DE10140396B4

DE10140396B4 - Gesinterter Piezoelektrischer Keramikpressling, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE10140396B4
Application number: DE2001140396
Authority: DE
Inventors: Isamu Nagaokakyo Yoshizawa; Katsuhiro Nagaokakyo Horikawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: KR20020014775A; JP2002060269A; DE10140396A1; FR2813075A1; FR2813075B1; KR100434418B1; US20020041132A1; US6454959B1; CN1188918C; JP3783534B2; CN1339829A

Abstract

Gesinterter piezoelektrischer Keramikpressling, dessen Keramikwerkstoff aus einer Festlösung mit einer Primärverbindung besteht, die sich aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb(Ma, Md)O₃ zusammensetzt,
wobei ein Stoffmengenanteil des Pb von 0 bis zu 20 Molprozent durch mindestens ein Element aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ersetzt ist,
wobei Ma Mn ist und Md mindestens ein Element ist, das aus der aus Nb, Sb, Ta und W bestehenden Gruppe ausgewählt ist,
wobei die Festlösung ein tetragonales Kristallsystem aufweist,
wobei 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 gilt, wenn der Molanteil von Mn, Nb, Sb, Ta und W durch A, B, C, D und E dargestellt wird, und
wobei der Keramikpressling in einem ungesättigten polarisierten Zustand ist, in dem der elektromagnetische Kopplungsfaktor 80% oder weniger des elektromechanischen Kopplungsfaktors eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpresslings in gesättigtem polarisiertem Zustand entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling, dessen Keramikwerkstoff aus einer Festlösung mit einer Primärverbindung besteht und der vorteilhafterweise einen relativ niedrigen elektromechanischen Kopplungsfaktor und eine höhere thermische Stabilität der Resonanzfrequenz aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Keramikpreßlings sowie schließlich die Verwendung dieses Keramikpreßlings für eine piezoelektrische Keramikvorrichtung mit Oberflächenelektroden.
In der Vergangenheit wurden zur Herstellung von Filtern oder Oszillatoren, bei denen Körper- oder Oberflächenwellen eingesetzt werden, gesinterte piezoelektrische Keramikpreßlinge verwendet, die durch Hartbrennen eines piezoelektrischen Keramikwerkstoffs hergestellt wurden, der aus Bleititanatzirkonat, d. h. PbZrO₃-PbTiO₃, und einer darin aufgelösten Perowskit-Komplexverbindung mit Bleizusatz, d. h. Pb(Ma_XMd_Y)O₃ zusammengesetzt ist (wobei Ma mindestens ein zwei- oder dreiwertiges Element und Md mindestens ein fünf- oder sechswertiges Element ist).
Da ein gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling, der durch Hartbrennen eines piezoelektrischen Keramikwerkstoffs hergestellt wird, der Mn als Ma – eine Akzeptorverbindung – enthält, unter den gesinterten piezoelektrischen Preßlingen mit Bleititanatzirkonatzusatz eine relativ niedrige Dämpfung aufweist, ist der oben beschriebene gesinterte piezoelektrische Keramikpreßing in großem Umfang in verschiedenen Anwendungen eingesetzt worden.
Darüber hinaus sind Versuche mit verschiedenen jeweils modifizierten Zusammensetzungen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs durchgeführt worden, um die Resonanzeigenschaften dieser gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlinge zu verbessern.

So ist beispielsweise in der in Japan veröffentlichen nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 5-327397 gezeigt worden, daß eine Oberflächenvorrichtung mit höheren Resonanzeigenschaften, mit einer davon abhängigen Temperatur und einer thermischen Stabilität hergestellt werden kann, wenn ein piezoelektrischer Keramikwerkstoff verwendet wird, der durch die Formel (Pb_1-xMe_x){(Mn_1/3Nb_2/3)_aTi_bZr_c}O₃ dargestellt wird, wobei Me mindestens ein Element ist, das aus einer aus Ca, Ba und Sr bestehenden Gruppe ausgewählt wurde, und x, a, b und c 0,005 ≤ x ≤ 0,10, 0,01 ≤ a ≤ 0,14, 0,40 ≤ b ≤ 0,60, 0,26 ≤ c ≤ 0,59 und a + b + c = 1,00 erfüllen.

Darüber hinaus ist in der in Japan veröffentlichten nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 5-24916 ein Werkstoff gezeigt worden, der mindestens eine SiO₂-Verbindung mit einem Massenanteil von 0, 005 bis 0, 040 Gew.% und Al₂O₃ mit einem Massenanteil von 0,005 bis 0,040 Gew.% als piezoelektrischen Keramikwerkstoff mit {PbSr} {(TiZr)(MnNb)}O₃-Zusatz enthält, was die Schwankung der elektrischen Eigenschaften verkleinert.

Gesinterte piezoelektrische Preßlinge, die aus diesen piezoelektrischen Werkstoffen hergestellt sind, haben relativ höhere Eigenschaften, wie Resonanzeigenschaften und deren thermische Stabilität, und können daher vorteilhaft für verschiedene industrielle Anwendungen eingesetzt werden.

Wenn jedoch ein herkömmlicher gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling mit – wie oben beschrieben – relativ höheren Temperatureigenschaften zur Herstellung eines Filters schmaler Bandbreite verwendet wird, der bessere Temperatureigenschaften als ein Filter breiter Bandbreite haben muß, kann es in einigen Fällen zu einem Problem kommen, daß nämlich die zentrale Übertragungswellenlänge im Filter beträchtlich variiert.

Da außerdem der oben beschriebene herkömmliche gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling einen relativ hohen elektromechanischen Kopplungsfaktor in einem Zustand aufweisen muß, in dem der Grad der Polarisierung gesättigt ist, sich also in dem oben beschriebenen Zustand befindet, kann es ein Problem geben, daß nämlich ein Filter schmaler Bandbreite oder ein hochpräziser Oszillator, die beide ein kleines Gefälle zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz haben müssen, nicht zur Verfügung gestellt werden können.

