FR2818969A1

FR2818969A1 - Materiau ceramique dielectrique et son procede de fabrication

Info

Publication number: FR2818969A1
Application number: FR0117002A
Authority: FR
Inventors: Atsuhiro Sumiya; Hitoshi Shindo; Eturo Yasuda; Takumi Kataoka; Toshiatsu Nagaya; Akira Fujii; Takashi Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: FR2818969B1; JP2002255646A; DE10164252A1; US20020160904A1; DE10164252B4; US6916754B2; JP3970588B2

Abstract

Matériau céramique diélectrique fritté à basse température, ayant une composition de type ABO3 , dans laquelle du plomb est inclus dans le site A avec un rapport molaire supérieur ou égal à 0, 9 en supposant que la proportion du site B est égale à 1, au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène étant inclus dans le matériau, la densité du matériau céramique diélectrique après frittage, étant supérieure ou égale à 7, 5g/ cm3 , et la teneur en tungstène et molybdène combinés est inférieure à 0, 098 mol pour 1 mol de plomb.

Description

MATERIAU CERAMIQUE DIELECTRIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne les matériaux céramiques diélectriques et leurs procédés de fabrication.

Plus particulièrement, la présente invention concerne un matériau céramique diélectrique dont la composition inclut du plomb, et particulièrement un matériau céramique diélectrique qui peut être fritté à basse température, un procédé de fabrication de ce matériau et un oxyde auxiliaire qui rend possible le frittage du matériau céramique diélectrique à basse température.

Un matériau céramique diélectrique à base de PZT (titanate zirconate de plomb) est utilisé comme matériau de base pour fabriquer des transformateurs piézoélectriques, des actionneurs piézoélectriques, mais présente les inconvénients suivants : - la composition désirée du matériau fritté peut ne pas être obtenue du fait de l'évaporation d'oxyde de

plomb (PbO) lorsque la température de frittage est élevée, et il est nécessaire d'utiliser un métal ayant un haut point de fusion tel que le platine (Pt) comme matériau constituant l'électrode interne, ce qui conduit à un coût de fabrication élevé.

Pour pallier ces inconvénients, divers procédés ont été étudiés pour fritter le matériau céramique diélectrique à basse température, ces procédés pouvant être grossièrement répartis dans les trois groupes suivants : (1) Procédé avec addition de verre, (2) Procédé de pulvérisation de poudre calcinée du matériau diélectrique pour diminuer la taille des particules, (3) Procédé pour abaisser le point de fusion d'un oxyde de matériau diélectrique générant une phase liquide.

Parmi ces procédés, le procédé (1), qui consiste à ajouter du verre ayant un bas point de fusion au matériau

diélectrique, de façon à abaisser la température de frittage, a pour effet principal d'abaisser la température de frittage mais aussi de diminuer la constante diélectrique du matériau diélectrique du fait de l'ajout de verre. L'inclusion de verre pose aussi un problème du fait de sa plus faible résistance, qui diminue la résistance du produit.

Le procédé (2) améliore la réactivité des particules en pulvérisant la poudre calcinée du matériau diélectrique en une poudre fine au moyen d'un broyeur ou similaire, ce qui rend possible le frittage du matériau à une température inférieure. Ce procédé est divulgué par

exemple, dans la demande de brevet japonais nO 7-277 822, dans la demande de brevet japonais nO 8-104 568 et dans la demande de brevet japonais nO 9-278 535. Toutefois, les températures de frittage de matériaux PZT sont généralement dans une plage allant de 1100 à 1200 C, et la diminution de la température de frittage qui peut être obtenue par le procédé (2) est d'environ 1000C au maximum. Pour permettre d'utiliser de l'argent moins coûteux (Ag métal) comme matériau d'électrode, la température de frittage devrait être inférieure ou égale à 9500C. Si Pd est ajouté à Ag, la température de frittage doit être inférieure ou égale à

9800C. Ainsi, l'effet de diminution de la température de frittage par le procédé (2) est insuffisant.

Le procédé (3) diminue le point de fusion de l'oxyde générant la phase liquide, qui forme une phase liquide lors du frittage du matériau diélectrique. Dans le cas du PZT, par exemple, la composition du matériau diélectrique après calcination est un mélange de titanate de plomb (PbTiO3), de zirconate de plomb (PbZr03) et de titanate zirconate de plomb (Pb (Tio, 5 Zro, s) pos), et une trace de PbO qui n'a pas contribué à la réaction générant PbTi03 et PbZr03 durant la calcination forment une phase liquide pendant le processus de frittage. Cette phase

liquide est considérée comme réagissant avec PbTiO2 et PbZrOs, par contact, de façon que l'on obtienne le frittage de Pb (Tio, s Zro, s) 03. Ainsi le frittage à basse température est rendu possible par l'ajout d'un oxyde qui diminue le point de fusion de PbO dans le processus de préparation de la poudre brute, de façon à former la phase liquide à température plus basse.

Toutefois, le procédé (3) ne permet pas de contrôler la quantité d'oxyde générant la phase liquide, c'est-à-dire de PbO3 qui n'a pas contribué à la réaction pour générer PbTi03 et PbZrO3. Par conséquent, le problème qui se pose est que la température de frittage varie lorsqu'il y a un léger changement dans les conditions de fabrication. Alors que la température de génération de la phase liquide varie suivant le pourcentage de PbO par rapport à l'oxyde à bas point de fusion lors du frittage, ce pourcentage ne peut pas être contrôlé et par conséquent la température ne peut pas être contrôlée à un niveau qui permettrait d'accélérer effectivement le frittage du matériau diélectrique. De plus, bien qu'il n'y ait pas de problème si l'oxyde à ajouter se trouve à l'interface des grains, interface qui n'a pas de relation avec la composition du matériau diélectrique après frittage, en réalité l'oxyde peut être inclus dans la composition du matériau diélelectrique et par conséquent peut détériorer la performance du produit s'il peut rester dans le matériau fritté en quantité significative.

La présente invention a pour but de résoudre les problèmes précités. Un objet de la présente invention est de réaliser un matériau céramique diélectrique qui peut être fritté à une plus basse température que celle utilisée dans l'art antérieur, tout en rendant possible de contrôler la température de frittage du matériau diélectrique en contrôlant la quantité de phase liquide à former et en évitant la détérioration des performances du matériau

diélectrique due à l'inclusion d'additifs dans la structure du matériau diélectrique après frittage. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un oxyde auxiliaire qui facilite la fabrication du matériau diélectrique, et un procédé de fabrication du matériau diélectrique ayant de hautes performances et pouvant être contrôlé de façon satisfaisante.

Selon un premier aspect de l'invention, on réalise un matériau céramique diélectrique fritté à basse température ayant comme composant principal une composition de matériau céramique diélectrique de type ABO3, ou du plomb est inclus dans le site A avec un rapport molaire supérieur ou égal à 0,9 en supposant que la proportion du site B est de 1, et au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène est inclus dans le matériau. La densité du matériau céramique diélectrique après frittage est supérieure ou égale à 7,5 g/cm3, et la teneur en tungstène et molybdène combinés est inférieure à 0,098 mol pour 1 mol de plomb.

Dans le matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon l'invention, le tungstène et le molybdène sont ajoutés en tant qu'oxydes auxiliaires.

