[發(fā)明專利]基于鈦酸鉍鈉(BNT)的不含鉛的壓電陶瓷材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110971968.9
• 申請(qǐng)日: 2014-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN114085078A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·亨尼希;A·基納斯特;M·特普費(fèi)爾;M·霍夫曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: PI陶瓷有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C04B35/462
• 分類號(hào): C04B35/462;C04B35/475;C04B35/626;C04B35/64;H01L41/083;H01L41/187;H01L41/43
• 代理公司: 中國(guó)貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 馮奕

本發(fā)明涉及基于鈦酸鉍鈉(BNT)并且具有以下基本組成的不含鉛的壓電陶瓷材料：x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃?yBaTiO₃?zSrTiO₃，其中x+y+z＝1，并且0x1，0y1，0≤z≤0.07，或x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃?yBaTiO₃?zCaTiO₃，其中x+y+z＝1，并且0x1，0y1，0z≤0.05，或x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃?y(Bi_0.5K_0.5)TiO₃?zBaTiO₃，其中x+y+z＝1，并且0x1，0y1，0≤z1，其特征在于，加入一定量的含磷材料，使得壓電陶瓷材料中的磷濃度為100至2000ppm。

本申請(qǐng)是題為“基于鈦酸鉍鈉(BNT)的不含鉛的壓電陶瓷材料”的中國(guó)專利申請(qǐng)201480050913.2的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的基于鈦酸鉍鈉(BNT)并且具有一定基本組成的不含鉛的壓電陶瓷材料，并且特別涉及在RoHS指令(指令2011/65/EU)的含義內(nèi)在均相材料中的鉛含量0.1重量％的不含鉛的材料。

基于鈦酸鉛鋯(PZT)的壓電致動(dòng)器、壓電傳感器和其它壓電組件為目前的現(xiàn)有技術(shù)，其中越來越需要使壓電陶瓷材料不含鉛。

在現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展中，嘗試開發(fā)基于BNT(鈦酸鉍鈉)的不含鉛的壓電陶瓷材料。

所述材料長(zhǎng)期已知并且基本組成描述于JP 62202576(BNT-BT和BNT-BKT)和DE19530592 C2(BNT-BT-CT)。Takenaka(Sensor and Materials；3(1988)123-131)詳細(xì)描述了使用例如鈦酸鍶對(duì)所述材料進(jìn)行改性。

在這些基本研究的基礎(chǔ)之上，現(xiàn)有技術(shù)中描述了其它實(shí)施方案。對(duì)此例如參見US2002/014196 A1、EP 1231192 A1。

所有基于BNT的組成的基本問題是燒結(jié)時(shí)的極差壓實(shí)并且出現(xiàn)所謂的巨晶生長(zhǎng)連同高的導(dǎo)電性。具有非均相結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷體不能很好地極化，使得不能達(dá)到希望的材料性能或者出現(xiàn)過大的材料性能變化。JP 2004-075449中提出通過錳、鉻、鐵、鈷或鈮酸鹽針對(duì)性地進(jìn)行替代從而抑制巨晶生長(zhǎng)。

本申請(qǐng)人的關(guān)于用錳和銅對(duì)BNT材料進(jìn)行改性的研究雖然顯示出燒結(jié)情況的部分改進(jìn)，但是仍然顯示出巨晶生長(zhǎng)的連續(xù)傾向以及電數(shù)據(jù)的劣化。

因此要指出的是，經(jīng)改性的BNT組成傾向于材料中不均勻分布的巨晶生長(zhǎng)或粗晶結(jié)構(gòu)的形成。在此，巨晶的出現(xiàn)不受控制并且高度取決于制備條件和燒結(jié)條件。晶粒生長(zhǎng)雖然可以通過低燒結(jié)溫度得以抑制，這卻造成5.6g/cm³的低燒結(jié)密度。不希望的巨晶生長(zhǎng)或粗晶結(jié)構(gòu)的結(jié)果是溫度相關(guān)度極高的低比絕緣電阻，陶瓷體的較差極化性，和在兆赫范圍內(nèi)的厚度波動(dòng)的擾亂的波動(dòng)情況。

在申請(qǐng)人的研究中還發(fā)現(xiàn)，泄漏電流高度取決于結(jié)構(gòu)和溫度。

此外要指出的是，經(jīng)改性的BNT組成通常具有小的燒結(jié)區(qū)間，這造成在技術(shù)上難以控制的問題。燒結(jié)區(qū)間被理解為由兩個(gè)溫度數(shù)據(jù)限定的范圍，在所述范圍內(nèi)在材料燃燒時(shí)實(shí)現(xiàn)需要的陶瓷性能。小的燒結(jié)區(qū)間因此造成只有在燃燒中可以以極小的溫度耐受性性操作時(shí)才能實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷材料的希望的性能，這在技術(shù)上是難以控制的。小的燒結(jié)區(qū)間因此造成經(jīng)濟(jì)上的缺點(diǎn)，因?yàn)橄鄬?duì)大量的產(chǎn)品為次品。

基于上述內(nèi)容，因此本發(fā)明的目的是提供基于BNT的不含鉛的壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料具有均質(zhì)細(xì)晶結(jié)構(gòu)并且在150℃的溫度下具有≥5*10⁸Ω的比絕緣電阻。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供基于BNT的不含鉛的壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料具有大的燒結(jié)區(qū)間，特別是≥40K的燒結(jié)區(qū)間。