Um den elektromechanischen Kopplungsfaktor zu verringern, wenn der Grad der Polarisierung ungesättigt ist, tritt darüber hinaus eine Verschlechterung des Resonanzwiderstands oder eine Erhöhung der Schwankung des Polarisierungsgrads auf, und infolgedessen können die Einfügungsdämpfungen des Filters erhöht werden, können die Schwingungen des Oszillators instabil werden oder kann die Produktionsleistung abnehmen.

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist in dem japanischen Patent Nr. 2783022, der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 104-273186 A und in der in Japan veröffentlichen Patentanmeldung JP 04-082310 A gezeigt worden, daß die Schwankung des Grads der Polarisierung verringert werden kann, indem ein geeignetes Polarisierungsverfahren für die Polarisierung von piezoelektrischen Preßlingen entwickelt wird.

Gemäß den in diesen Dokumenten aufgezeigten Verfahren kann der Grad der Polarisierung effektiv verringert werden. Allerdings läßt sich eine Verschlechterung des Resonanzwiderstands nicht vermeiden, wenn der Grad der Polarisierung verringert wird. Folglich kann die Einfügungsdämpfung des Filters zunehmen oder kann die Schwingung des Oszillators in eigenen Fällen instabil werden, wenn die oben erwähnten Verfahren auf einen piezoelektrischen Preßling zur Herstellung eines Filters oder eines Oszillators angewendet werden. Darüber hinaus muß bei der Herstellung von piezoelektrischen Produkten mindestens zwei Mal ein Polarisierungsschritt durchgeführt werden, und infolgedessen verlängert sich die für die Herstellung der piezoelektrischen Produkte benötigte Zeit nachteilig.

Aus der DE 44 42 598 A1 ist ein Keramikpreßling bekannt, der einen Aktuator bildet. Für diesen Keramikpreßling wird ein Keramikwerkstoff verwendet, der sich aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb(Ma, Md)O₃ zusammensetzt, wobei Ma Magnesium ist und Md ein Element aus der Gruppe Nb, Sb, Ta und W ist. Zusätzlich ist als Dotierungselement mit einem Anteil von 0,5 bis 2 Mol-% Mangan vorhanden. Insofern als es sich bei dem genannten Keramikpreßling jedoch um einen Aktuator handelt, ist die von der vorliegenden Erfindung angestrebte erhöhte Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz nicht von Nöten.

Weiterhin beschreibt die DE 198 28 438 C2 Dreikomponentensysteme zusammengesetzt aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb(Ma, Md)O₃, wobei die Komponenten derart gewählt werden, daß die Widerstandsfähigkeit der Keramik gegenüber hohen Spannungen und damit dielektrischen Durchschlägen erhöht wird und die Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert wird.

Schließlich beschreibt die DE 699 09 546 T2 den Zusatz von SiO₂ bzw. Al₂O₃ zu piezoelektrischen Keramiken, welche als Wandler bzw. Aktuator eingesetzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend die Lösung der oben beschriebenen Probleme und insbesondere die Bereitstellung eines piezoelektrischen Keramikpreßlings sowie eines Herstellverfahrens hierfür, der eine verbesserte Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz besitzt, insbesondere eine enge Filterbandbreite und die Schaffung hochpräziser Oszillatoren erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Keramikpreßlings gemäß Anspruch 4 gelöst. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung des Keramikpreßlings gemäß Anspruch 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.

Wenn konkret ein piezoelektrischer Keramikwerkstoff mit einer vorbestimmten Zusammensetzung und einem vorbestimmten Kristallsystem ausgewählt wird, kann eine höhere thermische Stabilität der Resonanzfrequenz eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings erreicht werden, der durch Hartbrennen des oben beschriebenen piezoelektrischen Keramikwerkstoffs hergestellt wird. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Verhältnis X/Y des Ma-Anteils X zum Md-Anteil mit dem stöchiometrischen Verhältnis zusammenfällt, kann der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz verringert werden. Wenn es sich bei dem Kristallsystem nicht um ein tetragonales Kristallsystem handelt und wenn ferner X/Y über das stöchiometrische Verhältnis hinaus erhöht wird, kann der Effekt, die Temperatureigenschaften zu verbessern, nicht erreicht werden.

Bei dem piezoelektrischen Keramikpreßling der vorliegenden Erfindung ist dabei Ma Mn und ist Md mindestens ein Element, das aus der aus Nb, Sb, Ta und W bestehenden Gruppe ausgewählt wurde. Wenn die Anteile von Mn, Nb, Sb, Ta und W durch A, B, C, D bzw. E dargestellt werden, erfüllt das Verhältnis von Akzeptor zu Donator, d. h. A/(B + C + D + 2E), auf molarer Basis 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1.

Wenn 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 erfüllt ist, kann der Effekt, die thermische Stabilität der Resonanzfrequenz des durch Hartbrennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs erhaltenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings zu verbessern, deutlicher ausfallen und eine Polarisierungsbehandlung kann leichter durchgeführt werden. Wenn A/(B + C + D + 2E) kleiner 0,525 ist, kann der Effekt, die Temperatureigenschaften zu verbessern, nicht erreicht werden und wenn im Gegensatz dazu A/(B + B + C + D + 2E) größer 1 ist, verschlechtern sich die isolierenden Eigenschaften des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings und in einigen Fällen kann es schwierig sein, eine Polarisierungsbehandlung durchzuführen.

Bei dem piezoelektrischen Keramikpreßling der vorliegenden Erfindung ist das in der oben beschriebenen Primärverbindung enthaltene Element Pb mit einem Stoffmengenanteil von Null bis ca. 20 Molprozent durch mindestens eine Verbindung ersetzt, die aus einer aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.

