngröße des anisotropen Pulvers B durch Auswahl einer optimalen Synthesebedingung eingestellt werden.If the anisotropic powder starting material is heated in a solution is allowed, which allows for easy diffusion easily synthesize an anisotropic powder B in which the Low surface energy level (for example, the {001} plane in the compound expressed by the general formula (2)) growing with priority. In this case, you can the mean aspect ratio and the mean Grain size of the anisotropic powder B by selection be set to an optimal synthesis condition.

Es gibt die folgenden Verfahren zum Herstellen des anisotropen Pulvers B: ein Verfahren, bei dem ein wahlfreies Flussmittel (zum Beispiel NaCl, KCl, ein Gemisch von NaCl und KCl, BaCl2, KF usw.) in das anisotrope Pulverausgangsmaterial gegeben wird und das Gemisch dann erhitzt wird, oder ein Verfahren, in dem ein unregelmäßig geformtes Pulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das herzustellende anisotrope Pulver B und eine Alkalilösung in einem Autoklaven erhitzt werden. Das erstgenannte Verfahren wird als „Flussmittelverfahren” bezeichnet. Das letztgenannte Verfahren wird als „Hydrothermisches Verfahren” bezeichnet.There are the following methods for producing the anisotropic powder B: a method in which an optional flux (for example, NaCl, KCl, a mixture of NaCl and KCl, BaCl 2 , KF, etc.) is added to the anisotropic powder starting material and the mixture is then heated, or a method in which an irregularly shaped powder having the same composition as the produced anisotropic powder B and an alkali solution are heated in an autoclave. The former method is called "flux method". The latter method is called "hydrothermal method".

Da die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung ein Kristallgitter mit sehr geringer Anisotropie hat, ist es andererseits schwierig, das anisotrope Pulver (d. h. das anisotrope Pulver A), das aus der durch die allgemeine Formel (2) ausdrückten Verbindung besteht, in der die spezifische Kristallebene eine orientierte Ebene ist, direkt zu synthetisieren. Allerdings kann das anisotrope Pulver A hergestellt werden, während das oben beschriebene anisotrope Pulver B als reaktive Vorlage verwendet wird, indem es in einem Flussmittel mit einem reaktiven Ausgangsmaterial B erhitzt wird, das eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.On the other hand, since the compound expressed by the general formula (2) has a crystal lattice with very little anisotropy, it is difficult to obtain the anisotropic powder (ie, the anisotropic powder A) consisting of the compound expressed by the general formula (2) the specific crystal plane one oriented level is to synthesize directly. However, the anisotropic powder A can be produced while using the above-described anisotropic powder B as a reactive master by heating in a flux having a reactive raw material B satisfying a predetermined condition.

Wenn das anisotrope Pulver A unter Verwendung des anisotropen Pulvers B als reaktive Vorlage synthetisiert wird, kann unter optimalen Reaktionsbedingungen seine Kristallstruktur geändert werden, ohne die Form des Pulvers zu beeinflussen.If the anisotropic powder A using the anisotropic powder B as a reactive template is synthesized under optimal conditions Reaction conditions are changed its crystal structure without affecting the shape of the powder.

Um das anisotrope Pulver A, das während des Formschritts in einer spezifischen Richtung orientiert werden soll, leicht synthetisieren zu können, ist es vorzuziehen, dass das während des Synthetisierungsschritts zu verwendende anisotrope Pulver B eine Form hat, die sich während des Formschritts leicht in der spezifischen Richtung orientieren lässt.Around the anisotropic powder A, which during the molding step in to be oriented in a specific direction it is preferable that during the anisotropic powder B to be used in the synthesizing step has a shape that is easy during the shaping step oriented in the specific direction.

Wenn das anisotrope Pulver A unter Verwendung des anisotropen Pulvers B als reaktive Vorlage synthetisiert wird, ist es deswegen vorzuziehen, dass das anisotrope Pulver A ein mittleres Längenverhältnis von nicht weniger als 3, besser noch von nicht weniger als 5 und noch besser von nicht weniger als 10 hat. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass das anisotrope Pulver A ein mittleres Längenverhältnis von nicht mehr als 100 hat, um das Produkt daran zu hindern, in einem folgenden Schritt zu brechen.If the anisotropic powder A using the anisotropic powder B is synthesized as a reactive template, it is therefore preferable to the anisotropic powder A has an average aspect ratio not less than 3, better still not less than 5 and even better of not less than 10 has. Furthermore It is preferable that the anisotropic powder A has an average aspect ratio of not more than 100, to prevent the product from being in to break a next step.

Das zuvor beschriebene reaktive Ausgangsmaterial B ist eine Verbindung, mit der sich das anisotrope Pulver A, das aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht, durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver B herstellen lässt. In diesem Fall ist es für das reaktive Ausgangsmaterial B akzeptabel, wenn es durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver B lediglich die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung erzeugt. Es ist auch akzeptabel, wenn es durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver B sowohl ein überschüssiges Material als auch die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung erzeugt. Das „überschüssige Material” bezeichnet ein anderes Material als die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung als das geplante Produkt. Wenn das überschüssige Material durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B erzeugt wird, ist es außerdem vorzuziehen, das überschüssige Material durch eine thermische oder chemische Behandlung leicht aus dem Produkt zu entfernen.The previously described reactive starting material B is a compound with the anisotropic powder A, which is made by the general Formula (2) is composed by one Reaction with the anisotropic powder B can produce. In this case it is for the reactive starting material B acceptable if it is due to the reaction with the anisotropic powder B only those expressed by the general formula (2) Connection created. It is also acceptable if it is due to the reaction with the anisotropic powder B both an excess Material as well as those expressed by the general formula (2) Connection created. The "excess Material "means a different material than the material the general formula (2) expressed compound as the planned product. If the excess material by the reaction between the anisotropic powder B and the reactive one It is also preferable that the excess material through a thermal or to easily remove chemical treatment from the product.

Als reaktives Ausgangsmaterial B kann zum Beispiel ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Carbonat, ein Nitrat, ein Oxalat, ein Alkoxid usw. verwendet werden. Die chemische Zusammensetzung des reaktiven Ausgangsmaterials B kann beruhend auf der herzustellenden und durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung und der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B festgelegt werden.When Reactive starting material B may be, for example, an oxide powder, a Mixed oxide powder, a carbonate, a nitrate, an oxalate, an alkoxide etc. are used. The chemical composition of the reactive Starting material B may be based on the manufactured and by the general formula (2) and compound expressed the composition of the anisotropic powder B.

Wenn zum Beispiel ein anisotropes Pulver A hergestellt wird, das aus NaNbO3 (NN) als einer Art der Verbindungen besteht, die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückt werden, indem ein anisotropes Pulver B verwendet wird, das aus Bi2,5Na0,5Nb2O9 als einer Art der Bismutschicht-Perowskitverbindung besteht, die durch die zuvor erläuterte allgemeine Formel (3) ausgedrückt wird, kann als das reaktive Ausgangsmaterial B eine Na-haltige Verbindung (etwa ein Oxid, ein Hydroxid, ein Carbonat, ein Nitrat usw.) verwendet werden.For example, when an anisotropic powder A is prepared consisting of NaNbO 3 (NN) as one kind of the compounds expressed by the general formula (2) by using an anisotropic powder B composed of Bi 2.5 Na 0.5 Nb 2 O 9 as one kind of the bismuth layer-perovskite compound expressed by the above-explained general formula (3), as the reactive raw material B, a Na-containing compound (such as an oxide, a hydroxide, a carbonate , a nitrate, etc.).

Wenn in das anisotrope Pulver B und das reaktive Ausgangsmaterial B mit der obigen Zusammensetzung ein geeignetes Flussmittel in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 500 Gew.-% (zum Beispiel NaCl, KCl, ein Gemisch aus NaCl und KCl, BaCl2, KF usw.) gegeben wird und das Gemisch auf die Temperatur eines eutektischen Punkts und eines Schmelzpunkts erhitzt wird, besteht das überschüssige Material hauptsächlich aus NN und Bi2O3. Da Bi2O3 einen niedrigen Schmelzpunkt und eine geringe Säurebeständigkeit hat, kann das aus NN bestehende anisotrope Pulver A, in dem die {100}-Ebene eine orientierte Ebene ist, hergestellt werden, indem das Flussmittel aus dem erzielten Reaktionsprodukt beseitigt wird und es dann erhitzt oder mit Säure gespült wird.When in the anisotropic powder B and the reactive starting material B having the above composition, a suitable flux in a range of 1 wt .-% to 500 wt .-% (for example, NaCl, KCl, a mixture of NaCl and KCl, BaCl 2 , KF, etc.) is added and the mixture is heated to the temperature of an eutectic point and a melting point, the excess material is mainly composed of NN and Bi 2 O 3. Since Bi 2 O 3 has a low melting point and low acid resistance, the N-anisotropic powder A in which the {100} plane is an oriented plane can be prepared by eliminating the flux from the obtained reaction product then heated or rinsed with acid.

Des Weiteren kann beim Synthetisieren eines anisotropen Pulvers A, das aus (K0,5Na0,5)NbO3 (nachfolgend als „KNN” bezeichnet) als einer Art der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht, indem ein aus BINN2 bestehendes anisotropes Pulver B verwendet wird, als reaktives Ausgangsmaterial B eine Na-haltige Verbindung (ein Oxid, ein Hydroxid, ein Carbonat, ein Nitrat usw.) oder ein Gemisch aus Na und K verwendet werden.Further, in synthesizing an anisotropic powder A consisting of (K 0.5 Na 0.5 ) NbO 3 (hereinafter referred to as "KNN") as one kind of the compound expressed by the general formula (2), by one of BINN2 existing anisotropic powder B is used as the reactive starting material B, a Na-containing compound (an oxide, a hydroxide, a carbonate, a nitrate, etc.) or a mixture of Na and K.

Wenn in das anisotrope Pulver B und das reaktive Ausgangsmaterial B mit der obigen Zusammensetzung ein geeignetes Flussmittel in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 500 Gew.-% gegeben wird und das Gemisch auf die Temperatur eines eutektischen Punkts und eines Schmelzpunkts erhitzt wird, besteht das überschüssige Material hauptsächlich aus KNN und Bi2O3.When an appropriate flux in a range of 1 wt% to 500 wt% is added to the anisotropic powder B and the reactive raw material B having the above composition, and the mixture is heated to the temperature of a eutectic point and a melting point, is that over schüssige material mainly from KNN and Bi 2 O 3 .

Indem das Flussmittel aus dem erzielten Reaktionsprodukt beseitigt wird, kann ein aus KNN bestehendes anisotropes Pulver A hergestellt werden, in dem die {100}-Ebene eine orientierte Ebene ist.By doing the flux is removed from the reaction product obtained, For example, an anisotropic powder A consisting of KNN can be produced. where the {100} plane is an oriented plane.

Der Fall, dass durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B lediglich die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung hergestellt wird, hat den gleichen Ablauf. Das heißt, dass es ausreicht, das anisotrope Pulver B mit einer bestimmten Zusammensetzung und das reaktive Ausgangsmaterial B mit einer bestimmten Zusammensetzung in einem geeigneten Flussmittel zu erhitzen. Dadurch kann in dem Flussmittel die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung mit der vorbestimmten Zusammensetzung erzeugt werden. Durch das Entfernen des Flussmittels aus dem reaktiven Produkt kann dann das durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte anisotrope Pulver A erzielt werden, in dem eine spezifische Kristallebene eine orientierte Ebene ist.Of the Case that by the reaction between the anisotropic powder B and the reactive starting material B only those through the general Formula (2) expressed compound has the same procedure. That means it's enough, that Anisotropic powder B with a specific composition and the reactive starting material B with a specific composition in a suitable flux to heat. This can be done in the Fluxes expressed by the general formula (2) Connection can be generated with the predetermined composition. By removing the flux from the reactive product can then the anisotropic expressed by the general formula (2) Powder A can be achieved in which a specific crystal plane a oriented level is.

Da die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung ein Kristallgitter mit geringer Anisotropie hat, lässt sich das anisotrope Pulver A, wie zuvor beschrieben wurde, nur schwer direkt synthetisieren. Es ist ebenfalls schwierig, ein anisotropes Pulver A direkt zu synthetisieren, in dem eine wahlfreie Kristallebene zu einer orientierten Ebene wird.There the compound expressed by the general formula (2) has a crystal lattice with low anisotropy leaves The anisotropic powder A, as described above, is difficult synthesize directly. It is also difficult to get an anisotropic To synthesize powder A directly in which an optional crystal plane to an oriented level becomes.

Da andererseits die geschichtete Perowskitverbindung, wie zuvor beschrieben wurde, ein Kristallgitter mit großer Anisotropie hat, lässt sich das anisotrope Pulver damit leicht und direkt synthetisieren. Des Weiteren haben die meisten orientierten Ebenen in dem anisotropen Pulver aus der geschichteten Perowskitverbindung die Wirkung, bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene in der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung zu passen. Darüber hinaus ist die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung im Vergleich mit der geschichteten Perowskitverbindung thermodynamisch stabil.There on the other hand, the layered perovskite compound as described above was, has a crystal lattice with great anisotropy leaves The anisotropic powder can easily and directly synthesize. Furthermore, the most oriented levels in the anisotropic Powder of the layered perovskite compound the effect, with respect of the lattice to the specific crystal plane in the by the general Formula (2) to match. About that In addition, the compound expressed by the general formula (2) is thermodynamically compared to the layered perovskite compound stable.

Aus diesem Grund dient das anisotrope Pulver B als reaktive Vorlage, wenn die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver B und dem reaktiven Ausgangsmaterial B in einem geeigneten Flussmittel durchgeführt wird, wobei die orientierte Ebene in der der geschichteten Perowskitverbindung bezüglich des Gitters zu der spezifischen Ebene in der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung passt. Dadurch lässt sich leicht das anisotropes Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung synthetisieren, das die gleiche Kristallebenen-Orientierungsrichtung wie das anisotrope Pulver B hat.Out For this reason, the anisotropic powder B serves as a reactive template, when the reaction between the anisotropic powder B and the reactive Starting material B is carried out in a suitable flux with the oriented plane in the layered perovskite compound with respect to the grid to the specific level in the compound expressed by the general formula (2) fits. This makes it easy to get the anisotropic powder A is as expressed by the general formula (2) Synthesize the compound that has the same crystal plane orientation direction as the anisotropic powder B has.

Darüber hinaus ermöglicht eine Optimierung der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers B und des reaktiven Ausgangsmaterials B es, das A-Platz-Element (nachstehend als das „überschüssige A-Platz-Element” bezeichnet) aus dem anisotropen Pulver B zu entfernen und ein anisotropes Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung herzustellen, das keinerlei überschüssiges A-Platz-Element enthält.About that In addition, an optimization of the composition allows of the anisotropic powder B and the reactive starting material B it, the A-space element (hereinafter referred to as the "excess A-space element") from the anisotropic powder B and an anisotropic powder A is as expressed by the general formula (2) Make connection that no excess A-space element contains.

Wenn das anisotrope Pulver B aus der durch die allgemeine Formel (3) ausgedrückten Bismutschicht-Perowskitverbindung besteht, wird insbesondere Bi als das überschüssige A-Platz-Element entfernt und ein überschüssiger Bestandteil aus hauptsächlich Bi2O3 synthetisiert. Durch thermisches oder chemisches Entfernen des überschüssigen Bestandteils kann das anisotrope Pulver A aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung hergestellt werden, in dem die spezifische Kristallebene orientiert ist.In particular, when the anisotropic powder B is the bismuth layer-perovskite compound expressed by the general formula (3), Bi is removed as the excess A-site element and an excess of mainly Bi 2 O 3 is synthesized. By thermally or chemically removing the excess ingredient, the anisotropic powder A can be prepared from the compound expressed by the general formula (2) in which the specific crystal plane is oriented.

Das orientierte Korn besteht aus einer isotropen Perowskitverbindung, die durch ABO3 ausgedrückt wird. Es ist vorzuziehen, dass das A-Platz-Element in der isotropen Perowskitverbindung hauptsächlich aus mindestens einem der Elemente K, Na und Li besteht und dass das B-Platz-Element darin hauptsächlich aus mindestens einem der Elemente Nb, Sb und Ta besteht. In diesem Fall kann in einem Kalium-Niobat-Natrium-System für isotropen Perowskit eine bleifreie, kristallorientierte Keramik mit verhältnismäßig hohen piezoelektrischen Kennwerten hergestellt werden.The oriented grain consists of an isotropic perovskite compound expressed by ABO 3 . It is preferable that the A-space element in the isotropic perovskite compound mainly consists of at least one of K, Na and Li, and that the B-space element therein is mainly composed of at least one of Nb, Sb and Ta. In this case, in a potassium niobate-sodium system for isotropic perovskite, a lead-free, crystal-oriented ceramic having relatively high piezoelectric characteristics can be produced.

Es ist außerdem vorzuziehen, dass das orientierte Korn aus der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung besteht. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad hergestellt werden.It It is also preferable that the oriented grain is the compound expressed by the general formula (2) consists. This allows a crystal-oriented ceramic with a high degree of orientation.

Und zwar passt die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung, wie zuvor beschrieben wurde, bezüglich des Gitters in hohem Maße zu der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten Verbindung. Daher dient das anisotrope Pulver B, das aus den durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten orientierten Körnern besteht, in denen die spezifische Kristallebene die orientierte Ebene ist, als eine gute Vorlage für die Herstellung der kristallorientierten Keramik.Namely, the compound expressed by the general formula (2) described above, with respect to the lattice, greatly matches the compound expressed by the general formula (1). Therefore, the anisotropic powder B consisting of the oriented grains expressed by the general formula (2) in which the specific crystal plane is the oriented plane serves as a good template for the production of crystal-oriented ceramics.