Lorsque le matériau céramique diélectrique est fritté, ces oxydes auxiliaires fondent à des températures allant de 730 à environ 980 C, de façon à former une phase liquide dans le matériau céramique. La phase liquide fournit un chemin pour la migration de substances entre les particules de céramique, en accélérant ainsi la réaction entre les particules et la croissance des particules, ce qui permet de fritter le matériau à une température inférieure. Le tungstène et le molybdène sous forme d'oxyde forment un mélange eutectique avec le plomb inclus dans le matériau céramique diélectrique. L'utilisation de l'oxyde auxiliaire comprenant un mélange de ces matériaux permet de contrôler la température de génération de la phase liquide, par le

biais des proportions du mélange, et de contrôler la quantité de la phase liquide générée, par le biais de la quantité d'oxyde auxiliaire ajouté : la température de frittage peut ainsi être facilement contrôlée. Lors de la croissance des particules, la phase liquide est expulsée des interfaces de grains et chemine entre les particules, pour finalement être éliminée lorsqu'elle atteint la surface du matériau fritté pendant le frittage du matériau céramique.

Ainsi, le frittage peut être obtenu à une température inférieure à celle de l'art antérieur, et une haute densité, supérieure ou égale à 7,5 g/cm3, peut être obtenue après frittage. Bien que la composition puisse être modifiée après frittage, dans la mesure où le plomb est susceptible d'évaporation, le plomb a pour effet de diminuer la température de frittage et d'éviter une modification de la composition, tandis que l'oxyde auxiliaire qui comprend du plomb ajouté est également utile comme source de plomb. En fixant la teneur en tungstène et molybdène combinés à une valeur inférieure à 0,091 mol pour 1 mol de plomb, on peut éviter de diminuer la performance du matériau céramique du fait des résidus d'oxyde auxiliaire. De plus, il est possible d'utiliser des électrodes internes réalisées en un métal à bas point de fusion tel que Ag-Pd, Ag métal, de l'alliage de Cu ou similaire disposé dans une couche interne, et de diminuer le coût puisque le retrait est réalisé à une température inférieure ou égale à 9800C.

Selon un second aspect de l'invention, le tungstène et le molybdène sont inclus à une concentration supérieure à l'interface des grains qu'à l'intérieur des particules du matériau céramique diélectrique. Comme le tungstène et le molybdène sont ajoutés sous forme d'oxyde auxiliaire et sont concentrés à l'interface des grains, leur influence sur la performance du matériau diélectrique peut être

minimisée.

Un troisième aspect de l'invention consiste en un dispositif diélectrique en couches qui comporte une structure en couches dans laquelle des couches d'électrodes réalisées en un matériau incluant du cuivre comme constituant principal et ayant un point de fusion inférieur ou égal à 1083 C, ou des couches électrodes réalisées en un matériau incluant de l'argent ou de l'argent et du palladium comme constituant principal, sont interposées entre les couches de matériau céramique diélectrique fritté à basse température. Le matériau céramique diélectrique des premier et second aspects peut être fritté simultanément avec les couches électrodes à bas point de fusion, ce qui réduit grandement le coût de fabrication du dispositif.

Un quatrième aspect de l'invention consiste en un procédé de fabrication du matériau céramique diélectrique fritté à basse température décrit ci-dessus, dans lequel on utilise un oxyde auxiliaire qui est réalisé en ajoutant un oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb dans les proportions suivantes :
PbO x + (WO3 y + MoO3 z) où x + y + z = 1, 0,005 < y +z < 0,4 et y, z 0 ;
Un pourcentage molaire compris entre 0,5 mol et 20 mol de cet oxyde auxiliaire est ajouté à un mélange de matière première de matériau céramique diélectrique brut ou à une calcination d'un tel mélange, ayant une composition de matériau céramique diélectrique de type ABO3 où du plomb est inclus dans le site A avec un rapport molaire supérieur ou égal à 0,9 en supposant que la proportion de site B est de 1, et le matériau est mélangé, mis en forme et fritté.

L'oxyde auxiliaire fond à une température comprise entre 730 et environ 980 C, de façon à former une phase liquide dans le matériau céramique durant le processus de frittage. La phase liquide fournit un chemin pour la

migration de substance entre les particules de céramique, en accélérant ainsi la réaction entre les particules et la croissance des particules, ce qui rend possible un frittage du matériau à une température inférieure. Lors de la croissance des particules, la phase liquide est expulsée des interfaces de grains et chemine entre les particules, pour être finalement éliminée lorsqu'elle atteint la surface du matériau fritté pendant le processus de frittage de la céramique.

Comme le matériau céramique diélectrique qui est fritté avec addition d'oxyde auxiliaire, est fritté à une basse température à laquelle l'oxyde de plomb ne s'évapore pas et comme l'oxyde auxiliaire reste à peine dans les particules, les caractéristiques diélectriques souhaitées peuvent être obtenues. Particulièrement, lorsque la quantité ajoutée est dans une plage de pourcentage molaire comprise entre 0,05 et 20%, la température de frittage peut être diminuée tout en maintenant les caractéristiques diélectriques désirées et la résistance. Lorsque l'oxyde auxiliaire est ajouté à de la poudre calcinée, il est plus facile de contrôler la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée à la poudre calcinée, de sorte que l'oxyde auxiliaire incluant PbOx et W03 mélangés dans un rapport prédéterminé, est uniformément dispersé dans la poudre calcinée, la phase liquide étant générée à une température désirée et le frittage étant réalisé avec un contrôle de précision satisfaisant.

D'après le procédé selon un cinquième aspect de l'invention, l'oxyde auxiliaire est réalisé en ajoutant de l'oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb dans un processus de mélangeage à sec ou humide, ou en broyant un matériau réalisé par calcination d'un mélange qui est préparé par un processus à sec ou humide. Bien que PbOx, Wo3 et MoO3 puissent être simplement mélangés sous forme de poudre, un

contrôle plus stable est permis en transformant les substances en une solution solide par calcination.

D'après le procédé selon un sixième aspect de l'invention, la quantité de plomb incluse dans le mélange de matière première est fixée à la quantité requise moins la quantité fournie par l'oxyde de plomb inclus dans l'oxyde auxiliaire, dans le processus de préparation du mélange de matière première pour fabriquer le matériau céramique diélectrique. Comme l'oxyde auxiliaire inclut de l'oxyde de plomb qui constitue le matériau céramique diélectrique, l'excès d'oxyde de plomb ne reste pas dans le matériau fritté et le coût du matériau peut être réduit en diminuant la quantité de plomb incluse dans le mélange brut, de la quantité fournie par l'oxyde auxiliaire lorsqu'on prépare le matériau brut.

D'après le procédé selon un septième aspect de l'invention, l'oxyde auxiliaire utilisé est tel que son point de fusion soit situé dans une plage allant de la température à laquelle le rapport de retrait du matériau céramique diélectrique est de 3%, jusqu'à une température à laquelle le retrait s'arrête. Lorsqu'une préforme ayant des électrodes internes et similaires à l'intérieur est fritté, si une phase liquide est générée à partir de l'oxyde auxiliaire à un stade où le retrait du matériau céramique diélectrique est encore petit, les électrodes sont soumises à une contrainte et peuvent se décoller. Afin d'éviter ce phénomène, l'oxyde auxiliaire, dont le point de fusion n'est pas inférieur à la température à laquelle le rapport de retrait du matériau céramique diélectrique est de 3%, peut être utilisé, et un frittage efficace peut être obtenu en formant la phase liquide avant d'atteindre la température à laquelle le retrait s'arrête.

D'après le procédé selon un huitième aspect de l'invention, une feuille réalisée en ajoutant l'oxyde auxiliaire à de la poudre brute ou à de la poudre calcinée

de cette poudre brute, est utilisée lorsqu'on forme le matériau céramique diélectrique en feuille, et une couche électrode est imprimée et stratifiée dessus, la feuille et la couche d'électrodes étant frittées en même temps.