Wenn – wie oben beschrieben – eine Ersetzung erfolgt, können die Effekte, die Schwankungen des elektromechanischen Kopplungsfaktors, der Resonanzfrequenz und des Polarisierungsgrads des durch Hartbrennen des piezoelektrischen Werkstoffs erhaltenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings zu verringern, im Vergleich mit dem Fall deutlicher ausfallen, bei dem keine Ersetzung erfolgt. Wenn ein Stoffmengenanteil des Pb von ca. 1 bis 4 Molprozent ersetzt wird, kann darüber hinaus der Effekt, die Schwankungen zu verringern, weiter verbessert werden. Wenn ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von mehr als ca. 20 Molprozent ersetzt wird, kann in diesem Zusammenhang die Curietemperatur des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings gesenkt werden, und in einigen Fällen können die piezoelektrischen Eigenschaften des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings infolge der Temperatur, die bei Be- und Verarbeitungsvorgängen zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramikvorrichtung eingesetzt wird, verschwinden.

Bei dem piezoelektrischen Keramikpreßling der vorliegenden Erfindung sind in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Primärverbindung vorzugsweise ca. 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile SiO₂ und ca. 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile Al₂O₃ enthalten.

Der oben beschriebene SiO₂ und Al₂O₃-Anteil dient zur Verbesserung der Festigkeit des durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs erhaltenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings. Wenn der Anteil von SiO₂ und Al₂O₃ auf mehr als ca. 0,1 Gewichtsanteile erhöht wird, kann sich in einigen Fällen der unerwünschte Resonanzwiderstand des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings erhöhen.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erhält man einen erfindungsgemäßen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Sauerstoffkonzentration mit einem Volumenanteil von ca. 80 % oder mehr.

Der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling wird dabei in ungesättigtem polarisierten Zustand mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor verwendet, der ca. 80 % oder weniger des Kopplungsfaktors eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpresslings in gesättigtem polarisierten Zustand entspricht.

Insbesondere kann der Keramikpreßling für eine piezoelektrische Keramikvorrichtung verwendet werden, die Elektroden enthält, die auf die Oberflächen des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings aufgebracht wurden. Als derartige piezoelektrische Keramikvorrichtungen können beispielsweise ein Filter, eine Trapvorrichtung oder ein Oszillator genannt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Oszillator aus einem piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Filters aus einem piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 eine Vorderansicht eines Filter aus einem piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem elektromechanischen Kopplungsfaktor und dem Resonanzwiderstand zeigt, wenn der Grad der Polarisierung in dem Fall gesenkt wird, bei dem das Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks in einer Brennatmosphäre zur Herstellung eines gesinterten pie zoelektrischen Keramikpreßlings mit einer Zusammensetzung, die in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung vorbereitet wurde, verändert wird.

Im folgenden werden besondere Beispiele für einen piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

1 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt einen Oszillator 1 aus einem piezoelektrischen keramischen Preßling gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der in 1 gezeigte Oszillator 1, der den Scherungsschwingungsmodus verwendet, besteht aus einem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 3 in Form einer rechteckigen Platte, die durch eine Polarisierungsbehandlung in der durch Pfeil 2 angezeigten Richtung bearbeitet wurde, und die Schwingungselektroden 4 und 5 sind auf einzelnen größeren Flächen des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 3 angebracht. Die Schwingungselektroden 4 und 5 sind in der Längsrichtung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 3 an den gegenüberliegenden Endabschnitten angebracht. Wenn bei dem oben beschriebenen Oszillator 1 an die Schwingungselektroden 4 und 5 eine Spannung angelegt wird, wird der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling 3 entsprechend dem Scherungsschwingungsmodus in Schwingung versetzt.

2 ist eine perspektivische Explosionsansicht und zeigt einen Filter 6 aus einem piezoelektrischen Keramikpreßling gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der Filter 6 besteht aus einem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 7 in Form einer rechteckigen Platte. Auf einer größeren Fläche des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 werden eine erste Gruppe von Schwingungselektroden 8 und 9 und eine zweite Gruppe von Schwingungselektroden 10 und 11 ausgebildet. Die Schwingungselektrode 8 ist mit einer Anschlußelektrode verbunden, die in der Längsrichtung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 über die Anschlußleitung 13 an einem Endabschnitt ausgebildet wird, und die Schwingungselektrode 11 ist mit einer Anschlußelektrode 14 verbunden, die in der Längsrichtung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 über die Anschlußleitung 15 am anderen Endabschnitt ausgebildet wird. Die Schwingungselektroden 9 und 10 sind über eine Relaisleitung 16 miteinander verbunden.

Auf der anderen größeren Fläche des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 werden – obwohl dies in der Figur nicht gezeigt wird – eine erdungsseitige Schwingungselektrode gegenüber den Schwingungselektroden 8 und 9 der ersten Gruppe und eine erdungsseitige Schwingungselektrode gegenüber den beiden Schwingungselektroden 10 und 11 der zweiten Gruppe ausgebildet, und diese erdungsseitigen Schwingungselektroden sind beide mit einer erdungsseitigen Anschlußelektrode verbunden, die jeweils in der Längsrichtung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 an einem zentralen Abschnitt ausgebildet wird.

Der oben beschriebene gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling 7 wird in einer Aussparung 18, die in einem Keramikgehäuse 17 gebildet wird, untergebracht. In dem Keramikgehäuse 17 werden die Anschlußelektroden 19, 20 bzw. 21 ausgebildet, so daß sie von der Aussparung 18 an die Außenflächen reichen.

Darüber hinaus wird das Keramikgehäuse 17 mit einer Abdeckung 22 bedeckt und auf der Abdeckung 22 werden die Anschlußelektroden 23, 24 und 25 an Positionen ausgebildet, die denen der Anschlußelektroden 19, 20 bzw. 21 entsprechen.

