本发明专利技术公开了一种压电单晶及其制备方法、以及利用该压电单晶制备的压电和介电应用部件。采用本发明专利技术制备的压电单晶具有高介电常数Ｋ↓［３］↑［Ｔ］、高压电常数ｄ↓［３３］和ｋ↓［３３］、高相变温度（居里温度、Ｔｃ）、高矫顽电场Ｅｃ、高机械性能，兼容了其优良性能的压电单晶可以在广泛的温度范围和广泛的使用电压条件下使用。另外，采用最适合单晶量产的固相单晶生长法制备压电单晶，开发不含高价原料的单晶组成、实现压电单晶商业化成为了可能。这样就可以在广泛的温度范围内制作、使用由具有优良性能的压电单晶制备的压电应用部件和介电应用部件了。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种压电单晶，使用该压电单晶的压电应用部件和介电应 用部件，本专利技术特别涉及一种有着钙钛矿型晶体结构的压电单晶，该单晶具有高介电常数KsT、高压电常数(d33和k33)、高相变温度[Tc (居里温度或者四方晶相和立方晶相间的相变温度)和TRT (菱形晶相和四方晶相间 的相变温度)、高矫顽电场Ec、以及较高机械性能的，以及用该压电单晶制作的压电应用元件和介电应用元件。
技术介绍
钙钛矿型晶体结构的压电单晶与现有的压电多晶材料相比，具有远远 高于后者的介电常数Ks7、压电常数d33和k33，被广泛用于压电调节器、压电 转换器以及压电传感器等高性能部件上，更有望用作各种薄膜元件的基板 材料。现已开发出的具有钙钛矿型晶体结构的压电单晶有PMN-PT (Pb (Mgl/3Nb2/3) 03-PbTi03)、 PZN-PT (Pb (Zn1/3Nb2/3) 0「PbTi03)、 PInN-PT (Pb (In1/2Nb1/2) 03-PbTi03) 、PYbN-PT (Pb (Yb1/2Nb1/2) 03-PbTi03)、 PSN-PT(Pb(Sc1/2Nb1/2)03-PbTi03) 、PMN-PINn-PT 、PMN-PYbN-PT 、 BiSc03-PbTi03(BS-PT)等。这类单晶在溶融状态下呈现出同成分熔融 (congruent melting)现象，通常采用现有的单晶生长法——熔融法(flux method)和柑埚下降法(Bridgman method)等方法制备。现今已开发的P丽-PT和PZN -PT等压电单晶具有在室温下呈现出高介 电和压电性能(K3T>4， 000、 d33〉l， 400pC/N、 k33〉0. 85)的优 点；但由于它的低相变温度(L和TV)，低矫顽电场Ec和质脆等缺点，压 电单晶的可使用的温度范围、可使用的电压条件以及压电单晶应用部件的 制作条件等受到了很大程度的限制。众所周知，在一般情况下，具有钙钛 矿型晶体结构的压电单晶在菱形晶相和正方晶相的相界，亦即在变晶相界 (morphotropic phase boundary)的周围，有着最高的介电和压电性能。 已知四方晶系的压电单晶可用一些特殊的晶体取向有着极佳的压电或光电 性能。但由于钙钛矿型晶体结构的压电单晶一般在菱形晶相下才会呈现出 优良的介电和压电性能，所以菱形晶相的压电单晶得到了更广泛的应用。 然而，由于菱形晶相的压电单晶只在菱形晶相和正方晶相间的相变温度TV 以下才能稳定，所以菱形晶相仅在低于TV下使用且，其中TV为最高温度且 在此温度下菱形晶相能稳定存在。因此，当相变温度TV较低时，菱形晶相 的压电单晶的使用温度也会变低，而且压电单晶应用部件的制作温度和使用温度也被限定在Tht以下。另外，当相变温度TC、 TBT和矫顽电场Ec较低时，在机械加工、应力、发热、以及在驱动电压下，压电单晶的转态 较易消失，并失去其良好的介电和压电性能。因此，相变温度Tc、 TBT 和矫顽电场E c较低的压电单晶，单晶应用部件的制作条件、使用温度条 件和驱动电压条件等受到了一定的限制。对于PMN—PT单晶， 一般为T c<150°C、 TBT<80°C、 Ec<2.5kV/cm，而对于PZN—PT单晶， 一般为Tc<170°C、 TRT<100°C、 E c <3. 5k V / c m。而且，用上 述压电单晶制作的介电和压电应用部件，其制备条件、使用温度范围和使用电压条件等也受到限制，这是压电单晶应用部件在开发和实用化方面的 主要障碍。为克服压电单晶的缺陷，人们开发出了诸如PINn-PT、 PSN-PT和BS-PT 等新组成的单晶，并研究诸如P丽-PINn-PT和P丽-BS-PT等混合的单晶组成。 但未能改善所需单晶的介电常数、压电常数、相变温度、矫顽电场和机械 性能等。