[發明專利]基于鈦酸鉍鋅-鈦酸鉍鉀-鈦酸鉍鈉的無鉛壓電材料

無效

• 申請號: 201080069326.X
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN103119742A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: Y.H.勇;D.肯;E.帕特森;B.吉邦斯;P.馬蒂洛維奇
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙蘇林;李進

背景

本公開大體上涉及壓電陶瓷材料，更特別涉及基于含有鈦酸鉍鋅-鈦酸鉍鉀-鈦酸鉍鈉的三元組合物的無鉛壓電陶瓷材料。

壓電陶瓷材料（也稱作壓電陶瓷）已廣泛用在如致動器、轉換器、共振器、傳感器和隨機存取存儲器之類的用途中。在這些壓電陶瓷中，鋯鈦酸鉛（PZT）及其相關固溶體由于它們優異的壓電性質和在制造過程中容易通過摻雜進行改性而最廣泛使用。PZT的使用具有限制其在許多用途中的合意性的缺點。由于在制造過程中由PZT釋放的高揮發性PbO的毒性，一個擔憂是其可能的環境效應。PZT壓電陶瓷的另一缺點是與PZT相關的強疲勞行為。疲勞是壓電材料在電循環荷載過程中損失其可切換的極化和機電應變的現象。

附圖簡述

關于本發明的示例性實施方案的詳述，現在參考附圖，其中：

圖1是圖解根據某些實施方案的壓電材料的組成范圍的三元組成/相圖。

圖2顯示所公開的BZT–BKT–BNT組合物的若干實施方案的X-射線衍射圖，表明這些組合物由單鈣鈦礦相構成。

圖3是根據所公開的組合物的一個實施方案的BZT–BKT–BNT組合物在-60?kV/cm至60?kV/cm的外加電場下的極化和機電應變值的圖。

圖4是根據所公開的組合物的一個實施方案的另一BZT–BKT–BNT組合物在-60?kV/cm至60?kV/cm的外加電場下的極化和機電應變值的圖。

圖5是根據所公開的組合物的一個實施方案的BZT–BKT–BNT組合物在60?kV/cm的單極電場下的機電應變值（最大應變的%）的圖。

圖6是根據所公開的組合物的一個實施方案的BZT–BKT–BNT組合物在-60?kV/cm至60?kV/cm的雙極外加電場下的機電應變值的圖。

符號和術語

在下列說明書和權利要求書各處使用某些術語。在下列說明書和權利要求書中，術語“包括”和“包含”以開放方式使用并因此被解釋為是指“包括，但不限于...”。

術語“居里溫度”是指高于該溫度，壓電材料損失其自發極化和壓電特性。

術語“極化滯后”是指表現出代表極性態的非線性極化特性的無鉛壓電陶瓷材料。

術語“機電應變”是指電場誘發應變并通常以一種或多種壓電系數（例如d₃₃和d₃₁）表示，其中d_ij（單位pm/V）是將應變與外加電場（V/m）相聯系的張量性質。可以以許多不同方式測量d₃₃系數，如壓電共振、正壓電效應、反壓電效應等。在本公開中，作為最大機電應變與外加電場之間的比率計算d₃₃系數（d₃₃?=?S_max/E_max）。有時這被描述為有效壓電系數或規范化應變或d₃₃*。在Y.?Hiruma等人,?J.?Appl.?Phys.?103:084121?(2008)中給出其用途的一個實例。

在壓電陶瓷材料領域中，術語“疲勞”是指在施加循環電場后觀察到的極化和機電應變的損失。

無鉛壓電材料中的組分的相對量或比例以摩爾分數或摩爾%（mol%）表示，例如，0.01?≤?x?≤?0.1，0.3?≤?y?≤?0.5且0.4?≤?z?≤?0.6，或10BZT–30BKT–60BNT。

術語“大約”在表示數值或范圍時意在包括由進行測量時發生的實驗誤差造成的更大或更小的值。這樣的測量偏差通常在所列數值的+或-10%內。

溫度、比率、濃度、量和其它數值數據在本文中可以以范圍格式呈現。要理解的是，這樣的范圍格式僅為方便和簡明使用并且應靈活解釋以不僅包括作為該范圍的極限明確列舉的數值，還包括該范圍內包含的所有獨立數值或子范圍，就像明確列舉各數值和子范圍那樣。例如，大約100℃至大約500℃的溫度范圍應被解釋為不僅包括明確列舉的極限100℃和500℃，還包括每一中間溫度，如250℃、300℃、350℃和400℃和所有子范圍，如300℃至400℃，等等。

詳述

下列論述涉及本發明的各種實施方案。所公開的實施方案不應被解釋為或以其它方式用于限制本公開（包括權利要求書）的范圍。此外，本領域技術人員會理解，下列描述具有寬適用性，且任何實施方案的論述僅意在例示該實施方案，而無意暗示將本公開（包括權利要求書）的范圍限于該實施方案。

無鉛壓電陶瓷