L'ajout de l'oxyde auxiliaire au matériau d'électrode conduit à la génération d'une phase liquide qui a pour effet d'éviter le pelage de l'électrode, sous contrainte.

Un neuvième aspect de l'invention consiste en un oxyde auxiliaire destiné à être utilisé comme additif lors du frittage d'un matériau céramique, et est réalisé en ajoutant de l'oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb, la teneur en tungstène et en molybdène combinée étant comprise dans une plage d'un pourcentage molaire allant de 0,5 à 40 mol%.

Lorsque l'oxyde auxiliaire comprenant le mélange de Pbox et (WO3 + MoO3) dans les proportions décrites cidessus est ajouté au matériau céramique diélectrique, il est possible de diminuer la température de génération de la phase liquide et de fritter le matériau à une température inférieure. De plus, parce que la quantité de phase liquide générée peut être contrôlée par le biais de la quantité d'oxyde auxiliaire ajouté, il devient plus facile de contrôler la température de frittage sans compromettre la performance du matériau diélectrique.

L'oxyde auxiliaire selon un dixième aspect de l'invention est réalisé en ajoutant un oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb et en soumettant le mélange à une calcination, la teneur en tungstène et molybdène combinée étant située dans une plage de rapport molaire comprise entre 0,5% et 40%. L'oxyde auxiliaire selon un dixième aspect de l'invention forme une solution solide de PbO et (WO3+MoO3), la composition étant rendue plus uniforme de façon à être dispersée dans le matériau céramique et à

former la phase liquide à température désirée, ce qui rend

possible de réaliser le frittage plus efficacement.

Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. la description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : la figure 1 montre un procédé de fabrication d'un matériau céramique diélectrique ; la figure 2 est un diagramme d'état du système binaire PbO-WO3 ; la figure 3 est une courbe montrant le retrait du matériau diélectrique au cours du frittage ; la figure 4 (a) est un diagramme schématique montrant la constitution d'un dispositif piézoélectrique feuilleté ou stratifié utilisant le matériau diélectrique de l'invention ; la figure 4 (b) est une vue en perspective éclatée de la figure 4a ; la figure 5 (a) est une vue d'ensemble en perspective d'un actionneur piézoélectrique utilisant le matériau diélectrique de l'invention ; la figure 5 (b) est un diagramme schématique montrant les liaisons électriques de l'actionneur piézoélectrique ; la figure 5 (c) est une vue de face d'une feuille d'actionneur piézoélectrique ; la figure 5 (d) est une vue en perspective éclatée de l'actionneur piézoélectrique ; la figure 6 (a) est une vue schématique en perspective montrant la constitution d'une unité en couches ; la figure 6 (b) est une vue en perspective schématique montrant la constitution d'un corps feuilleté réalisé par empilement d'unités de feuilletage ; la figure 7 (a) est une vue en perspective éclatée

montrant la constitution d'un outillage pour un procédé de dégraissage ; la figure 7 (b) montre une allure de variation de la température du processus de dégraissage ; la figure 8 montre l'évolution du changement de température dans le processus de réduction ; la figure 9 (a) est une vue en perspective montrant la constitution d'un outillage pour le procédé de frittage ; la figure 9 (b) et 9 (c) sont respectivement une vue en perspective éclatée et une vue de côté de la figure 9a ; la figure 10 montre la configuration et la tuyauterie d'un four de frittage utilisé au cours du frittage ; la figure 11 (a) montre l'allure générale de l'évolution de la température et de la pression partielle d'oxygène ; la figure 11 (b) montre l'allure réelle de l'évolution de température et de la pression partielle d'oxygène ; et la figure 11 (c) montre une zone dans le plan température-pression partielle d'oxygène où se produisent l'oxydation de Cu et la réduction de PbO ;
L'invention sera maintenant décrite en détail.

Un matériau céramique diélectrique fritté à basse température a une composition de type AB03 où un rapport molaire de 0,9 ou davantage de plomb est inclus au site A en supposant que la proportion au site B est 1, au moins un du tungstène et du molybdène est inclus. Pour le composant principal, on utilise avantageusement une céramique PZT de Pb (Ti, Zr) O3 ou un dérivé, dont une portion est substituée avec un élément tel que Sr, Mn, Y, Nb ou similaire ; ces céramiques ont de bonnes caractéristiques diélectriques.

Une composition spécifique incorporant l'élément de substitution et les proportions de mélange des éléments constitutifs peut être sélectionnée en fonction des

caractéristiques désirées. Alors que les composants des matériaux céramiques diélectriques de type AB03 sont normalement mélangés dans des proportions A : B : 0 = 1 : 1 : 3 en rapport molaire, un excès de plomb peut être inclus au site A de façon que le contenu total des composants au site A y compris le plomb devienne 1,00 mol pour 1 mol de site B, dans le but de rendre plus facile la formation de la phase liquide à basse température en incluant un excès de plomb qui a un bas point de fusion ou d'éviter une variation de composition après frittage qui tend à se produire parce que le plomb est susceptible de s'évaporer.

Suivant la présente invention, en frittant un matériau céramique diélectrique qui comporte du plomb, tel qu'un matériau céramique PZT, en utilisant un oxyde auxiliaire qui est au moins l'un des oxydes de tungstène et de molybdène, il devient possible de fritter à basse température et d'obtenir une masse volumique du matériau céramique diélectrique, après frittage, de 7,5 g/cm3 ou davantage. Pour réduire la température de frittage tout en conservant des caractéristiques diélectriques favorables, il faut ajuster de façon appropriée les teneurs en tungstène et en molybdène inclus à l'état d'oxyde, en rapport avec l'eutectique de plomb. Spécifiquement, le contenu total de tungstène et de molybdène inclus dans le matériau céramique diélectrique après frittage est établi à 0,098 mole ou moins pour un mole de plomb. Le tungstène et le molybdène favorisent la croissance de particules par formation d'une phase liquide au cours du frittage, cette phase liquide étant chassée vers les joints de grains lors de la croissance des particules et existent en conséquence aux joints de grain à une concentration plus élevée que dans les particules de matériau céramique diélectrique.

L'oxyde auxiliaire est utilisé en tant qu'agent d'assistance pour fritter le matériau céramique diélectrique et consiste d'au moins un des oxyde de plomb

(PbO), oxyde de tungstène (WO3) et oxyde de molybdène (MoO3). On peut ajouter W03 et MoO3 ensemble. Le contenu total de WO3 et MoO3 dans l'oxyde auxiliaire est dans un domaine qui va de 0,5 mol% à 40 mol%, spécifié par la formule suivante :
PbO x + (WO3 y + Mio03 z) où x +y +z = 1 ; 0, 005 < y +z < 0,4 ; et y, z > 0.

Lorsque le contenu total de WO3 et MoO3 est hors du domaine indiqué plus haut, le point de fusion de la phase à bas point de fusion ne descend pas au dessous de 9800C et on n'obtient pas la décroissance de la température de frittage du matériau de base.

On peut préparer l'oxyde auxiliaire en pesant et en mélangeant les poudres de départ de façon que les proportions de PbO et (WO3 + Mio03) se trouvent dans le domaine défini plus haut. Le procédé de mélange peut être un procédé à sec mais un procédé de mélange humide dans lequel les poudres sont dispersées dans l'eau ou un liquide similaire est avantageux. Le mélange est avantageusement pulvérisé à l'aide d'un broyeur à billes ou similaire, de façon à diminuer la taille de particules de la poudre de mélange et à augmenter la réactivité, bien que le processus de pulvérisation ne soit pas absolument requis.

