專利名稱：：壓電單晶和其制備方法、以及利用該壓電單晶的壓電部件和介電部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種壓電單晶，使用該壓電單晶的壓電應(yīng)用部件和介電應(yīng)用部件，本發(fā)明特別涉及一種有著鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶，該單晶具有高介電常數(shù)KsT、高壓電常數(shù)(d33和k33)、高相變溫度[Tc(居里溫度或者四方晶相和立方晶相間的相變溫度)和TRT(菱形晶相和四方晶相間的相變溫度)、高矯頑電場Ec、以及較高機(jī)械性能的，以及用該壓電單晶制作的壓電應(yīng)用元件和介電應(yīng)用元件。
背景技術(shù)：
：鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶與現(xiàn)有的壓電多晶材料相比，具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者的介電常數(shù)Ks7、壓電常數(shù)d33和k33，被廣泛用于壓電調(diào)節(jié)器、壓電轉(zhuǎn)換器以及壓電傳感器等高性能部件上，更有望用作各種薄膜元件的基板材料?，F(xiàn)已開發(fā)出的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶有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。這類單晶在溶融狀態(tài)下呈現(xiàn)出同成分熔融(congruentmelting)現(xiàn)象，通常采用現(xiàn)有的單晶生長法——熔融法(fluxmethod)和柑堝下降法(Bridgmanmethod)等方法制備?，F(xiàn)今已開發(fā)的P麗-PT和PZN-PT等壓電單晶具有在室溫下呈現(xiàn)出高介電和壓電性能(K3T>4，000、d33〉l，400pC/N、k33〉0.85)的優(yōu)點(diǎn)；但由于它的低相變溫度(L和TV)，低矯頑電場Ec和質(zhì)脆等缺點(diǎn)，壓電單晶的可使用的溫度范圍、可使用的電壓條件以及壓電單晶應(yīng)用部件的制作條件等受到了很大程度的限制。眾所周知，在一般情況下，具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶在菱形晶相和正方晶相的相界，亦即在變晶相界(morphotropicphaseboundary)的周圍，有著最高的介電和壓電性能。已知四方晶系的壓電單晶可用一些特殊的晶體取向有著極佳的壓電或光電性能。但由于鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶一般在菱形晶相下才會(huì)呈現(xiàn)出優(yōu)良的介電和壓電性能，所以菱形晶相的壓電單晶得到了更廣泛的應(yīng)用。然而，由于菱形晶相的壓電單晶只在菱形晶相和正方晶相間的相變溫度TV以下才能穩(wěn)定，所以菱形晶相僅在低于TV下使用且，其中TV為最高溫度且在此溫度下菱形晶相能穩(wěn)定存在。因此，當(dāng)相變溫度TV較低時(shí)，菱形晶相的壓電單晶的使用溫度也會(huì)變低，而且壓電單晶應(yīng)用部件的制作溫度和使用溫度也被限定在Tht以下。另外，當(dāng)相變溫度TC、TBT和矯頑電場Ec較低時(shí)，在機(jī)械加工、應(yīng)力、發(fā)熱、以及在驅(qū)動(dòng)電壓下，壓電單晶的轉(zhuǎn)態(tài)較易消失，并失去其良好的介電和壓電性能。因此，相變溫度Tc、TBT和矯頑電場Ec較低的壓電單晶，單晶應(yīng)用部件的制作條件、使用溫度條件和驅(qū)動(dòng)電壓條件等受到了一定的限制。對于PMN—PT單晶，一般為Tc<150°C、TBT<80°C、Ec<2.5kV/cm，而對于PZN—PT單晶，一般為Tc<170°C、TRT<100°C、Ec<3.5kV/cm。而且，用上述壓電單晶制作的介電和壓電應(yīng)用部件，其制備條件、使用溫度范圍和使用電壓條件等也受到限制，這是壓電單晶應(yīng)用部件在開發(fā)和實(shí)用化方面的主要障礙。為克服壓電單晶的缺陷，人們開發(fā)出了諸如PINn-PT、PSN-PT和BS-PT等新組成的單晶，并研究諸如P麗-PINn-PT和P麗-BS-PT等混合的單晶組成。但未能改善所需單晶的介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場和機(jī)械性能等。另外對于由Sc和In等高價(jià)元素為主要成分構(gòu)成的壓電單晶，由于單晶的制備成本較高，難以實(shí)現(xiàn)單晶的實(shí)用化。目前己開發(fā)出的P麗-PT等鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶之所以呈現(xiàn)出較低的相變溫度，原因大致有三個(gè)第一、如表l所示，作為主要成分的弛豫劑(relaxer;PMN、PZN等)的相變溫度和PT—起較低。表l表示的是鈣鈦礦型的壓電陶瓷多晶的正方晶相和立方晶相間的相變溫度Tc(居里溫度)(Ref.:Parketal.，"CharacteristicsofRelaxor-BasedPiezoelectricSingleCrystalsforUltrasonicTransducers,〃IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics、andFrequencyControl、vol.44、no.5、1997、pp.1140-1147)。