專利名稱：晶體－取向陶瓷的制造方法以及陶瓷層壓材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及晶體-取向陶瓷的制造方法，所述陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成；以及陶瓷層壓材料的制造方法，所述層壓材料中，晶體-取向陶瓷和內部電極層層壓。
背景技術：
過去，壓電陶瓷已廣泛地應用于電子和機械電子的領域中。壓電陶瓷經(jīng)受所謂的極化處理，其中，將電場施加至鐵電陶瓷以便使鐵電疇在固定的方向上取向。在壓電陶瓷的情況下，為了通過極化處理在固定的方向上進行自發(fā)極化取向，各向同性的鈣鈦礦晶體結構是有利的，這是因為這種結構使得自發(fā)極化的方向能夠是三維的。因此，在實際應用中，大多數(shù)壓電陶瓷是各向異性的鈣鈦礦鐵電陶瓷。
目前已知有其中壓電陶瓷和內電極層交替堆放的陶瓷層壓材料。所述陶瓷層壓材料例如在汽車中注入燃料的噴嘴中用作層狀壓電元件。在所述噴嘴等等的應用中，要求開發(fā)具有更高功率的層狀壓電元件。
先前，為了增加層狀壓電元件的功率，業(yè)已開發(fā)出了其中特定的晶面進行取向的晶體-取向陶瓷作為壓電陶瓷(參見日本待審專利公開11-60333，11-199327，2001-106568和2003-12373)。
在制造晶體-取向的陶瓷時，將板狀基質材料用作晶種，以便通過將其用作模板而使晶體進行取向。
具體地說，如圖25所示，將晶種95用作模板可使晶體取向，通過形成包含壓電材料和片狀模板(晶種95)的漿料而制備生料片9，對生料片9進行干燥并煅燒，從而獲得晶體-取向的陶瓷。
然而，如圖25所示，在利用模板制造晶體-取向陶瓷的方法中，當制備生料片9時，難以在壓電材料的漿料中均勻地分散作為模板的晶種95；因此，在生料片9內處于分散狀態(tài)的晶種95可能會不均勻。由于晶種95通常比壓電材料的顆粒大，因此晶種95易于沉淀，并且難以使晶種95分散于整個的生料片9中。因此，在煅燒后獲得的晶體-取向的陶瓷中，存在著壓電特性的不均勻性，于是將不可能獲得所希望的壓電特性。因此，即使將其應用于層狀壓電元件的壓電陶瓷時，也存在著晶體-取向的陶瓷不能提供足夠功率這樣的問題。
如圖26所示，在利用模板制造晶體-取向陶瓷的方法中，當生料片9在制備后進行干燥時，在晶種95周圍容易產(chǎn)生裂縫99。這樣的裂縫99將成為晶體-取向陶瓷開裂等等的原因，并且還存在著使晶體-取向陶瓷的壓電特性下降的可能性。由于在煅燒時壓電材料和模板的收縮因數(shù)不同，因此存在容易產(chǎn)生微空隙和內應力這樣的問題。
此外，在利用模板制造晶體-取向陶瓷的常規(guī)方法中，存在著花長時間進行煅燒以及增加制造成本這樣的問題。

發(fā)明內容
通過考慮所述的目前的問題完成了本發(fā)明，并且提供了一種晶體-取向陶瓷的新的制造方法，由此可在短時間內制造出晶體-取向陶瓷；另外還提供了陶瓷層壓材料的制造方法。
首先，本發(fā)明的第一個方面提供一種晶體-取向陶瓷的制造方法，所述陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且其中構成多晶物質的每個晶粒的晶面是取向的，該方法包括制造由壓電材料組成的生料片的片料制備步驟，其中所述材料通過煅燒形成鈣鈦礦結構的多晶物質，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層以使其與所述生料片接觸的結晶促進層形成步驟，其中所述結晶促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長，和通過對其上形成結晶-促進層的生料片進行煅燒制造晶體-取向陶瓷的煅燒步驟。
在本發(fā)明晶體-取向陶瓷的制造方法中，進行片料制備步驟、結晶-促進層形成步驟和煅燒步驟。在結晶-促進層形成步驟，形成包含結晶促進材料顆粒的結晶-促進層，以便其與生料片接觸，其中所述結晶促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
因此，在煅燒步驟，具有鈣鈦礦結構的多晶物質由生料片中的壓電材料形成，并且多晶物質中的晶?？山柚Y晶-促進材料顆粒生長。因此，多晶物質的取向度能夠增加，并且多晶物質的每一晶粒的晶面均能夠取向。
在結晶-促進層形成步驟，形成結晶-促進層，以便其與生料片接觸。換句話說，例如，可在生料片的表面上形成結晶-促進層。然而，在煅燒步驟，多晶物質的結晶顆粒的生長不僅在與生料片的結晶-促進層接觸的部分得以增強，而且在如生料片內部的其它部分也得以增強。因此，在煅燒步驟，在晶體-取向陶瓷的表面和內部的晶粒都能夠完全取向，并且能夠獲得高取向度的晶體-取向陶瓷。
此外，本發(fā)明的晶體-取向陶瓷的制造方法能夠使得煅燒步驟的煅燒時間比利用常規(guī)模板的方法的煅燒時間短。換句話說，通過對其中分散有模板的生料片進行煅燒制造晶體-取向陶瓷的常規(guī)方法中，需要在希望的溫度對生料片保溫長達5小時，以便獲得晶體-取向的陶瓷。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的晶體-取向陶瓷的制造方法，能夠在如二小時的短煅燒時間內制得晶體-取向的陶瓷。此外，能夠省略傳統(tǒng)上要花很長時間的模板制備步驟。
因此，與常規(guī)方法相比，能夠在更短的時間內制得晶體-取向的陶瓷，并且能夠降低制造成本。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種晶體-取向的陶瓷的新的制造方法，借此能夠在短時間內制得晶體-取向的陶瓷。
另外，本發(fā)明的第二個方面提供一種陶瓷層壓材料的制造方法，所述陶瓷層壓材料由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且，其中晶體-取向的陶瓷層(其中構成多晶物質的每個晶粒的特定晶面是取向的)和內電極層交替堆疊，該方法包括制造層壓材料的層壓材料制造步驟，其中，將由壓電材料組成的生料片(其通過煅燒將形成鈣鈦礦結構的多晶物質)和電極-印刷層(printed layer)(其通過煅燒將形成內電極層)堆疊，和通過對所述層壓材料的煅燒制備陶瓷層壓材料的煅燒步驟，以及，在層壓材料-制備步驟，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層以便其與生料片接觸，其中所述結晶-促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
在本發(fā)明的第二個方面，進行層壓材料制造步驟和煅燒步驟。在層壓材料制造步驟，形成層壓材料，其中，將由壓電材料組成的生料片(其通過煅燒將形成鈣鈦礦結構的多晶物質)和電極-印刷層(其通過煅燒將形成內電極層)堆疊。此外，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層，以便其與生料片接觸。