Der zweite Vorbereitungsschritt bereitet als Nächstes das reaktive Ausgangspulver vor, um durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen.Of the second preparatory step next prepares the reactive one Starting powder before to react by reaction with the anisotropic powder to produce the isotropic perovskite compound.

Der zweite Vorbereitungsschritt bereitet ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° vor und verwendet es.Of the second preparation step prepares a reactive starting powder with a half width in a range of 0.4 ° to 0,8 ° before and use it.

Wird ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite von weniger als 0,4° verwendet, besteht die Möglichkeit, dass während des Brennschritts die Reaktionsfreudigkeit bei der Reaktion zwischen dem reaktiven Ausgangspulver und dem anisotropen Pulver abnimmt. Infolgedessen kann es schwierig werden, die Rohdichte des Produkts zu erhöhen. Dadurch verringert sich der elektrische Isolationswiderstand der kristallorientierten Keramik als Produkt.Becomes a reactive starting powder with a half width of less used as 0.4 °, there is a possibility that during the firing step the reactivity the reaction between the reactive starting powder and the anisotropic Powder decreases. As a result, it can be difficult to bulk density of the product. This reduces the electrical Insulation resistance of the crystal-oriented ceramic as a product.

Wird dagegen ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite von mehr als 0,8° verwendet, besteht die Möglichkeit, dass es nach Abschluss des Brennschritts an Gleichmäßigkeit in der kristallorientierten Keramik als dem erzielten Produkt mangelt.Becomes by contrast, a reactive starting powder having a half-width of more than 0.8 °, it is possible to that it is at uniformity after completion of the firing step in the crystal-oriented ceramic as the product obtained lacks.

Die Halbwertsbreite der {002}-Ebene des reaktiven Ausgangspulvers kann durch das folgende Verfahren ermittelt werden.The Half width of the {002} plane of the reactive starting powder can be determined by the following method.

Und zwar werden die Röntgenmuster des reaktiven Ausgangspulvers an jedem seiner Peakwerte voneinander getrennt, und es wird anhand der {002}-Ebene die Peakbreite als Halbwertsbreite (als volle Breite bei halber Höhe: engl. FWHM) bei einer Intensität ermittelt, die der halben höchsten Peakintensität am Peakwert (θ = ungefähr 45°) entspricht.And indeed, the X-ray patterns of the reactive starting powder become separated at each of its peak values, and it is based on the {002} plane the peak width as half width (as full width at half height: engl. FWHM) at one intensity which determines half the highest peak intensity at the peak value (θ = about 45 °).

Es ist vorzuziehen, dass das reaktive Ausgangsmaterial eine Korngröße von nicht mehr als 1/3 der Korngröße des anisotropen Pulvers hat.It it is preferable that the reactive starting material is a grain size of not more than 1/3 of the grain size of the anisotropic Powder has.

Wenn die Korngröße des reaktiven Ausgangsmaterials mehr als 1/3 der Korngröße des anisotropen Pulvers beträgt, besteht die Möglichkeit, dass sich das Ausgangsgemisch nur schwer so formen lässt, dass die orientierte Ebene in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist. Es ist vorzuziehen, dass die Korngröße des reaktiven Ausgangsmaterials nicht mehr als 1/4 der Korngröße des anisotropen Pulvers, besser noch nicht mehr als 1/5 der Korngröße des anisotropen Pulvers beträgt.If the grain size of the reactive starting material more than 1/3 of the grain size of the anisotropic powder There is a possibility that the Starting mixture difficult to shape so that the oriented Level in the anisotropic powder approximately in a same Direction is oriented. It is preferable that the grain size of the reactive starting material not more than 1/4 of the grain size of the anisotropic powder, better still not more than 1/5 of the grain size of the anisotropic powder.

Die Korngröße zwischen dem reaktiven Ausgangsmaterial und dem anisotropen Pulver kann verglichen werden, indem ihre mittlere Korngröße miteinander verglichen wird. Die Korngröße des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangsmaterials bezeichnet jeweils seinen langen Durchmesser.The Grain size between the reactive starting material and the anisotropic powder can be compared by their mean Grain size is compared. The grain size of the anisotropic powder and the reactive starting material each its long diameter.

Die chemische Zusammensetzung des reaktiven Ausgangsmaterials kann zum Beispiel entsprechend der Zusammensetzung des anisotropen Pulvers und der Zusammensetzung der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten und herzustellenden isotropen Perowskitverbindung festgelegt werden.The Chemical composition of the reactive starting material can for Example according to the composition of the anisotropic powder and the composition expressed by the general formula (1) and isotropic perovskite compound to be prepared.

Und zwar können zunächst die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte geplante Zusammensetzung und die Zusammensetzung des anisotropen Pulvers festgelegt werden, und dann kann die Zusammensetzung des reaktiven Ausgangspulvers festgelegt werden, um so durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen.And Although the first through the general Formula (1) expressed planned composition and the Composition of the anisotropic powder are set, and then can set the composition of the reactive starting powder to be so by the reaction between the anisotropic powder and the reactive starting powder represented by the general formula (1) to produce expressed isotropic perovskite compound.

Es ist vorzuziehen, dass die isotrope Perowskitverbindung in dem Brennschritt durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver erzeugt wird, wobei das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver eine unterschiedliche Zusammensetzung haben. Dadurch lässt sich die kristallorientierte Keramik leicht mit einer komplizierten Zusammensetzung herstellen.It it is preferable that the isotropic perovskite compound is in the firing step by the reaction between the anisotropic powder and the reactive one Starting powder is produced, wherein the anisotropic powder and the reactive starting powders have a different composition. This makes the crystal-oriented ceramic easy with a complicated composition.

Es ist vorzuziehen, ein reaktives Ausgangspulver zu verwenden, das aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die folgende allgemeine Formel (4) ausgedrückt wird: {Lip(K1-qNaq)1-p}c(Nb1-r-sTarSbs)O3 (4),wobei 0 ≤ p ≤ 1, 0 ≤ q ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 1, 0 ≤ s ≤ 1, 0,95 ≤ c ≤ 1,05 gilt.It is preferable to use a starting reactive powder consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the following general formula (4): {Li p (K 1-q Na q ) 1-p } c (Nb 1-rs Ta r Sb s ) O 3 (4) where 0≤p≤1, 0≤q≤1, 0≤r≤1,0≤≤≤1,0,95≤c≤1.05.

Die Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers mit der obigen, durch die allgemeine Formel (4) ausgedrückten Zusammensetzung kann in dem Brennschritt die Reaktionsfreudigkeit mit dem anisotropen Pulver erhöhen, wodurch leicht eine kristallorientierte Keramik mit gleichmäßiger Zusammensetzung und Dichte hergestellt werden kann.The Use of the reactive starting powder with the above, by general formula (4) can be expressed in the firing step the reactivity with the anisotropic Increase powder, making it easily a crystal-oriented Ceramic with uniform composition and Density can be produced.

Es ist vorzuziehen, dass der zweite Vorbereitungsschritt einen Mischvorbereitungsschritt und einen Kalzinierungsschritt durchführt. Der Vorbereitungsschritt erzeugt das reaktive Ausgangsgemisch durch Mischen von Ausgangselementen. Der Kalzinierungsschritt kalziniert das reaktive Ausgangsgemisch, um das reaktive Ausgangspulver herzustellen.It it is preferable that the second preparation step includes a mixing preparation step and performing a calcination step. The preparation step produces the reactive starting mixture by mixing starting elements. The calcining step calcines the reactive starting mixture, to make the reactive starting powder.

Dadurch kann leicht ein reaktives Ausgangspulver erzeugt werden, das aus der durch die allgemeine Formel (4) ausgedrückten Verbindung besteht, die eine hervorragende Reaktionsfreudigkeit bei der Reaktion mit dem anisotropen Pulver hat. Es ist dann möglich, das reaktive Ausgangspulver nach Abschluss des Kalzinierungsschritts entsprechend dem Bedarf zu erzeugen.Thereby can be easily generated a reactive starting powder that the compound expressed by the general formula (4) which is excellent in reacting with the reaction the anisotropic powder. It is then possible, the reactive Starting powder after completion of the calcination step accordingly to generate the demand.

Als Ausgangsquellen können ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente verwendet werden.When Output sources can be one or more from a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and an Sb source of selected elements.

Als Ausgangsquellen können ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Alkoxid oder ein Salz verwendet werden. Als Salz kann ein Carbonat, ein Hydrogencarbonat, ein Nitrat usw. verwendet werden.When Starting sources may be an oxide powder, a mixed oxide powder, a hydroxide powder, an alkoxide or a salt. As a salt, a carbonate, a bicarbonate, a nitrate, etc. be used.

Das reaktive Ausgangspulver kann in einer Zusammensetzung hergestellt werden, die die angestrebte isotrope Perowskit verbindung in dem Brennschritt durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver erzeugt.The reactive starting powder can be prepared in a composition be the desired isotropic perovskite compound in the Firing step produced by a reaction with the anisotropic powder.

Der Kalzinierungsschritt kann so durchgeführt werden, dass das reaktive Ausgangsgemisch bei einer Temperatur von nicht mehr als 700°C kalziniert wird.Of the Calcination step can be performed so that the reactive starting mixture at a temperature of not more calcined as 700 ° C.

Wenn die Kalzinierungstemperatur mehr als 700°C beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es schwer fällt, im zweiten Vorbereitungsschritt ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite der pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° zu erzielen.If the calcination temperature is more than 700 ° C, there is a possibility that it will be difficult in the second preparation step with a reactive starting powder a half width of the pseudocubic {002} plane in one area from 0.4 ° to 0.8 °.

Das heißt, dass der Kalzinierungsschritt die Halbwertsbreite der pseudokubischen {002}-Ebene des reaktiven Ausgangspulvers einstellen kann. Durch die Reaktion des reaktiven Ausgangsgemisches kommt es während des Kalzinierungsschritts sowohl zur Erzeugung der isotropen Perowskitverbindung als auch zu einem Kristallwachstum. Allerdings führt das Kalzinieren bei einer Temperatur von mehr als 700°C leicht zu einem übermäßigen Kalzinieren. Wenn es in dem reaktiven Ausgangspulver zu einem übermäßigen Kristallwachstum kommt, besteht die Möglichkeit, dass aus dem meisten reaktiven Ausgangspulver eine Perowskitverbindung erzeugt wird, die eine hohe Kristallanpassung hat.The means that the calcination step is the half width set the pseudocubic {002} plane of the starting reactive powder can. The reaction of the reactive starting mixture occurs during the calcination step for both the production of the isotropic perovskite compound as well as to a crystal growth. However, that leads Calcination at a temperature of more than 700 ° C easily to excessive calcination. If it in the reactive starting powder to excessive Crystal growth comes, there is a possibility that out Most reactive starting powder produces a perovskite compound which has a high crystal fit.

Infolgedessen hat das reaktive Ausgangspulver eine hohe Kristallanpassung, was die Halbwertsbreite der pseudokubischen {002}-Ebene leicht auf weniger als 0,4° verringert. Außerdem hat das reaktive Ausgangspulver bei einem übermäßigen Kalzinieren eine größere mittlere Korngröße. Ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite von weniger als 0,4° und einer extrem großen mittleren Korngröße hat in dem Brennschritt gegenüber dem anisotropen Pulver eine geringe Reaktionsfreudigkeit und erschwert eine hohe Rohdichte. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der elektrische Isolationswiderstand der kristallorientierten Keramik abnimmt.Consequently the reactive starting powder has a high crystal matching what the half-width of the pseudocubic {002} plane is slightly less reduced by 0.4 °. Besides, that has reactive Starting powder at an excessive Calcining a larger average grain size. A reactive starting powder with a half width of less as 0.4 ° and an extremely large mean grain size has in the firing step against the anisotropic powder a low reactivity and difficult high density. There is a possibility that the electrical insulation resistance the crystal-oriented ceramic decreases.

Es ist daher vorzuziehen, dass das reaktive Ausgangspulver eine primäre mittlere Korngröße von nicht mehr als 2,5 μm hat.It It is therefore preferable for the reactive starting powder to be a primary one mean grain size of not more than 2.5 microns Has.

Es ist noch besser, wenn die Kalzinierungstemperatur nicht mehr als 650°C beträgt.It is even better if the calcination temperature is not more than 650 ° C is.

In Anbetracht der optimalen Kalzinierungstemperatur, um eine lange Kalzinierungsdauer zu vermeiden, der optimalen Zusammensetzung der nach Abschluss des Brennschritts erzielten kristallorientierten Keramik, um ein unzureichendes Kalzinieren zu vermeiden, und der optimalen Dichte der nach Abschluss des Brennschritts erzielten kristallorientierten Keramik, um eine ungleichmäßige Dichte zu vermeiden, ist es vorzuziehen, dass die Kalzinierungstemperatur nicht weniger als 600°C beträgt.In Considering the optimal calcination temperature to a long Calcination time to avoid the optimal composition of the obtained after completion of the firing step crystal-oriented Ceramics, to avoid insufficient calcination, and the optimal density of the achieved after completion of the firing step crystal-oriented ceramics to make a nonuniform To avoid density, it is preferable that the calcination temperature is not less than 600 ° C.

Es ist akzeptabel, wenn das reaktive Ausgangspulver durch die Reaktion mit dem anisotropen Pulver nur die geplante Perowskitverbindung oder sowohl die geplante Perowskitverbindung als auch einen überschüssigen Bestandteil erzeugt. Wenn durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver der überschüssige Bestandteil erzeugt wird, ist es vorzuziehen, dass der überschüssige Bestandteil thermisch oder chemisch entfernt wird.It is acceptable if the reactive starting powder by the reaction with the anisotropic powder generates only the planned perovskite compound or both the planned perovskite compound and an excess ingredient. When the excess ingredient is generated by the reaction between the anisotropic powder and the starting reactive powder, it is preferable that the excess ingredient be removed thermally or chemically.

Der Mischschritt erzeugt das Ausgangsgemisch durch Mischen des anisotropen Pulvers mit dem reaktiven Ausgangspulver.Of the Mixing step produces the starting mixture by mixing the anisotropic Powder with the reactive starting powder.

In dem Mischschritt kann zu dem Gemisch, das sich aus einer vorbestimmten Zusammensetzung des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers zusammensetzt, ein unregelmäßig geformtes feines Pulver (nachstehend als „feines Verbindungspulver” bezeichnet) gegeben werden, wobei das unregelmäßig geformte feine Pulver aus einer Verbindung besteht, die die gleiche Zusammensetzung wie die isotrope Perowskitverbindung hat, die durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver erzielt wird. Zu dem obigen Gemisch kann auch ein Sintermittel wie CuO gegeben werden.In the mixing step may be added to the mixture resulting from a predetermined Composition of the anisotropic powder and the reactive starting powder composed, an irregularly shaped fine powder (hereinafter referred to as "fine compound powder") be given, with the irregular shaped fine powder consists of a compound that has the same composition as the isotropic perovskite compound has, by the reaction between the anisotropic powder and the reactive starting powder is achieved. To the above mixture, a sintering agent such as CuO be given.

Die Zugabe des feinen Verbindungspulvers oder des Sintermittels erhöht die Dichte des Sinterkörpers.The Addition of the fine compound powder or the sintering agent increases the density of the sintered body.

Wenn der Zusammensetzungsanteil des feinen Verbindungspulvers übermäßig erhöht wird, nimmt der Zusammensetzungsanteil des anisotropen Pulvers im gesamten Ausgangsmaterial ab. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Orientierungsgrad der spezifischen Kristallebene abnimmt. Es ist daher vorzuziehen, das optimale Zusammensetzungsverhältnis entsprechend den Anforderungen an die Dichte des Sinterprodukts und den Orientierungsgrad auszuwählen.If the composition ratio of the fine compound powder is excessive is increased, the compositional proportion of the anisotropic increases Powder throughout the starting material from. This makes it possible that the degree of orientation of the specific crystal plane decreases. It is therefore preferable to have the optimum composition ratio according to the requirements of the density of the sintered product and to select the degree of orientation.

Es ist vorzuziehen, dass der Mischschritt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver in einem Zusammensetzungsverhältnis (Molverhältnis) von anisotropem Pulver zu reaktivem Ausgangspulver von 0,02 bis 0,10:0,98 bis 0,90 mischt (wobei die Gesamtsumme des anisotropen Pulvers und des reaktiven Ausgangspulvers 1 mol ist).It it is preferable that the mixing step comprises the anisotropic powder the reactive starting powder in a composition ratio (Molar ratio) of anisotropic powder to reactive starting powder of 0.02 to 0.10: 0.98 to 0.90 mixes (the total of the anisotropic Powder and the starting reactive powder is 1 mol).

Wenn das Verhältnis des anisotropen Pulvers beim Zusammensetzungsverhältnis (Molverhältnis) weniger als 1,12 beträgt oder das Verhältnis des reaktiven Ausgangspulvers mehr als 0,98 beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die kristallorientierte Keramik im Einsatz nur schwer einen ausreichenden Orientierungsgrad hat.If the ratio of the anisotropic powder in the composition ratio (Molar ratio) is less than 1.12 or the ratio of reactive starting powder more than 0.98 There is a possibility that the crystal-oriented Ceramic in use is difficult to achieve a sufficient degree of orientation.