Die Anschlußelektrode 12, die auf dem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 7 ausgebildet wird, wird mit der An schlußelektrode 19 in dem Keramikgehäuse 17 durch einen nicht in der Figur gezeigten leitfähigen Kleber verbunden. In ähnlicher, wie oben beschriebenen Weise wird die Anschlußelektrode 14 mit der Anschlußelektrode 20 durch einen leitfähigen Kleber verbunden. Außerdem werden die nicht in der Figur gezeigten erdungsseitigen Anschlußelektroden des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings durch einen leitfähigen Kleber mit der Anschlußelektrode 21 verbunden.

Zusätzlich wird die oben beschriebene Abdeckung 22 mit dem Keramikgehäuse 17 mit Hilfe eines Klebers klebend verbunden, um die Öffnung der Aussparung 18 abzudecken. Dementsprechend wird in der Aussparung 18 ein geschlossener Raum hergestellt, der den gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 7 aufnimmt. Des weiteren werden die Anschlußelektroden 19, 20 und 21 elektrisch mit den Anschlußelektroden 23, 24 bzw. 25 verbunden.

Wenn der oben beschriebene Filter 6 verwendet wird, werden die Anschlußelektroden 19 oder 23 und 20 oder 24 mit den Signalleitungen und die Anschlußelektrode 21 oder 25 mit der Erde verbunden.

Bei diesem Filter 6 wird um den gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 7 in dem Fall ein Hohlraum hergestellt, in dem ein dickeverbreitender Schwingungsmodus verwendet wird, und wenn andererseits ein Scherungsschwingungsmodus verwendet wird, wird ein Dämpfungswerkstoff, der beispielsweise aus Silikongummi besteht, bereitgestellt, damit mindestens ein Schwingungsbereich des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 abgedeckt ist und so unnötige Schwingungen gedämpft werden.

3 ist eine Vorderansicht und zeigt einen Filter 26 als eine piezoelektrische Keramikvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Filter 26 be steht aus einem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 27 mit einer Struktur, die im wesentlichen mit der des in 2 gezeigten gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 7 identisch ist. Gleiche Bezugsziffern der in 2 gezeigten Bestandteile bezeichnen gleiche Bestandteile, die für den gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 27 bereitgestellt wurden, und Doppelbeschreibungen davon entfallen.

Auf einer größeren Oberfläche des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 27 werden – wie dies bei dem in 2 gezeigten gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 7 der Fall ist – die Schwingungselektroden 8 bis 11, die Anschlußelektroden 12 und 14, die Anschlußleitungen 13 und 15 und eine Relaisleitung 16 bereitgestellt, und auf der anderen nicht in der Figur gezeigten größeren Oberfläche werden die erdungsseitigen Schwingungselektroden und eine erdungsseitige Anschlußelektrode bereitgestellt.

Darüber hinaus wird eine Anschlußklemme 28 mit der Anschlußelektrode 12 auf dem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling 27 durch Löten o. ä. verbunden, und zwar auf ähnliche Weise, wie die Anschlußklemme 29 mit der Anschlußelektrode 14 verbunden wurde. Ferner wird eine Anschlußklemme 30 mit der in der Figur nicht gezeigten erdungsseitigen Anschlußelektrode des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 27 verbunden.

Wenn der oben beschriebene Filter 26 verwendet wird, werden die Anschlußklemmen 28 und 29 mit den Signalleitungen und die Anschlußklemme 30 mit der Erde verbunden.

Wenn in dem Filter 26 außerdem ein Scherungsschwingungsmodus verwendet wird, wird ein in der Figur nicht gezeigtes Dämpfungsmaterial, das beispielsweise aus Silikongummi besteht, auf einer Oberfläche des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings 27 bereitgestellt.

Um die gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlinge 3, 7 und 27, die in den piezoelektrischen Keramikvorrichtungen, wie Oszillator 1 und Filter 6 und 26, bereitgestellt werden, auszubilden, wird ein gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling, den man durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs erhält, verwendet.

Da der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling vorzugsweise in ungesättigtem polarisierten Zustand verwendet wird, in dem der elektromechanische Kopplungsfaktor ca. 80 % oder weniger dem in gesättigtem polarisierten Zustand erreichten Kopplungsfaktor entspricht. Grund dafür ist, daß ein Verfahren für die Senkung des Grads der Polarisierung eingesetzt wird, um einen niedrigen elektromechanischen Kopplungsfaktor zu erhalten, der beispielsweise für einen Schmalbandfilter benötigt wird.

Darüber hinaus ist ein gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling vorzuziehen, der durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs in einer Atmosphäre von ca. 80 Prozent oder mehr Sauerstoffvolumen hergestellt wird. Durch das Brennen in dieser oben beschriebenen Sauerstoffatmosphäre nimmt der Resonanzwiderstand nicht signifikant zu, auch wenn der Grad der Polarisierung gesenkt wird, so daß der elektromechanische Kopplungsfaktor ca. 80 % oder weniger als der Kopplungsfaktor in polarisiertem Zustand beträgt. Wenn dementsprechend beispielsweise ein Filter unter Verwendung des oben beschriebenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings hergestellt wird, kann der Einfügungsverlust dieses Filters gesteuert werden, damit er nicht signifikant zunimmt.

Der piezoelektrische Keramikwerkstoff für die Herstellung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings ist eine Fest lösung mit einer Primärverbindung, die sich aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb (Ma_XMd_Y)O₃ zusammensetzt (wobei Ma mindestens ein zwei- oder dreiwertiges Element und Md mindestens ein fünf- oder sechswertiges Element ist). Das Kristallsystem dieser Festlösung ist dabei ein tetragonales Kristallsystem, und das Verhältnis X/Y, also das Verhältnis des Ma-Anteils X zum Md-Anteil Y, ist größer als das stöchiometrische Verhältnis.

