專利名稱：壓電陶瓷、生產(chǎn)壓電陶瓷的方法以及壓電振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷，本發(fā)明尤其涉及一種在10MHz或者更高的高頻中有用的壓電陶瓷。本發(fā)明還涉及一種使用壓電陶瓷的壓電振蕩器，以及生產(chǎn)壓電陶瓷的方法。
包含鈦酸鉛作為主要成份的壓電陶瓷已經(jīng)經(jīng)常地用于振動頻率為10MHz或更高的壓電振蕩器。在這種類型的振蕩器中，使用了振蕩器中縱向振動的三級振動模式。尤其是在高頻范圍內(nèi)使用這種模式是較好的，以達到對輸入信號的良好響應(yīng)。增強壓電陶瓷三級振動的響應(yīng)的方法是已知的，其中減小陶瓷的孔隙，以使陶瓷密實。但是，除改進三級振動的響應(yīng)外，壓電陶瓷的密實化還增強了五級振動的響應(yīng)，其中當(dāng)使用三級振動模式時五級振動是不必要的。由此，需要改進這種產(chǎn)生五級振動的壓電振蕩器的特性。
相反，有一種用于通過形成散布在壓電陶瓷中的孔隙，抑制五級振動的響應(yīng)的方法。但是，在這種情況下，孔隙度增加，不利地惡化了壓電陶瓷的機械強度和可靠性。
考慮到上述的問題，本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷，不需惡化其機械強度和可靠性，就抑制了五級振動的響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種生產(chǎn)壓電陶瓷的方法。另外，本發(fā)明提供了使用壓電陶瓷的壓電振蕩器。
相應(yīng)地，在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種壓電陶瓷，包含鈦酸鉛作為主要成份，其中主要成份含有三氧化鈦結(jié)晶相。
通過使用這樣的結(jié)構(gòu)，減小了五級振動的響應(yīng)，由此抑制了不必要的振動，而不需惡化壓電陶瓷的強度和可靠性。
較好地，鈦氧化物結(jié)晶相的晶粒尺寸大約4到28μm。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于生產(chǎn)壓電陶瓷的方法，包含步驟在大約1230到1245°度燒制緊密結(jié)合的壓電陶瓷，該壓電陶瓷主要地含有鈦酸鉛。
通過使用這樣的溫度范圍，可以抑制五級振動的響應(yīng)，而大致上不抑制三級振動。
在本發(fā)明的第三實施例中，提供了一種用于生產(chǎn)壓電陶瓷的方法，包含如下步驟1到51混合含有鉛氧化物和鈦氧化物的壓電陶瓷材料以產(chǎn)生混合物；2燒制混合物，由此產(chǎn)生煅燒的產(chǎn)物；3．?dāng)D壓煅燒產(chǎn)物，并將鈦氧化物粉末和一種黏合劑加到擠壓產(chǎn)物，由此產(chǎn)生含黏合劑的混合物；4．模塑含黏合劑的混合物，由此產(chǎn)生致密物；以及5．燒制致密物。
通過使用這些步驟，確保了將鈦氧化物結(jié)晶相散布到鈦酸鉛中作為主要成份。
在本發(fā)明的第四方面，提供了一種壓電振蕩器，包含絕緣基片、壓電陶瓷元件、引線端子、和覆蓋壓電陶瓷元件的外部樹脂，其中絕緣基片上具有印刷電極；壓電陶瓷元件包括壓電陶瓷和電極，它們形成在陶瓷的兩個主表面上，并和印刷電極電氣連接；及電氣連接到印刷電極的引線端子。
在本發(fā)明的第五實施例中，提供了一種壓電振蕩器，包含壓電陶瓷元件，夾著壓電陶瓷元件的上下基片，以及外部電極，其中壓電陶瓷元件包含壓電陶瓷和形成在其兩個主表面上的內(nèi)部電極，及外部電極電氣連接到內(nèi)部電極，并形成在壓電陶瓷元件的側(cè)面上，以及上下基片的側(cè)面上。
通過使用這樣的結(jié)構(gòu)，提供了一種壓電振蕩器，其中抑制了不必要的五級振動的響應(yīng)。
參照下面結(jié)合了附圖，對本發(fā)明的較佳實施例的詳細描述，將容易理解本發(fā)明的許多隨之產(chǎn)生的優(yōu)點，這些附圖是

圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓電振蕩器的概略的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的部分被切掉的壓電振蕩器的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的部分被切掉的壓電振蕩器的透視圖。
根據(jù)本發(fā)明的壓電陶瓷包含鈦酸鉛作為主要成份，主要成份含有鈦氧化物結(jié)晶相。
根據(jù)需要，壓電陶瓷還可以含有各種次要成份，諸如La2O3和MnO。
本發(fā)明的鈦氧化物結(jié)晶相指次要相，包含鈦氧化物，并且其形式不受特別限制。
鈦氧化物的結(jié)晶相可以通過在燒制時分離鈦酸鉛中的鈦氧化物，或者通過單獨將鈦氧化物粉末加到鈦酸鉛，然后結(jié)晶而產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的壓電陶瓷的燒制溫度必需是形成鈦氧化物結(jié)晶相的溫度。燒制溫度越高，鈦氧化物結(jié)晶相和主要成份的比值越大，并且鈦氧化物結(jié)晶相的晶粒尺寸越大。
下面將通過例子，參照如圖1到3詳細描述產(chǎn)生壓電陶瓷和壓電振蕩器的方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓電振蕩器的概略的透視圖。圖1中的雙點連線表示保護罩和模塑樹脂的位置。
提供PbO,TiO2,La2O3,和MnCO3粉末作為開始材料。對粉末進行稱量，以便得到預(yù)定的比例，并通過使用球磨機濕拌，由此得到混合物。將混合物在980℃中保持1小時進行脫水和粒化，由此得到煅燒產(chǎn)品。煅燒產(chǎn)品被擠壓，并加上黏合劑，由此得到含有黏合劑的混合物。含有黏合劑的混合物在4ton/cm2的壓力下被壓鑄為平板，由此得到致密物。致密物在1220-1260℃煅燒，由此導(dǎo)致主要成份中TiO2結(jié)晶相的沉淀。電極形成在壓電陶瓷的兩個主表面上，由此得到壓電陶瓷元件。
由此得到的壓電陶瓷被鏡面拋光，并接受SEM攝影術(shù)，以便測量陶瓷主要成份中TiO2的平均晶粒尺寸。通過使用阻抗增益相位分析儀決定壓電陶瓷元件的三級振動(3θmax)和五級振動(5θmax)。結(jié)果示于表1中。沒有TiO2的樣品作為比較樣品(比較例)。表1中用*做記號的樣品落在本發(fā)明限制的范圍外面。
表
在本發(fā)明限制的范圍外面的樣品，用*做記號如從表1中顯見的，和沒有TiO2結(jié)晶相的樣品相比，具有TiO2的結(jié)晶相的樣品的五級振動響應(yīng)(5θmax)被抑制。
較好地，TiO2結(jié)晶相的平均晶粒尺寸落在大約4-28μm范圍中。這是因為，當(dāng)平均晶粒尺寸小于4μm(如樣品1的情況)時，抑制五級振動響應(yīng)(5θmax)的效果不利地減小，而在TiO2結(jié)晶相的平均晶粒尺寸大于大于28μm(如樣品6或7的情況)時，還抑制了三級振動響應(yīng)(3θmax)，這是不利的。
壓電陶瓷物料的燒制溫度最好在大約1230-1245℃。這是因為，當(dāng)燒制溫度低于低于1230℃(如樣品1的情況)時，抑制五級振動響應(yīng)(5θmax)的效果不利地小，而當(dāng)燒制溫度高于大約1245℃(如樣品6或7的情況)時，還抑制了三級振動響應(yīng)，這是不利的。
例2按照類似于例1所述的方法，生產(chǎn)PbTiO3煅燒產(chǎn)物。擠壓煅燒的PbTiO3，并將TiO2粉末加到其上，并與其混合。加入粘結(jié)劑，并和得到的碎料混合，由此得到含粘結(jié)劑的混合物。含粘結(jié)劑的混合物在4tom/cm2的壓強下被壓塑為平板，以得到一致密物。在1180℃燒制混合物，由此得到本發(fā)明的壓電陶瓷。在壓電陶瓷的兩個主表面上形成電極，由此得到壓電陶瓷元件。