Wenn das Verhältnis des anisotropen Pulvers mehr als 0,10 beträgt oder das Verhältnis des reaktiven Ausgangspulvers weniger als 0,9 beträgt, besteht dagegen die Möglichkeit, dass die kristallorientierte Keramik schwer eine hohe Dichte hat.If the ratio of the anisotropic powder is more than 0.10 or the ratio of the reactive starting powder less 0.9, on the other hand, it is possible to that the crystal-oriented ceramic has a high density.

Es ist vorzuziehen, dass das Zusammensetzungsverhältnis des anisotropen Pulvers so eingestellt wird, dass die Belegungsrate des A-Platz-Elements durch zumindest ein Element in dem durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten anisotropen Pulver einen Wert in einem Bereich von 0,01 bis 70 Atom besser noch in einem Bereich von 0,1 bis 50 Atom und noch besser in einem Bereich von 1 bis 10 Atom einnimmt. Die Einheit „Atom-%” ist die Prozentzahl der Anzahl an Atomen.It It is preferable that the composition ratio of the anisotropic powder is adjusted so that the occupancy rate of the A-space element by at least one element in which by the general formula (1) expressed anisotropic powder a value in a range of 0.01 to 70 atom better still in a range of 0.1 to 50 atom and even better in one range from 1 to 10 atoms. The unit "atomic%" is the percentage of the number of atoms.

Der Mischschritt kann das anisotrope Pulver, das reaktive Ausgangspulver und einen wahlfreien Zusatzstoff, etwa das feine Verbindungspulver und das Sintermittel, durch einen trockenen Prozess oder einen nassen Prozess mischen, wobei der nasse Prozess ein Dispersionsmittel wie Wasser, Alkohol oder ein organisches Lösungsmittel verwendet. Es können ein oder mehr der Stoffe Bindemittel, Weichmacher und Dispersionsmittel zugegeben werden.Of the Mixing step can be the anisotropic powder, the reactive starting powder and an optional additive, such as the fine compound powder and the sintering agent, by a dry process or a wet one Mixing process, where the wet process is a dispersant like Water, alcohol or an organic solvent used. It may contain one or more of the substances binder, plasticizer and dispersing agents are added.

Der Formschritt formt das Ausgangsgemisch als Nächstes zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die {100}-Kristallebene des anisotropen Pulvers ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert wird.Of the Forming step shapes the starting mixture next to one layer-like shaped body, so that the {100} -Kristallebene of the anisotropic powder in approximately the same direction is oriented.

Es reicht, wenn das Formverfahren das anisotrope Pulver in eine spezifische Kristallebene orientiert. Bevorzugte Formverfahren sind zum Beispiel insbesondere ein Rakelverfahren, ein Pressverfahren und ein Walzverfahren. Diese Verfahren ermöglichen es, das anisotrope Pulver in dem Formkörper mit Hilfe einer auf das anisotrope Pulver aufgebrachten Scherspannung in ungefähr einer gleichen Richtung zu orientieren.It is sufficient if the molding process the anisotropic powder in a specific Crystal plane oriented. Preferred molding methods are, for example in particular a doctor blade method, a pressing method and a rolling method. These methods make it possible to use the anisotropic powder in the shaped body with the help of an anisotropic powder applied shear stress in about a same To orient direction.

Es ist vorzuziehen, dass das Ausgangsgemisch zu einem lagenartigen Produkt mit einer Dicke in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm geformt wird.It it is preferable that the starting mixture becomes a sheet-like Product with a thickness in a range of 30 microns to 200 microns is formed.

Als lagenförmiges Produkt macht es ein Formkörper mit einer Dicke von weniger als 30 μm äußerst schwierig, den Formkörper zu handhaben. Andererseits erschwert als lagenförmiges Produkt ein Formkörper mit einer Dicke von mehr als 200 μm es, das anisotrope Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung zu orientieren.When layered product makes it a shaped body with a thickness of less than 30 μm extremely difficult to handle the molding. On the other hand, more difficult than layer-shaped product a shaped body with a Thickness of more than 200 microns it, the anisotropic powder about to orient in a same direction.

Mit dem Formkörper (nachstehend als „ebenenorientierter Formkörper” bezeichnet) können außerdem ein mehrlagiges Pressen, ein Pressen und ein Walzen (die nachstehend als „Ebenenorientierungsprozess” bezeichnet werden) durchgeführt werden, um die Dicke und den Orientierungsgrad des ebenenorientierten Formkörpers zu erhöhen.With the molded article (hereinafter referred to as "plane-oriented Shaped "referred to) can also be multi-layer pressing, pressing and rolling (hereinafter be referred to as "level orientation process") be performed to the thickness and the degree of orientation of the plane-oriented shaped body.

Das obige Verfahren führt den Ebenenorientierungsprozess zwar mit einer Ebene in dem ebenenorientierten Formkörper durch, doch kann es auch mit zwei oder mehr Arten von Ebenen durchgeführt werden. Zudem ist es möglich, den Ebenenorientierungsprozess wiederholt für eine einzige Ebene durchzuführen. Darüber hinaus kann der Ebenenorientierungsprozess wiederholt für zwei oder mehr Ebenen durchgeführt werden.The Although the above method performs the level-orientation process with a plane in the plane-oriented shaped body, but it can also be done with two or more types of levels become. It is also possible to use the level orientation process repeat for a single level. In addition, the level orientation process can be repeated be carried out for two or more levels.

Es kann eine thermische Behandlung durchgeführt werden, um den Harzbestandteil zu entfernen. In diesem Fall kann die Temperatur zur Durchführung der obigen thermischen Behandlung auf eine Temperatur eingestellt werden, die ausreicht, um die thermische Zersetzung zumindest des Bindemittels durchzuführen. Es ist vorzuziehen, dass die thermische Behandlung zum Entfernen des Harzes bei einer Temperatur von nicht mehr als 500°C erfolgt, wenn das Ausgangsgemisch einen leicht flüchtigen Bestandteil (etwa eine Na-Verbindung) enthält.It A thermal treatment can be performed to to remove the resin component. In this case, the temperature for carrying out the above thermal treatment be set to a temperature sufficient to the thermal Decomposition of at least the binder to perform. It It is preferable that the thermal treatment for removing the Resin at a temperature of not more than 500 ° C, when the starting mixture is a volatile component contains (about a Na compound).

Es besteht die Möglichkeit, dass der Orientierungsgrad des anisotropen Pulvers in dem Formkörper abnimmt oder dass das Volumen des Formkörpers zunimmt, wenn die thermische Behandlung zum Entfernen des Harzbestandteils aus dem Formkörper durchgeführt wird. Um dieses Phänomen zu vermeiden, ist es vorzuziehen, mit dem Formkörper nach Abschluss der thermischen Behandlung ein kaltisostatisches Pressen (eine CIP-Behandlung) durchzuführen. Die Durchführung der CIP-Behandlung verhindert eine durch die Verflüchtigungsbehandlung hervorgerufene Abnahme des Orientierungsgrads und eine durch die Volumenausdehnung (oder räumliche Ausdehnung) des Formkörpers hervorgerufene Abnahme der Dichte des Sinterkörpers.It there is a possibility that the degree of orientation of the anisotropic powder decreases in the molding or that the volume of the molding increases when the thermal Treatment for removing the resin component from the molding is carried out. To avoid this phenomenon, It is preferable with the molding after completion of the molding thermal treatment cold isostatic pressing (a CIP treatment) perform. Carrying out the CIP treatment prevents a caused by the volatilization treatment Decrease in the degree of orientation and one by the volume expansion (or spatial extent) of the molded body caused Decrease in the density of the sintered body.

Als Nächstes kommt es in dem Brennschritt durch Erhitzen des Formkörpers zu der Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver, wobei der Formkörper außerdem gesintert wird, um die kristallorientierte Keramik herzustellen.When Next comes in the firing step by heating the Shaped body to the reaction between the anisotropic powder and the starting reactive powder, wherein the shaped body It also sinters to the crystal-oriented ceramics manufacture.

Mit anderen Worten sintert der Brennschritt das anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver, die den Formkörper bilden, durch Erhitzen des Formkörpers. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik aus einem polykristallinen Material erzeugt werden, das hauptsächlich aus der isotropen Perowskitverbindung besteht.With in other words, the burning step sinters the anisotropic powder and the reactive starting powder, which form the shaped body, by heating the shaped body. This can be a crystal-oriented Ceramics are produced from a polycrystalline material, the mainly consists of the isotropic perovskite compound.

Der Brennschritt kann bei einer Brenntemperatur von nicht weniger als 900° und nicht mehr als 1300°C erfolgen. Die optimale Brenndauer kann entsprechend der Brenntemperatur gewählt werden, mit der ein Sinterkörper gewünschter Dichte oder Rohdichte herstellen lässt.Of the Firing step can be at a firing temperature of not less than 900 ° and not more than 1300 ° C take place. The optimal Burning time can be selected according to the firing temperature become, with a sintered body of desired density or raw density can be produced.

Es ist vorzuziehen, einen Formkörper zu brennen, in dem eine Vielzahl der Formkörper aufeinandergeschichtet oder gestapelt sind. Dadurch kann eine kristallorientierte Keramik mit großer Dicke hergestellt werden.It is preferable to burn a molded article in which a Variety of moldings stacked or stacked are. This allows a crystal-oriented ceramic with large Thickness can be produced.

Es folgt nun eine Beschreibung des mehrlagigen Piezoelements gemäß der elften Ausgestaltung der Erfindung.It Now follows a description of the multilayer piezoelectric element according to the Eleventh embodiment of the invention.

Das mehrlagige Piezoelement besteht aus Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten, wobei jede Elektrodenbildungsschicht einen Elektrodenteil hat, der ein leitendes Metall enthält, das eine Innenelektrode bildet, und die Piezokeramikschichten und die Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschicht besteht aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, in der die {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns, das das polykristalline Material bildet, orientiert ist.The multilayer piezoelectric element consists of piezoceramic layers and electrode forming layers, wherein each electrode forming layer has an electrode part which has a contains conductive metal that forms an internal electrode, and the piezoceramic layers and the electrode formation layers are alternately stacked. The piezoceramic layer consists of a polycrystalline material, which consists mainly of an isotropic perovskite compound in which the {100} crystal plane every crystal grain forming the polycrystalline material is oriented is.

Das Verfahren gemäß der zwölften Ausgestaltung der Erfindung führt den ersten Vorbereitungsschritt, den zweiten Vorbereitungsschritt, den Mischschritt, den Formschritt, den Druckschritt, den Aufschichtungsschritt und den Brennschritt durch, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.The method according to the twelfth aspect of the invention performs the first preparation step, the second preparation step, the mixing step, the molding step, the printing step, the lamination Step and the firing step to produce the multilayer piezoelectric element.

Das Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung führt mit Ausnahme des Druckschritts und des Brennschritts die gleichen Schritte wie das zuvor beschriebene Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung durch.The Method of the twelfth embodiment of the invention leads the same except for the printing step and the firing step Steps like the above-described method of the eleventh embodiment of the invention.

Dementsprechend ist es wie in dem Verfahren der elften Ausgestaltung der Erfindung vorzuziehen, dass das anisotrope Pulver in dem Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung mit dem reaktiven Ausgangspulver in einer Stöchiometrie gemischt wird, die nach Abschluss des Brennschritts die durch die folgende allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.Accordingly, as in the method of the eleventh aspect of the invention, it is preferable that the anisotropic powder in the method of the twelfth aspect of the invention is mixed with the starting reactive powder in a stoichiometry which, after completion of the firing step, is represented by the following general formula (1). Expressed isotropic perovskite compound produces: {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1.

Es ist außerdem vorzuziehen, als reaktives Ausgangspulver ein Pulver zu verwenden, das aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (4) ausgedrückt wird: {Lip(K1-qNaq)1-p}c(Nb1-r-sTarSbs)O3 (4),wobei 0 ≤ p ≤ 1, 0 ≤ q ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 1, 0 ≤ s ≤ 1,
0,95 ≤ c ≤ 1,05 gilt.
It is also preferable to use, as the starting reactive powder, a powder consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (4): {Li p (K 1-q Na q ) 1-p } c (Nb 1-rs Ta r Sb s ) O 3 (4) where 0 ≦ p ≦ 1, 0 ≦ q ≦ 1, 0 ≦ r ≦ 1, 0 ≦ s ≦ 1,
0.95 ≤ c ≤ 1.05 applies.

Der zweite Vorbereitungsschritt kann den Vorbereitungsmischschritt und den Kalzinierungsschritt durchführen. Der Mischvorbereitungsschritt erzeugt das reaktive Gemisch durch Mischen von Ausgangsquellen. Der Kalzinierungsschritt kalziniert das reaktive Ausgangsgemisch, um das reaktive Ausgangspulver zu erzielen.Of the second preparation step may be the preparation mixing step and Perform the calcination step. The mixing preparation step produces the reactive mixture by mixing sources. The calcining step calcines the reactive starting mixture, to achieve the reactive starting powder.

Es ist vorzuziehen, als Ausgangsquellen ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente zu verwenden.It it is preferable to use one or more of a Li source as the output sources, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and an Sb source of selected elements.

Als Ausgangsquellen können ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Alkoxid oder ein Salz verwendet werden.When Starting sources may be an oxide powder, a mixed oxide powder, a hydroxide powder, an alkoxide or a salt.

Der Kalzinierungsschritt kann so durchgeführt werden, dass das reaktive Ausgangsgemisch bei einer Temperatur von nicht mehr als 700°C kalziniert wird.Of the Calcination step can be performed so that the reactive starting mixture at a temperature of not more calcined as 700 ° C.

Darüber hinaus ist es bei dem Kalzinierungsschritt vorzuziehen, dass das reaktive Ausgangspulver eine primäre mittlere Korngröße von nicht mehr als 2,5 μm hat.About that In addition, in the calcination step, it is preferable that the reactive starting powder is a primary mean grain size of not more than 2.5 μm.

Als Nächstes wird in dem Druckschritt im Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung auf den lagenartigen Formkörper (oder eine Grünlage) ein Elektrodenmaterial aufgedruckt. Das Elektrodenmaterial enthält ein leitendes Metall, das nach Abschluss des Brennschritts zu dem Elektrodenteil wird.When Next will be in the printing step in the method of the twelfth Embodiment of the invention on the sheet-like molded body (or a green sheet) an electrode material printed. The electrode material contains a conductive metal that after completion of the firing step becomes the electrode part.

Der Druckschritt druckt zwar das Elektrodenmaterial auf einen durch den Formschritt erzielten Formkörper, der eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis 200 μm hat, doch können die durch den Formschritt erzeugten Formkörper auch aufeinandergeschichtet werden, und das Elektrodenmaterial kann dann auf den Schichtkörper gedruckt werden.Of the Although printing step prints the electrode material on one the molding step obtained molded body having a thickness in a range of about 30 μm to 200 μm has, but can the molded body produced by the molding step also be stacked, and the electrode material can then printed on the laminate.

Dadurch können Piezokeramikschichten ausgebildet werden, die aus einer kristallorientierten Keramik mit einer verhältnismäßig großen Dicke bestehen, während eine Abnahme des Orientierungsgrads der die Piezokeramikschicht bildenden kristallorientierten Keramik unterdrückt wird.Thereby Piezoceramic layers can be formed, which consist of a crystal-oriented ceramic with a relative great thickness exist while a decrease in the Orientierungsgrads the piezoceramic layer forming crystal-oriented Ceramic is suppressed.

Als leitendes Metall können eine AgPd-Legierung, Ag, Pd, Cu, Ni und eine CuNi-Legierung verwendet werden. Es ist vorzuziehen, als leitendes Metall eine AgPd-Legierung zu verwenden.When conductive metal can be an AgPd alloy, Ag, Pd, Cu, Ni and a CuNi alloy are used. It is preferable to use an AgPd alloy as the conductive metal.

Dadurch ergeben sich die verbesserten Effekte und Wirkungen der Erfindung, durch die die Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands unterdrückt werden kann.Thereby result in the improved effects and effects of the invention, by suppressing the decrease of the electrical insulation resistance can be.

Und zwar führt die Verwendung eines Elektrodenmaterials, das als leitendes Metall eine AgPd-Legierung enthält, während des Brennschritts leicht zur Diffusion von Ag in die Piezokeramik. Dadurch könnte sich der elektrische Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht leicht verringern.Namely, the use of an electrode material containing an AgPd alloy as a conductive metal tion during the firing step easily for the diffusion of Ag in the piezoceramic. This could easily reduce the electrical insulation resistance of the piezoceramic layer.

Da das Verfahren der zwölften Ausgestaltung der Erfindung ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite der pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° verwendet, kann eine Verfeinerung des Produkts unterstützt werden. Dadurch kann eine Abnahme des elektrischen Isolationswiderstands der Piezokeramikschichten auch dann verhindert werden, wenn das in dem Elektrodenmaterial enthaltene Ag in das Innere der Piezokeramikschichten diffundiert.There the method of the twelfth embodiment of the invention a reactive starting powder with a half width of the pseudocubic {002} plane used in a range of 0.4 ° to 0.8 °, a refinement of the product can be supported. This can cause a decrease in the electrical insulation resistance the piezoceramic layers are prevented even if the Ag contained in the electrode material into the interior of the piezoceramic layers diffused.

Das Elektrodenmaterial kann hergestellt werden, indem in das leitende Metallpulver das reaktive Ausgangspulver, ein Bindemittel und ein Lösungsmittel usw. gegeben wird.The Electrode material can be made by placing in the conductive Metal powder the reactive starting powder, a binder and a Solvent, etc. is given.