Avantageusement, la calcination est effectuée à des températures entre 270 et 730 c après pulvérisation, de façon à obtenir une poudre calcinée dont une fraction a réagi et à produire l'oxyde auxiliaire. La calcination produit une solution solide de l'oxyde auxiliaire qui fond à la température désirée et assure la stabilisation de la température de précipitation de la phase liquide. La poudre calcinée d'oxyde auxiliaire est encore pulvérisée à l'aide d'un broyeur à billes ou similaire de façon à obtenir la taille de particules souhaitée. La calcination de l'oxyde auxiliaire dans l'étape de préparation peut être omise puisqu'une calcination s'effectue au cours du processus de

frittage après mélange de l'oxyde auxiliaire et de la matière première de matériau céramique diélectrique.

Suivant un aspect de la présente invention, de l'oxyde auxiliaire est ajouté pour favoriser le frittage à basse température du matériau céramique diélectrique qui incorpore du plomb, comme le matériau céramique PZT. La figure 1 montre le processus de production du matériau céramique diélectrique. On peut ajouter et mélanger l'oxyde auxiliaire au cours de l'étape (2) lorsque les composés constituant la matière première du matériau céramique diélectrique qui a été pesé lors de l'étape (1) sont mélangés, bien que l'ajout de l'oxyde auxiliaire après calcination de la poudre mélangée du processus (3) soit avantageuse, puisque cela facilite le contrôle de la proportion de la quantité d'oxyde auxiliaire dans la poudre calcinée. On effectue généralement la calcination du matériau céramique diélectrique à une température de 500 à 9000C. La poudre calcinée obtenue au cours de l'étape (4) est dispersée dans l'eau avec un liant et un dispersant et, une fois la poudre pulvérisée d'oxyde auxiliaire ajoutée, est mélangée et pulvérisée. La quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée est ajustée dans un domaine de 0,05 à 20 mol% à la poudre calcinée. On ne peut obtenir la décroissance de la température de frittage lorsque la quantité ajoutée est inférieure à 0,05 mol% et la masse volumique diminue si la quantité est supérieure à 20 mol%. Si la température de frittage peut être abaissée en ajoutant plus de 0,05 mol% d'oxyde auxiliaire, l'adjonction de plus de 6 mol% diminue la résistance et augmente la durée de frittage nécessaire pour obtenir les caractéristiques désirées. En conséquence, la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée est avantageusement dans le domaine de 0,05 à 6 mol%. Cette quantité ajoutée est donnée par rapport à la quantité de matériau calcinée, également dans le cas de l'adjonction d'oxyde auxiliaire à la poudre d'origine lorsque l'on fabrique le matériau

céramique diélectrique.

Après mélange de la poudre calcinée de matériau céramique diélectrique et de l'oxyde auxiliaire, on granule par un procédé habituel au cours de l'étape (5). Une fois séchés, les granules sont mis en préforme et frittés, respectivement au cours des étapes (6) et (7). L'oxyde auxiliaire peut être ajouté au cours de l'étape de granulation aussi bien qu'au cours de l'étape (4), lorsque la poudre calcinée de matériau céramique diélectrique est pulvérisée. Etant donné que la température de frittage dépend du rapport Pbo/ (WO3 +Mo03) dans l'oxyde auxiliaire et de la quantité d'oxyde auxiliaire ajouté, il est habituellement préféré de fritter à une température de 700 à 11000C dans une atmosphère d'air. Au cours du procédé, il est souhaitable de placer de la poudre d'oxyde de zirconium (ZrO2), de zirconate de plomb (PbZrO3) ou d'un produit similaire autour de la préforme, de façon que la phase liquide qui précipite à la surface après frittage puisse être éliminée par réaction.

Suivant un autre aspect de la présente invention, étant donné que l'oxyde auxiliaire, constitué de Pbo et (WO3 + Mop3), qui est mélangé avec lui en proportions déterminées est ajouté au cours de la calcination du matériau céramique diélectrique PZT, des noyaux de phase liquide ayant le bas point de fusion souhaité peuvent être dispersés dans le matériau composite PZT. Lorsqu'un mélange de poudre calcinée de matériau diélectrique et d'oxyde auxiliaire est fritté dans l'air, l'oxyde auxiliaire fond à une température au dessus de 730 C de sorte qu'il existe une trace de phase liquide dans une grande quantité de poudre calcinée de matériau diélectrique. La phase liquide constitue un trajet de migration de substances entre les particules céramiques, de façon qu'elles réagissent entre elles et produisent le matériau diélectrique. La phase liquide accélère également la croissance des particules de

matériau diélectrique et elle est expulsée vers les joints de grains et se déplace entre les particules quand celles- ci grossissent. La figure 2 est un diagramme d'état du système Pbo-WO3, et montre que le matériau composite a un point de fusion déterminé par les proportions de Pbo et WO3. Le point de fusion est minimal pour 16,5 mol% de WO3.

Une tendance similaire est observée lorsqu'on remplace WO3 par Mio03.

Comme on l'a décrit ci-dessus, le frittage de l'ensemble du matériau s'effectue alors que la phase liquide répète les contacts et les réactions avec les particules de matériau diélectrique et provoque la croissance des particules et la migration. Il est ainsi possible de fritter le matériau céramique diélectrique PZT à une basse température à laquelle Pbo ne s'évapore pas, en ajustant le rapport Pbo/ ( (W03 + MoO3) et la quantité ajoutée. En atteignant la surface du corps fritté, la phase

liquide réagit avec ZrO et est éliminée du corps fritté. Puisqu'il reste à peine de la phase liquide dans le corps fritté, elle n'a pas d'influence significative sur les caractéristiques diélectriques. Si trop de Pb est inclus dans le matériau diélectrique à partir de l'oxyde auxiliaire, il est possible d'éviter qu'un excès de PbO reste dans le matériau fritté et de réduire le coût en diminuant la quantité de PbO à partir de la quantité fournie par l'oxyde auxiliaire. Si le matériau diélectrique comporte trop de Pb, la quantité de PbO est accrue de façon correspondante.

Pour utiliser le matériau diélectrique obtenu de la façon décrite ci-dessus pour constituer un transducteur ou actionneur piézoélectrique ou un produit similaire, on constitue une préforme prédéterminée de poudre mixte d'oxyde auxiliaire et de matériau diélectrique et une couche d'électrodes est formée par impression et application à la surface, cette couche d'électrodes étant

frittée simultanément. On peut fritter le matériau à basse température, ne dépassant pas 980 C, en ajustant la composition du matériau diélectrique, le rapport de PbO/ ( (WO3 + MoO3) dans l'oxyde auxiliaire et la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée. On peut réduire le coût de production en utilisant des produits peu coûteux, tels que l'argent (Ag métal) l'argent-palladium, le cuivre ou un alliage de cuivre ayant un point de fusion ne dépassant pas 1083 C, comportant du cuivre en tant que composant majeur.

Une fois le corps feuilleté ou stratifié comportant des électrodes internes fritté comme indiqué ci-dessus, il peut se produire une desquamation ou décollement ou pelage inter-couches après frittage, suivant le type d'oxyde auxiliaire utilisé. Ce problème tend à apparaître lorsque les noyaux de phase liquide sont générés avant que le matériau diélectrique ne se contracte de 3%. On peut supposer que ce problème est provoqué par des contraintes générées à la surface de l'électrode interne par suite du retrait inégal qui résulte de la nucléation non uniforme de la phase liquide. En conséquence, pour éviter que la desquamation se produise, on choisit avantageusement un oxyde auxiliaire dont la composition est telle que le point de fusion soit dans un domaine allant d'une température à laquelle le rapport de contraction du matériau céramique diélectrique est de 3% jusqu'à une température à laquelle cesse la contraction. La prévention de la desquamation peut être accrue en ajoutant de l'oxyde auxiliaire ayant la même composition que le matériau de l'électrode interne.