Wenn das Verhältnis X/Y das stöchiometrische Verhältnis übersteigt, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Verhältnis X/Y kleiner-gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist, lassen sich höhere Temperatureigenschaften erzielen, die für Schmalbandfilter erforderlich sind. Der Grund dafür, warum das Kristallsystem dieser Festlösung auf das tetragonale Kristallsystem beschränkt ist, liegt darin, daß der Effekt, die Temperatureigenschaften zu verbessern, nicht erzielt werden kann, wenn das Kristallsystem kein tetragonales Kristallsystem ist und wenn auch das Verhältnis X/Y größer als das stöchiometrische Verhältnis ist.

Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Keramikwerkstoff sollte Ma Mn sein und Md mindestens ein Element, das aus der aus Nb, Sb, Ta und W bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.

Wenn der Anteil von Mn durch A dargestellt wird und der Anteil von Nb, Sb, Ta und W durch B, C, D bzw. E dargestellt ist, wird 0, 525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 als Molverhältnis erfüllt.

Der Grund dafür, daß 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 vorzuziehen ist, liegt darin, daß der Effekt, die Temperatureige_nschaften zu verbessern, nicht erzielt werden kann, wenn A/(B + C + D + 2E) kleiner 0,525 ist, und daß die elektrischen Isoliereigenschaften des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings aus dem piezoelektrischen Keramikwerkstoff ver schlechtert werden, wenn A/(B + C + D + 2E) größer 1 ist, und daß die Durchführung einer Polarisierungsbehandlung schwierig ist.

Wenn außerdem ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von mehr als Null bis ca. 20 Molprozent in der Primärverbindung des oben beschriebenen piezoelektrischen Keramikwerkstoffs durch mindestens ein Element aus der Gruppe Ca, Ba, Sr und La ersetzt wird, können die Schwankungen des elektromechanischen Kopplungsfaktors, der Resonanzfrequenz und des Grads der Polarisierung verringert werden. Wenn insbesondere ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von ca. 1 bis 4 Molprozent ersetzt wird, läßt sich der Effekt der Verringerung der Schwankung weiter verbessern.

Wenn ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von mehr als 20 Molprozent ersetzt wird, sinkt die Curietemperatur des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings, und aufgrund der Temperatur, die bei der Be- oder Verarbeitung zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramikvorrichtung eingesetzt wird, z. B. die Temperatur während einer Bearbeitungsstufe des Zinnaufschmelzens, können in einigen Fällen die piezoelektrischen Eigenschaften des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings verschwinden.

Wenn ferner in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Primärverbindung ca. 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile SiO₂ und ca. 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile Al₂O₃ in dem piezoelektrischen Keramikwerkstoff enthalten sind, kann die Festigkeit des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings verbessert werden. Wenn der Anteil von SiO₂ und Al₂O₃ jeweils mehr als ca. 0,1 Gewichtsanteile ausmacht, kann der Resonanzwiderstand in einigen Fällen unerwünscht steigen.

Im folgenden werden der piezoelektrische Keramikwerkstoff und der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf besonders detaillierte Beispiele beschrieben.