Das Elektrodenmaterial wird auf einen gewünschten Bereich auf der Grünlage aufgedruckt, der nach Abschluss des Brennschritts zu einem Elektrodenteil wird.The Electrode material will be on a desired area printed on the green sheet after completion of the firing step becomes an electrode part.

Genauer gesagt kann das Elektrodenmaterial so aufgedruckt werden, dass der Elektrodenteil auf dem gesamten Bereich zwischen den Piezokeramikschichten in dem mehrlagigen Piezoelement als Innenelektrode ausgebildet wird. Das Elektrodenmaterial kann auch so aufgedruckt werden, dass zwischen den Piezokeramikschichten als Innenelektrode eine Teilelektrode ausgebildet wird. Wenn die Teilelektrode ausgebildet wird, wird das Elektrodenmaterial auf einen gewünschten Bereich auf der Grünlage aufgedruckt, so dass an den Seiten des mehrlagigen Piezoelements ein elektrodenfreier Teil ausgebildet wird.More accurate said electrode material can be printed so that the Electrode part on the entire area between the piezoceramic layers is formed in the multilayer piezoelectric element as an inner electrode. The electrode material can also be printed so that between the piezoceramic layers as the inner electrode a partial electrode is trained. When the sub-electrode is formed, is the electrode material to a desired area printed on the green sheet, leaving on the sides of the multilayer Piezoelectric element is formed an electrode-free part.

Nach Abschluss des Druckschritts werden in dem Aufschichtungsschritt (als Grünlagen) die Formkörper aufeinandergeschichtet, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen.To Completion of the printing step will be in the laminating step (as green sheets), the shaped bodies stacked, to create the multilayer piezoelectric element.

In der Aufschichtungsrichtung des mehrlagigen Piezoelements kann auf beiden Seiten, das heißt auf der Deck- und Bodenseite, eine Grünlage ohne das aufgedruckte Elektrodenmaterial platziert werden. Dieser Aufbau kann für ein mehrlagiges Piezoelement sorgen, bei dem nach Abschluss des Brennschritts auf beiden Seiten (der Deck- und Bodenseite) Blindschichten platziert sind, die aus der kristallorientierten Keramik bestehen.In the Aufschichtungsrichtung of the multilayer piezoelectric element can on both sides, that is on the top and bottom side, a green layer without the printed electrode material to be placed. This construction can be multi-layered Piezo element take care in the after completion of the firing step Both sides (the top and bottom side) placed blind layers are made of crystal-oriented ceramics.

Auf der Deck- und Bodenseite des mehrlagigen Piezoelements können ein oder mehr Lagen als Blindgrünlagen platziert werden.On the top and bottom side of the multilayer piezoelectric element can one or more layers are placed as blotches.

Nach Abschluss des Aufschichtungsschritts kann der oben erzielte Schichtkörper in der Aufschichtungsrichtung gepresst werden, um die Elektrodenmaterialien in die Grünlagen in dem Schichtkörper zu pressen. Der obige Pressschritt erfolgt thermisch durch Thermokompressionsbonden, um ihn unter Erhitzen zu pressen.To Completion of the lamination step may be the above-obtained composite in the lamination direction to the electrode materials to press into the green sheets in the laminate. The above pressing step is carried out thermally by thermocompression bonding, to squeeze it under heating.

Vor dem Brennschritt kann durch Entfetten des Schichtkörpers auch ein organischer Bestandteil, wie ein Bindemittel, entfernt werden.In front the firing step can be achieved by degreasing the layered body also removes an organic ingredient such as a binder become.

Als Nächstes brennt der Brennschritt den Schichtkörper, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, in dem die Piezokeramikschichten und die Elektrodenschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Der Brennschritt führt die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver durch und sintert den Formkörper.When Next, the burning step burns the laminate, to produce the multilayer piezoelectric element in which the piezoceramic layers and the electrode layers are alternately stacked. The firing step carries out the reaction between the anisotropic Powder and the reactive starting powder and sintered the shaped body.

Der Brennschritt erfolgt bei einer Brenntemperatur von nicht weniger als 900°C und nicht mehr als 1300°C. Die optimale Brenndauer kann in dem Brennschritt entsprechend der Brenntemperatur ausgewählt werden, mit der sich eine vorbestimmte Dichte des Sinterkörpers erzielen lässt.Of the Firing step takes place at a firing temperature of not less as 900 ° C and not more than 1300 ° C. The optimal Burning time may be in the firing step according to the firing temperature be selected with which a predetermined density of the sintered body can be achieved.

An der Außenumfangsseitenfläche des mehrlagigen Piezoelements können zwei Außenelektroden aus einem leitenden Metall wie Ag ausgebildet werden. Die beiden Außenelektroden werden jeweils elektrisch und abwechselnd in der Aufschichtungsrichtung mit dem Elektrodenteil verbunden, das im Inneren des mehrlagigen Piezoelements ausgebildet ist.At the outer peripheral side surface of the multilayer piezoelectric element Two external electrodes can be made of a conductive one Metal like Ag are formed. The two external electrodes are each electrically and alternately in the Aufschichtungsrichtung connected to the electrode part inside the multilayer Piezoelectric element is formed.

Es folgt nun eine Beschreibung vierter und fünfter Ausführungsbeispiele, die der elften und zwölften Ausgestaltung der Erfindung entsprechen.It Now follows a description of fourth and fifth embodiments, the eleventh and twelfth embodiments of the invention correspond.

– Viertes Ausführungsbeispiel –Fourth Embodiment

Das vierte Ausführungsbeispiel offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, in der die {100}-Kristallebene jedes Korns, das das polykristalline Material bildet, orientiert ist.The fourth embodiment discloses a method for Producing a crystal-oriented ceramic of a polycrystalline Material consisting mainly of an isotropic perovskite compound in which the {100} crystal plane of each grain is polycrystalline Material forms, is oriented.

Wie in 10 bis 13 gezeigt ist, führt das Verfahren den ersten Vorbereitungsschritt, den zweiten Vorbereitungsschritt, den Mischschritt, den Formschritt und den Brennschritt durch, um die kristallorientierte Keramik herzustellen.As in 10 to 13 is shown, the process performs the first preparation step, the second preparation step, the mixing step, the molding step, and the firing step to produce the crystal-oriented ceramic.

10 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Ausgangsgemisches zeigt, das gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Mischen eines anisotropen Pulvers und eines reaktiven Ausgangspulvers erzielt wurde. 11 ist eine Ansicht, die einen Innenaufbau eines Formkörpers zeigt, in dem das anisotrope Pulver gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ungefähr in einer spezifischen Richtung orientiert ist. 12 ist eine Ansicht, die gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kristallwachstum des anisotropen Pulvers in dem Formkörper während des Brennschritts zeigt. 13 ist eine Ansicht, die die kristallorientierte Keramik gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 10 Fig. 13 is a view showing a construction of a starting mixture obtained by mixing an anisotropic powder and a reactive starting powder according to the fourth embodiment of the invention. 11 Fig. 12 is a view showing an internal structure of a molded article in which the anisotropic powder according to the fourth embodiment of the invention is oriented approximately in a specific direction. 12 Fig. 13 is a view showing crystal growth of the anisotropic powder in the molded body during the firing step according to the fourth embodiment of the invention. 13 Fig. 13 is a view showing the crystal-oriented ceramic according to the fourth embodiment of the invention.

Wie in 10 gezeigt ist, bereitet der erste Vorbereitungsschritt das anisotrope Pulver 101 vor, das aus orientierten Körnern mit einer orientierten {100}-Kristallebene besteht. Der zweite Vorbereitungsschritt bereitet das reaktive Ausgangspulver 102 vor. Die Reaktion zwischen dem reaktiven Ausgangspulver 102 und dem anisotropen Pulver 101 erzeugt die isotrope Perowskitverbindung. Der zweite Vorbereitungsschritt verwendet als reaktives Ausgangspulver 102 ein Pulver, das eine Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat.As in 10 is shown, the first preparation step prepares the anisotropic powder 101 which consists of oriented grains with an oriented {100} crystal plane. The second preparation step prepares the reactive starting powder 102 in front. The reaction between the reactive starting powder 102 and the anisotropic powder 101 produces the isotropic perovskite compound. The second preparation step used as a reactive starting powder 102 a powder having a half width in a range of 0.4 ° to 0.8 °.

14A ist eine Ansicht, die das reaktive Ausgangspulver gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 14B ist eine Ansicht, die das reaktive Ausgangspulver nach einem Kalzinieren als thermischer Behandlung zeigt. 14A FIG. 14 is a view showing the reactive starting powder according to the fourth embodiment of the invention. FIG. 14B Figure 11 is a view showing the reactive starting powder after calcination as a thermal treatment.

Wie in 14A und 14B gezeigt ist, führt der zweite Vorbereitungsschritt den Mischvorbereitungsschritt und den Kalzinierungsschritt durch. Der Mischvorbereitungsschritt bereitet das reaktive Ausgangspulver 102 durch Mischen der Ausgangsquelle 121 vor. Der Kalzinierungsschritt kalziniert das reaktive Ausgangsgemisch 120.As in 14A and 14B is shown, the second preparation step performs the mixing preparation step and the calcining step. The mixing preparation step prepares the reactive starting powder 102 by mixing the output source 121 in front. The calcining step calcines the reactive starting mixture 120 ,

Wie in 10 gezeigt ist, mischt der Mischschritt das anisotrope Pulver 101 und das reaktive Ausgangspulver 102, um das Ausgangsgemisch 103 zu erzeugen. In dem Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels mischt der Mischschritt das anisotrope Pulver 101 und das reaktive Ausgangspulver 102 in Stöchiometrie, um eine durch die allgemeine Formel {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen.As in 10 is shown, the mixing step mixes the anisotropic powder 101 and the reactive starting powder 102 to the starting mixture 103 to create. In the method of the fourth embodiment, the mixing step mixes the anisotropic powder 101 and the reactive starting powder 102 in stoichiometry to produce an isotropic perovskite compound expressed by the general formula {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Wie in 11 gezeigt ist, formt der Formschritt das Ausgangsgemisch 103 zu einem lagenartigen Formkörper 135, so dass die {100}-Kristallebene des anisotropen Pulvers 101 ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist.As in 11 is shown, the forming step forms the starting mixture 103 to a sheet-like shaped body 135 so that the {100} crystal plane of the anisotropic powder 101 oriented in approximately the same direction.

Wie in 12 und 13 gezeigt ist, brennt der Brennschritt den Formkörper 135, damit die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver 101 und dem reaktiven Ausgangspulver 102 erfolgt, und sintert sie, um die kristallorientierte Keramik 104 herzustellen.As in 12 and 13 is shown, the burning step burns the shaped body 135 to stop the reaction between the anisotropic powder 101 and the reactive starting powder 102 takes place, and sinters them to the crystal-oriented ceramics 104 manufacture.

Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen der kristallorientierten Keramik 104 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.A description will now be given of the method for producing the crystal-oriented ceramic 104 according to the fourth embodiment of the invention.

– Erster Vorbereitungsschritt –- First preparation step -

Als Erstes wurde durch die folgenden Schritte das anisotrope Pulver hergestellt. Das anisotrope Pulver bestand aus orientierten anisotropen Körnern, in denen die {100}-Kristallebene orientiert war. Genauer gesagt erzeugte das vierte Ausführungsbeispiel ein aus Bi2,5Na3,5Nb5O18 bestehendes anisotropes Pulver B, und es erzeugte unter Verwendung des anisotropen Pulvers B ein plattenförmiges anisotropes Pulver (oder ein plattenartiges anisotropes Pulver) aus NaNbO3 als anisotropes Pulver A.First, the following steps produced the anisotropic powder. The anisotropic powder consisted of oriented anisotropic grains oriented in the {100} crystal plane. More specifically, the fourth embodiment produced an anisotropic powder B consisting of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 and, using the anisotropic powder B, produced a plate-shaped anisotropic powder (or plate-like anisotropic powder) of NaNbO 3 as anisotropic Powder A.

Und zwar wurden zunächst ein Bi2O3-Pulver, ein NaHCO3-Pulver und ein Nb2O5-Pulver, die nicht weniger als 99,9% Reinheit hatten und kommerziell erhältlich sind, in der Stöchiometrie einer geplanten Zusammensetzung von Bi2,5Na3,5Nb5O18 (nachstehend auch als „BINN5” bezeichnet) abgewogen und dann nass gemischt, um ein Ausgangspulver herzustellen.Namely were initially a Bi 2 O 3 powder, a NaHCO 3 powder and Nb 2 O 5 powder, which we do not niger than 99.9% pure and commercially available, weighed in stoichiometry of a planned composition of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 (hereinafter also referred to as "BINN5") and then wet blended to give a starting powder manufacture.

Als Nächstes wurde zu dem Ausgangspulver 50 Gew.-% eines NaCl-Flussmittels gegeben, und das Gemisch wurde eine Stunde lang trocken gemischt.When Next, to the starting powder was added 50% by weight of a NaCl flux and the mixture was dry blended for one hour.

Als Nächstes wurde das Gemisch in einen Pt-Tiegel gegeben und eine Stunde lang bei 850°C erhitzt, um das Flussmittel vollständig zu schmelzen. Das in dem Pt-Tiegel befindliche Gemisch wurde weiter zwei Stunden lang bei 1100°C erhitzt, um BINN5 zu synthetisieren.When Next, the mixture was placed in a Pt crucible and heated at 850 ° C for one hour to the flux completely melt. The mixture contained in the Pt crucible was further heated at 1100 ° C for two hours to BINN5 to synthesize.

Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit betrug 200°C/Stunde, die Temperatursenkungsgeschwindigkeit war die Ofenabkühlgeschwindigkeit.The Temperature increase rate was 200 ° C / hour, the temperature lowering rate was the oven cooling rate.

Nach dem Abkühlen wurde der Flussmittelbestandteil aus dem Recktanten durch Heißwasserwaschen entfernt, um das BINN5-Pulver (als anisotropes Pulver B) zu erzielen.To the flux became the reactant from the reactant by hot water washing to remove the BINN5 powder (as anisotropic powder B).

Das erzielte BINN5-Pulver war ein plattenartiges Pulver mit einer orientierten {001}-Ebene.The obtained BINN5 powder was a plate-like powder with an oriented {001} plane.

Als Nächstes wurde zu dem plattenartigen BINN5-Pulver (als reaktives Ausgangspulver) ein NaHCO3-Pulver mit einer nötigen Menge gegeben, die ausreichte, um NaNbO3 (nachstehend als „NN” bezeichnet) zu synthetisieren. Diese Pulver wurden gemischt, und das erzielte Gemisch wurde in einen Pt-Tiegel gegeben und dann 8 Stunden lang zur thermischen Behandlung bei 950°C erhitzt.Next, to the plate-like BINN5 powder (as a starting reactive powder) was added a NaHCO 3 powder of a necessary amount sufficient to synthesize NaNbO 3 (hereinafter referred to as "NN"). These powders were mixed and the resulting mixture was placed in a Pt crucible and then heated at 950 ° C for 8 hours for thermal treatment.

Da der Reaktant im Ergebnis neben Na2CO3-Pulver Bi2O3 enthielt, wurde der Reaktant nach dem Entfernen des Flussmittels aus diesem Recktanten in eine HNO3-Lösung gegeben, um das Bi2O3 als überschüssigen Bestandteil aufzulösen. Die erzielte Lösung wurde gefiltert, um NN-Pulver abzutrennen, und dann unter Verwendung von 80°C warmen ionengetauschten Wasser gewaschen. Durch den obigen Prozess wurde (als anisotropes Pulver) das NN-Pulver erzielt (siehe 10).As a result, since the reactant contained Bi 2 O 3 in addition to Na 2 CO 3 powder, after removing the flux from this reactant, the reactant was placed in an HNO 3 solution to dissolve the Bi 2 O 3 as an excessive ingredient. The resulting solution was filtered to separate NN powder and then washed using 80 ° C warm ion-exchanged water. Through the above process, (as anisotropic powder), the NN powder was obtained (see 10 ).

Das erzielte NaNbO3-Pulver war ein plattenartiges Pulver mit einer orientierten Ebene aus einer pseudokubischen {100}-Ebene, einer mittleren Korngröße von 15 μm und einem Längenverhältnis in einem Bereich von 10 bis 20.The obtained NaNbO 3 powder was a plate-like powder having an oriented plane of a pseudocubic {100} plane, an average grain size of 15 μm and an aspect ratio in a range of 10 to 20.

– Zweiter Vorbereitungsschritt –- second preparation step -

Als Nächstes erzeugte der zweite Vorbereitungsschritt in dem Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels durch die folgenden Schritte das reaktive Ausgangspulver.When Next, the second preparation step generated in the Method of the fourth embodiment by the following Steps the reactive starting powder.

In dem vierten Ausführungsbeispiel wurde in dem folgenden Mischschritt das NN-Pulver so gemischt, dass durch das NN-Pulver (als dem anisotropen Pulver) 5 Mol-% des A-Platz-Elements in der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 zugeführt wurden.In the fourth embodiment, in the following mixing step, the NN powder was mixed so that by the NN powder (as the anisotropic powder) 5 mol% of the A-site element in the planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Bei der Herstellung des reaktiven Ausgangspulvers wurden zunächst ein Na2CO3-Pulver, ein K2CO3-Pulver, ein Li2CO3-Pulver, ein Nb2O5-Pulver, ein Ta2O5-Pulver und ein Sb2O5-Pulver, die eine Reinheit von nicht weniger als 99,99% hatten, abgewogen, um eine Zusammensetzung zu erzielen, die erreicht wird, wenn der NN-Pulverbestandteil von der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 abgezogen wird. Dann wurden diese 20 Stunden lang unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels mit ZrO2-Kugeln nass gemischt.In the preparation of the reactive starting powder were first a Na 2 CO 3 powder, a K 2 CO 3 powder, a Li 2 CO 3 powder, a Nb 2 O 5 powder, a Ta 2 O 5 powder and a Sb 2 O 5 powders having a purity of not less than 99.99% were weighed to obtain a composition obtained when the NN powder component of the intended ceramic composition of {Li 0.08 (K 0, 5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 . Then, they were wet mixed with ZrO 2 balls using an organic solvent for 20 hours.