Modes avantageux de réalisation
Des poudres de haute pureté d'oxyde de plomb et d'oxyde de tungstène ont été pesées pour constituer des matières premières pour l'oxyde auxiliaire, dans des proportions de mélange de 83,5 mol% dePbO et 16,5 mol% de

WO3. Après mélange à sec des poudres, le mélange a été calciné à 500 C dans une atmosphère d'air pendant deux

heures, pour obtenir une poudre calcinée d'oxyde auxiliaire (formule chimique : Pbo. 825 WO 0. 165 01. 23) PbO et W03 ont réagi en partie. La poudre calcinée d'oxyde auxiliaire a été pulvérisée en particules plus fines à l'aide d'un broyeur et séchée pour obtenir une poudre d'oxyde auxiliaire ayant une réactivité accrue.

Pour constituer le matériau céramique diélectrique, on a pesé des poudres de haute pureté de matières premières telles que l'oxyde de plomb, l'oxyde de strontium, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de titane, l'oxyde d'ytrium, l'oxyde de niobium et l'oxyde de manganèse pour obtenir une

composition (Pbo. si Sro. 09) (zero. 533 Tio. 452 (Yo. s Nbo. s) 0. 01) Os + 0, 5 atm% Mn203. Après mélange à sec de ces poudres, le mélange a été calciné à 850 C dans une atmosphère d'air pendant sept heures pour obtenir une poudre calcinée de matériau diélectrique. On a versé 4, 7 Kg de poudre de matériau diélectrique calcinée, peu à peu, dans un mélange de 2, 5 litres d'eau et d'un dispersant (2,5% en poids de la poudre de matériau diélectrique calcinée) préparé à l'avance. Par brassage on a constitué une boue de poudre de matériau diélectrique calcinée. La boue a été mélangée et pulvérisée a l'aide d'un broyeur à perles de façon à ajuster la taille de particules à o, 2m.

Un liant en proportion de 4% en poids de la poudre de matériau diélectrique calcinée, un agent de démoulage en proportion de 1,9% en poids de la poudre de matériau diélectrique calcinée et l'oxyde auxiliaire en proportion de 13, 5g (PbO 0, 835 WO 0,165 01, 33 : 0, 5 mol%) pour 1600g de poudre de matériau diélectrique calcinée ont été ajoutés à la boue pulvérisée dans le broyeur, puis l'ensemble agité pendant trois heures. La boue a alors été séchée dans un séchoir à jet pulvérisé de façon à obtenir une poudre granulée de matériau diélectrique calciné. La poudre granulée ainsi obtenue a été comprimée sous une pression de 3, 27g/cm2 pour obtenir une pastille de 20 mm de diamètre et

1 mm d'épaisseur.

Le comprimé a été placé dans une boîte ou nacelle en magnésium et entourée de zirconate de plomb (Pb Zr 03).

Le creuset a été placé dans un four et chauffé à 9500C dans l'air pendant quatre heures pour obtenir un matériau diélectrique fritté. Après usinage du corps fritté, on a appliqué une pâte à l'argent sur les deux surfaces et effectué un frittage pour constituer les électrodes. La périphérie de la pièce a alors été polie pour lui donner 13mm de diamètre et 0,5mm d'épaisseur, puis la pièce a été polarisé sous 0,9kV dans un bain d'huile de silicone chauffé à 1300C pendant 30 minutes, de façon à obtenir un matériau céramique (échantillon 1).

Le matériau céramique diélectrique obtenu ci-dessus a une masse volumique de 7,62 g/cm3 et une constante piézoélectrique d31 de 1,51 x 1010 m/V. Etant donné que le matériau sans oxyde auxiliaire révélait une masse volumique de 7,62 g/cm3 et une constante piézoélectrique d31 de 1,62 x 10 (m/V) après frittage à 1050 C, on voit que l'addition d'oxyde auxiliaire permet de fritter le matériau céramique diélectrique à température plus basse tout en conservant une masse volumique élevée et des caractéristiques piézoélectriques satisfaisantes. La mesure du contenu de tungstène dans le matériau céramique diélectrique a montré que Pb : W = 1 0,0009 à 0,0004 (rapport molaire).

Un oxyde auxiliaire de formule chimique : PbO 0.535 Moos. 165 01. 33) a été constitué de façon similaire à celle décrite ci-dessus, sauf que on a utilisé Mop) 3 au lieu de W03 en tant que matière première pour l'oxyde auxiliaire. Cet oxyde auxiliaire en proportion de 13, 5g (0,5 mol %) a été mélangé à 1600g du matériau diélectrique calciné ayant la même composition. Le mélange a été mis en forme, fritté, muni d'électrodes cuites dessus, et polarisé pour obtenir un matériau diélectrique (échantillon 2).

Le matériau céramique diélectrique obtenu comme indiqué ci-dessus a une masse volumique de 7, 64g/cm3 et une constante piézoélectrique d31 de 1,49 x 1010 m/V. La mesure du contenu de molybdène dans ce matériau céramique diélectrique a montré des proportions de Pb : Mo = 1 : 0,0005 à 0,0015 (rapport molaire). On a ainsi vérifié que

les effets de la formation d'une phase à bas point de fusion et de l'obtention de frittage à basse température similaire à ceux décrits ci-dessus peuvent être obtenus également lorsqu'on utilise de l'oxyde de molybdène au lieu d'oxyde de tungstène.

On a préparé un échantillon similaire à l'échantillon 1, sauf que les proportions de PbO et WO3 dans l'oxyde auxiliaire ont été changées et que la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée est passée à 3 mol%. On a étudié l'influence des proportions du mélange sur les températures de frittage avec les résultats donnés dans le tableau 1.

La température de frittage a été mesurée avec un analyseur TMA. Le tableau 1 montre que la température de frittage diminue lorsque la proportion de WO3 augmente, en atteignant la plus basse température lorsque le rapport PbO/WO3 est d'environ 83/17. Lorsque la proportion de WO3 augmente encore, la température de frittage augmente de nouveau. Cela montre que l'effet de l'addition de l'oxyde

auxiliaire sur la température de frittage (10500C) du matériau de base peut être obtenue en mélangeant WO3 dans des proportions supérieures à 0,5 mol% et inférieures à 40 mol%.

Tableau 1 : La température de frittage du matériau diélectrique + 3 mol% (PbO) i-+ (W03) x)

<tb>
<tb> X <SEP> température <SEP> de <SEP> frittage <SEP> ( c)
<tb> 0 <SEP> 1050
<tb> 0, <SEP> 005 <SEP> 1050
<tb> 0, <SEP> 01 <SEP> 1010
<tb> 0, <SEP> 03 <SEP> 990
<tb> 0, <SEP> 17 <SEP> 920
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> 1010
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> 1030
<tb> 0, <SEP> 4 <SEP> 1040
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 1100
<tb> 0, <SEP> 665 <SEP> 970
<tb>

On a également préparé un échantillon en frittant un matériau similaire à celui de l'échantillon 1, de façon que l'oxyde auxiliaire ait des proportions constantes de 83, 5 mol% de PbO et 16,5 mol % de WO3 et soit ajouté au matériau diélectrique dans les quantités montrées sur le tableau 2. La température de frittage à laquelle une masse volumique comparable à celle du matériau de base (addition de 0 mol% d'oxyde auxiliaire) est obtenue et les caractéristiques piézoélectriques sont données dans les tableaux 2 et 3. Le tableau 2 montre qu'on peut abaisser la température de frittage au dessous de celle du matériau de base en ajoutant 0, 05 mol% de l'oxyde auxiliaire et rendre possible le frittage à une température de 10000C ou moins avec l'addition de 0,1 mol% et une température de 9500C ou moins avec l'addition de 0,5 mol%. Si la température de frittage diminue lorsque la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée augmente, le tableau 3 montre que la masse volumique du matériau fritté diminue de façon significative

lorsque l'addition dépasse 20 mol%. Il est en conséquence préférable d'ajuster la concentration d'additif dans un domaine allant de o, 05 à 20 mol%.