因此，在煅燒步驟，與上述第一方面的情況相同，具有鈣鈦礦結構的多晶物質能夠由生料片中的壓電材料形成，并且多晶物質中的晶?？山柚Y晶-促進材料顆粒生長。因此，多晶物質的取向度能夠增加，并且多晶物質的每一晶粒的晶面均能夠取向。這時，多晶物質的結晶顆粒的生長借助結晶促進材料顆粒不僅在與生料片的結晶-促進層接觸的部分得以增強，而且在如生料片內部的其它部分也得以增強。因此，在煅燒步驟，晶體-取向陶瓷層的晶粒都能夠完全取向，并且能夠獲得高取向度的晶體-取向陶瓷層。
在煅燒步驟，如上所述，能夠形成晶體-取向的陶瓷層，并且能夠由電極-印刷層形成內電極層。
因此，能夠制造陶瓷層壓材料，其中，構成多晶物質的每一晶粒的晶面都取向的晶體-取向陶瓷層和內電極層交替堆疊。由于陶瓷層壓材料具有優(yōu)異取向度的晶體-取向陶瓷層，因此其能夠產(chǎn)生高功率。因此，例如，所述陶瓷層壓材料例如能夠適當?shù)貞糜谠谄囍凶⑷肴剂系膰娮熘小?br> 此外，在本發(fā)明的第二方面的陶瓷層壓材料的制造方法中，與上述第一方面一樣，可以使得煅燒步驟的煅燒時間比利用常規(guī)模板的方法的煅燒時間短。另外，還能夠省略模板的制備步驟。因此，陶瓷層壓材料能夠在更短的時間內以低成本制得。


圖1為圖解實施例1中生料片和結晶-促進層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖2為圖解實施例1中含有結晶-促進層的生料片的堆疊狀態(tài)的附圖。
圖3為圖解實施例1中結晶-取向陶瓷層壓材料的附圖。
圖4為圖解實施例中超聲波振蕩器的附圖。
圖5為以100倍放大倍數(shù)顯示實施例1中試樣E1(使用MgO2顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖6為以100倍放大倍數(shù)顯示實施例1中試樣E2(使用SiC顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖7為以100倍放大倍數(shù)顯示實施例1中試樣C1(沒有結晶-促進材料顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖8為圖解實施例2中包含模板顆粒(template particle)的生料片和結晶-促進層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖9為圖解實施例2中包含模板顆粒的生料片和分離層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖10a和10b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣E3(使用MgO2顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖11a和11b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣E4(使用SiC顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖12a和12b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣E5(使用TiO2顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖13a和13b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣E6(使用Al2O3顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖14a和14b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣E7(使用Si3N4顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖15a和15b分別為以50倍和100倍放大倍數(shù)顯示實施例2中試樣C2(沒有結晶-促進材料顆粒)的結晶狀態(tài)的電子顯微照片圖。
圖16為圖解實施例3中生料片和結晶-促進層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖17為圖解實施例4中陶瓷層壓材料整個構造的附圖。
圖18為圖解實施例4中層壓材料整個構造的附圖。
圖19為圖解實施例4中層壓材料堆疊部分構造的局部放大圖。
圖20為圖解實施例4中生料片、結晶-促進層、內電極層、分離層和粘結層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖21為圖解實施例5中生料片、內電極層、分離層和粘結層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖22為圖解實施例5中層壓材料堆疊部分構造的局部放大圖。
圖23為圖解實施例6中生料片、內電極層、分離層和粘結層堆疊狀態(tài)的附圖。
圖24為圖解實施例6中層壓材料堆疊部分構造的局部放大圖。
圖25為圖解其中模板(晶種)沉淀在生料片中的狀態(tài)的附圖。
圖26為圖解其中在生料片中模板(晶種)周圍產(chǎn)生裂縫的狀態(tài)的附圖。
詳細說明下面將詳細解釋本發(fā)明的實施例。
首先，在本發(fā)明的第一方面的制造方法中，能夠制造出晶體-取向陶瓷，所述陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且其中構成多晶物質的每個晶粒的晶面是取向的。另外，在本發(fā)明的第二方面的制造方法中，能夠制造出陶瓷層壓材料，其中，使晶體-取向的陶瓷層(其中與第一方面的晶體-取向陶瓷一樣，多晶物質的每個晶粒的晶面是取向的)和內電極層交替堆疊。
包含作為主要成分的鈣鈦礦結構的多晶物質例如包括作為主相包含各向同性鈣鈦礦化合物的多晶物質。
措詞“晶面取向”指的是如下狀態(tài)使每個晶粒進行排列，以致使包含作為主要成分的鈣鈦礦結構化合物的多晶物質的特定的晶面彼此平行(在下文將這樣的狀態(tài)稱為“平面取向”)；使每個晶粒取向，以致使特定的晶面與貫穿多晶物質的軸平行(在下文將這樣的狀態(tài)稱之為“軸取向”)。
在本發(fā)明的第一和第二方面中，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層，以便其與生料片接觸，其中所述結晶-促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。具體地說，例如，可在生料片的表面上形成結晶-促進層。做為選擇，可在生料片的內部以與生料片的片表面基本平行的層的形式形成結晶-促進層。
優(yōu)選的是，結晶-促進材料顆粒由選自TiO2、MgO2、Al2O3、Si3N4和SiC的一種或多種組成。
在此情況下，在結晶-促進層形成步驟之后的煅燒步驟，能夠使多晶物質內的晶粒充分生長而形成高取向度的晶體-取向陶瓷(晶體-取向陶瓷層)。