Danach wurde das reaktive Ausgangsgemisch 120 fünf Stunden lang bei 600°C kalziniert, um (als reaktives Ausgangspulver 102) das kalzinierte Pulver zu erzeugen (Kalzinierungsschritt, siehe 14A).Thereafter, the reactive starting mixture 120 Calcined at 600 ° C for five hours to (as a reactive starting powder 102 ) to produce the calcined powder (calcination step, see 14A ).

Der Kalzinierungsschritt erhöhte die Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde und hielt die Kalzinierungstemperatur (600°C in dem vierten Ausführungsbeispiel) fünf Stunden lang, wobei die Kalzinierungstemperatur mit einer Temperatursenkungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde auf 100°C abgekühlt wurde.Of the Calcination step increased the temperature with a temperature raising rate of 200 ° C / hour and held the calcination temperature (600 ° C in the fourth embodiment) five For hours, with the calcination temperature at a temperature lowering rate cooled from 200 ° C / hour to 100 ° C. has been.

Es wurde die durch die obigen Schritte erzielte primäre mittlere Korngröße (D50) des reaktiven Ausgangspulvers 102 ermittelt.It became the primary average grain size (D50) of the starting reactive powder achieved by the above steps 102 determined.

Genauer gesagt wurde das reaktive Ausgangspulver in einem Bereich von 0,1 bis 0,15 Gew.-% in eine Ethanol-Lösung gegeben.More accurate That is, the reactive starting powder was in a range of 0.1 to 0.15 wt .-% in an ethanol solution.

Als Nächstes wurde das reaktive Ausgangspulver drei Minuten lang durch einen Ultraschallverteiler (SUS-103, hergestellt von Shimadzu Rika Corporation) bei 28 kHz gleichmäßig in der Ethanol-Lösung verteilt. Die primäre mittlere Korngröße des in dieser Dispersionslösung enthaltenen reaktiven Ausgangspulvers wurde dann durch einen Laserbeugungs-Partikelgrößenanalysator (SALD-7000, hergestellt von Shimadzu Rika Corporation) erfasst. Die Erfassungsergebnisse der primären mittleren Korngröße des reaktiven Ausgangspulvers sind in der folgenden Tabelle 5 angegeben.When Next, the reactive starting powder became three minutes long through an ultrasonic distributor (SUS-103, manufactured by Shimadzu Rika Corporation) at 28 kHz evenly distributed in the ethanol solution. The primary middle one Grain size of in this dispersion solution The starting reactive powder contained was then passed through a laser diffraction particle size analyzer (SALD-7000, manufactured by Shimadzu Rika Corporation). The detection results of the primary mean grain size of the starting reactive powder are shown in Table 5 below.

Außerdem wurde durch das 2θ-Verfahren die Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene des reaktiven Ausgangspulvers 102 ermittelt. Und zwar wurde die Röntgenbeugungsintensität des auf einem Substrat angeordneten reaktiven Ausgangspulvers 102 erfasst. Die Röntgenbeugungsintensität wurde mit Hilfe einer Röntgenbeugungsanlage (RINT-TTR, hergestellt von Rigaku Corporation) durch Röntgenbeugung (2θ-Verfahren) mit CuKα-Strahlung, 50 kV/300 mA in einem möglichen Winkelbereich von 0° bis 180° (5° bis 60° im vierten Ausführungsbeispiel) ermittelt.In addition, by the 2θ method, the half-width of the {002} crystal plane of the reactive starting powder became 102 determined. Namely, the X-ray diffraction intensity of the reactive starting powder disposed on a substrate became 102 detected. The X-ray diffraction intensity was determined by X-ray diffraction (RINT-TTR, manufactured by Rigaku Corporation) by X-ray diffraction (2θ method) with CuKα radiation, 50 kV / 300 mA in a possible angular range of 0 ° to 180 ° (5 ° to 60 ° in the fourth embodiment).

Als Nächstes wurde anhand der {002}-Kristallebene in dem erzielten Röntgenbeugungs-Intensitätsmuster die Peakbreite (oder volle Breite bei halber Höhe: engl. FWHM) bei dem Peak-Wert (θ = ungefähr 45°) ermittelt. Dieser Peakbereich (Breite) bei halber Höhe der höchsten Peakintensität wurde als die „Halbwertsbreite” verwendet. Die folgende Tabelle 5 gibt diese Erfassungsergebnisse an.When The next step was the {002} crystal plane achieved in the X-ray diffraction intensity pattern the peak width (or full width at half height: engl. FWHM) at the peak value (θ = about 45 °) determined. This Peak area (width) at half height of the highest Peak intensity was used as the "half width". Table 5 below gives these results.

Nach dem obigen Erfassungsschritt wurde das reaktive Ausgangspulver dann 20 Stunden lang unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels mit den ZrO2-Kugeln nass gebrochen. Dadurch wurde ein kalziniertes Pulver (als reaktives Ausgangspulver) mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 0,5 μm erzielt.After the above detection step, the reactive starting powder was then wet-cracked for 20 hours using an organic solvent with the ZrO 2 spheres. As a result, a calcined powder (as a starting reactive powder) having an average grain size of about 0.5 μm was obtained.

– Mischschritt –- mixing step -

Als Nächstes wurden das in den obigen Schritten erzielte anisotrope Pulver und das reaktive Ausgangspulver 102 gemischt, um das Ausgangsgemisch 103 (siehe 10) in dem Zusammensetzungsverhältnis herzustellen, das die isotrope Perowskitverbindung erzeugt, die durch die geplante Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92}(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 ausgedrückt wird. Dabei erfolgte der Mischschritt so, dass von den Elementen in dem anisotropen Pulver 5 Mol-% des A-Platz-Elements in der geplanten Keramikzusammensetzung aus {Li0,08(K0,5Na0,5)0,92)(Nb0,84Ta0,1Sb0,06)O3 zugeführt wurde.Next, the anisotropic powder obtained in the above steps and the starting reactive powder 102 mixed to the starting mixture 103 (please refer 10 ) in the composition ratio producing the isotropic perovskite compound formed by the planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 } (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 is expressed. In this case, the mixing step was carried out so that of the elements in the anisotropic powder 5 mol% of the A-site element in the planned ceramic composition of {Li 0.08 (K 0.5 Na 0.5 ) 0.92 ) (Nb 0.84 Ta 0.1 Sb 0.06 ) O 3 .

Als Nächstes erfolgte unter Verwendung der ZrO2-Kugeln und eines organischen Lösungsmittels im nassen Zustand 20 Stunden lang ein Prozess, um das Ausgangsgemischpulver zu erzeugen.Next, using the ZrO 2 balls and an organic solvent in the wet state, a process was carried out for 20 hours to produce the starting mixture powder.

Danach wurden zu der oben erzielten Ausgangsgemischschlämme Polyvinylbutyral (PVB) als Bindemittel und Dibutylphthalat als Weichmacher zugegeben und dann eine Stunde lang durch einen Impellerrührer gemischt. Zu dem Ausgangsgemisch wurden 8,0 g Bindemittel und 4,0 g Weichmacher pro 100 g des Ausgangsgemisches (Pulverbestandteil) gegeben.After that to the starting mixture slurry obtained above were polyvinyl butyral (PVB) as a binder and dibutyl phthalate added as a plasticizer and then mixed for one hour by an impeller stirrer. To the starting mixture were added 8.0 g of binder and 4.0 g of plasticizer per 100 g of the starting mixture (powder ingredient) given.

Wie in 10 gezeigt ist, wurde die Ausgangsgemischschlämme 103 erzielt, in der das anisotrope Pulver 101 und das reaktive Ausgangspulver 102 in dem aus dem organischen Lösungsmittel, dem Bindemittel und dem Weichmacher bestehenden Dispersionsmedium 130 dispergiert waren.As in 10 was shown, the Ausgangsgemischschlämme 103 achieved in which the anisotropic powder 101 and the reactive starting powder 102 in the dispersion medium consisting of the organic solvent, the binder and the plasticizer 130 dispersed.

– Formschritt –- forming step -

Als Nächstes wurde die Ausgangsgemischschlämme durch das Rakelverfahren geformt oder zu einem lagenartigen Formkörper 135 (oder einer Grünlage) mit einer Dicke von ungefähr 80 μm geformt. Außerdem wurde eine Vielzahl der lagenartigen Formkörper aufeinandergeschichtet und dann gepresst, um durch das Rakelverfahren einen Formkörper 135 mit einer Dicke von 1,2 mm herzustellen. Dabei wurden die Körner des anisotropen Pulvers durch eine auf das anisotrope Pulver aufgebrachte Scherspannung in ungefähr einer gleichen Richtung orientiert.Next, the starting mixture slurry was molded by the doctor blade method or into a sheet-like molded body 135 (or a green sheet) formed with a thickness of about 80 microns. In addition, a plurality of the sheet-like shaped bodies were stacked and then pressed to form a shaped body by the doctor blade method 135 to produce with a thickness of 1.2 mm. The grains of the anisotropic powder were oriented in approximately the same direction by a shear stress applied to the anisotropic powder.

Als Nächstes wurde der obige Schichtkörper, der eine Dicke von 1,2 mm hatte, bei 400°C in der Atmosphäre entfettet, um einen Fettbestandteil zu entfernen.When Next became the above laminated body, the one Thickness of 1.2 mm, at 400 ° C in the atmosphere degreased to remove a fat ingredient.

– Brennschritt –- burning step -

Der oben beschriebene Formkörper 135 wurde nach Abschluss der Entfettungsbehandlung in einen Ofen gesetzt und 20 Minuten lang bei 1120°C gebrannt, dann auf 1050°C abgekühlt und 10 Stunden lang bei 1050°C gehalten. Schließlich wurde der Formkörper 135 abgekühlt, um die geplante kristallorientierte Keramik 104 herzustellen (siehe 12 und 14).The above-described molded body 135 After completion of the degreasing treatment, it was placed in an oven and fired at 1120 ° C for 20 minutes, then cooled to 1050 ° C and held at 1050 ° C for 10 hours. Finally, the molding became 135 cooled down to the planned crystal-oriented ceramics 104 to produce (see 12 and 14 ).

Während des Brennschritts wuchs das anisotrope Pulver 101 in dem Formkörper 135 durch eine Reaktion mit dem reaktiven Ausgangspulver 102, das um das anisotrope Pulver 101 herum vorhanden war, zu einem Kristall, wobei ein Sintern erfolgte (siehe 12). Dadurch konnte eine aus einem polykristallinen Material bestehende kristallorientierte Keramik 104 erzeugt werden, die hauptsächlich aus der isotropen Perowskitverbindung bestand, in der die {100}-Kristallebene jedes Kristallkorns 141, das das polykristalline Material bildete, orientiert war (siehe 13)During the firing step, the anisotropic powder grew 101 in the shaped body 135 by a reaction with the reactive starting powder 102 That's about the anisotropic powder 101 around, to a crystal, whereby sintering took place (see 12 ). As a result, could be made of a polycrystalline material crystal-oriented ceramic 104 which consisted mainly of the isotropic perovskite compound in which the {100} crystal plane of each crystal grain 141 , which was the polycrystalline material, was oriented (see 13 )

In dem Brennschritt wurde die Brenntemperatur mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde auf 1120°C erhöht und dann mit einer Temperatursenkungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde auf 1050°C abgekühlt. Das Abkühlen auf 1000°C erfolgte mit einer Temperatursenkungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde, und das Abkühlen auf unter 1000°C erfolgte mit einer Temperatursenkungsgeschwindigkeit von 200°C/Stunde.In the firing step became the firing temperature at a temperature elevation rate increased from 200 ° C / hour to 1120 ° C and then at a temperature lowering rate of 50 ° C / hour Cooled to 1050 ° C. Cooling to 1000 ° C was carried out at a temperature reduction rate of 50 ° C / hour, and cooling to below 1000 ° C was carried out with a temperature reduction rate of 200 ° C / hour.

Die durch die obigen Schritte erzielte kristallorientierte Keramik wird als „Probe E11” bezeichnet.The achieved by the above steps crystal-oriented ceramic is referred to as "sample E11".

Außerdem stellte das vierte Ausführungsbeispiel die folgenden fünf Arten kristallorientierter Keramik, nämlich die Probe E12, die Probe E13 und die Vergleichsproben C11, C12 und C13 her. Diese Proben E12, E13, C11, C12 und C13 wurden unter Verwendung von fünf verschiedenen Arten reaktiven Ausgangspulvers mit unterschiedlicher Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene hergestellt, die erzeugt wurden, indem die Kalzinierungstemperatur bei der Herstellung des reaktiven Ausgangspulvers in einem Bereich von 650°C bis 1000°C geändert wurde.Furthermore The fourth embodiment set the following five Types of crystal oriented ceramics, namely sample E12, sample E13 and comparative samples C11, C12 and C13. These Samples E12, E13, C11, C12 and C13 were prepared using five different types of reactive starting powder with different Half-width of the {002} crystal plane produced that produced were determined by the calcination temperature in the preparation of reactive starting powder in a range of 650 ° C to 1000 ° C was changed.

Und zwar wurden diese Proben E12, E13, C11, C12 und C13 wie folgt hergestellt:
Probe E12: Kalzinierungstemperatur von 650°C, wobei die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers hergestellt wurde, das eine Halbwertsbreite von 0,648° (primäre mittlere Korngröße von 2,24 μm) hatte;
Probe E13: Kalzinierungstemperatur von 700°C, wobei die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers hergestellt wurde, das eine Halbwertsbreite von 0,419° (primäre mittlere Korngröße von 2,48 μm) hatte;
Vergleichsbeispiel C11: Kalzinierungstemperatur von 800°C, wobei die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers hergestellt wurde, das eine Halbwertsbreite von 0,371° (primäre mittlere Korngröße von 2,77 μm) hatte;
Vergleichsbeispiel C12: Kalzinierungstemperatur von 900°C, wobei die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers hergestellt wurde, das eine Halbwertsbreite von 0,295° (primäre mittlere Korngröße von 6,03 μm) hatte; und
Vergleichsbeispiel C13: Kalzinierungstemperatur von 1000°C, wobei die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des reaktiven Ausgangspulvers hergestellt wurde, das eine Halbwertsbreite von 0,261° (primäre mittlere Korngröße von 8,53 μm) hatte.
Namely, these samples E12, E13, C11, C12 and C13 were prepared as follows:
Sample E12: Calcination temperature of 650 ° C, wherein the crystal oriented ceramic was prepared using the starting reactive powder having a half width of 0.648 ° (primary mean grain size of 2.24 μm);
Sample E13: Calcination temperature of 700 ° C, wherein the crystal oriented ceramic was prepared using the starting reactive powder having a full width at half maximum of 0.419 ° (primary mean grain size of 2.48 μm);
Comparative Example C11: calcining temperature of 800 ° C, wherein the crystal-oriented ceramic was prepared using the starting reactive powder having a half-width of 0.371 ° (primary mean grain size of 2.77 μm);
Comparative Example C12: calcination temperature of 900 ° C, wherein the crystal oriented ceramic was prepared using the starting reactive powder having a half width of 0.295 ° (primary mean grain size of 6.03 μm); and
Comparative Example C13: Calcining temperature of 1000 ° C, wherein the crystal-oriented ceramic was prepared using the starting reactive powder having a half-width of 0.261 ° (primary average grain size of 8.53 μm).

Die Tabelle 5 gibt die Kalzinierungstemperatur, die Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene und die primäre mittlere Korngröße des reaktiven Ausgangspulvers an, das bei der Herstellung der kristallorientierten Keramik der Proben E11, E12 und E13 und der Vergleichsproben C11, C12 und C13 verwendet wurde.The Table 5 gives the calcination temperature, the half width the {002} crystal plane and the primary mean grain size of the starting reactive powder used in the preparation of the crystal-oriented Ceramics of Samples E11, E12 and E13 and Samples C11, C12 and C13 was used.

Als Nächstes wurden die elektrischen Isolationskennwerte der durch das obige Verfahren hergestellten Proben E11, E12, E13 und Vergleichsproben C11, C12 und C13 ermittelt.When Next, the electrical insulation characteristics of the prepared by the above method E11, E12, E13 and Comparative samples C11, C12 and C13 determined.

Genauer gesagt wurde eine Oberfläche jeder Probe E11, E12, E13, C11, C12 und C13 geschliffen, um die Oberfläche auf 150 μm Tiefe parallel zur Lagenoberfläche zu entfernen. Nach Abschluss des obigen Schleifschritts wurde auf die Oberfläche jeder Probe als Außenelektroden eine Ag-Harzpaste (Dotite, hergestellt von Fujikura Kasei Co., Ltd.) aufgebracht. Die Probe wurde dann dreißig Minuten lang bei 150°C gebacken, um das in der Ag-Harzpaste enthaltene Lösungsmittel zu entfernen. Durch die obigen Schritte wurden auf jeder Probe die Außenelektroden ausgebildet.More accurate said one surface of each sample E11, E12, E13, C11, C12 and C13 ground to 150μm surface area Depth parallel to the surface of the layer. After graduation of the above grinding step was applied to the surface of each Sample as external electrodes, an Ag resin paste (Dotite, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.). The sample was then Baked for 30 minutes at 150 ° C to the Remove in the Ag resin paste contained solvents. Through the above steps, the outer electrodes on each sample became educated.