Für den piezoelektrischen Keramikwerkstoff wurden die Werkstoffe Pb₃O₄, SrCO₃, CaCO₃, BaCO₃, La₂O₃, ZrO₂, TiO₂, MnCO₃, Nb₂O₅, Sb₂O₃, Ta₂O₅, WO₃, Al₂O₃ und SiO₂ vorbereitet.
Damit diese Ausgangswerkstoffe die in Tabelle 1 bis 3 gezeigte Zusammensetzung aufweisen, wurden sie gemischt und pulverisiert und anschließend bei einer Temperatur von 800 bis 1.100 °C 1 bis 4 Stunden lang kalziniert. Die so erhaltenen kalzinierten Mischungen wurden pulverisiert, wodurch die in Tabelle 1-3 gezeigten, eine Festlösung enthaltenden Proben 1-70 aus den piezoelektrischen Keramikwerkstoffen erhalten wurden.
In Tabelle 1 bis 3 ist die Zusammensetzung der piezoelektrischen Keramikwerkstoffe der Testproben durch die Formel Pb_aZr_bTi_cMa_xMd_yO₃ + αSiO₂ + βAl₂O₃ angegeben, in der der Pb-Anteil a, der Zr-Anteil b, der Ti-Anteil c, der Mn-Anteil A, der Nb-Anteil B, der Sb-Anteil C, der Ta-Anteil D und der W-Anteil E in Molprozent gezeigt sind, und das „Pb ersetzende Element bzw. der ersetzende Anteil" in Molprozent ist in Bezug auf die 100 Molprozent von Pb aufgeführt. Ferner sind in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile von Pb_aZr_bTi_cMa_xMd_yO₃ der SiO₂-Anteil α und der Al₂O₃-Anteil β in Gewichtsanteilen aufgeführt.
Das Kristallsystem der Festlösung jeder Probe ist in der Tabelle 1 bis 3 ebenfalls aufgeführt. In diesem Zusammenhang bedeutet „MPB" das Vorhandensein einer Kristallphasengrenze zwischen einem tetragonalen und einem rhomboedrischen Kristallsystem.
In Tabelle 1 bis 3 entsprechen die Proben, die mit * gekennzeichnet sind, den Vergleichsbeispielen, die über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinausgehen.
Die entsprechenden Beispiele 1-70 der erhaltenen piezoelektrischen Keramikwerkstoffe wurden durch Hinzufügen eines geeigneten organischen Bindemittels pelletisiert und durch Preßformen wurden geformte Teile in der Form eines rechteckigen Parallelflachs mit 200 mm × 30 mm × 8,5 mm hergestellt.
In einem nächsten Schritt wurden diese geformten Teile 1 bis 5 Stunden lang bei 1.050 bis 1.250 °C in einer Sauerstoffatmosphäre gebrannt, wodurch gesinterte piezoelektrische Keramikpreßlinge entstanden. Nach dem Läppen dieser gesinterten Keramikpreßlinge wurden darauf Elektroden für die Polarisierung ausgebildet, und es erfolgte 30 bis 60 Minuten lang eine Polarisierungsbehandlung durch Anlegen eines elektrischen Felds von 1 bis 4 kV/mm an den gesinterten Keramikpreßling, der bei einer Temperatur von 80 bis 100 °C in Silikonöl getaucht war.
Bei den Proben 6, 12, 18, 24, 30, 55, 61, 67 und 73 konnte die Polarisierungsbehandlung unter den oben beschriebenen Bedingungen nicht durchgeführt werden, da die elektrischen Isoliereigenschaften der gesinterte Keramikpreßlinge dieser Proben verringert wurde. Dementsprechend erfolgte 30 Minuten lang eine Polarisierungsbehandlung durch Anlegen eines elektrischen Felds von 5,5 kV/mm an jeden der oben erwähnten gesinterten Keramikpreßlinge, die bei einer auf 60 °C gesenkten Temperatur in Silikonöl getaucht waren.
Als nächstes wurden die polarisierten gesinterten Keramik preßling mit einem Schneidwerkzeug in 5,1 mm lange, 1,7 mm breite und 0,3 mm dicke rechteckige Platten geschnitten, so daß die polarisierte Richtung davon entlang der Längsrichtung der Platte verlief, und anschließend wurden diese geschnittenen Platten poliert. Im Scherungsschwingungsmodus wurden die piezoelektrischen Eigenschaften der so hergestellten Prüfproben ausgewertet. Die Tabelle 4-6 zeigt die piezoelektrischen Eigenschaften der Proben 1-70.
Tabelle 4 bis 6 zeigt den elektromechanischen Kopplungsfaktor k₁₅ (%) in gesättigtem polarisierten Zustand, den elektromechanischen Kopplungsfaktor k₁₅ (%) in ungesättigtem polarisierten Zustand, den Resonanzwiderstand Z_r (Ω), den absoluten Wert |f₂-TC| (ppm/°C) des Temperaturkoeffizienten einer Resonanzfrequenz f_r in einem Temperaturbereich von –20 bis 80 °C, die Biegefestigkeit (MPa) durch eine Dreipunktbiegeprüfung sowie die einzelnen Schwankungen (Standardabweichungen) des elektromechanischen Kopplungsfaktors k₁₅ und der Resonanzfrequenz f_r. Diese Angaben wurden für fünfzehn Prüfproben ermittelt.
In der Tabelle 4 bis 6 sind die mit * gekennzeichneten Proben Vergleichsbeispiele, die über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinausgehen.
In 4 werden die Beziehungen zwischen dem elektromechanischen Kopplungsfaktor K₁₅ und dem Resonanzwiderstand Z_r einer Prüfprobe mit einer Zusammensetzung und einem Kristallsystem der Probe 4 (Tabelle 1) gezeigt. Die oben beschriebenen Beziehungen wurden erhalten, als die Sauerstoffkonzentration in der Brennatmosphäre, d. h. das Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks zum Gesamtdruck, 99, 80 bzw. 20 % betrug und der Grad der Polarisierung verringert wurde.
4 zeigt, daß bei einem Grad der Polarisierung, bei dem der gleiche elektromechanische Kopplungsfaktor K₁₅ erzielt wurde, der Resonanzwiderstand Z_r, der durch Brennen in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks von ca. 80 % oder mehr (eine Sauerstoffkonzentration mit einem Volumenanteil von ca. 80 oder mehr) erzielt wurde, niedriger war im Vergleich zu dem Resonanzwiderstand, der bei einem Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks von 20 % erzielt wurde (d. h. in dem Fall, bei dem keine Atmosphärenkontrolle durchgeführt wurde). Dementsprechend kann ein gesintertes Bauteil mit einem niedrigen Resonanzwiderstand, also einem niedrigen Verlust, erzielt werden, wenn ein gesinterter Keramikpreßling mit einem niedrigen elektromechanischen Kopplungsfaktor durch Steuerung des Grads der Polarisierung und durch Brennen in einer Atmosphäre mit einem Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks von ca. 80 % oder mehr hergestellt wird.
Wenn man gemäß Tabelle 1 bis 6 die Proben miteinander vergleicht, die ein tetragonales Kristallsystem haben, die gleichen Elemente aufweisen und ein unterschiedliches Ver hältnis des Ma-Anteils X zum Md-Anteil Y aufweisen, also ungleich A/(B + C + D + 2E) sind, wenn mit anderen Worten ein Vergleich der Proben 1 mit 6, der Proben 7 mit 12, der Proben 13 mit 18, der Proben 19 mit 24, der Proben 25 mit 30, der Proben 62 mit 67 bzw. der Proben 68 mit 73 durchgeführt wird, haben die Proben im Rahmen der vorliegenden Erfindung, d. h. die Proben mit A/(B + C + D + 2E) größer 0,500, einen niedrigeren Temperaturkoeffizient |f_r-TC| der Resonanzfrequenz f_r im Vergleich zu den Proben mit einem stöchiometrischen Verhältnis von 0,500, wodurch deutlich wird, daß die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz verbessert wurde.
Auch wenn in den Proben 50 mit 61 A/(B + C + p + 2E) größer war als das stöchiometrische Verhältnis von 0,500, konnte außerdem der Effekt, die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz zu verbessern, nicht erreicht werden.
Wie aus einem Vergleich zwischen den Proben 62 bis 73 und den Proben 1 bis 30 ersichtlich wird, konnte die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz durch Erhöhen des Werts von A/(B + C + D + 2E) – wie oben beschrieben – auf einen Wert höher als das stöchiometrische Verhältnis verbessert werden, auch wenn der Zr-Anteil b und der Ti-Anteil c verändert wurden.
Wenn in den tetragonalen Kristallsystemen der Proben 1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20 25, 26, 62, 63, 68 und 69 A/(B + C + D + 2E) < 0,525, erhöht sich |f_r – TC| auf 40 ppm/°C oder mehr, und daher sind sie nicht so geeignet für die Herstellung eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings, der in einem Schmalbandfilter eingesetzt werden kann, der eine höhere Genauigkeit der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz aufweisen muß.
Wenn wie in den Proben 6, 12, 18, 24, 30, 67 und 73 A/(B + C + D + 2E) > 1, kann eine Polarisierungsbehandlung unter typischen Polarisierbedingungen nicht problemlos durchgeführt werden.
Ferner wurde das Element Pb in der Primärverbindung der Zusammensetzung von Probe 4 in den Proben 31 bis 40 durch mindestens ein Element ersetzt, das aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde. Wenn Probe 4 mit den Proben 31 bis 40 verglichen wird, kann dementsprechend der oben beschriebene Austauscheffekt bestätigt werden. Bei Probe 4, bei der das Element Pb nicht ersetzt wurde, betrug die Schwankung von k₁₅ 0,24 %, und andererseits konnte bei den Proben 31 bis 36 und bei den Proben 38 bis 40, bei denen ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von ca. 20 Molprozent oder weniger in der Primärverbindung durch mindestens ein Element ersetzt wurde, das aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde, konnte die Schwankung von k₁₅ auf 0,01 bis 0,06 % verringert werden. Insbesondere konnte bei den Proben 31 bis 33 sowie 38 bis 40, bei denen ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von 1 bis 4 Molprozent ersetzt wurde, die Schwankung von k₁₅ auf 0,01 % verringert werden.