優(yōu)選的是，所述結晶-促進層包含2-10重量％的結晶-促進材料。
如果所述結晶-促進顆粒的含量低于2重量％的話，所獲得的晶體-取向陶瓷(晶體-取向陶瓷層)的取向度將不夠，并且，當應用于汽車等的噴嘴時，可能不能發(fā)揮出足夠的功率。另一方面，當結晶-促進材料顆粒的含量超過10重量％的話，將不能夠獲得與結晶-促進材料顆粒的含量相當?shù)男Ч⑶?，有可能使結晶-促進材料顆粒成本無意義地增加。另外，當過量地增加結晶-促進材料顆粒，可能會對晶體-取向陶瓷(晶體-取向陶瓷層)的壓電特性產(chǎn)生負作用。
在第一方面的晶體-取向陶瓷中，在制備晶體-取向陶瓷之后可以除去結晶-促進層的結晶-促進材料顆粒。然而，當以如上所述超過10重量％的過量量包含結晶-促進材料顆粒時，除去結晶-促進層的結晶促進材料顆?？赡軐⒆兊檬掷щy。
在第二方面的陶瓷層壓材料中，當以如上所述超過10重量％的過量量包含結晶-促進材料顆粒時，由于未反應的結晶-促進材料顆粒仍然留在其中，因此有可能不能發(fā)揮足夠的功率。
在第一和第二方面中，優(yōu)選的是，在結晶-促進層中結晶-促進材料顆粒的含量以包含在生料片中的壓電材料為100重量份計為0.1-2重量份。
當其含量低于0.1重量份時，晶體-取向陶瓷(晶體-取向陶瓷層)的取向度可能會不夠。另一方面，當所述含量超過2重量份時，結晶-促進材料顆粒的成本可能會無謂地增加。另外，在這種情況下，過量的結晶-促進材料顆粒，可能會對晶體-取向陶瓷(晶體-取向陶瓷層)的壓電特性產(chǎn)生負作用。
優(yōu)選的是，結晶-促進材料顆粒的平均粒徑為0.2-2微米。
當結晶-促進材料顆粒的平均粒徑小于0.2微米時，可能會使制造成本增加。另一方面，當平均粒徑大于2微米時，可能容易產(chǎn)生不良的分散。
優(yōu)選的是，生料片由鈣鈦礦化合物組成，并且包含模板顆粒，所述模板顆粒中，與構成多晶物質的每一晶粒的特定的晶面具有晶格相干性的晶面是取向的。
在這種情況下，由于晶體生長可通過結晶-促進材料顆粒和模板顆粒兩者協(xié)同地促進，因此，取向度能夠更進一步地增加。
晶格相干性可用晶格相干性比率來表示。
為了解釋晶格相干性，例如，用模板顆粒為金屬氧化物的例子來進行說明。換句話說，當在模板顆粒的取向平面的二維晶格中時，例如，由氧原子組成的晶格點或由金屬原子組成的晶格點，和在多晶物質內取向的特定晶面的二維晶格內由氧原子組成的晶格點或由金屬原子組成的晶格點具有類似的關系，在它們之間存在著晶格相干性。
晶格相干性比率表示將模板顆粒處的取向平面和在多晶物質處取向的特定晶面的類似位置處的晶格尺寸之間差的絕對值除以模板顆粒取向平面的晶格尺寸所獲得的基于百分率的值。
晶格尺寸為一晶面的二維晶格處的晶格點之間的距離，并且能夠通過X-射線衍射、電子束衍射等等對晶體結構進行分析而測量。通常，當晶格相干性比率變小時，模板顆粒與在多晶物質處取向的特定晶面的晶格相干性將變大，并且模板顆粒能夠以好模板起作用。
在生料片中模板的含量優(yōu)選在0.5-5重量％。當所述含量低于0.5重量％時，將有可能不能夠獲得通過模板顆粒來改善上述取向度的作用。另一方面，當含量超過5重量％時，有可能產(chǎn)生微空隙或內應力，或者可能會產(chǎn)生裂縫。
在第一方面中，進行片料制備步驟，結晶-促進層形成步驟和煅燒步驟。
在片料制備步驟，通過煅燒制備由壓電材料組成的生料片，其中所述材料形成鈣鈦礦結構的多晶物質。
例如，可借助刮涂法等等將漿液狀態(tài)的壓電材料以希望的厚度施加至薄膜上來制備生料片。另外，還可通過其它方法如擠壓成形法等等來制備。
在結晶-促進層形成步驟，形成包含結晶促進材料顆粒的結晶-促進層，以便其與生料片接觸，其中所述結晶促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
具體地說，例如，通過將包含結晶-促進材料顆粒的涂布材料印刷至生料片的至少一個表面上而形成結晶-促進層。
另外，還可在生料片內部或在兩片或更多生料片之間形成結晶-促進層。
具體地說，例如，通過制備生料片，在該生料片上形成結晶-促進層，并進一步在該結晶-促進層上以堆疊方式形成生料片，而形成結晶-促進層。
優(yōu)選的是，所述結晶-促進層包含與生料片壓電材料中基本相同成分的壓電材料。
在這種情況下，能夠制造出基本均勻成分和壓電特性、機械性能等等幾乎不會不均勻的晶體-取向陶瓷。
優(yōu)選的是，所述結晶-促進層包含結晶-促進材料顆粒和含通過煅燒被燒掉的可燃材料的分離材料；并且在結晶-促進層形成步驟，對其中形成結晶-促進層的生料片進行堆疊。
在這種情況下，在煅燒步驟，通過對堆疊狀態(tài)的生料片進行煅燒能夠制得堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷。由于可燃材料能夠在煅燒步驟中燒掉，因此，在煅燒步驟之后，在堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷之間能夠形成相對脆的層。因此，例如通過使超聲波振動作用于這些堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷上，能夠容易地使堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷分離成單個層狀的晶體-取向陶瓷。
因此，在這種情況下，通過一次煅燒能夠制備許多晶體-取向陶瓷，并且晶體-取向陶瓷的制備效率能夠提高。
優(yōu)選的是，所述分離材料由可燃材料組成。
在這種情況下，分離材料能夠從通過煅燒步驟獲得的、堆疊狀態(tài)的晶體-取向陶瓷的層間幾乎完全燃燒掉。因此，在煅燒后處于堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷能夠容易地分離。
優(yōu)選的是，所述分離材料是在壓電材料中分散有可燃材料的材料，其中壓電材料的成分與生料片中的基本相同。
在這種情況下，能夠形成堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷，其中，在煅燒后由壓電材料組成的多孔層堆疊在晶體-取向陶瓷的層之間。換句話說，能夠制備堆疊狀態(tài)的晶體-取向的陶瓷，其通過脆的、寬-開口多孔層與相鄰地堆疊的晶體-取向陶瓷連接。因此，為保證希望的強度，堆疊狀態(tài)的晶體-取向陶瓷變得易于處理，另外還使其成為其中堆疊狀態(tài)通過經(jīng)受機械或物理作用而易于破壞的晶體-取向陶瓷。
分離材料可包含粘結劑、分散劑、增塑劑、溶劑、以及脂肪和脂肪油等，以及可燃材料。
可燃材料例如包括碳顆粒、碳化有機材料顆粒等等。碳化有機材料顆粒是通過對樹脂顆粒、粉末有機材料顆粒等等進行碳化而制得的顆粒。
在煅燒步驟，通過對形成結晶-促進層的生料片進行煅燒而制得晶體-取向陶瓷。
在煅燒步驟，例如可通過在1080-1150℃保溫2-3小時而制備晶體-取向陶瓷。