Als Nächstes wurde zwischen den Außenelektroden jeder Probe ein 2,0 kV/mm starkes elektrisches Feld angelegt, und bei einer Temperatur von 20°C wurde durch ein Widerstandsmessgerät der elektrische Widerstand jeder Probe ermittelt. Beruhend auf dem erfassten elektrischen Widerstandswert wurde der Isolationswiderstandswert jeder Probe E11, E12, E13, C11, C12 und C13 berechnet. Die folgende Tabelle 5 gibt die Berechnungsergebnisse des Isolationswiderstandswerts (als spezifischen Widerstand) jeder Probe E11, E12, E13, C11, C12 und C13 an. Tabelle 5 Probe Nr. reaktives Ausgangspulver kristallorientierte Keramik spezifischer Widerstand (Ω·m) Kalzinierungstemperatur (°C) Halbwertsbreite (°) der (002}-Ebene primäre mittlere Korngröße (μm) E11 600 0,75 1,96 3,68 × 1010 E12 650 0,648 2,24 1,52 × 1010 E13 700 0,419 2,48 6,80 × 109 C11 800 0,371 2,77 2,82 × 109 C12 900 0,295 6,03 7,19 × 108 C13 1000 0,261 8,53 2,11 × 108 Next, a 2.0 kV / mm electric field was applied between the outer electrodes of each sample, and at a temperature of 20 ° C., the resistance of each sample was measured by an ohmmeter. Based on the detected electrical resistance value, the insulation resistance value of each sample E11, E12, E13, C11, C12 and C13 was calculated. The following Table 5 gives the calculation results of the insulation resistance value (as the resistivity) of each sample E11, E12, E13, C11, C12 and C13. Table 5 Sample No. reactive starting powder crystal-oriented ceramic resistivity (Ω · m) Calcination temperature (° C) Half width (°) of the (002} plane primary mean grain size (μm) E11 600 0.75 1.96 3.68 × 10 10 E12 650 0.648 2.24 1.52 × 10 10 E13 700 0.419 2.48 6.80 × 10 9 C11 800 0.371 2.77 2.82 × 10 9 C12 900 0,295 6.03 7.19 × 10 8 C13 1000 0.261 8.53 2.11 × 10 8

Aus der Tabelle 5 geht hervor, dass die kristallorientierte Keramik (als Proben E11, E12 und E13), die durch das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hergestellt wurde, einen hohen spezifischen Widerstand und einen hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand hat.Out Table 5 shows that the crystal-oriented ceramics (as samples E11, E12 and E13) by the reactive starting powder with the half width of the {002} crystal plane in one area from 0.4 ° to 0.8 °, a high resistivity and excellent electrical insulation resistance Has.

Andererseits hat die kristallorientierte Keramik (als Vergleichsbeispiele C11, C12 und C13), die durch das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene von weniger als 0,4° hergestellt wurde, einen geringen spezifischen Widerstand und einen unzureichenden elektrischen Isolationswiderstand.on the other hand has the crystal-oriented ceramic (as Comparative Examples C11, C12 and C13) passing through the reactive starting powder of half width the {002} crystal plane has been made less than 0.4 °, low resistivity and inadequate electrical insulation resistance.

Dementsprechend versteht sich, dass eine kristallorientierte Keramik mit hervorragendem elektrischen Widerstand hergestellt werden kann, indem ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° verwendet wird.Accordingly It is understood that a crystal-oriented ceramic with outstanding Electrical resistance can be produced by a reactive Starting powder with a half width of the {002} crystal plane is used in a range of 0.4 ° to 0.8 °.

Es versteht sich ebenfalls, dass das Kalzinieren bei einer Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 700°C das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° erzeugt (siehe Proben E11, E12 und E13 in Tabelle 5).It It is also understood that calcining at a temperature in a range of 600 ° C to 700 ° C the reactive Starting powder with the half width of {002} crystal plane in a range of 0.4 ° to 0.8 ° generated (see Samples E11, E12 and E13 in Table 5).

Wenn das Kalzinieren bei einer Kalzinierungstemperatur von mehr als 700°C erfolgt, hat die erzielte kristallorientierte Keramik eine Halbwertsbreite von weniger als 0,4°. Es ist daher vorzuziehen, das reaktive Ausgangspulver bei einer Kalzinierungstemperatur von nicht mehr als 700°C, besser noch bei einer Temperatur von nicht mehr als 650°C zu kalzinieren.If calcining at a calcination temperature of more than 700 ° C takes place, the obtained crystal-oriented ceramic has a half width less than 0.4 °. It is therefore preferable to use the reactive starting powder at a calcination temperature of not more than 700 ° C, better still at a temperature of not more than 650 ° C to calcine.

Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, ist die primäre mittlere Teilchengröße des reaktiven Ausgangspulvers umso höher, je höher die Kalzinierungstemperatur ist. Das bedeutet, dass der Kristall des reaktiven Ausgangspulvers 102 umso mehr wächst, je mehr die Kalzinierungstemperatur erhöht wird (siehe 14A und 14B).As is apparent from Table 5, the higher the calcination temperature, the higher the primary average particle size of the starting reactive powder. That means the crystal of the reactive starting powder 102 the more it grows the more the calcination temperature is increased (see 14A and 14B ).

Dementsprechend kann das Durchführen des Kalzinierungsschritts bei einer Kalzinierungstemperatur von nicht mehr als 700°C das Kristallwachstum des reaktiven Ausgangspulvers unterdrücken und leicht ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° erzeugen.Accordingly may perform the calcination step at a Calcination temperature of not more than 700 ° C, the crystal growth of the reactive starting powder and suppress it easily reactive starting powder with a half width in one range from 0.4 ° to 0.8 °.

– Fünftes Ausführungsbeispiel –- Fifth Exemplary embodiment

Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.It Now follows a description of the method for producing the multilayer Piezoelectric element according to the fifth embodiment the invention.

15A ist eine Ansicht, die den Gesamtaufbau des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 15B ist eine Schnittansicht des in 15A gezeigten mehrlagigen Piezoelements entlang seiner Aufschichtungsrichtung. 15A is a view showing the overall structure of the multilayer piezoelectric element according to the fifth Embodiment of the invention shows. 15B is a sectional view of the in 15A shown multilayer piezoelectric element along its Aufschichtungsrichtung.

Wie in 15A und 15B gezeigt ist, setzt sich das mehrlagige Piezoelement 105 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel aus einem Schichtkörper zusammen, in dem Piezokeramikschichten 151 und Innenelektroden 152, die leitendes Metall enthalten, abwechselnd aufeinandergeschichtet sind. Die Piezokeramikschichten 151 bestehen hauptsächlich aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus der isotropen Perowskitverbindung besteht. Insbesondere ist die {100}-Kristallebene von Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert.As in 15A and 15B is shown, sets the multilayer piezoelectric element 105 according to the fifth embodiment of a laminated body together, in the piezoceramic layers 151 and internal electrodes 152 containing conductive metal are alternately stacked. The piezoceramic layers 151 consist mainly of a polycrystalline material consisting mainly of the isotropic perovskite compound. In particular, the {100} crystal plane is oriented by crystal grains constituting the polycrystalline material.

Wie in 15A und 15B gezeigt ist, ist an beiden Endteilen des mehrlagigen Piezoelements 105 eine Blindschicht 150 ohne Innenelektroden ausgebildet. Die Blindschicht 150 besteht wie die Piezokeramikschichten 151 aus piezoelektrischer Keramik.As in 15A and 15B is shown is at both end portions of the multilayer piezoelectric element 105 a blindfold 150 formed without internal electrodes. The blind layer 150 exists like the piezoceramic layers 151 made of piezoelectric ceramic.

Das Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel setzt sich aus dem ersten Vorbereitungsschritt, dem zweiten Vorbereitungsschritt, dem Mischschritt, dem Formschritt, dem Druckschritt, dem Aufschichtungsschritt und dem Brennschritt zusammen.The Method for producing the multilayer piezoelectric element according to the fifth embodiment is made of the first preparation step, the second preparation step, the Mixing step, the molding step, the printing step, the laminating step and the firing step together.

Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des mehrlagigen Piezoelements gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.It Now follows a detailed description of the procedure for producing the multilayer piezoelectric element according to the fifth embodiment.

Wie in dem Verfahren gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel führte das Verfahren des fünften Ausführungsbeispiels den ersten Vorbereitungsschritt, den zweiten Vorbereitungsschritt, den Mischschritt und den Formschritt durch, um einen lagenartigen Formkörper (oder eine Grünlage) mit einer Dicke von 80 μm herzustellen.As in the method according to the fourth embodiment introduced the method of the fifth embodiment the first preparation step, the second preparation step, the mixing step and the molding step to a sheet-like Shaped body (or green sheet) with a thickness of 80 μm.

– Druckschritt –- printing step -

Als Nächstes wurde ein AgPd-Legierungspulver vorbereitet, das 30 Mol-% Pd enthielt. Es wurde ein Gemisch erzeugt, indem das AgPd-Legierungspulver und das durch den ersten Vorbereitungsschritt und den zweiten Vorbereitungsschritt erzielte reaktive Ausgangspulver mit einem Volumenverhältnis von 9:1 gemischt wurden.When Next, an AgPd alloy powder was prepared Contained 30 mol% Pd. A mixture was made by adding the AgPd alloy powder and that by the first preparation step and the second preparation step achieved reactive starting powders with a volume ratio of 9: 1 were mixed.

Zu dem Gemisch wurden dann Ethylcellulose und Terpineol gegeben, um eine Elektrodenmaterialpaste zu erzeugen. Die erzielte Elektrodenmaterialpaste wurde dann auf den Bereich aufgedruckt, der dem auf der Grünlage auszubildenden Elektrodenbereich entsprach. In dem nach Abschluss des später beschriebenen Brennschritts zu erzeugenden mehrlagigen Piezoelement wurde die Elektrodenmaterialpaste aufgedruckt, um den Elektrodenteil (als Innenelektrode 152) auf den gesamten Oberflächen zwischen den Piezokeramikschichten 151 auszubilden (siehe 15A und 15B).To the mixture was then added ethyl cellulose and terpineol to prepare an electrode material paste. The obtained electrode material paste was then printed on the area corresponding to the electrode area to be formed on the green sheet. In the multi-layered piezoelectric element to be produced after completion of the firing step described later, the electrode material paste was printed to form the electrode part (as an inner electrode 152 ) on the entire surfaces between the piezoceramic layers 151 to train (see 15A and 15B ).

Es ist auch möglich oder akzeptabel, die Elektrodenmaterialpaste auf der Oberfläche der Grünlage auf einem gewünschten Bereich aufzudrucken, so dass an einem Außenumfangsteil des mehrlagigen Piezoelements 105 ein elektrodenfreier Teil gebildet wird. Dadurch können auf der Oberfläche der Grünlage Teilelektroden ausgebildet werden.It is also possible or acceptable to print the electrode material paste on the surface of the green sheet on a desired area so that on an outer peripheral part of the multilayer piezoelectric element 105 an electrode-free part is formed. As a result, partial electrodes can be formed on the surface of the green layer.

– Aufschichtungsschritt –- layering step -

Nach Abschluss des obigen Druckschritts wurden die Grünlagen, auf denen die Elektrodenmaterialpaste aufgedruckt worden waren, aufeinandergeschichtet und gepresst, um einen plattenartigen Schichtkörper herzustellen, der sich aus sechs Schichten mit einer Dicke von 1,2 mm in seiner Aufschichtungsrichtung zusammensetzte (die nach dem Brennen zu den Elektrodenbildungsschichten wurden). Auf der Deckseite und der Bodenseite des mehrlagigen Piezoelements wurde jeweils eine Grünlage ohne Elektrodenteil platziert. Diese auf der Deck- und Bodenseite platzierten Grünlagen bildeten nach Abschluss des folgenden Brennschritts die Blindlagen 150 (siehe 15A und 15B).After completion of the above printing step, the green sheets on which the electrode material paste had been printed were stacked and pressed to prepare a plate-like composite composed of six layers having a thickness of 1.2 mm in its lapping direction (which after firing) the electrode formation layers were). On the cover side and the bottom side of the multilayer piezo element, a green layer without electrode part was placed in each case. These greensheets placed on the top and bottom side formed the blind layers after completion of the following firing step 150 (please refer 15A and 15B ).

Als Nächstes wurde der oben erzielte Schichtkörper bei einer Temperatur von 400°C entfettet, um einen Fettbestandteil zu entfernen.When Next became the above obtained laminate degreased at a temperature of 400 ° C to form a fat ingredient to remove.

– Brennschritt –- burning step -

Nach Abschluss des Entfettungsschritts wurde der Schichtkörper als Nächstes gebrannt, um das mehrlagige Piezoelement als Endprodukt herzustellen.To Completion of the degreasing step became the laminated body burned next to the multilayer piezo element as Produce end product.

Und zwar wurde der Schichtkörper nach der Fettentfernung in einen Ofen gesetzt und dann 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 1120°C erhitzt. Der Schichtkörper in dem Ofen wurde auf eine Temperatur von 1050°C abgekühlt und dann in dem Ofen 10 Stunden lang bei der Temperatur von 1050°C erhitzt. Der Schichtkörper wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Herstellung des mehrlagigen Piezoelements wurde dadurch abgeschlossen.Namely, after the fat removal, the laminate was placed in an oven and then heated at a temperature of 1120 ° C for 20 minutes. The composite in the oven was cooled to a temperature of 1050 ° C and then in the oven 10 Heated at the temperature of 1050 ° C for hours. The laminate was then cooled to room temperature. The production of the multilayer piezoelectric element was completed.

In dem Brennschritt betrug die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit auf 1120°C 200°C/Stunde und die Temperaturabkühlgeschwindigkeit auf 1050°C 50°C/Stunde. Die Temperaturabkühlgeschwindigkeit auf 1000°C betrug 50°C/Stunde, und die Temperaturabkühlgeschwindigkeit auf weniger als 1000°C betrug 200°C/Stunde.In the firing step was the temperature raising speed at 1120 ° C 200 ° C / hour and the temperature cooling rate at 1050 ° C 50 ° C / hour. The temperature cooling rate to 1000 ° C was 50 ° C / hour, and the temperature cooling rate to less than 1000 ° C was 200 ° C / hour.

Als Nächstes wurde das durch das obige Verfahren erzielte mehrlagige Piezoelement durch einen maschinellen Bearbeitungsprozess endbearbeitet, um die in 15A gezeigte kreisförmige Scheibe des mehrlagigen Piezoelements zu erzielen.Next, the multilayer piezoelectric element obtained by the above method was finished by a machining process to obtain the in 15A to achieve shown circular disc of the multilayer piezoelectric element.

Wie oben beschrieben wurde, wird durch das obige Verfahren ein mehrlagiges Piezoelement 105 erzielt, in dem die aus kristallorientierter Keramik bestehenden Piezokeramikschichten 151 und die aus einer AgPd-Legierung bestehenden Innenelektroden 152 (Gesamtelektrodenbildungsschichten 3) abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.As described above, the above method becomes a multilayer piezoelectric element 105 achieved in which the crystal-oriented ceramic piezoceramic layers 151 and the internal electrodes made of AgPd alloy 152 (Total electrode formation layers 3) are alternately stacked.

In dem fünften Ausführungsbeispiel wurden wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel sechs Arten von mehrlagigen Piezoelementen (Proben E16, E17 und E18 sowie Vergleichsproben C16, C17 und C18) hergestellt, um in einem Vergleichsversuch verwendet zu werden. Die sechs mehrlagigen Piezoelemente (Proben E16, E17 und E18 sowie Vergleichsproben C16, C17 und C18) bestanden aus reaktiven Ausgangspulvern mit verschiedenen Halbwertsbreiten der {002}-Kristallebene.In The fifth embodiment was as in the fourth embodiment, six types of multilayer Piezo elements (Samples E16, E17 and E18 and Samples C16, C17 and C18) to be used in a comparative experiment to become. The six multilayer piezoelectric elements (samples E16, E17 and E18 and comparative samples C16, C17 and C18) were reactive Starting powders with different half widths of {002} crystal plane.

Es wurde der spezifische Widerstand jeder Probe E16, E17 und E18 sowie jeder Vergleichsprobe C16, C17 und C18 ermittelt, um den elektrischen Isolationswiderstand der Piezokeramikschicht zu vergleichen.It The resistivity of each sample was E16, E17 and E18 as well each comparative sample C16, C17 and C18 is determined to be the electrical Compare insulation resistance of the piezoceramic layer.

Und zwar wurde zwischen die Innenelektrodenschichten als die Innenelektroden des mehrlagigen Piezoelements jeder Probe E16, E17, E18, C16, C17 und C18 eine vorbestimmte Spannung angelegt. Die vorbestimmte Spannung betrug 2 kV/mm für den Elektrodenabstand jeder Probe.And though, between the inner electrode layers than the inner electrodes of the multilayer piezo element of each sample E16, E17, E18, C16, C17 and C18 applies a predetermined voltage. The predetermined voltage was 2 kV / mm for the electrode spacing of each sample.

Wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel gibt die Tabelle 6 die Erfassungsergebnisse dieser Proben E16, E17, E18, C16, C17 und C18 für die Halbwertsbreite, die primäre mittlere Korngröße, die Kalzinierungstemperatur bei der Herstellung des reaktiven Ausgangspulvers und den spezifischen Widerstand an. Tabelle 6 Probe Nr. reaktives Ausgangspulver kristallorientierte Keramik spezifischer Widerstand (Ω·m) Kalzinierungstemperatur (°C) Halbwertsbreite (°) der {002}-Ebene primäre mittlere Korngröße (μm) E14 600 0,75 1,96 6,44 × 109 E15 650 0,648 2,24 3,66 × 109 E16 700 0,419 2,48 8,20 × 108 C14 800 0,371 2,77 2,10 × 108 C15 900 0,295 6,03 3,00 × 107 C16 1000 0,261 8,53 1,10 × 107 As in the fourth embodiment, Table 6 gives the detection results of these samples E16, E17, E18, C16, C17 and C18 for the half-width, the primary average grain size, the calcination temperature in the preparation of the starting reactive powder and the resistivity. Table 6 Sample No. reactive starting powder crystal-oriented ceramic resistivity (Ω · m) Calcination temperature (° C) Half width (°) of the {002} plane primary mean grain size (μm) E14 600 0.75 1.96 6.44 × 10 9 E15 650 0.648 2.24 3.66 × 10 9 E16 700 0.419 2.48 8,20 × 10 8 C14 800 0.371 2.77 2.10 × 10 8 C15 900 0,295 6.03 3.00 × 10 7 C16 1000 0.261 8.53 1.10 × 10 7

Aus der Tabelle 6 geht hervor, dass das Verfahren des fünften Ausführungsbeispiels es wie das Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels möglich macht, Piezokeramikschichten mit einem hervorragenden elektrischen Isolationswiderstand herzustellen, indem ein reaktives Ausgangspulver mit einer Halbwertsbreite der {002}- Kristallebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° verwendet wird.It is apparent from Table 6 that the method of the fifth embodiment makes possible, like the method of the fourth embodiment, piezoceramic layers having excellent to produce electrical insulation resistance by using a starting reactive powder having a half width of {002} crystal plane in a range of 0.4 ° to 0.8 °.

Darüber hinaus ergibt sich durch Vergleich der in Tabelle 5 und Tabelle 6 angegeben Erfassungsergebnisse, dass das mehrlagige Piezoelement, in dem die aus der kristallorientierten Keramik bestehenden Piezokeramikschichten und die Innenelektroden aufeinandergeschichtet sind, unter gleichen Bedingungen einen kleineren elektrischen Isolationswiderstand als die kristallorientierte Keramik hat. Es wird davon ausgegangen, dass das leitende Metall wie AgPd während des Brennschritts von der Innenelektrode zur Piezokeramikschicht diffundiert.About that In addition, by comparison, the results in Table 5 and Table 6 shows detection results that the multilayer piezo element, in which the piezoceramic layers consisting of the crystal-oriented ceramic and the internal electrodes are stacked, under the same Conditions a smaller electrical insulation resistance than which has crystal-oriented ceramics. It is assumed that the conductive metal such as AgPd during the firing step diffused from the inner electrode to the piezoceramic layer.

Somit ergibt sich aus der Tabelle 6, dass der elektrische Isolationswiderstand erhöht wird, wenn das reaktive Ausgangspulver mit der Halbwertsbreite der {002}-Kristallebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° verwendet wird.Consequently Table 6 shows that the electrical insulation resistance is increased when the reactive starting powder with the half width the {002} crystal plane is used in a range of 0.4 ° to 0.8 ° becomes.

Es wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch wird der Fachmann erkennen, dass zu diesen Einzelheiten im Licht der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen vorgenommen werden können. Dementsprechend sind die offenbarten besonderen Anordnungen lediglich veranschaulichend und sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und aller ihrer Äquivalente gegeben ist.It Although certain embodiments in detail the skilled person will recognize that to these details in the light of the whole doctrine of Revelation various modifications and alternatives can be made. Accordingly, the particular arrangements disclosed are merely are illustrative and not intended to be within the scope of the invention restrict, by the full breadth of the following claims and all its equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (40)

Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1TazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, wobei sich jedes die Piezokeramik bildende Kristallkorn aus einem Kernteil und einer Hüllenschicht zusammensetzt, die eine unterschiedliche Zusammensetzung haben, die Hüllenphase den Kernteil umgibt und die Piezokeramik den Zusammenhang ds/dc < 1,2 erfüllt, wobei ds eine Menge eines in der Hüllenphase erzeugten Kristallgitterfehlers und dc eine Menge eines in dem Kernteil erzeugten Kristallgitterfehlers ist.Piezoceramic of a polycrystalline material consisting mainly of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1 Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, where each crystal grain constituting the piezoceramic is composed of a core portion and a cladding layer having a different composition, the cladding phase surrounding the core portion, and the piezoceramic satisfying the relationship ds / dc <1.2, where ds is a quantity of a crystal lattice defect generated in the shell phase and dc is an amount of crystal lattice defect generated in the core part. Piezokeramik nach Anspruch 1, wobei die Piezokeramik aus einer kristallorientierten Keramik besteht, in der eine spezifische Kristallebene A in den Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist.Piezoceramic according to claim 1, wherein the piezoceramic consists of a crystal-oriented ceramic, in which a specific Crystal plane A in the crystal grains containing the polycrystalline Form material, is oriented. Piezokeramik nach Anspruch 1, wobei die Piezokeramik aus einem nicht orientierten Körper als zufällig orientierter Keramik besteht.Piezoceramic according to claim 1, wherein the piezoceramic from a non-oriented body as randomly oriented Ceramic exists. Mehrlagiges Piezoelement, in dem eine Vielzahl von Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten, die einen Elektrodenteil haben, der Innenelektroden bildet, die ein leitendes Metall enthalten, abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschichten aus der Piezokeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 bestehen.Multi-layered piezoelectric element in which a plurality of Piezoceramic layers and electrode forming layers comprising a Have electrode part that forms internal electrodes, which is a conductive Contain metal, alternately stacked, being the piezoceramic layers of the piezoceramic according to a of claims 1 to 3 exist. Mehrlagiges Piezoelement nach Anspruch 4, wobei das leitende Metall eine AgPd-Legierung ist.A multilayer piezoelectric element according to claim 4, wherein said conductive metal is an AgPd alloy. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, die Piezokeramik aus einer kristallorientierten Keramik besteht, in der eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht und aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik zu erzeugen, wobei der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch mischt, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt, und der Brennschritt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durchführt.A method of producing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, the piezoceramic is made of a crystal-oriented ceramic in which a specific crystal plane A is oriented in crystal grains constituting the polycrystalline material, and the method comprises the steps of: mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to prepare a starting mixture, wherein the anisotropic powder is composed of a perovskite compound and consists of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane matching with respect to the lattice to the specific crystal plane A is oriented, and the reactive starting powder by the reaction with the anisotropic powder passing through the general formula (1) expressed isotropic perovskite compound; Forming the starting mixture into a sheet-like shaped body so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; and firing the molded body to produce the piezoceramic, wherein the mixing step further mixes a K starting powder and / or an Li starting powder as an additive into the starting mixture such that the amount of addition per 1 mole of the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite compound to the element K and / or Li is not more than 0.05 mol, and the firing step is firing for a period of not less than two hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen; Formen des Ausgangsgemisches zu einem Formkörper; und Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik zu erzeugen, wobei der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch mischt, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt, und der Brennschritt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck 202 von nicht weniger als 50% durchführt.A method of producing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, and the method the steps include: mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, one Ta source and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio, which produces the compound expressed by the general formula (1) to produce a starting mixture, and calcining the obtained starting mixture to produce a reactive starting powder; Forming the starting mixture into a shaped body; and firing the molded body to produce the piezoceramic, wherein the mixing step further mixes a K starting powder and / or an Li starting powder as an additive into the starting mixture such that the amount of addition per 1 mole of the isotropic one expressed by the general formula (1) Perovskite compound to the element K and / or Li is not more than 0.05 mol, and the firing step is firing for a period of not less than two hours at a temperature of not lower than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure 202 of not less than 50%. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik nach Anspruch 6 oder 7, wobei das K-Ausgangspulver und/oder das Li-Ausgangspulver aus einem Carbonat, einem Hydrogencarbonat oder einem Borat bestehen.Method for producing a piezoceramic after Claim 6 or 7, wherein the K-starting powder and / or the Li-starting powder consist of a carbonate, a bicarbonate or a borate. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer aus einem anisotropen Pulver bestehenden Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik zu erzeugen, wobei das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g hat und der Brennschritt einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt umfasst, wobei der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C) erhöht, der erste Temperaturhalteschritt die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden) hält, der Temperatursenkungsschritt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C) senkt, der zweite Temperaturhalteschritt die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden) hält und der Brennschritt die Brenntemperatur so steuert, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt, wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde beträgt und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt.A method of producing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, and the method the following steps comprise: mixing an anisotropic powder with a starting reactive powder to produce a starting mixture, the anisotropic powder consisting of an anisotropic powder perovskite compound consisting of anisotropic powder of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane matching the lattice to the specific crystal plane A is oriented, and the reactive source powder by reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1); Forming the starting mixture into a sheet-like shaped body so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; and firing the shaped body to produce the piezoceramic, wherein the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g, and the firing step comprises a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature lowering step, and a second temperature holding step Temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C), the first temperature holding step holds the temperature T 1 ° C for a period of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours), the temperature decreasing step Temperature of T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C) lowers, the second temperature holding step keeps the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours) and the firing step controls the firing temperature to satisfy the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 2 ≦ 200 when the temperature increasing speed is at least between T 2 ° C and T 1 ° CD 1 ° C / hour and the temperature reduction rate D 2 ° C / hour. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-xTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0, 4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen; Formen des Ausgangsgemisches zu einem Formkörper; und Brennen des Formkörpers, um die Piezokeramik zu erzeugen, wobei das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g hat und der Brennschritt einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt umfasst, wobei der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C) erhöht, der erste Temperaturhalteschritt die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden) hält, der Temperatursenkungsschritt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C) senkt, der zweite Temperaturhalteschritt die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden) hält und der Brennschritt die Brenntemperatur so steuert, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt, wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde beträgt und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt.A method of producing a piezoceramic of a polycrystalline material mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zx Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0, 4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, and the method the following steps include: mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio by the producing the compound expressed in general formula (1) to prepare a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a starting reactive powder; Forming the starting mixture into a shaped body; and firing the shaped body to produce the piezoceramic, wherein the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g, and the firing step comprises a temperature increasing step, a first temperature holding step, a temperature lowering step, and a second temperature holding step Temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C), the first temperature holding step raises the temperature T 1 ° C for a Duration of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours), the temperature decreasing step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C), the second temperature holding step lowers the temperature T 2 ° C holds for t 2 hours (2 hours ≦ t 2 ≦ 20 hours), and the firing step controls the firing temperature to give the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 2 ≦ 200 is satisfied when the temperature raising rate is at least between T 2 ° C and T 1 ° CD 1 ° C / hour and the temperature lowering rate D is 2 ° C / hour. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik nach Anspruch 6 oder 9, wobei das reaktive Ausgangspulver aus einem kalzinierten Pulver besteht, das durch Mischen mindestens eines aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb- Quelle gewählten Elements und dann Kalzinieren der gewählten Elemente erzielt wird, wobei jede Quelle in einem stöchiometrischen Verhältnis gemischt wird, das aus dem reaktiven Ausgangspulver, das aus dem kalzinierten Pulver besteht, und dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt.Method for producing a piezoceramic after Claim 6 or 9, wherein the reactive starting powder of a calcined Powder by mixing at least one of a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and an Sb source of selected element and then calcining the selected elements is achieved, with each source mixed in a stoichiometric ratio is made from the reactive starting powder, which is from the calcined Powder, and the anisotropic powder by the general Formula (1). Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik nach Anspruch 6 oder 9, wobei der Formschritt das Ausgangsgemisch zu dem lagenartigen Formkörper formt, der eine Dicke in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm hat.Method for producing a piezoceramic after Claim 6 or 9, wherein the molding step to the starting mixture to forms the sheet-like shaped body, which has a thickness in one Range of 30 microns to 200 microns has. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist, die Elektrodenbildungsschicht einen Elektrodenteil hat, der Innenelektroden bildet, die ein leitendes Metall enthalten, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer aus einem anisotropen Pulver bestehenden Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials auf den lagenartigen Formkörper, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet; Aufschichten einer Vielzahl der lagenartigen Formkörper nach Abschluss des Druckschritts; und Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt, wobei der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch mischt, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt, und der Brennschritt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durchführt.A method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked, the piezoceramic layer consisting of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, a specific one Crystal layer A is oriented in crystal grains forming the polycrystalline material, the electrode formation layer has an electrode portion forming internal electrodes containing a conductive metal, and the method comprises the steps of: mixing an anisotropic powder with a reactive starting powder to form a starting mixture the anisotropic powder consisting of an anisotropic powder consisting of a perovskite compound, the anisotropic powder consisting of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane matching the lattice to the specific crystal plane A is oriented, and the reactive starting powder by reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1); Forming the starting mixture into a sheet-like shaped body so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; Printing an electrode material containing the conductive metal on the sheet-like molded body, which forms the electrode part after a subsequent firing step; Laminating a plurality of the sheet-like molded bodies after completion of the printing step; and firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers, the mixing step further mixing a starting K powder and / or Li starting powder as an additive in the starting mixture such that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) based on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol, and the firing step does not fire for a period of not less than two hours at a temperature of less than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen; Formen des reaktiven Ausgangspulvers zu einem lagenartigen Formkörper; Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet; Aufschichten einer Vielzahl der lagenartigen Formkörper nach Abschluss des Druckschritts; und Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt, wobei der Mischschritt außerdem ein K-Ausgangspulver und/oder ein Li-Ausgangspulver als Zusatzstoff in das Ausgangsgemisch mischt, so dass die Zugabemenge pro 1 mol der durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückten isotropen Perowskitverbindung auf das Element K und/oder Li bezogen nicht mehr als 0,05 mol beträgt, und der Brennschritt das Brennen für eine Dauer von nicht weniger als zwei Stunden bei einer Temperatur von nicht weniger als 900°C unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck P02 von nicht weniger als 50% durchführt.A method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked, the piezoceramic layer consisting of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, and the method the steps include: mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, one Ta source and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio, which produces the compound expressed by the general formula (1) to produce a starting mixture, and calcining the starting mixture to produce a reactive starting powder; Forming the starting reactive powder into a sheet-like shaped body; Printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step; Laminating a plurality of the sheet-like molded bodies after completion of the printing step; and firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers, the mixing step further mixing a starting K powder and / or Li starting powder as an additive in the starting mixture such that the addition amount per 1 mol of the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1) based on the element K and / or Li is not more than 0.05 mol, and the firing step does not fire for a period of not less than two hours at a temperature of less than 900 ° C under an atmosphere having an oxygen partial pressure P 02 of not less than 50%. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 13 oder 14, wobei das K-Ausgangspulver und/oder das Li-Ausgangspulver aus einem Carbonat, einem Hydrogencarbonat oder einem Borat bestehen.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 13 or 14, wherein the K starting powder and / or the Li-starting powder of a carbonate, a bicarbonate or consist of a borate. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, das durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt, eine spezifische Kristallebene A in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist, die Elektrodenbildungsschicht einen Elektrodenteil hat, der Innenelektroden bildet, die ein leitendes Metall enthalten, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines anisotropen Pulvers mit einem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, wobei das anisotrope Pulver aus einer Perowskitverbindung besteht, das anisotrope Pulver aus orientierten anisotropen Körnern besteht, die eine orientierte Ebene bilden, in der eine Kristallebene, die bezüglich des Gitters zu der spezifischen Kristallebene A passt, orientiert ist, und das reaktive Ausgangspulver durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet; Aufschichten der Formkörper nach dem Druckschritt; und Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den abwechselnd aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt, wobei das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g hat und der Brennschritt einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt umfasst, wobei der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C) erhöht, der erste Temperaturhalteschritt die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden) hält, der Temperatursenkungsschritt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C) senkt, der zweite Temperaturhalteschritt die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden) hält und der Brennschritt die Brenntemperatur so steuert, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt, wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde beträgt und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt.A method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and electrode forming layers are alternately stacked, the piezoceramic layer consisting of a polycrystalline material of a crystal oriented ceramic consisting mainly of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, a specific one Crystal layer A is oriented in crystal grains forming the polycrystalline material, the electrode formation layer has an electrode portion forming internal electrodes containing a conductive metal, and the method comprises the steps of: mixing an anisotropic powder with a reactive starting powder to form a starting mixture wherein the anisotropic powder consists of a perovskite compound consisting of anisotropic powders of oriented anisotropic grains forming an oriented plane in which a crystal plane matching the lattice to the specific crystal plane A is oriented, and the starting reactive powder a reaction with the anisotropic powder produces the isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1); Forming the starting mixture into a sheet-like shaped body so that the oriented plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder is oriented approximately in a same direction; Printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step; Coating the shaped bodies after the printing step; and firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the alternately stacked piezoceramic layers and electrode forming layers, wherein the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g, and the firing step comprises a temperature increasing step, a first step Temperature holding step, a temperature decreasing step and a second temperature holding step, wherein the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C), the first temperature holding step sets the temperature T 1 ° C for a duration of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours), the temperature decreasing step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C), the second temperature holding step lowers the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours) and holds the firing step so controls the firing temperature that it (the relationship T 1 T 2) / t 2 ≤ D 1 ≤ 200 and (T 1 - T 2) / t 2 ≤ D 2 ≤ 200 satisfied when the temperature elevation rate is at least between T 2 ° C and T 1 ° CD 1 ° C / hour, and the temperature reduction rate D is 2 ° C / hour. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, in dem Piezokeramikschichten und Elektrodenbildungsschichten abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einem polykristallinen Material einer kristallorientierten Keramik besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1), wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Mischen von ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente in einem stöchiometrischen Verhältnis, das die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung erzeugt, um ein Ausgangsgemisch herzustellen, und Kalzinieren des erzielten Ausgangsgemisches, um ein reaktives Ausgangspulver zu erzeugen; Formen des reaktiven Ausgangspulvers zu einem lagenartigen Formkörper; Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach einem folgenden Brennschritt den Elektrodenteil bildet; Aufschichten einer Vielzahl der lagenartigen Formkörper nach Abschluss des Druckschritts; und Brennen des Schichtkörpers, um das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, das sich aus den aufeinandergeschichteten Piezokeramikschichten und den Elektrodenbildungsschichten zusammensetzt, wobei das reaktive Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 5 m2/g hat und der Brennschritt einen Temperaturerhöhungsschritt, einen ersten Temperaturhalteschritt, einen Temperatursenkungsschritt und einen zweiten Temperaturhalteschritt umfasst, wobei der Temperaturerhöhungsschritt die Temperatur auf T1°C (1050°C < T1 ≤ 1150°C) erhöht, der erste Temperaturhalteschritt die Temperatur T1°C für eine Dauer von t1 Stunden (t1 ≤ 5 Stunden) hält, der Temperatursenkungsschritt die Temperatur von T1°C auf T2°C (950°C ≤ T2 ≤ 1050°C) senkt, der zweite Temperaturhalteschritt die Temperatur T2°C für t2 Stunden (2 Stunden ≤ t2 ≤ 20 Stunden) hält und der Brennschritt die Brenntemperatur so steuert, dass sie den Zusammenhang (T1 – T2)/t2 ≤ D1 ≤ 200 und (T1 – T2)/t2 ≤ D2 ≤ 200 erfüllt, wenn die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit zumindest zwischen T2°C und T1°C D1°C/Stunde beträgt und die Temperatursenkungsgeschwindigkeit D2°C/Stunde beträgt.A method of manufacturing a multilayer piezoelectric element in which piezoceramic layers and electrode-forming layers are alternately stacked, the piezoceramic layer consisting of a polycrystalline material of a crystal-oriented ceramic mainly consisting of an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1, and the method the following steps include: mixing one or more of a Li source, a K source, a Na source, an Nb source, a Ta source, and a Sb source of selected elements in a stoichiometric ratio by the producing the compound expressed in general formula (1) to prepare a starting mixture and calcining the obtained starting mixture to produce a starting reactive powder; Forming the starting reactive powder into a sheet-like shaped body; Printing an electrode material containing the conductive metal, which forms the electrode part after a subsequent firing step; Laminating a plurality of the sheet-like molded bodies after completion of the printing step; and firing the laminated body to produce the multi-layered piezoelectric element composed of the stacked piezoceramic layers and the electrode forming layers, wherein the reactive starting powder has a specific surface area in a range of 2 to 5 m 2 / g, and the firing step comprises a temperature increasing step, a first step Temperature holding step, a temperature decreasing step and a second temperature holding step, wherein the temperature raising step raises the temperature to T 1 ° C (1050 ° C <T 1 ≤ 1150 ° C), the first temperature holding step sets the temperature T 1 ° C for a duration of t 1 hour (t 1 ≤ 5 hours), the temperature decreasing step lowers the temperature from T 1 ° C to T 2 ° C (950 ° C ≤ T 2 ≤ 1050 ° C), the second temperature holding step lowers the temperature T 2 ° C for t 2 hours (2 hours ≤ t 2 ≤ 20 hours) and the firing step controls the firing temperature to determine the relationship (T 1 -T 2 ) / t 2 ≦ D 1 ≦ 200 and (T 1 - T 2 ) / t 2 ≦ D 2 ≦ 200 is satisfied when the temperature raising rate is at least between T 2 ° C and T 1 ° CD 1 ° C / hour and the temperature lowering rate D 2 ° C / hour. Verfahren zum Herstellen einer Piezokeramik nach Anspruch 13 oder 16, wobei das reaktive Ausgangspulver aus einem kalzinierten Pulver besteht, das durch Mischen mindestens eines aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählten Elements und dann Kalzinieren der gewählten Elemente erzielt wird, wobei jede Quelle in einem stöchiometrischen Verhältnis gemischt wird, um aus dem reaktiven Ausgangspulver, das aus dem kalzinierten Pulver besteht, und dem anisotropen Pulver die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung zu erzeugen.Method for producing a piezoceramic after Claim 13 or 16, wherein the reactive starting powder of a Calcined powder is made by mixing at least one from a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and a Sb source selected element and then calcining the selected elements is achieved, wherein each source in a stoichiometric ratio is mixed to from the reactive starting powder, which is from the calcined powder, and the anisotropic powder through to generate the general formula (1) expressed compound. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 13 oder 16, wobei der Formschritt das Ausgangsgemisch zu dem lagenartigen Formkörper formt, der eine Dicke in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm hat.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 13 or 16, wherein the molding step is the starting mixture formed into the sheet-like shaped body having a thickness in a range of 30 microns to 200 microns. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 14 oder 17, wobei der Formschritt das reaktive Ausgangspulver zu dem lagenartigen Formkörper formt, der eine Dicke in einem Bereich von 30 μm bis 200 μm hat.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 14 or 17, wherein the forming step is the reactive starting powder formed into the sheet-like shaped body having a thickness in a range of 30 microns to 200 microns. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das leitende Metall eine AgPd-Legierung ist.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to one of claims 13 to 20, wherein the conductive Metal is an AgPd alloy. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik aus einem polykristallinen Material, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, in der eine {100}-Kristallebene in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: erstes Vorbereiten eines anisotropen Pulvers aus orientierten anisotropen Körnern, in denen die {100}-Kristallebene orientiert ist; zweites Vorbereiten eines reaktiven Ausgangspulvers, um durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen; Mischen des anisotropen Pulvers mit dem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die orientierte Ebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; und Brennen des Formkörpers, um die kristallorientierte Keramik zu erzeugen, wobei der zweite Vorbereitungsschritt das reaktive Ausgangspulver verwendet, das eine Halbwertsbreite einer pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8° hat.Method for producing a crystal-oriented Ceramics made of a polycrystalline material, mainly consists of an isotropic perovskite compound in which a {100} crystal plane in crystal grains forming the polycrystalline material, oriented, the method comprising the following steps: first Prepare an anisotropic powder of oriented anisotropic Grains in which the {100} crystal plane is oriented; second Prepare a reactive starting powder to get through a reaction with the anisotropic powder to produce the isotropic perovskite compound; Mix of the anisotropic powder with the reactive starting powder to Produce starting mixture; Forms the starting mixture to a sheet-like shaped body, so that the oriented Plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder oriented in approximately the same direction; and Burn of the shaped body to the crystal-oriented ceramics too generate, where the second preparatory step is the reactive one Used starting powder, which has a half-width of a pseudo-cubic {002} plane in a range of 0.4 ° to 0.8 °. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach Anspruch 22, wobei der Mischschritt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver in einem stöchiometrischen Verhältnis mischt, das eine isotrope Perowskitverbindung erzeugt, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt wird: {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1),wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.The method for producing a crystal oriented ceramic according to claim 22, wherein the mixing step mixes the anisotropic powder with the starting reactive powder in a stoichiometric ratio producing an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) where 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Pulver aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (4) ausgedrückt wird: {Lip(K1-qNaq)1-p}c(Nb1-r-sTarSbs)O3 (4),wobei 0 ≤ p ≤ 1, 0 ≤ q ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 1, 0 ≤ s ≤ 1, 0,95 ≤ c ≤ 1,05 gilt.The method for producing a crystal oriented ceramic according to claim 22 or 23, wherein the powder is an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (4): {Li p (K 1-q Na q ) 1-p } c (Nb 1-rs Ta r Sb s ) O 3 (4) where 0≤p≤1, 0≤q≤1, 0≤r≤1,0≤≤≤1,0,95≤c≤1.05. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 22, 23 und 24, wobei sich der zweite Vorbereitungsschritt aus einem Mischvorbereitungsschritt und einem Kalzinierungsschritt zusammensetzt, der Mischvorbereitungsschritt Ausgangsquellen mischt, um ein reaktives Ausgangsgemisch herzustellen, und der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangsgemisch kalziniert, um das reaktive Ausgangspulver zu erzeugen.Method for producing a crystal-oriented The ceramic of any one of claims 22, 23 and 24, wherein the second preparation step from a mixing preparation step and a calcination step, the mixing preparation step Mixing sources to produce a reactive starting mixture, and the calcination step calcines the reactive starting mixture, to produce the reactive starting powder. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach Anspruch 25, wobei als Ausgangsquellen ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente verwendet werden.Method for producing a crystal-oriented Ceramics according to claim 25, wherein as starting sources one or more from a Li source, a K source, a Na source, a Nb source, a Ta source and a Sb source of selected elements be used. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach Anspruch 25 oder 26, wobei als die Ausgangsquelle ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Alkoxid oder ein Salz verwendet wird.Method for producing a crystal-oriented The ceramic according to claim 25 or 26, wherein as the output source Oxide powder, a mixed oxide powder, a hydroxide powder, an alkoxide or a salt is used. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 25, 26 und 27, wobei der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangsgemisch bei einer Temperatur von nicht mehr als 700°C kalziniert.Method for producing a crystal-oriented Ceramic according to one of claims 25, 26 and 27, wherein the Calcination step, the reactive starting mixture at a temperature of not more than 700 ° C calcined. Verfahren zum Herstellen einer kristallorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 25, 26, 27 und 28, wobei der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangspulver kalziniert, das eine primäre mittlere Korngröße von nicht mehr als 2,5 μm hat.Method for producing a crystal-oriented Ceramic according to any one of claims 25, 26, 27 and 28, wherein the Calcination step calcines the reactive starting powder, the a primary mean grain size of not has more than 2.5 microns. Verfahren zum Herstellen der kristallorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 25, 26, 27, 28 und 29, wobei in dem Formschritt nach Abschluss des Formschritts eine Vielzahl der lagenartigen Formkörper aufeinandergeschichtet wird und der Brennschritt diesen aus den Formkörpern bestehenden Schichtkörper brennt.Method for producing the crystal-oriented Ceramic according to one of claims 25, 26, 27, 28 and 29, wherein in the forming step after completion of the forming step, a plurality the sheet-like shaped body is stacked one on the other and the firing step this consisting of the moldings Laminated body burns. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements, in dem Piezokeramikschichten und Innenelektroden, die ein leitendes Metall enthalten, abwechselnd aufeinandergeschichtet sind, wobei die Piezokeramikschicht aus einer kristallorientierten Keramik besteht, die aus einem polykristallinen Material besteht, das hauptsächlich aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, in der eine {100}-Kristallebene in Kristallkörnern, die das polykristalline Material bilden, orientiert ist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: erstes Vorbereiten eines anisotropen Pulvers aus orientierten anisotropen Körnern, in denen die {100}-Kristallebene orientiert ist; zweites Vorbereiten eines reaktiven Ausgangspulvers mit einer Halbwertsbreite einer pseudokubischen {002}-Ebene in einem Bereich von 0,4° bis 0,8°, um durch eine Reaktion mit dem anisotropen Pulver die isotrope Perowskitverbindung zu erzeugen; Mischen des anisotropen Pulvers mit dem reaktiven Ausgangspulver, um ein Ausgangsgemisch herzustellen; Formen des Ausgangsgemisches zu einem lagenartigen Formkörper, so dass die {100}-Kristallebene jedes orientierten anisotropen Korns in dem anisotropen Pulver ungefähr in einer gleichen Richtung orientiert ist; Aufdrucken eines das leitende Metall enthaltenden Elektrodenmaterials, das nach Abschluss eines folgenden Brennschritts zu den Innenelektroden wird; Aufschichten einer Vielzahl der Formkörper nach Abschluss des Druckschritts, um einen Schichtkörper herzustellen; und Brennen des Schichtkörpers, um durch die Reaktion zwischen dem anisotropen Pulver und dem reaktiven Ausgangspulver in den Formkörpern das mehrlagige Piezoelement zu erzeugen, in dem die Piezokeramikschichten und die Innenelektroden abwechselnd aufeinandergeschichtet sind.Method for producing a multilayer piezoelement, in the piezoceramic layers and internal electrodes, which is a conductive Contain metal, alternately stacked, being the piezoceramic layer consists of a crystal-oriented ceramic, which consists of a polycrystalline material mainly consists of an isotropic perovskite compound in which a {100} crystal plane in crystal grains forming the polycrystalline material, oriented, and the method comprises the following steps: first Prepare an anisotropic powder of oriented anisotropic Grains in which the {100} crystal plane is oriented; second Prepare a reactive starting powder with a half width a pseudocubic {002} plane in a range of 0.4 ° to 0.8 °, by reaction with the anisotropic powder to produce the isotropic perovskite compound; Mix the anisotropic Powder with the reactive starting powder to form a starting mixture manufacture; Forming the starting mixture into a sheet-like Shaped body, so that the {100} crystal plane of each oriented anisotropic grain in the anisotropic powder approximately in oriented in the same direction; Imprinting a the conductive metal-containing electrode material after completion a subsequent firing step to the internal electrodes; stack a plurality of moldings after completion of the printing step, to produce a laminate; and Burning the Layered body, due to the reaction between the anisotropic Powder and the reactive starting powder in the moldings to produce the multilayer piezoelectric element in which the piezoceramic layers and the internal electrodes are alternately stacked. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 31, wobei der Mischschritt das anisotrope Pulver mit dem reaktiven Ausgangspulver in einem stöchiometrischen Verhältnis mischt, das die durch die allgemeine Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x}a(Nb1-z-wTazSbw)O3 (1)ausgedrückte isotrope Perowskitverbindung erzeugt, wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2, x + z + w > 0, 0,95 ≤ a ≤ 1 gilt.A method of manufacturing a multilayer piezoelectric element according to claim 31, wherein the mixing step mixes the anisotropic powder with the starting reactive powder in a stoichiometric ratio similar to that represented by the general formula (1): {Li x (K 1-y Na y ) 1-x } a (Nb 1-zw Ta z Sb w ) O 3 (1) expressed isotropic perovskite compound, wherein 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0, 0.95 ≦ a ≦ 1 applies. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 31 oder 32, wobei das Pulver aus einer isotropen Perowskitverbindung besteht, die durch die allgemeine Formel (4) ausgedrückt wird: {Lip(K1-qNaq)1-p}c(Nb1-r-sTarSbs)O3 (4),wobei 0 ≤ p ≤ 1, 0 ≤ q ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 1, 0 ≤ s ≤ 1, 0,95 ≤ c ≤ 1,05 gilt.The method of manufacturing a multilayer piezoelectric element according to claim 31 or 32, wherein the powder is an isotropic perovskite compound expressed by the general formula (4): {Li p (K 1-q Na q ) 1-p } c (Nb 1-rs Ta r Sb s ) O 3 (4) where 0≤p≤1, 0≤q≤1, 0≤r≤1,0≤≤≤1,0,95≤c≤1.05. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 31, 32 und 33, wobei sich der zweite Vorbereitungsschritt aus einem Mischvorbereitungsschritt und einem Kalzinierungsschritt zusammensetzt, der Mischvorbereitungsschritt Ausgangsquellen mischt, um ein reaktives Ausgangsgemisch herzustellen, und der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangsgemisch kalziniert, um das reaktive Ausgangspulver zu erzeugen.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to one of claims 31, 32 and 33, wherein the second preparation step from a mixing preparation step and a calcination step, the mixing preparation step Mixing sources to produce a reactive starting mixture, and the calcination step calcines the reactive starting mixture, to produce the reactive starting powder. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 34, wobei als Ausgangsquellen ein oder mehr aus einer Li-Quelle, einer K-Quelle, einer Na-Quelle, einer Nb-Quelle, einer Ta-Quelle und einer Sb-Quelle gewählter Elemente verwendet werden.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 34, wherein as output sources one or more of a Li source, K source, Na source, Nb source, one Ta source and a Sb source of selected elements used become. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach Anspruch 34 oder 35, wobei als die Ausgangsquelle ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Alkoxid oder ein Salz verwendet wird.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 34 or 35, wherein as the starting source an oxide powder, a mixed oxide powder, a hydroxide powder, an alkoxide or a salt is used. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 34, 35 und 36, wobei der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangsgemisch bei einer Temperatur von nicht mehr als 700°C kalziniert.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to any one of claims 34, 35 and 36, wherein the calcining step the reactive starting mixture at a temperature of not more Calcined as 700 ° C. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 34, 35, 36 und 37, wobei der Kalzinierungsschritt das reaktive Ausgangspulver kalziniert, das eine primäre mittlere Korngröße von nicht mehr als 2,5 μm hat.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to any one of claims 34, 35, 36 and 37, wherein the calcination step the reactive starting powder calcined, which is a primary mean grain size of not more than 2.5 microns Has. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38, wobei in dem Formschritt nach Abschluss des Formschritts eine Vielzahl der lagenartigen Formkörper aufeinandergeschichtet wird und der Brennschritt diesen aus den Formkörpern bestehenden Schichtkörper brennt.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to one of claims 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 and 38, wherein in the molding step after the completion of the molding step Variety of sheet-like shaped bodies stacked and the firing step of this consisting of the moldings laminated body burning. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Piezoelements nach einem der Ansprüche 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 und 39, wobei das leitende Metall eine AgPd-Legierung ist.Method for producing a multilayer piezoelectric element according to one of claims 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 and 39, wherein the conductive metal is an AgPd alloy.
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