Le rapport des concentrations en Pb et en tungstène dans le matériau diélectrique a été mesuré pour l'échantillon 3 comprenant un matériau diélectrique à 20 mol% d'oxyde auxiliaire ajouté et pour l'échantillon 4 comprenant le matériau diélectrique avec 25 mol% d'oxyde auxiliaire ajouté, avec pour résultat Pb : W = 1 : 0,24 à 0,30 pour l'échantillon 3 et Pb : W 0,37 à 0,40 pour l'échantillon 4, en rapport molaire. Cela montre que pour obtenir les effets de l'invention il est pratiquement nécessaire d'ajuster le rapport molaire du tungstène au plomb à une valeur inférieure à 0,30 et avantageusement pas plus élevée que 0,0009 ou 0,0004 pour un 1 de plomb.

Le tableau 3 montre que la constante piézoélectrique diminue lorsque la quantité d'addition augmente. On peut supposer que c'est parce que l'oxyde auxiliaire a une température de frittage plus basse que le matériau de base et que le taux de croissance des particules diminue. Dans ce cas, la croissance des particules peut être favorisée en augmentant la durée de frittage. Quand par exemple 0,5 mol % d'oxyde auxiliaire est ajouté, des caractéristiques piézoélectriques comparables à celles du matériau de base ou meilleures peuvent être obtenues en frittant pendant six ou huit heures, comme indiqué sur le tableau 4.

Tableau 2
Propriétés du matériau diélectrique + Ymol% [ (PbO) 0, 835 + (WO3) 0,165]

<tb>
<tb> y <SEP> Masse <SEP> volumique <SEP> Température <SEP> de
<tb> (g/cm3) <SEP> lorsque <SEP> fritté <SEP> frittage <SEP> ( C)
<tb> pendant <SEP> 4 <SEP> heures
<tb> 0 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> 1050
<tb> 0, <SEP> 02 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 1020
<tb> 0, <SEP> 05 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 1000
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 58 <SEP> 960
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 7, <SEP> 61 <SEP> 950
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> 920
<tb> 1 <SEP> 7, <SEP> 61 <SEP> 910
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 56 <SEP> 910
<tb> 3 <SEP> 7,61 <SEP> 910
<tb> 6 <SEP> 7, <SEP> 52 <SEP> 910
<tb> 12 <SEP> 7, <SEP> 52 <SEP> 910
<tb> 18 <SEP> 7, <SEP> 52 <SEP> 910
<tb> 20 <SEP> 7, <SEP> 50 <SEP> 910
<tb> 25 <SEP> 7, <SEP> 47 <SEP> 910
<tb>
Tableau 3
Propriétés du matériau diélectrique + Ymol% [ (PbO) 0, 835 + (WO3) 0,165]

<tb>
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> Constante
<tb> y <SEP> (g/cm3) <SEP> après <SEP> frittage <SEP> piézoélectrique
<tb> pendant <SEP> 4 <SEP> heures <SEP> d31 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> <SEP> (m/V)
<tb> 0 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> 1, <SEP> 62
<tb> 0, <SEP> 02 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 62
<tb> 0, <SEP> 05 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 6
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 58 <SEP> 1, <SEP> 58
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 7,61 <SEP> 1, <SEP> 55
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> 1, <SEP> 51
<tb> 1 <SEP> 7, <SEP> 61 <SEP> 1, <SEP> 47
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 56 <SEP> 1, <SEP> 38
<tb> 37, <SEP> 611, <SEP> 12
<tb> 6 <SEP> 7, <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 64
<tb>

tableau 4

<tb>
<tb> durée <SEP> de <SEP> Masse <SEP> volumique <SEP> température <SEP> de <SEP> Constante
<tb> frittage <SEP> g/cm3 <SEP> frittage <SEP> piézoélectrique
<tb> (heures) <SEP> (OC) <SEP> d31 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> (m/V)
<tb> 6 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP> 950 <SEP> 1, <SEP> 61
<tb> 87, <SEP> 629501, <SEP> 1
<tb>

De la poudre calcinée de matériau diélectrique a été préparée par un procédé similaire à celui de l'échantillon 1, avec une poudre granulée mélangée avec l'oxyde auxiliaire et mis en forme par un appareillage de compression, pour constituer quatre pièces d'ébauche ou préformes en forme de disque mesurant 20 mm de diamètre et 1 mm d'épaisseur et une pièce en forme de disque de 20 mm de diamètre et 4 mm d'épaisseur, comme représenté en figure 4 (a). Le dispositif piézoélectrique feuilleté ou stratifié 1 a été constitué en utilisant ces pièces, suivant le processus décrit ci-dessous. D'abord des électrodes internes ont été formées en imprimant des tracés 4A et 4B à la surface supérieure des quatre préformes 2 qui ont ensuite été placées en alternance l'une sur l'autre puis solidarisées par pression, comme représenté en figure 4 (b). De la pâte à l'argent a été utilisée pour constituer les électrodes internes. La feuille ou couche ayant le tracé 4A est désignée comme la préforme 2A et la feuille ou couche ayant le tracé B est appelée préforme 2B. La solidarisation par pression a été effectuée en utilisant une presse ordinaire. Le corps feuilleté ou stratifié a été fritté à 950 C dans une atmosphère d'air pendant quatre heures, puis on a formé les électrodes externes 5A et 5B à l'aide de pâte à l'argent de façon à constituer le dispositif piézoélectrique feuilleté 1 montré en figure 4 (a). Le dispositif piézoélectrique feuilleté 1 peut être utilisé en tant que transducteur piézoélectrique après mise

en place de fils conducteurs (non représentés) et application d'une polarisation.

Dans une autre application, un actionneur piézoélectrique tel que montré en figure 5 (a) peut être fabriqué. Il est fait en empilant des feuilles de préforme rectangulaires 11,12 du genre montré en figure 5 (c) suivant une constitution montrée en figure 5 (d), où 113 indique un tronçon mort, 112 un tronçon d'amortissement et 111 un tronçon d'attaque. La feuille de préforme rectangulaire 11 a une couche d'électrodes 41 ou une couche d'électrodes 42 ayant des tracés différents l'un de l'autre, sauf pour une bande 119 imprimée sur la surface.

Les connexions sont faites électriquement en série et mécaniquement en parallèle, comme le montre la figure 5 (b).

En disposant des électrodes extérieures 51,52, comme représenté sur les figures 5 (a) et 5 (b), et des fils conducteurs non représentés, on utilise l'empilement comme actionneur piézoélectrique.