另外对于由S c和I n等高价元素为主要成分构成的压电单晶， 由于单晶的制备成本较高，难以实现单晶的实用化。目前己开发出的P丽-PT等钙钛矿型晶体结构的压电单晶之所以呈现 出较低的相变温度，原因大致有三个第一、如表l所示，作为主要成分的 弛豫剂(relaxer; PMN、 PZN等)的相变温度和PT—起较低。表l表示的是 钙钛矿型的压电陶瓷多晶的正方晶相和立方晶相间的相变温度T c (居里 温度) (Ref. : Park et al. ， "Characteristics of Relaxor-Based Piezoelectric Single Crystals for Ultrasonic Transducers,〃 IEEETransactions on Ultrasonics, Ferroelectrics 、 and Frequency Control、 vol. 44、 no. 5、 1997、 pp. 1140-1147)。既然压电单晶的居里温 度与有着相同组成的压电多晶的居里温度相同，可根据压电多晶的居里温 度估计压电单晶的居里温度。第二，来自正方晶相和菱形晶相间边界的变 晶相界MPB并不垂直于温度轴，通常是倾斜的。为了提高菱形晶相和正方晶 相间的相变温度THT，必须降低居里温度Tc。而同时提高居里温度Tc 和菱形晶相以及正方晶相间的相变温度TaT是很困难的。第三，把相变温 度较高的弛豫剂(PYbN、 PInN、 BiSc 03等)混入P丽一 P T 等中时，相变温度的增加也并不成正比，或是出现介电和压电性能下降等 问题。表l<table>table see original document page 11</column></row><table>表l中的弛豫剂-PT基单晶是用现有的熔融法(flux method)和 坩埚下降法(Bridgman method)制备的，在单晶生长方法中通常使用一熔 融过程。但是，由于在使用均匀的成分生产大单晶和批量生产上的困难， 故到目前为止还没有实际应用。一般来说，与压电陶瓷多晶相比，压电单晶的机械强度和抗破裂韧性 较低，即便是很小的机械冲击也容易使其损坏。这种压电单晶的脆性，在 利用压电单晶制作应用部件、使用该材质的应用部件时，容易诱发压电单 晶损坏，很大程度上限制了压电单晶的使用。所以为了实现压电单晶的商 业化，需要在提高压电单晶的介电和压电性能的同时， 一并提高压电单晶 的机械性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种它钙钛矿型晶体结构的压电单 晶，其具有高介电常数(K3T》4000 8000)、高压电常数(d33>1400 2500 p C / N、 k33》0.85 0.95)、高相变温度(T c》180 400°C、 T RT》100 250°C)、高矫顽电场(Ec^5 15kV/ cm)、以及具有更 高机械性能。不象现有的钙钛矿型压电单晶中包含有例如Sc和In贵重元素作为主要 组成那样，本专利技术提供的钙钛矿型压电单晶引入一种新的成分，该成分几 乎不含或含极少量的贵重元素但具有极好的性能，能降低单晶制备的成本， 因此使该压电单晶能够进行商业化。再有，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含锆的钙钛矿型压电单晶（［Ａ］［Ｂ］Ｏ↓［３］），其特征在于：其具有如下化学式： ［Ａ］ ［（ＭＮ）↓［１－ｘ－ｙ］Ｔｉ↓［ｘ］Ｚｒ↓［ｙ］］Ｏ↓［３］ 在上述化学式中，Ａ表示从Ｐｂ、Ｓｒ、Ｂａ和Ｂｉ中的至少一种物质，Ｍ表示从Ｃｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｙｂ和Ｚｎ中的至少一种物质，Ｎ则表示从Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔａ和ｗ中的至少一种物质，ｘ和ｙ需分别满足以下条件： ０．０５≤ｘ≤０．５８（摩尔比）； ０．０５≤ｙ≤０．６２（摩尔比）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：李壕用，李瑆敏，金董皓，
申请(专利权)人：赛若朴有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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