[發明專利]壓電陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 96121402.3
• 申請日: 1996-11-08
• 公開（公告）號: CN1064942C
• 公開（公告）日: 2001-04-25
• 發明（設計）人: 林宏一;安藤陽;長井昭;鷹木洋;長谷喜代司
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: C04B35/499
• 分類號: C04B35/499;H01L41/187
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 林蘊和

本發明涉及壓電陶瓷，更具體地涉及要求耐熱的、用于表面安裝型壓電元件的壓電陶瓷。

作為陶瓷濾波器等器件中的壓電陶瓷，過去廣泛應用的是主要由鋯鈦酸鉛Pb(Ti_xZr_1-x)O₃之類材料組成的壓電陶瓷，并且試圖在其中加入少量的添加劑以改進其壓電性能。

特別是，具有平坦的群延遲時間(GDT)特性和小的相位失真等優良特性的陶瓷濾波器中所用的材料，要求其機械品質系數Qm小。已知的材料有包含氧化鈮，氧化銻，氧化鉭之類添加劑的鋯鈦酸鉛以及其中部分鉛原子被Sr，Ba，Ca和La等稀土元素取代的鋯鈦酸鉛。

這些Qm小的壓電陶瓷，雖然當形成在壓電陶瓷兩邊的電極之間短路時不會發生問題，可是當上述電極之間開路時，仍然會有問題，即使其居里溫度高，隨著溫度的上升，其電氣機械耦合因子K下降，使其諧振和反諧振頻率發生顯著的偏移。因此這些壓電陶瓷用作表面安裝型濾波器時，其濾波特性就會在進行回流焊接(reflow?soldering)受到高溫時(約250℃以上)顯著變壞。

解決上述問題的方法已有報道，該方法將錳化合物由Qm數值小、居里溫度高的壓電陶瓷的表面熱擴散，使氧化錳以高濃度分布在晶粒邊界層，從而降低晶粒邊界部分的電阻率和改善耐熱性(見日本專利公開6-1655至1657號)。

但是這方法在制造方面的問題是，當將錳化合物由壓電陶瓷表面進行熱擴散時，如果先前燒結好的壓電陶瓷的晶粒邊界結構發生變化，或者如果在制造過程中由于蒸發而使壓電陶瓷中的Pb數量變動，或者如果熱擴散爐中的溫度分布寬，其特性變化就會增大。因此，難以使大量的錳化合物穩定地進行熱擴散，以致不能充分降低晶粒邊界部分的電阻率和改善壓電陶瓷的耐熱性。

因此，本發明的目的是解決上述問題，提供一種機械品質因子Qm小而且具有優良的耐熱性的壓電陶瓷，例如適合于表面安裝的濾波元件中所用的壓電陶瓷。

本發明提供了一種壓電陶瓷，它至少包含鉛、鋯和鈦的復合氧化物，并包含錳、硅和硼的氧化物。

本發明的壓電陶瓷中含有約0．005-0．3％(重量)的氧化錳(按MnO₂計算)，約0．3％(重量)或更少(但不包括0％)的氧化硅(按SiO₂計算)，約0．2％(重量)或更少(但不包括0％)的氧化硼(按B₂O₃計算)。

在所述的壓電陶瓷中，在晶粒邊界層的氧化錳密度高于其在壓電陶瓷晶粒內部的密度。

由于所述的壓電陶瓷包含錳、硅和硼的氧化物，而且在晶粒邊界層的氧化錳密度高于其在壓電陶瓷晶粒內部的密度，因而可使氧化錳均勻地分布在晶粒邊界層，從而降低該壓電陶瓷的電阻率并提高其耐熱性。

圖1顯示了電阻率p隨擴散溫度的變化。

圖2顯示了電氣機械耦合因子K隨擴散溫度的變化。

以下參照實施例進一步說明本發明。實施例1

在準備原料時將SiO₂和B₂O₃加入壓電陶瓷的原材料中，以便使它們包括在壓電陶瓷中。把錳化合物粘附在壓電陶瓷的表面，然后進行熱處理，使粘附的化合物擴散至壓電陶瓷的晶粒邊界部分。

即是，以PbO，SrO，La₂O₃，TiO₂和ZrO₂的粉末作為具有低機械品質系數Qm的壓電陶瓷的組分材料，而以SiO₂和B₂O₃粉末作為添加劑。稱量這些粉末以得到主要組分為(Pb_0．95Sr_0．03La_0．02)(Zr_0．51Ti_0．49)O₃的陶瓷，而SiO₂和B₂O₃的比例如表1所示。在粉末中加水，用球磨機混合和研磨。

將所得的混合物干燥后，在800-900℃預燒2小時，加入少量的聚乙烯醇和水作為預燒后材料的粘合劑，然后在1000公斤／平方厘米的壓力下模壓。將這樣得到的模壓產品在1100-1250℃下燒結2小時，得到尺寸為20×30毫米，厚度為1毫米的矩形陶瓷片。

另一方面，為了通過熱擴散使高濃度的錳化合物分布在壓電陶瓷的晶粒邊界層，選取MnCO₃作為錳化合物，將它和清漆揉捏在一起得到熱擴散糊料。