Darüber hinaus wurde die Schwankung von f_r vorzugsweise durch den Austausch des Elements Pb durch mindestens ein Element beeinflußt, das aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde. Bei Probe 4, bei der der oben beschriebene Austausch nicht erfolgte, betrug also die Schwankung von f_r 10 kHz, und andererseits konnte bei den Proben 31 bis 36 sowie bei den Proben 38 bis 40, bei denen ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von ca. 20 Molprozent oder weniger in der Primärverbindung durch mindestens ein Element ersetzt wurde, das aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde, die Schwankung von f_r auf 3 bis 6 kHz verringert werden. Insbesondere konnte dementsprechend bei den Proben 31 bis 33 sowie 38 bis 40, bei denen ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von 1 bis 4 Molprozent ersetzt wurde, die Schwankung von f_r auf 3 kHz verringert werden.
Bei der Probe 37, bei der ein Stoffmengenanteil des Elements Pb von ca. 20 Molprozent oder mehr ersetzt wurde, wurde die Curietemperatur gesenkt und daher die Probe geringfügig von der Wärme beeinflußt. Dementsprechend nahmen die Schwankungen von k₁₅ und f_r zu.
Der Effekt nach dem Hinzufügen von SiO₂ und Al₂O₃ zu der Primärverbindung des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs läßt sich durch einen Vergleich der Proben 91 bis 49 mit der Probe 4 bestätigen, die eine entsprechende Zusammensetzung aufweist, außer daß die oben erwähnten Verbindungen nicht vorhanden waren.
Bei einem Vergleich der Biegefestigkeit hatte Probe 4 eine Biegefestigkeit von 92 MPa, während die Proben 41 bis 49 eine Biegefestigkeit von 95 MPa oder mehr aufwiesen. Bei den Proben 42 bis 45 sowie 47 bis 49, die 0,003 oder mehr Gewichtsanteile SiO₂ und 0,003 oder mehr Gewichtsanteile Al₂O₃ enthielten, erhöhte sich die Biegefestigkeit auf 105 MPa oder mehr.
Bei den Proben 45 und 49, die SiO₂ und Al₂O₃ mit einem Anteil von jeweils über 0,1 Gewichtsanteilen aufwiesen, ver schlechterten sich die Sintereigenschaften, und darüber hinaus wurde der Resonanzwiderstand auf mehr als 5 Ω erhöht. Infolgedessen ist der Anteil von SiO₂ und Al₂O₃ vorzugsweise 0,1 Gewichtsanteile oder weniger.
Der Pb-Anteil a im piezoelektrischen Keramikwerkstoff der vorliegenden Erfindung weist ein gewisses Maß an Toleranz auf. Wie die Proben 74 und 75 zeigen, wurden die Eigenschaften des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings nicht signifikant beeinflußt, auch wenn der Pb-Anteil a in einem Bereich von 93 bis 101 Mol verändert wurde. In diesem Zusammenhang kam es leicht zu einer Deformation des gesinterten Keramikpreßlings, wenn der Pb-Anteil a über den oben erwähnten Bereich erhöht wurde, und andererseits wurde deutlich, daß ein zufriedenstellender dicht gesinterter Keramikpreßling mit Schwierigkeit zu erzielen war, wenn der Anteil unter den oben erwähnten Bereich verringert wurde.
Die vorliegende Erfindung bezog sich bisher auf bestimmte Beispiele. Jedoch ist der piezoelektrische Keramikwerkstoff und der durch Brennen dieses Werkstoffs erhaltene gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling nicht auf die oben beschriebenen Beispiele begrenzt, und im Rahmen der vorliegenden Erfindung lassen sich verschiedene Modifikationen durchführen.
Außerdem ist der Schwingungsmodus, der bei einer piezoelektrischen Keramikvorrichtung verwendet wird, die unter Verwendung des gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, nicht auf einen Scherungsschwingungsmodus begrenzt, und ein Schwingungsausbreitungsmodus, ein Dickeverbreiterungsmodus oder eine Oberflächenwelle können beispielsweise ebenfalls eingesetzt werden. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung auf jede Art von Schwingungsmodus angewendet werden.
Darüber hinaus wird der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling der vorliegenden Erfindung nicht nur auf einen Filter oder einen Oszillator, sondern auch auf ein anderes Bauelement mit piezoelektrischen Eigenschaften, wie eine Trapvorrichtung, angewendet. Insbesondere kann der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling der vorliegenden Erfindung vorteilhaft bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein niedriger elektromechanischer Kopplungsfaktor und höhere Temperatureigenschaften erforderlich sind. Wie vorstehend beschrieben, besteht der piezoelektrische Keramikwerkstoff des Preßlings aus einer Festlösung mit einer Primärverbindung, die aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb(Ma_XMd_Y)O₃ besteht, wobei Ma mindestens ein zwei- oder dreiwertiges Element und Md mindestens ein fünf- oder sechswertiges Element ist. Das Kristallsystem dieser Festlösung ist dabei ein tetragonales Kristallsystem, und das Verhältnis X/Y, also das Verhältnis des Ma-Anteils X zum Md-Anteil Y, ist größer als das stöchiometrische Verhältnis. Wie aus den Resultaten der oben beschriebenen Beispiele ersichtlich ist, läßt sich die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz in einem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling, der durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs erhalten wurde, senken. Infolgedessen kann man eine piezoelektrische Keramikvorrichtung mit einer höheren Temperaturstabilität der Resonanzfre quenz, wie einen Filter, erhalten, indem man den gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling verwendet.
Bei dem piezoelektrischen Keramikpreßling ist der Effekt, die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz zu verbessern, dann deutlicher, wenn Ma Mn ist und Md mindestens ein Element ist, das aus der aus Nb, Sb, Ta und W bestehenden Gruppe ausgewählt wurde, und wenn der jeweilige Anteil davon durch A, B, C, D und E, 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 auf Molbasis dargestellt ist, und darüber hinaus kann eine Polarisierungsbehandlung leichter durchgeführt werden.
Wenn ein Stoffmengenanteil des in der Primärverbindung des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs der vorliegenden Erfindung enthaltenen Elements Pb von mehr als Null bis ca. 20 Molprozent durch ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Ca, Ba, Sr und La ersetzt wird, kann der Effekt der Verringerung der Schwankungen des elektromechanischen Kopplungsfaktors und der Resonanzfrequenz verbessert werden.
Wenn ferner in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Primärverbindung 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile SiO₂ und 0,003 bis 0, 1 Gewichtsanteile Al₂O₃ in dem piezoelektrischen Keramikwerkstoff der vorliegenden Erfindung enthalten sind, kann die Festigkeit des erhaltenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings verbessert werden.
Wenn ein gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling durch Brennen des piezoelektrischen Keramikwerkstoffs der vorliegenden Erfindung in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Sauerstoffkonzentration mit einem Volumenanteil von ca. 80 % oder mehr hergestellt wird, erhöht sich der Reso nanzwiderstand nicht signifikant, auch wenn sich der gesinterte piezoelektrische Keramikpreßling in ungesättigtem polarisierten Zustand mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor von ca. 80 % oder weniger im Vergleich zu einem gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßling in gesättigtem polarisierten Zustand befindet. Wenn außerdem ein Filter unter Verwendung des oben beschriebenen gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings hergestellt wird, kann der Einfügungsverlust davon verringert werden. Wenn dementsprechend ein gesinterter piezoelektrischer Keramikpreßling in einen ungesättigten polarisierten Zustand mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor versetzt wird, der ca. 80 % oder weniger des eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings in gesättigtem polarisierten Zustand entspricht, kann durch Verwendung dieses gesinterten piezoelektrischen Keramikpreßlings eine piezoelektrische Keramikvorrichtung hergestellt werden, die – wie ein Schmalbandfilter – einen niedrigen elektromechanischen Kopplungsfaktor haben muß.