既然壓電單晶的居里溫度與有著相同組成的壓電多晶的居里溫度相同，可根據(jù)壓電多晶的居里溫度估計(jì)壓電單晶的居里溫度。第二，來自正方晶相和菱形晶相間邊界的變晶相界MPB并不垂直于溫度軸，通常是傾斜的。為了提高菱形晶相和正方晶相間的相變溫度THT，必須降低居里溫度Tc。而同時(shí)提高居里溫度Tc和菱形晶相以及正方晶相間的相變溫度TaT是很困難的。第三，把相變溫度較高的弛豫劑(PYbN、PInN、BiSc03等)混入P麗一PT等中時(shí)，相變溫度的增加也并不成正比，或是出現(xiàn)介電和壓電性能下降等問題。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l中的弛豫劑-PT基單晶是用現(xiàn)有的熔融法(fluxmethod)和坩堝下降法(Bridgmanmethod)制備的，在單晶生長方法中通常使用一熔融過程。但是，由于在使用均勻的成分生產(chǎn)大單晶和批量生產(chǎn)上的困難，故到目前為止還沒有實(shí)際應(yīng)用。一般來說，與壓電陶瓷多晶相比，壓電單晶的機(jī)械強(qiáng)度和抗破裂韌性較低，即便是很小的機(jī)械沖擊也容易使其損壞。這種壓電單晶的脆性，在利用壓電單晶制作應(yīng)用部件、使用該材質(zhì)的應(yīng)用部件時(shí)，容易誘發(fā)壓電單晶損壞，很大程度上限制了壓電單晶的使用。所以為了實(shí)現(xiàn)壓電單晶的商業(yè)化，需要在提高壓電單晶的介電和壓電性能的同時(shí)，一并提高壓電單晶的機(jī)械性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種它鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶，其具有高介電常數(shù)(K3T》40008000)、高壓電常數(shù)(d33>14002500pC/N、k33》0.850.95)、高相變溫度(Tc》180400°C、TRT》100250°C)、高矯頑電場(Ec^515kV/cm)、以及具有更高機(jī)械性能。不象現(xiàn)有的鈣鈦礦型壓電單晶中包含有例如Sc和In貴重元素作為主要組成那樣，本發(fā)明提供的鈣鈦礦型壓電單晶引入一種新的成分，該成分幾乎不含或含極少量的貴重元素但具有極好的性能，能降低單晶制備的成本，因此使該壓電單晶能夠進(jìn)行商業(yè)化。再有，本發(fā)明提供的包括鈣鈦礦型壓電單晶的介電應(yīng)用部件和壓電應(yīng)用部件，因該鈣鈦礦型壓電單晶具有高介電常數(shù)K31、高壓電常數(shù)(d33和k33)、高相變溫度(Tc和Tbt)以及高矯頑電場Ec等特征，使得該介電應(yīng)用部件和壓電應(yīng)用部件能在更高的溫度范圍內(nèi)制作和使用。另外，本發(fā)明還提供一種不同與現(xiàn)有單晶生長法(例如，熔融法和坩堝下降法)的單晶生長方法，其為了在依據(jù)不需使用特殊裝置的一般地?zé)崽幚磉^程的較低成本下大量生長單晶，使用固相晶體生長法。本發(fā)明還提供一種鈣鈦礦型壓電單晶，其還具有較強(qiáng)的抗機(jī)械沖擊性，且具有好的機(jī)械加工性能。因此，通過使用該壓電單晶很容易制備出應(yīng)用部件，而且使用應(yīng)用部件時(shí)可以有效抑制部件的損壞或性能退化現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的壓電單晶，為含鋯(Zr)的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)([A][B]03)。該壓電單晶含有由化學(xué)式l表示的成分:[A]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(化學(xué)式l)上述化學(xué)式中，A為Pb、Sr、Ba和Bi中的至少一種，M為Ce、Co、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Sc、Yb禾卩Zn中的至少一種，N則為Nb、Sb、Ta和W中的至少一種，x和y需滿足以下條件0.05《x《0.58(摩爾比)；0.05《y《0.62(摩爾比)上述化學(xué)式l中，A優(yōu)選為Pb，也就是化學(xué)式2表示的化合物[(MN)卜x—yTixZry]03,(化學(xué)式2)上述化學(xué)式l中，N優(yōu)選為Nb，也就是化學(xué)式3表示的化合物[A][((M)(Nb))u_x—y)TixZry]03，(化學(xué)式3)另外，對于具有上述化學(xué)式l的成分的壓電單晶，優(yōu)選為具有化學(xué)式4表示的化合物[((Mg,Zn)1/3Nb2/3)(1-x-y)TixZry]03，(化學(xué)式4)上述化學(xué)式中，a和b滿足如下關(guān)系a的摩爾比范圍為O.0《a《0.1，b的摩爾比范圍為O.0《b《0.6。另外，對于具有上述化學(xué)式l組成的壓電單晶，優(yōu)選為具有以下化學(xué)式5的組成[((Mg卜a，Zna)1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03，(化學(xué)式5)其中，x的摩爾比范圍為0.20《x《0.58，a的摩爾比范圍為0.0《a《0.5。