如果所述煅燒溫度低于1080℃或煅燒時間小于2小時的話，所獲得的晶體-取向陶瓷的取向度將不夠，并且，當其應用于汽車等的噴嘴時，可能不能發(fā)揮出足夠的功率。另一方面，當煅燒溫度超過1150℃時，煅燒將過度。結果是，晶體將大于所希望的，并且有可能不能夠發(fā)揮足夠的功率。當煅燒時間超過3小時時，在本發(fā)明中在短時間內進行制備的作用將不能夠充分發(fā)揮。
接著，在第二方面中，進行層壓材料-制備步驟和煅燒步驟。在層壓材料制造步驟，形成層壓材料，其中，將由壓電材料組成的生料片(其通過煅燒將形成鈣鈦礦結構的多晶物質)和電極-印刷層(其通過煅燒將形成內電極層)堆疊。此外，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層以便其與生料片接觸，其中所述結晶-促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
在層壓材料-制備步驟，進行制備其上堆疊地形成有電極-印刷層的生料片的第一步驟，和進行在第一步之后通過堆疊多片所述生料片而制備層壓材料的第二步驟。
由此，能夠容易地制備其中內電極層和鐵電陶瓷層交替堆疊的陶瓷層壓材料。
具體地說，在第一步，例如通過利用刮涂法以希望的厚度將漿液狀態(tài)的壓電材料涂布至薄膜上以形成生料片，并且將包含例如選自Pt、Ag、Pd、Cu、Ni、Ag/Pd合金、Cu/Ni合金等等中至少一種的糊狀電極材料印刷至生料片上，可在生料片上堆疊地形成電極-印刷層。另外，以相同的方式，通過制備其上印刷有電極印刷層的多個生料片，并且在第二步驟對這些生料片進行堆疊，以便使電極-印刷層和生料片交替地堆疊，能夠制得層壓材料。
優(yōu)選的是，在第一步驟，在生料片的電極-印刷層上形成在堆疊時發(fā)揮粘結作用的粘結層。
在這種情況下，在堆疊時電極-印刷層和生料片之間的粘合，即其中形成電極-印刷層的生料片之間的連接由于粘結層的粘結作用而能夠得到改善。因此，層壓材料就堆疊區(qū)域的粘合而言是優(yōu)異的，并且能夠防止如在煅燒期間在堆疊區(qū)域產(chǎn)生脫層這樣的缺陷。
粘結層例如可通過印刷與生料片基本相同成分的印刷漿料而形成。
在第一步驟，在生料片和電極-印刷層之間形成結晶-促進層。
具體地說，通過在上述生料片上印刷形成結晶-促進層，并進一步在所獲得的結晶-促進層上印刷形成電極-印刷層而制得三-層結構的生料片。然后，在第二步驟，通過將多個具有三-層結構的生料片堆疊，可制得上述層壓材料。
在這種情況下，例如，通過印刷形成包含與生料片基本相同成分的結晶-促進材料顆粒的漿料，可形成結晶-促進層。
接著，優(yōu)選的是，粘結層是包含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層。
此外，優(yōu)選的是，電極-印刷層是包含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層。
在這種情況下，無需重新制備結晶-促進層，并且還能夠免除使用許多層。
優(yōu)選的是，在電極-印刷層周圍部分地形成其中電極-印刷層不存在的非-電極部分；并且在所述非-電極部分，形成間隔層，所述間隔層包含與生料片的壓電材料基本相同成分的壓電材料和結晶促進材料顆粒，并且其厚度與電極-印刷層基本相同。
在這種情況下，能夠免除在煅燒步驟之后在陶瓷層壓材料中的裂縫和脫層這樣的缺陷。此外，通過在煅燒期間使晶粒生長并取向，能夠形成晶體-取向的陶瓷層，這是因為接觸生料片的電極-印刷層和間隔層包含結晶-促進材料顆粒。此外，在下面將具體地描述細節(jié)。
當根據(jù)傳統(tǒng)制備在內電極兩端內有非-電極部分結構的陶瓷層壓材料時，在生料片上內電極兩端內的非-電極部分處不進行任何印刷操作。因此，在電極材料已印刷的部分和沒有印刷部分之間將存在水平剝離。因此，需要在堆疊的生料片處進行接觸-結合步驟，并且在接觸-結合步驟通過施加高壓使生料片變形，而使水平剝離橋接。此外，在上述接觸-結合方法中，將產(chǎn)生壓力負荷變得不均勻這樣的問題，并且接觸-結合的生料片的密度將變得不均勻，且在煅燒期間在陶瓷層壓材料中將容易發(fā)生開裂或剝離。
另一方面，當間隔層印刷在如上所述形成的非-電極部分的部分時，將包括成為電極-印刷層中非-電極部分的部分，最終，在整個變成與內電極層相同的層的印刷區(qū)域不會產(chǎn)生水平剝離。因此，無需通過高壓下的接觸-結合而橋接水平剝離，因此無需接觸-結合步驟。由此，能夠改善其制備的效率。
甚至當需要接觸-結合步驟時，在相對低的壓力下也能夠使層壓材料充分接觸-結合，這是因為在整個印刷區(qū)域沒有水平剝離，并且電極-印刷層能夠高精度地進行堆疊。由此，在層壓材料接觸區(qū)域密度的不均勻性幾乎沒有，并且，在晶體-取向陶瓷層中的開裂或脫層能夠得到抑制。
此外，電極-印刷層和間隔層能夠起如上所述結晶-促進層的作用，這是因為它們包含結晶-促進材料顆粒。
實施例實施例1接著，將利用圖1-7對本發(fā)明的實施例作進一步說明。
在該實施例中，制備晶體-取向陶瓷，所述陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且其中構成多晶物質的每個晶粒的晶面都取向。
在該實施例中，進行片料制備步驟，結晶-促進層形成步驟和煅燒步驟。在片料制備步驟，如圖1所示，通過煅燒制備由壓電材料組成的生料片1，其中所述材料形成鈣鈦礦結構的多晶物質。
在結晶-促進層形成步驟，如圖1所示，形成包含結晶促進材料顆粒151的結晶-促進層15以便其與生料片1接觸，其中所述結晶促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
在煅燒步驟，通過對其上形成有結晶-促進層15的生料片1進行煅燒而制得晶體-取向陶瓷10(參見圖4)。
特別是在該實施例中，通過對其上形成有結晶-促進層15的生料片1進行堆疊(參見圖2)，通過對堆疊的生料片1進行煅燒而制備晶體-取向陶瓷的陶瓷層壓材料100(參見圖3)，然后使陶瓷層壓材料100的堆疊結構斷裂(參見圖4)，而制備晶體-取向陶瓷(單板)10。
下面將描述該實施例中晶體-取向陶瓷的制備方法的細節(jié)。
該實施例的晶體-取向陶瓷10(參見圖4)由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構化合物(ABO3)的多晶物質組成。所述晶體-取向陶瓷10呈板狀，并且具有圓筒形狀，其面積為52平方毫米(直徑8.5毫米)，厚度為80微米。根據(jù)該實施例的制備方法，能夠制備除該實施例的圓筒形以外的各種形狀的晶體-取向陶瓷，所述形狀如圓形、四邊形和八角形。
在該實施例中，一開始進行生料片的制備步驟。
換句話說，如圖1所示，通過使壓電材料的漿料延伸成片狀而制備生料片1。在此，通過添加壓電材料(其在煅燒時形成鈣鈦礦結構的多晶物質)、粘結劑、少量增塑劑和消泡劑，然后將它們分散入有機溶劑中而制備漿料。在該實施例中，將已對材料組成進行調節(jié)以便在煅燒后形成鈣鈦礦-型化合物{Li0.04(K0.5Na0.5)0.96}(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3的材料用作壓電材料。