Claims

Gesinterter piezoelektrischer Keramikpressling, dessen Keramikwerkstoff aus einer Festlösung mit einer Primärverbindung besteht, die sich aus PbTiO₃, PbZrO₃ und Pb(Ma, Md)O₃ zusammensetzt, wobei ein Stoffmengenanteil des Pb von 0 bis zu 20 Molprozent durch mindestens ein Element aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ersetzt ist, wobei Ma Mn ist und Md mindestens ein Element ist, das aus der aus Nb, Sb, Ta und W bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei die Festlösung ein tetragonales Kristallsystem aufweist, wobei 0,525 ≤ A/(B + C + D + 2E) ≤ 1 gilt, wenn der Molanteil von Mn, Nb, Sb, Ta und W durch A, B, C, D und E dargestellt wird, und wobei der Keramikpressling in einem ungesättigten polarisierten Zustand ist, in dem der elektromagnetische Kopplungsfaktor 80% oder weniger des elektromechanischen Kopplungsfaktors eines gesinterten piezoelektrischen Keramikpresslings in gesättigtem polarisiertem Zustand entspricht.
Keramikpressling nach Anspruch 1, wobei ein Stoffmengenanteil des in der Primärverbindung enthaltenen Pb von 1 bis 4 Molprozent durch mindestens ein Element ersetzt wird, das aus der aus Ca, Ba, Sr und La bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.
Keramikpressling nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sein Keramikwerkstoff in bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Primärverbin dung 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile SiO₂ und ca. 0,003 bis 0,1 Gewichtsanteile Al₂O₃ enthält.
Verfahren zur Herstellung des Keramikpresslings gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der piezoelektrische Keramikwerkstoff in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 80 gebrannt wird.
Verwendung des Keramikpresslings gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine piezoelektrische Keramikvorrichtung mit Oberflächenelektroden.