La desquamation ou pelage inter-couches après frittage a été étudié sur des échantillons ayant diverses proportions d'oxyde auxiliaire ajouté à la poudre granulée, avec les résultats montrés dans le tableau 5. Deux types d'échantillons, faits à partir de différentes tailles de particules primaires dans la poudre granulée, ont été préparés et l'apparition du pelage ou de la desquamation inter-couches a été comparée pour les différentes tailles de particule. Les courbes de retrait pour les différentes tailles de particules sont montrées en figure 3. Le tableau 5 montre que la desquamation est davantage susceptible de se produire lorsque le point de fusion de l'oxyde auxiliaire est plus bas et que la taille de particule est plus grande, avec un faible rapport de retrait. La figure 3 montre que le matériau diélectrique se contracte avant génération des noyaux de phase liquide par l'oxyde auxiliaire au cours du frittage ; lorsque la phase liquide

est générée avant que le retrait de 3% soit complet, il se produit une inhomogénéité dans le processus de retrait dont l'intensité varie de façon significative de place en place parce que les noyaux de phase liquide sont générés de façon irrégulière (par suite de la répartition de température) ce qui se traduit par des contraintes agissant sur la surface conductrice interne et conduit à un pelage ou une desquamation. En conséquence, pour fritter sans risque de pelage, on peut choisir un oxyde auxiliaire ayant une composition dans le diagramme d'état de la figure 2 tel que le point de fusion soit dans un domaine allant d'une température à laquelle le retrait du matériau céramique diélectrique est de 3% jusqu'à une température à laquelle le retrait cesse sur la courbe de retrait de la figure 3. Lorsqu'un conducteur Ag-Pd est utilisé comme conducteur interne, la température de frittage est habituellement d'environ 9800C et la quantité d'oxyde auxiliaire ajoutée est fixée au dessous de 980 C, en fait dans un domaine allant de 0,5 mol% à 40 mol%.

Tableau 5

<tb>
<tb> Taille <SEP> des <SEP> Point <SEP> de <SEP> 830 <SEP> 730 <SEP> 800 <SEP> 900
<tb> particules <SEP> fusion <SEP> ( C)
<tb> de <SEP> de <SEP> l'oxyde
<tb> matériau <SEP> auxiliaire
<tb> (zum)
<tb> Composition <SEP> 90/10 <SEP> 83,5/16, <SEP> 5 <SEP> 78/22 <SEP> 70/30
<tb> Pbo/WO3
<tb> 1,22
<tb> Pelage
<tb> x <SEP> # <SEP> o
<tb> Retrait <SEP> en <SEP> % <SEP> 2.5
<tb> au <SEP> début <SEP> de <SEP> 0 <SEP> 1,6 <SEP> 6,2
<tb> la <SEP> fusion
<tb> Pelage <SEP> oxoo
<tb> 0/54 <SEP> Rerait <SEP> en <SEP> %
<tb> au <SEP> début <SEP> de <SEP> 3,8 <SEP> 1,4 <SEP> 3,2 <SEP> 8,2
<tb> la <SEP> fusion
<tb>

o : pas de pelage ou desquamation A : moins de 5% de pelage x : 5% ou davantage de pelage

En choisissant de façon appropriée l'oxyde auxiliaire comme on l'a indiqué ci-dessus, le frittage à basse température est rendu possible sans affecter les performances du matériau de base et on peut obtenir un dispositif diélectrique de haute performance tout en évitant le pelage entre couches dans le corps feuilleté ou stratifié.

Un dispositif piézoélectrique feuilleté similaire 1 a été fait en ajoutant l'oxyde auxiliaire de la même composition au matériau de l'électrode interne, avec le résultat d'une décroissance supplémentaire des cas de pelage.

Bien qu'on ait utilisé Ag pour les conducteurs internes dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on a pu obtenir des effets similaires en utilisant un conducteur qui est constitué essentiellement de Cu.

Un mode de réalisation de dispositif piézoélectrique feuilleté 1 avec utilisation de Cu comme conducteur interne sera décrit ci-dessous.

L'oxyde auxiliaire à ajouter au matériau céramique diélectrique a été fabriqué de façon similaire à l'exemple 1 décrit ci-dessus (formule chimique : Pb 0,325 WOO, 165 01, 33).

Les poudres de matériau de départ ont été mélangées et calcinées de façon à obtenir une poudre calcinée de matériau diélectrique ayant une composition finale (Pb 0, 91 Sr 0, 09) [Zr 0, 533 Ti 0,452 (Y 0, 9 Nb 0, 5) 0, 01 ] 03 + 0, 5 atm% Mn203. Une boue de poudre de matériau diélectrique calcinée obtenue à partir de cette poudre de matériau diélectrique calcinée a été mélangée avec 0,5 mol% d'oxyde auxiliaire (13,5 g d'oxyde auxiliaire pour 1600 g de poudre de matériau diélectrique calcinée). Le mélange a été séché à l'aide d'un séchoir à jet pulvérisé de façon à obtenir une poudre granulée de matériau diélectrique calciné.

Un solvant, un liant, un dispersant ou des produits

similaires ont été ajoutés à la poudre granulée, qui a été mélangée et réduite en poudre à l'aide d'un broyeur à billes pendant toute une journée de façon à diminuer la taille de particule, puis dégazée sous vide. On a constitué une feuille en vert à l'aide d'un appareil à bistouris

ayant un intervalle entre lames de 125, um. La feuille en vert a été séchée à 800C et découpée à l'aide d'un outil tranchant en un nombre prédéterminé de feuilles ayant toutes la même forme, mesurant 100 mm et 150 mm.

Ensuite on a ajouté 1,11 g de poudre de Cu (1050YP) fabriqué par Mitsui Metal et 0,09 g de poudre d'additif à 1800 g de pâte de CuO (Contenu en CuO de 50% en poids et surface spécifique de CuP 10m2/g) et on a mélangé dans un dégazeur de mélange centrifuge de façon à constituer une pâte d'électrode. La poudre d'additif a la même composition que l'oxyde auxiliaire et est utilisée dans le but d'améliorer l'adhérence entre la couche d'électrode et la couche de matériau diélectrique et d'équilibrer le retrait entre la couche d'électrode et la couche de matériau diélectrique.

La pâte d'électrode est appliquée à la surface supérieure des feuilles, à l'aide d'un appareil de sérigraphie, sous forme d'un tracé prédéterminé ayant une épaisseur de 5 à 8m. Les feuilles ont été séchées à 1300C pendant une heure. 20 feuilles portant les électrodes imprimées ont été empilées et trois feuilles mortes sans électrode ont été placées au dessus et au dessous.

L'empilement a été monté sur un appareil de mise en pression et solidarisé thermiquement sous une pression de 80 kg/m2 appliquée pendant 10 minutes à 120 C, de façon à obtenir un bloc mère. Le bloc mère a été découpé à une taille de 9 mm par 9 mm.

Le bloc mère a été découpé à une taille de 9 mm par 9 mm dans ce mode de réalisation, mais on peut aussi obtenir les effets de la présente invention avec un bloc

mère ayant une taille différente aussi longtemps que la taille n'est pas inférieure à 2 mm x 2 mm. On peut également choisir librement le nombre de feuilles de la stratification, qui est de 20 dans l'exemple décrit plus haut.

L'empilement a de nouveau été solidarisé thermiquement au moyen d'un appareil de feuilletage ayant une pression de 160 kg/m2, appliquée pendant dix minutes à 120 C, de façon à obtenir un ensemble feuilleté ou stratifié comprenant un plot de matériau diélectrique 61 et des couches d'électrodes internes 7, comme montré sur la figure 6 (a). Une couche d'électrode interne 7 consiste en une couche d'électrode 71 ayant un tracé imprimé exposé sur la face droite, et une couche d'électrode 72 ayant un tracé imprimé, exposé sur la face gauche. Ces électrodes sont placées de façon alternée l'une au dessus de l'autre. Vingt pièces de l'ensemble stratifié ou feuilleté 62 ont été fixées thermiquement de nouveau au moyen d'un appareil de

feuilletage sous une pression de 500 kg/m2 appliquée pendant dix minutes à 80 C, de façon à obtenir un corps feuilleté 6 comprenant un plot de matériau diélectrique 61 et les couches d'électrodes internes 7, comme le montre la figure 6 (b).