如圖1所示，用刮涂法將該漿料施加至承載膜11上而形成厚度為100微米的生料片1(片料-制備步驟)。
然后，制備包含通過煅燒將被燒掉的可燃材料，即碳顆粒的分離材料，并且將由MgO2組成的作為結晶-促進材料顆粒151的顆粒(平均粒徑0.8微米)分散于該分離材料中。通過將作為粘結劑的PVB(由Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha制造)混入作為脂肪和脂肪油的萜品醇(由Wako Pure Chemical Industries制造)中，利用混合-脫氣裝置對其攪拌2分鐘，然后擱置，直至PVB完全溶解為止，再添加碳顆粒和作為分散劑的SPAN 85(由Wako Pure Chemical Industries制造)，并再對其攪拌1分鐘而制備所述的分離材料。
然后，如圖1所示，將其中分散有結晶-促進材料顆粒151的分離材料絲網(wǎng)印刷至生料片1上，從而在生料片1上形成結晶-促進層15。如該圖所示，結晶-促進材料顆粒151分散于結晶-促進層15中。結晶-促進層15中結晶-促進材料顆粒151的含量約為5重量％。相對于100重量份壓電材料，結晶-促進材料顆粒151的量約為0.3重量份。
以如上所述相同的方式，制備總計100片生料片1，其中所述生料片上已形成結晶-促進層15。如圖2所示，將10片生料片1進行堆疊，以致使結晶-促進層15和生料片1交替堆疊。由此，制得了相鄰生料片1之間形成有結晶-促進層15的、堆疊狀態(tài)的生料片1。
然后，在大氣環(huán)境下于1120℃的煅燒溫度下對處于堆疊狀態(tài)的生料片1煅燒2小時，并在爐中冷卻(在煅燒步驟)。在該煅燒步驟中，鈣鈦礦型化合物的多晶物質由生料片1中的壓電材料形成，并且晶粒通過結晶-促進層15中的結晶-促進材料顆粒151生長并取向。在壓電材料的煅燒過程中，結晶-促進層15中的可燃材料被燒掉。
根據(jù)這樣的方法，獲得了示于圖3的晶體-取向陶瓷10的層壓材料100。
接著，如圖4所示，制備超聲波振蕩器2，其包括用于盛裝晶體-取向陶瓷的層壓材料的盛裝容器21和連接至容器底部背面的超聲振動板(在圖中未示出)。層壓材料100保持在充滿水即流體22的盛裝容器21中，并且使超聲振動板振動。由此，使層壓材料100中相鄰晶體-取向陶瓷10之間的插入結構被破壞，且如圖4所示，制得了單板的晶體-取向陶瓷10。該試樣稱為試樣E1。
在該實施例中，用與上述試樣E1相同的方式制備晶體-取向陶瓷(試樣E2)，所不同的是，改變結晶-促進材料顆粒的種類。通過利用作為結晶-促進材料顆粒的、由SiC組成的顆粒(平均粒徑0.6微米)制備試樣E2。
為了制造試樣E2，用與試樣E1相同的方式制備生料片和分離材料，并將由SiC組成的顆粒分散于分離材料中。然后，用與試樣E1相同的方式，通過進行結晶-促進層-形成步驟和煅燒步驟而制備處于堆疊狀態(tài)的晶體-取向陶瓷。此外，用與試樣E1相同的方式，通過超聲波振蕩器使堆疊層之間的插入結構破壞而制備單板的晶體-取向陶瓷(試樣E2)。
在下一實施例中，為了與試樣E1和試樣E2進行對比，不使用結晶-促進材料顆粒制備陶瓷板(試樣C1)。
為制備試樣C1，用與試樣E1相同的方式制備生料片和分離材料，并將分離材料絲網(wǎng)印刷至生料片上而形成分離層。分離層不含結晶-促進材料顆粒。然后，用與試樣E1相同的方式，將10片其上形成有分離層的生料片進行堆疊從而制備堆疊狀態(tài)的生料片。此外，用與試樣E1相同的方式進行煅燒步驟以制備堆疊狀態(tài)的陶瓷，然后，用與試樣E1相同的方式，通過用超聲波振蕩器使堆疊層之間的插入結構破壞而制備單板的陶瓷板(試樣C1)。
接著，對如上所述制得的每個試樣(試樣E1、試樣E2和試樣C1)的表面晶體狀態(tài)和取向度進行測量。
具體地說，利用激光顯微鏡(由Olympus Corporation制造)觀察晶體狀態(tài)。結果示于圖5-7中。
利用XRD(X-射線衍射裝置，由Rigaku Corporation制造)測量取向度。
結果是，試樣E1的取向度為19.5％，試樣E2的取向度為29.1％，試樣C1的取向度為3.4％。
由圖5和7可以發(fā)現(xiàn)，在通過形成含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層以便其接觸生料片而制備的試樣E1和試樣E2中，實現(xiàn)了構成多晶物質的晶粒生長，并且晶面取向。
由圖5-7和上述取向度可以發(fā)現(xiàn)，與沒有結晶-促進材料顆粒制備的試樣C1相比，試樣E1和E2具有更高的取向度。
如上所述，根據(jù)該實施例，通過形成含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層以便其接觸生料片，并對生料片進行煅燒，能夠制備其中構成多晶物質的每一晶粒的晶面是取向的晶體-取向陶瓷。
實施例2本實施例是通過在含模板顆粒的生料片上形成結晶-促進層而制備晶體-取向陶瓷的實施例。
本實施例中的晶體-取向陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構化合物的多晶物質組成{Li0.04(K0.5Na0.5)0.96}(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3，其呈板狀，并且，與實施例1一樣，具有圓筒形，其面積為52平方毫米(直徑8.5毫米)且厚度為80微米。
下面將利用圖8-15來描述本實施例中晶體-取向陶瓷的制備方法的細節(jié)。
首先，制備模板顆粒和壓電材料，所述模板顆粒由鈣鈦礦-型化合物組成，并且所述模板顆粒中與所制得的晶體-取向陶瓷的多晶物質的特定晶面(取向面)具有晶格相干性的晶面是取向的。作為模板顆粒和壓電材料，使用具有調整的組成，該組成在煅燒之后形成鈣鈦礦型化合物{Li0.04(K0.5Na0.5)0.96}(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3的組合物。
然后，使壓電材料、粘結劑、少量增塑劑和消泡劑混合，并分散入有機溶劑中以制備壓電材料的漿料。在將模板顆粒分散入所述漿料中之后，如圖8所示，通過刮涂法將該漿料施加至承載膜11上而形成厚度為100微米的生料片1。如該圖所示，模板顆粒19分散于生料片1中。模板顆粒19在生料片1中的含量約為5重量％。
然后，用與實施例1相同的方式，制備包含作為可燃材料的碳顆粒的分離材料，并且將由MgO2組成的顆粒作為結晶-促進材料顆粒分散于該分離材料中。使用與實施例1相同方式制得的分離材料。
然后，用與實施例1相同的方式，如圖8所示，將其中分散有結晶-促進材料顆粒的分離材料絲網(wǎng)印刷至生料片1上，從而形成結晶-促進層15。結晶-促進層15中結晶-促進材料顆粒151的含量約為5重量％。相對于每100重量份包含在生料片中的壓電材料，結晶-促進層中結晶-促進材料顆粒151的量約為0.3重量份。