如例1所述，對得到的壓電陶瓷進行測量，由此確認存在著為壓電陶瓷的主要成份的PbTiO3中有TiO2結(jié)晶相，并且壓電陶瓷的五級振動響應(yīng)被抑制了。
例3下面將描述樹脂模制型壓電振蕩器。但是，本發(fā)明的壓電振蕩器不限于這種類型的壓電振蕩器。
如圖1所述，電極3b形成在由例1或例2得到的壓電陶瓷3a的兩個主表面上，由此得到壓電陶瓷元件3。隨后，提供印刷有三個印刷電極7的絕緣基片5，并將壓電陶瓷元件3通過使用導(dǎo)電粘劑(未作描述)，安裝到絕緣基片5上，從而壓電陶瓷元件3的下側(cè)上的電極直接連接到兩個印刷電極7。壓電陶瓷元件3的上表面上的電極通過使用線15，連接到剩下的印刷電極7。引線端子9焊接在印刷電極7上，此后，通過模塑用外部樹脂覆蓋整個絕緣基片，由此得到壓電振蕩器1。壓電陶瓷3a的振動區(qū)域如此形成，即，將先給相應(yīng)的部分加蠟，然后在外部樹脂13固化時蒸發(fā)由此得到一個腔。
例4下面將描述表面安裝的壓電振蕩器。但是，本發(fā)明的壓電振蕩器不限于這種類型的振蕩器。
如圖2所示，內(nèi)部電極4b形成在通過例1或2得到的壓電陶瓷4a的兩個主表面上，由此得到壓電陶瓷元件4。結(jié)果，由絕緣材料制成的上下基片6a和6b分別通過使用環(huán)氧基粘劑8被固定到壓電陶瓷元件4的上下主表面上，用于支持其間的壓電陶瓷元件4。外部電極10形成在壓電陶瓷元件4的外部表面上，內(nèi)部電極4b印刷到該外部電極10，由此得到壓電振蕩器2。
如圖3所示，當(dāng)上基片由介質(zhì)基片形成，而外部電極10另外設(shè)置在壓電振蕩器2的上表面的中心時，可以得到具有電容器功能的壓電振蕩器2。為了用作振動區(qū)域，上下基片6a和6b都提供有凹部，用于形成腔。
權(quán)利要求
1．一種壓電陶瓷，包含鈦酸鉛作為主要成份，其特征在于所述主要成份含有鈦氧化物結(jié)晶相。
2．如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷，其特征在于鈦氧化物結(jié)晶相的平均晶粒尺寸是4-28μm。
3．一種生產(chǎn)壓電陶瓷的方法，其特征在于包含，在1230-1245℃燒制由壓電陶瓷制成的致密物，所述致密物主要地含有鈦酸鉛。
4．一種用于生產(chǎn)壓電陶瓷的方法，其特征在于包含下面的步驟(1)到(5)(1)混合含有鉛氧化物的壓電陶瓷材料和鈦氧化物，由此產(chǎn)生混合物；(2)燒制混合物，由此產(chǎn)生煅燒產(chǎn)物；(3)擠壓煅燒產(chǎn)物，并將鈦氧化物粉末和粘結(jié)劑加入煅燒產(chǎn)物，由此產(chǎn)生含粘結(jié)劑的混合物；(4)模制含粘結(jié)劑的混合物，由此產(chǎn)生致密物；及(5)燒制致密物。
5．一種壓電振蕩器，包含絕緣基片，壓電陶瓷元件，引線端子和覆蓋壓電陶瓷元件的外部樹脂，其特征在于絕緣基片上具有印刷電極；壓電陶瓷元件包含如權(quán)利要求1或2所述的壓電陶瓷，以及形成在陶瓷的兩個主表面上，并電氣連接到所述印刷電極的電極；及引線端子電氣連接到印刷電極。
6．一種壓電振蕩器，包含壓電陶瓷元件，夾著壓電陶瓷元件的上下基片，以及外部電極，其特征在于壓電陶瓷元件包含如權(quán)利要求1或2所述的壓電陶瓷，以及形成在壓電陶瓷的兩個主表面上的內(nèi)部電極，及外部電極電氣連接到內(nèi)部電極，并形成在壓電陶瓷元件的側(cè)面以及上下基片的側(cè)面上。
全文摘要
一種壓電陶瓷，包含鈦酸鉛作為主要成分，其中主要成分含有鈦氧化物結(jié)晶相。用于生產(chǎn)陶瓷的方法，并且還揭示了使用陶瓷的壓電振蕩器。
文檔編號H03H9/17GK1237561SQ99107109
公開日1999年12月8日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日
發(fā)明者奧田章人, 高村明修, 木田雅隆, 河野芳明 申請人:株式會社村田制作所