Des feuilles de MgO 81 (de 15 mm x 15 mm x 1 mm) ayant un taux de vide de 20% ont été placées au dessus et au dessous du corps stratifié 6, comme le montre la figure 7 (a) et placées dans une nacelle en MgO.

L'empilement a été dégraissé en atmosphère d'air en commandant la température suivant le profil montré en figure 7 (b), avec une température maximum de 500 C.

L'empilement dégraissé 6 a été soumis à un processus de réduction, avec un profil de température montré en figure 8. La réduction a été effectuée dans une atmosphère contenant 5000 ml/ml de Ar-H2 (1%) et 8 à 6 ml/min de 02 (pur) tout en maintenant la pression partielle

d'oxygène à 1 x lO''. J. bm en ce qui concerne la pression partielle d'oxygène hors du four. La température de traitement (température maximum) a été fixée à environ 3500C et maintenue pendant douze heures. Comme au cours du dégraissage mentionné plus haut, on a placé des feuilles de MgO 81 sur et sous le corps feuilleté 1 qui alors été placé dans une nacelle et soumis à la réduction.

Les concentrations de gaz dans l'atmosphère réductrice et la quantité traitée peuvent être différentes de celles décrites ci-dessus, aussi longtemps que la pression partielle d'oxygène hors du four peut être contrôlée dans un domaine allant de 1 xl0-14 à 1 X 10-25 atmosphère (à ce moment, le rapport réel H2/O2 fourni au four est dans un domaine allant de 50 : 50 à 50 : 5,5).

L'empilement réduit 6 a été placé dans une nacelle en MgO et fritté dans une atmosphère réductrice, avec la constitution de montage montré en figure 9 (a), (b).

Des feuilles de MgO 81 (15 mm x 15 mm x 1 mm) et des nids d'abeilles 83 en cordielite utilisés comme séparateurs ont été placés sur et sous le corps laminé 6.

Un poids 82 en MgO (1 à 10 g) a été placé sur le dessus.

La forme externe du poids 82 était sensiblement la même que celle des feuilles de MgO 81. Pour éviter que la composition de l'empilement 6 ne change par suite de l'évaporation de PbO à haute température, du zirconate de plomb (PbZrO3) 84 (32g en tout) a été placé au fond de la nacelle et à sa périphérie, comme le montre la figure 9 (c).

Le creuset contenant l'empilement 6 décrit cidessus a été placé dans un four de frittage en atmosphère réductrice, comme représenté en figure 10. Le frittage réducteur a été effectué avec le profil de température et l'atmosphère montrées en figures 11. Le four était muni de conduits pour introduire CO2 (pur), Ar-CO (10%) et O2 (pur) dans le four, comme le montre la figure 10, le débit de chaque gaz étant commandé à l'aide d'un contrôleur de débit

massique.

La température a été accrue suivant le profil montré en figure 11 (a) et on a maintenu une température de frittage d'environ 950 C et une pression partielle d'oxygène hors du four de 1 x 10-6 atm pendant environ

quatre heures de façon à obtenir un matériau diélectrique fritté. Un profil de frittage réducteur effectué comme décrit ci-dessus est montré en figure 11 (b). Une atmosphère stable dans le domaine 10Y pour une valeur cible x (y = x 0, 3) a été obtenu avec une température et une pression partielle d'oxygène constantes.

Les profils de température et d'atmosphère ne sont pas limités à ceux montrés en figure 11 (a). On peut effectuer le frittage réducteur dans les domaines de température et de pression partielle d'oxygène montrés sur la figure 11 (c) à des températures pas plus basses que 500 C, en obtenant des effets similaires, en réglant à une pression partielle d'oxygène pour laquelle PbO n'est pas réduit et Cu n'est pas oxydé, suivant la température de frittage montrée sur le dessin. Dans ce cas, l'alimentation du four en gaz est avantageusement réglée à C02 : Co : Os = 5000 : 500 à 0 : 20 à 0. La vitesse de montée de la

température est avantageusement jusqu'à 20 C.

Claims

REVENDICATIONS

1. Matériau céramique diélectrique fritté à basse température, ayant une composition de matériau céramique diélectrique de type ABO3, dans laquelle du plomb est inclus dans le site A avec un rapport molaire supérieur ou égal à 0,9 en supposant que la proportion du site B est égale à 1, au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène étant inclus dans le matériau, la densité du matériau céramique diélectrique après frittage étant supérieure ou égale à 7,5 g/crn, et la teneur en tungstène et molybdène combinés est inférieure à 0,098 mol pour 1 mol de plomb.

2. Matériau céramique diélectrique fritté selon la revendication 1, dans lequel le tungstène et le molybdène sont présents avec une plus grande concentration à l'interface des grains que dans les particules du matériau céramique diélectrique.

3. Dispositif diélectrique en couches ayant une structure de couches telle que des couches d'électrodes incluant du cuivre comme constituant principal et ayant un point de fusion inférieur ou égal à 1083 C, ou des couches d'électrodes incluant de l'argent ou de l'argent et du palladium comme constituant principal, sont interposées entre des couches de matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la revendication 1.

4. Procédé pour fabriquer un matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la revendication 1, comprenant l'utilisation d'un oxyde auxiliaire réalisé en ajoutant de l'oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb dans les proportions suivantes :

PbO x + (WO3 y + MoO3 z) où x + y + z = 1, 0,005 < y +z < 0,4 et y, z 0 ; procédé dans lequel on ajoute ledit oxyde auxiliaire en un

pourcentage molaire compris entre 0, 05 et 20 à un mélange de matière première de matériau céramique diélectrique fritté à basse température ou d'une calcination de matériau céramique diélectrique fritté à basse température, ayant une composition de matériau céramique diélectrique de type ABO3, ou du plomb est inclus dans le site A avec un rapport molaire supérieur ou égal à 0,9 en supposant que la proportion du site B est de 1 ; Le procédé comprenant une étape de mélange du matériau suivi par une mise en forme puis par un frittage.

5. Procédé pour fabriquer un matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la revendication 4, dans lequel on réalise ledit oxyde auxiliaire en ajoutant un oxyde d'au moins un élément choisi parmi le tungstène et le molybdène à de l'oxyde de plomb dans un processus de mélangeage à sec ou humide, puis on traite le mélange par calcination et broyage.

6. Procédé pour fabriquer un matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel la quantité de plomb incluse dans le mélange brut est fixée à la quantité requise moins la quantité fournie par l'oxyde de plomb inclus dans l'oxyde auxiliaire, dans le processus de préparation du mélange de matière première pour fabriquer le matériau céramique diélectrique.

7. Procédé pour fabriquer un matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la revendication 4, dans lequel ledit oxyde auxiliaire utilisé dans le processus de fabrication présente un point de fusion compris dans une plage allant d'une température à laquelle le rapport de retrait du matériau céramique diélectrique est de 3%, jusqu'à une température à laquelle le retrait cesse.

8. Procédé pour fabriquer un matériau céramique diélectrique fritté à basse température selon la

revendication 5, dans lequel une feuille dudit matériau céramique diélectrique, réalisée en ajoutant l'oxyde auxiliaire à la poudre brute ou à la poudre calcinée dudit matériau céramique diélectrique, est dotée d'une couche électrode imprimée et stratifiée dessus, la couche stratifiée étant calcinée en même temps.