此外，用與實施例1相同的方式，通過對其上形成有結晶-促進層15的10片生料片1進行堆疊而制備堆疊狀態(tài)的生料片1(參見圖2)，通過進行與實施例1相同條件下的煅燒步驟而制備晶體-取向陶瓷10的層壓材料100(參見圖3)。然后，用與實施例1相同的方式，通過利用超聲波振蕩器使層壓材料100的堆疊層之間的插入結構破壞而制備單板的晶體-取向陶瓷(參見圖4)。該試樣稱為試樣E3。
在下一實施例中，用與上述試樣E3相同的方式制備四種晶體-取向陶瓷(試樣E4-E7)，所不同的是，改變結晶-促進材料顆粒的種類。
通過利用作為結晶-促進材料顆粒的、由SiC組成的顆粒(平均粒徑0.6微米)制備試樣E4。
通過利用作為結晶-促進材料顆粒的、由TiO2組成的顆粒(平均粒徑0.8微米)制備試樣E5。
通過利用作為結晶-促進材料顆粒的、由Al2O3組成的顆粒(平均粒徑0.5微米)制備試樣E6。
通過利用作為結晶-促進材料顆粒的、由Si3N4組成的顆粒(平均粒徑1微米)制備試樣E7。
用與試樣E3相同的方式通過在其中分散有模板顆粒的生料片上形成含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層，對生料片進行堆疊，煅燒，然后利用超聲波振蕩器使堆疊層之間的結構破壞，制備試樣E4-E7。
在下一實施例中，為了與試樣E3-E7進行對比，不使用結晶-促進材料顆粒制備晶體-取向陶瓷(試樣C2)。
換句話說，如圖9所示，用與試樣E3相同的方式，制備其中分散有模板顆粒19的生料片1和分離材料，并將分離材料絲網(wǎng)印刷至生料片1上，從而形成分離層17。如該圖所示，分離層17不含結晶-促進材料顆粒。然后，用與試樣E3相同的方式，將10片其上形成了分離層的生料片1進行堆疊，從而制備堆疊狀態(tài)的生料片(參見圖2)。然后，用與試樣E3相同的方式進行煅燒步驟以制備晶體-取向陶瓷10的層壓材料(參見圖3)，然后，用與試樣E3相同的方式，通過用超聲波振蕩器使層壓材料的層之間的插入結構破壞而制備單板的陶瓷板(試樣C2)(參見圖4)。
然后，用與實施例1相同的方式，對如上所述制得的每個試樣(試樣E3-E7和試樣C2)在截面處的晶體狀態(tài)和取向度進行測量。晶體狀態(tài)的照片示于圖10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a和15b中，取向度的結果示于表1中。還將實施例1中得到的試樣E1、E2和C1的結果列于表1中。
表1

由圖10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a和15b可以知道，與不形成結晶-促進層制備的晶體-取向陶瓷試樣C2相比，通過在生料片上形成含結晶-促進材料顆粒的結晶-促進層而制得的晶體-取向陶瓷(試樣E3-E7)中，構成多晶物質的晶粒生長，并且晶面進行取向。由表1可以發(fā)現(xiàn)，與試樣C3相比，試樣E3-E7具有相同或更為優(yōu)異的取向度。特別是，與沒有結晶-促進層制得的試樣C2相比，將MgO2用作結晶-促進材料的試樣E3，使用SiO的試樣E4，使用Al2O3的試樣E6，和使用Si3N4的試樣E7提供了更高的取向度。
通過將模板顆粒分散于生料片中制得的試樣E3和沒有模板顆粒制得的試樣E1相比，或者在相同關系下試樣E4和試樣E2進行相比可以發(fā)現(xiàn)，通過使模板顆粒包含在生料片中能夠進一步改善晶體-取向陶瓷的取向度。
實施例3在實施例1和實施例2中，通過在生料片上形成結晶-促進層而制備晶體-取向陶瓷。本實施例是通過在生料片之間形成結晶-促進層而制備晶體-取向陶瓷的實施例。
具體地說，用與實施例1相同的方式，通過使用漿料制備厚度為100微米的兩個生料片。
然后，將由作為結晶-促進材料顆粒的由MgO2組成的顆粒(平均粒徑0.8微米)分散于已用于生料片的漿料中，并且如圖16所示，通過在一個生料片12上施加厚度約為10微米的漿料而形成結晶-促進層15。然后，將另一生料片13堆疊至結晶-促進層15上以制備三-層的生料片1。如該圖所示，本實施例的結晶-促進層15包含其成分與生料片12和13基本相同的壓電材料，和結晶-促進顆粒151，并且該促進層形成在生料片12和13之間以便與生料片12和13接觸。
此外，用與實施例1相同的方式制備分離材料，并通過將該分離材料絲網(wǎng)印刷至三-層的生料片1上而形成分離層17。然后，用相同的方式，制備10片其中形成了分離層17的三-層生料片1，并通過堆疊這些三-層生料片而制備堆疊狀態(tài)的生料片(參見圖2)。
然后，用與實施例1相同的方式，通過進行煅燒步驟而制備晶體-取向陶瓷的層壓材料(參見圖3)，并通過用超聲波振蕩器使堆疊層之間的插入結構破壞而制備單板的晶體-取向陶瓷(參見圖4)。
在如上所述獲得的晶體-取向陶瓷中，與實施例1的試樣E1和試樣E2一樣，構成多晶物質的每一晶粒的晶面均取向。
在本實施例中的單板的晶體-取向陶瓷其厚度約為實施例1和2中制得的單板晶體-取向陶瓷的兩倍，這是因為它們是通過在兩個生料片之間形成結晶-促進層而制得的。
實施例4如圖17所示，本實施例是制備其中晶體-取向陶瓷層31和內電極層32、33交替堆疊的陶瓷層壓材料3的實施例。所述晶體-取向陶瓷層31由含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成。在晶體-取向陶瓷層31中，構成多晶物質的每一晶粒的晶面均取向。
在堆疊方向上本實施例的陶瓷層壓材料3的兩端，用與晶體-取向陶瓷層31基本相同的材料形成保護層34、35。
在陶瓷層壓材料3的側面38，使內電極層32的外周端暴露，和不使內電極層33的外周端暴露，從而形成沒有電極的部分(非-電極部分36)。另一方面，在側面39，使內電極層33的外周端暴露，和不使內電極層32的外周端暴露，從而形成沒有電極的部分(非-電極部分36)。在堆疊方向交替地設置內電極層32和內電極層33，并且本實施例的陶瓷層壓材料3具有所謂的部分非電極部分結構。
盡管將部分非-電極部分結構用作本實施例中陶瓷層壓材料3的結構，但可以利用所謂的完全非-電極部分結構或其它不同的結構。
在本實施例陶瓷層壓材料3的制造方法中，進行層壓材料-制備步驟和煅燒步驟。
在層壓材料制造步驟，如圖18和19所示，制造層壓材料4，其中將生料片41與電極印刷層42和43堆疊，其中生料片41由壓電材料組成，其通過煅燒形成鈣鈦礦結構的多晶物質，電極-印刷層42和43通過煅燒形成內電極層32和33(參見圖17)。在層壓材料4中，形成包含結晶-促進材料顆粒451的結晶促進層45以便其與生料片41接觸，其中451使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。特別是，在本實施例的層壓材料的制造步驟中，進行第一步和第二步。在第一步，如圖20所示，制備生料片41，其上電極-印刷層42(43)是堆疊形成的。在第二步，如圖18和19所示，在第一步之后通過堆疊多個生料片41而制備層壓材料4。
在煅燒步驟，對層壓材料4進行煅燒以制備如圖17所示的陶瓷層壓材料3。
下面將描述本實施例陶瓷層壓材料制備方法的細節(jié)。
首先，添加壓電材料(其在煅燒時形成鈣鈦礦結構的多晶物質)、粘結劑、少量增塑劑和消泡劑，然后將其分散入有機溶劑中而制備壓電材料的漿料。在本實施例中，與實施例1一樣，將已對材料組成進行調節(jié)以便在煅燒后形成鈣鈦礦-型化合物{Li0.04(K0.5Na0.5)0.96}(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3的材料用作壓電材料。
然后，用與實施例1相同的方式，和圖20所示，通過刮涂法將漿料施加至承載膜49上而形成厚度為100微米的生料片41。將作為結晶-促進材料顆粒、由MgO2組成的顆粒(平均粒徑為0.8微米)分散于用來制備生料片41的漿料中，并以約10微米的厚度將該漿料施加至生料片41上而形成結晶-促進層45。
此外，將生料片41切成希望大小的片材，并在希望的位置印刷電極材料以形成電極-印刷層42(43)。將電極材料印刷至生料片41的一個表面上以便使該材料僅僅到達生料片41的一側。此時，在另一側上形成在煅燒后將變成非-電極部分36的非-形成部分465(參見圖17)。將糊狀的Ag/Pd合金用作電極材料。
在本實施例中，將厚度與電極-印刷層42(43)基本相同的間隔層印刷至非-形成部分465上。通過在厚度與電極-印刷層42(43)基本相同的非-形成部分465處印刷用來制備生料片41的漿料而形成間隔層46。
然后，在電極-印刷層42(43)和間隔層46上形成在堆疊時發(fā)揮粘結作用的粘結層47。通過在電極-印刷層42(43)和間隔層46上印刷用來制備生料片41的漿料而形成粘結層47。
由此，如圖20所示，制備生料片41，其上堆疊地形成結晶-促進層45，電極-印刷層42(43)，間隔層46和粘結層47。此外，用相同的方式制備100個生料片41。如該圖所示，將結晶-促進材料顆粒451分散于結晶-促進層45中，并且結晶-促進層45中結晶-促進材料顆粒451的含量約為5重量％。相對于100重量份生料片41的壓電材料，結晶-促進材料顆粒451的量約為0.3重量份。
接著，如圖18和19所示，通過使100片生料片41堆疊而制備層壓材料4，使得生料片41的層和電極-印刷層42(43)交替堆疊。此時，它們是交替堆疊的，使得電極-印刷層42和電極印刷層43交替地達到右端和左端。
然后，利用已用來制備生料片的漿料，通過刮涂法形成厚度為100微米的片料，從而使六片生料片用作保護層。如圖18所示，用作保護層411、412的這六片生料片的每三片在堆疊方向上在層壓材料4的兩端進行堆疊，換句話說，在頂端和底端進行堆疊。在用于保護層411、412的生料片處既沒有形成電極-印刷層也沒有形成間隔層。
由此，如圖18和19制得了層壓材料4。如這些圖所示，在層壓材料4中形成了含結晶-促進材料顆451的結晶-促進層45。
此外，對層壓材料4進行加熱以便進行脫脂。加熱脫脂在如下條件進行在70小時內漸漸地將溫度升至400℃，并在該溫度保溫5小時。由此除去了包含在生料片中90％或更多的粘結樹脂。
然后在脫脂后對層壓材料4進行煅燒。煅燒在大氣環(huán)境下于如下條件進行在70小時內漸漸地將溫度升至1120℃，并在該溫度保溫2小時。
結果是，如圖17所示，獲得了陶瓷層壓材料3，其中晶體-取向陶瓷層31和內電極層32、33交替堆疊。在陶瓷層壓材料3中，晶體-取向陶瓷層31由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構的化合物{Li0.04(K0.5Na0.5)0.96}(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3的多晶物質組成，并且構成多晶物質的每一晶粒的晶面進行取向。因此，本實施例的陶瓷層壓材料可用作高功率的層壓材料-型壓電元件，并且能夠應用于注入燃料等等的噴嘴。
實施例5本實施例是通過配制電極-印刷層中的結晶-促進材料顆粒而制備陶瓷層壓材料的實施例，其中電極-印刷層在煅燒后將變成內電極層。
具體地說，首先用與實施例4相同的方式制備圖21中所示的生料片51。
然后，通過將作為結晶-促進材料顆粒的由MgO2組成的顆粒(平均粒徑0.8微米)分散于糊狀Ag/Pd合金中、將生料片51切割成希望大小的片、然后在希望的位置印刷電極材料以形成電極-印刷層52(53)，而制備電極材料。通過將作為結晶-促進材料顆粒的由MgO2組成的顆粒(平均粒徑0.8微米)分散于用來制備生料片41的漿料中，在生料片51的非-形成部分565印刷該漿料而形成間隔層56。
此外，用與實施例4相同的方式，在電極-印刷層52(53)和間隔層56上形成在堆疊時發(fā)揮粘結作用的粘結層57。
以此方式，如圖21所示，制備生料片51，其上堆疊地形成電極-印刷層52(53)、間隔層56和粘結層57。如圖21所示，使結晶-促進材料顆粒551分散于電極-印刷層52(53)和間隔層56中，并且電極-印刷層52(53)和間隔層56形成結晶-促進層。電極-印刷層52(53)中結晶-促進材料顆粒的含量和間隔層56中結晶-促進材料顆粒的含量均約為5重量％。相對于100重量份生料片41的壓電材料，結晶-促進材料顆粒的量約為0.3重量份。
接著，用與實施例4相同的方式，通過制備100片生料片，并將其堆疊而制備層壓材料，其中該生料片中堆疊地形成有電極-印刷層、間隔層和粘結層。此外，通過沿堆疊方向在層壓材料的兩端即在頂端和底端堆疊保護性生料片而制備與實施例4相同的層壓材料。如圖22所示，在本實施例的層壓材料5中，形成含結晶-促進材料顆粒551的結晶-促進層(電極-印刷層52(53)和間隔層56)以便與生料片51接觸。
此外，用與實施例4相同的方式，對層壓材料進行加熱以便進行脫脂，然后對層壓材料進行煅燒以制備陶瓷層壓材料。
在本實施例中，如上所述，通過將結晶-促進材料顆粒分散于電極-印刷層和間隔層中，和使這些電極-印刷層和間隔層作為結晶-促進層而制備陶瓷層壓材料。
結果是，同樣是在本實施例中，能夠獲得陶瓷層壓材料，其中，構成晶體-取向陶瓷層的多晶物質的每一晶粒的晶面進行取向。
實施例6本實施例是通過配制粘結層中的結晶-促進材料顆粒而制備陶瓷層壓材料的實施例。
具體地說，首先用與實施例4相同的方式制備圖23中所示的生料片61。
然后，通過將生料片61切成希望大小的片，然后在希望的位置印刷電極材料(糊狀Ag/Pd合金)而形成電極-印刷層62(63)。用與實施例4相同的方式，通過將用來制備生料片61的漿料印刷在生料片的非-形成部分665而形成間隔層66。
然后，將作為結晶-促進材料顆粒的由MgO2組成的顆粒(平均粒徑0.8微米)分散于用來制備生料片的漿料中，并通過將該漿料施加至電極-印刷層62(63)和間隔層66上而形成粘結層67。
以此方式，如圖23所示，制備生料片61，其中堆疊地形成電極-印刷層62(63)、間隔層66和粘結層67。如該圖所示，在本實施例的粘結層67中、分散有結晶-促進材料顆粒671，并且粘結層67形成結晶-促進層。粘結層67中結晶-促進材料顆粒的含量約為5重量％。相對于100重量份生料片61的壓電材料，結晶-促進材料顆粒671的量約為0.3重量份。
接著，用與實施例4相同的方式，通過制備100片生料片，并將其堆疊而制備層壓材料，其中該生料片中堆疊地形成電極-印刷層、間隔層和粘結層。此外，通過沿堆疊方向在層壓材料的兩端即在頂端和底端堆疊保護性生料片而制備與實施例4相同的層壓材料。如圖24所示，在本實施例的層壓材料6中，形成含結晶-促進材料顆粒671的結晶-促進層(粘結層67)以便與生料片61接觸。
此外，用與實施例4相同的方式，對層壓材料進行加熱以便進行脫脂，然后對層壓材料進行煅燒以制備陶瓷層壓材料。
在本實施例中，如上所述，通過將結晶-促進材料顆粒分散于粘結層中，并將該粘結層作為結晶-促進層而制備陶瓷層壓材料。
結果是，同樣是在本實施例中，能夠獲得陶瓷層壓材料，其中，構成晶體-取向陶瓷層的多晶物質的每一晶粒的晶面進行取向。
權利要求
1.一種晶體-取向陶瓷的制造方法，所述陶瓷由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且其中構成該多晶物質的每個晶粒的晶面是取向的，該方法包括制造由壓電材料組成的生料片的片料制備步驟，所述生料片通過煅燒形成所述鈣鈦礦結構的所述多晶物質，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層以便其與所述生料片接觸的結晶-促進層形成步驟，所述結晶-促進材料顆粒使得所述多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長，和通過對其上形成所述結晶-促進層的所述生料片進行煅燒制造所述晶體-取向陶瓷的煅燒步驟。
2.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進材料顆粒由選自TiO2、MgO2、Al2O3、Si3N4和SiC中的一種或多種組成。
3.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進層包含2-10重量％的所述結晶-促進材料顆粒。
4.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進材料顆粒的平均粒徑為0.2-2微米。
5.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述生料片由鈣鈦礦化合物組成，并且包含模板顆粒，該模板顆粒中，與構成所述多晶物質的每一晶粒的特定的晶面具有晶格相干性的晶面是取向的。
6.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進層包含與所述生料片的所述壓電材料中基本相同成分的壓電材料。
7.根據(jù)權利要求1的晶體-取向陶瓷的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進層包含結晶-促進材料顆粒和含通過煅燒將被燒掉的可燃材料的分離材料，并且在結晶-促進層形成步驟，對其上形成有結晶-促進層的生料片進行堆疊。
8.一種陶瓷層壓材料的制造方法，所述陶瓷層壓材料由包含作為主要成分的鈣鈦礦結構(ABO3)的多晶物質組成，并且所述陶瓷層壓材料中晶體-取向的陶瓷層和內電極層交替堆疊，其中所述陶瓷層中構成多晶物質的每個晶粒的特定晶面是取向的，該方法包括制造層壓材料的層壓材料-制備步驟，其中，將由壓電材料組成的生料片和電極-印刷層堆疊，其中所述生料片通過煅燒將形成鈣鈦礦結構的多晶物質，其中所述電極-印刷層通過煅燒將形成所述內電極層，和通過對所述層壓材料的煅燒制備陶瓷層壓材料的煅燒步驟，以及，在所述層壓材料-制備步驟，形成包含結晶-促進材料顆粒的結晶促進層以便其與所述生料片接觸，其中所述結晶-促進材料顆粒使得多晶物質中的晶粒能夠在煅燒時生長。
9.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進材料顆粒由選自TiO2、MgO2、Al2O3、Si3N4和SiC中的一種或多種組成。
10.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進層包含2-10重量％的所述結晶-促進材料顆粒。
11.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述結晶-促進材料顆粒的平均粒徑為0.2-2微米。
12.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述生料片由鈣鈦礦化合物組成，并且包含模板顆粒，所述模板顆粒中，與構成所述多晶物質的每一晶粒的特定的晶面具有晶格相干性的晶面是取向的。
13.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，在所述層壓材料-制備步驟，第一步是制備其上堆疊地形成有電極-印刷層的生料片，第二步是在第一步之后通過堆疊多片所述生料片而制備所述層壓材料。
14.根據(jù)權利要求13的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，在第一步驟，在所述生料片的所述電極-印刷層上形成在堆疊時發(fā)揮粘結作用的粘結層。
15.根據(jù)權利要求13的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，在第一步驟，在所述生料片和所述電極-印刷層之間形成所述結晶-促進層。
16.根據(jù)權利要求14的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述粘結層是包含所述結晶-促進材料顆粒的所述結晶-促進層。
17.根據(jù)權利要求8的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，所述電極-印刷層是包含所述結晶-促進材料顆粒的所述結晶-促進層。
18.根據(jù)權利要求17的陶瓷層壓材料的制備方法，其特征在于，在所述電極-印刷層周圍部分地形成其中所述電極-印刷層不存在的非-電極部分；并且在所述非-電極部分，形成間隔層，所述間隔層包含其成分與所述生料片的所述壓電材料基本相同的壓電材料以及所述的結晶-促進材料顆粒，并且其厚度與所述電極-印刷層基本相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種晶體－取向陶瓷的制備方法，該方法包括片料制備步驟，結晶－促進層形成步驟和煅燒步驟。在片料制備步驟，制備生料片1。在結晶－促進層形成步驟，形成包含結晶－促進材料顆粒151的結晶－促進層15，以便其與生料片1接觸。在煅燒步驟，對生料片進行煅燒。另外，本發(fā)明還提供－種陶瓷層壓材料的制備方法，該方法包括層壓材料－制備步驟和煅燒步驟。在層壓材料－制備步驟，制備其中堆疊有生料片和電極－印刷層的層壓材料。形成包含所述結晶－促進材料顆粒的結晶－促進層以便該促進層與生料片接觸，所述結晶－促進材料顆粒在煅燒期間使得多晶物質中的晶粒生長。在煅燒步驟，對所述層壓材料進行煅燒。
文檔編號C04B35/622GK1830895SQ20061005949
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月13日 優(yōu)先權日2005年3月11日
發(fā)明者門谷成, 巖瀨昭夫 申請人:株式會社電裝