另外，對于具有上述化學(xué)式l組成的壓電單晶，優(yōu)選為具有以下化學(xué)式6的組成[(Mg1/3Nb2/3)(1_x_y)TixZry]03，(化學(xué)式6)上述化學(xué)式6中，x的取值摩爾比范圍為O.25《x《0.58。另外，對于具有上述化學(xué)式l組成的壓電單晶，優(yōu)選為具有以下化學(xué)式7的組成[Fea—x)Ti(x—y)Zry]03，(化學(xué)式7)上述化學(xué)式中，x的摩爾比范圍為0.65《x《1.00，y的摩爾比范圍為O.05《y《0.15。此外，本發(fā)明的壓電單晶優(yōu)選為在上述化學(xué)式1至化學(xué)式7中的任何一個(gè)組成中增加組分P的化合物，具體地說，就是優(yōu)選為具有以下化學(xué)式8至化學(xué)式14中的任一化學(xué)式的壓電單晶。上述P在壓電單晶中以第二相的形態(tài)存在，優(yōu)選為金屬、氧化物相或氣孔中任一個(gè)的第二相。上述P可為金屬(包括Au、Ag、Ir、Pt、Pd和Rh)、氧化物(Mg0和Zr02)以及氣孔中的至少一種。增加的P的取值優(yōu)選為在整個(gè)組成的O.1%20%的體積百分比范圍內(nèi)。[(MN)卜x—yTixZry]03+cP(化學(xué)式8)在化學(xué)式8中，A為Pb、Sr、Ba和Bi中的至少一種，M為Ce、Co、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Sc、Yb和Zn中的至少一種，N則是從Nb、Sb、Ta或W中的任意一種。P在壓電單晶中以第二相形態(tài)存在，優(yōu)選地為金屬(Au、Ag、Ir、Pt、Pd和Rh)、氧化物(MgO、Zr02)和氣孔中任選一種，c的取值滿足體積百分比范圍為O.001《c《0.20，x和y的取值需分別滿足以下條件0.05《x《0.58(摩爾比)0.05《y《0.62(摩爾比)[Pb][(MN)卜x_yTixZry]03+cP(化學(xué)式9)上述式子中，M、N、x、y、P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同。[A][((M)(Nb))(1—x-y)TixZry]03+cP(化學(xué)式IO)上述式子中，A、M、x、y、P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同。[((Mg，Zn)1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03+cP(化學(xué)式ll)上述式子中，x、y、P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同，a的摩爾比范圍為O.0《a《0.1，b的摩爾比范圍為O.0《b《0.6。[((Mgl—a，Zna)1/3Nb2/3)(1-x-y)TixZry]03+cP(化學(xué)式12)上述式子中，y、P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同，x的摩爾比范圍為O.20《x《0.58，a的摩爾比范圍為O.0《a《0.5。[(Mg1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03+cP(化學(xué)式13)上述式子中，y、P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同，x的摩爾比范圍為O.25《x《0.58。[Fe(1—x)Ti(x_y)Zry]03+cP(化學(xué)式14)上述式子中，P和c的限定與上述化學(xué)式8中的相同，x的摩爾比范圍為O.65《x《1.00，y的摩爾比范圍為O.05《y《0.15。具有上述化學(xué)式1至化學(xué)式14中任一個(gè)化學(xué)式所示組成的壓電單晶，具有如下性能電介常數(shù)1^/>4，000、壓電常數(shù)d33^1，400pC/N和k33》0.85、相變溫度Tc^180。C和TRT》100。C以及矯頑電場Ec》5kV/cm。本發(fā)明中，壓電單晶具有上述化學(xué)式所示的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，采用該壓電單晶的介電和壓電應(yīng)用部件具有高介電常數(shù)K3T》4，000、高壓電常數(shù)d33》l，400pC/N和k33》0.85、高相變溫度Tc^18(TC和Trt》10(TC以及高矯頑電場Ec>5kV/cm等性能。本發(fā)明還涉及一種介電和壓電應(yīng)用部件，該介電和壓電應(yīng)用部件包括無鉛的壓電單晶，該無鉛的壓電單晶具有上述化學(xué)式中任意一個(gè)化學(xué)式所示的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，因此，不會(huì)對環(huán)境引起鉛中毒。同時(shí)，有著化學(xué)式8至14中任一個(gè)化學(xué)式組成的壓電單晶，具有金屬(例如Au、Ag、Ir、Pt、Pd和Rh)、氧化物(例如Mg0或Zr02)或氣孔中至少一種的強(qiáng)化第二相P。隨著機(jī)械性能的提高，壓電單晶提供大的抗機(jī)械沖擊性但有好的機(jī)械加工。特別是含有金屬(Au、Ag、Ir、Pt、Pd、和Rh)第二相的情況下，其介電和壓電性能也得到提高。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的有著化學(xué)式8至14中任一個(gè)化學(xué)式組成的、具有金屬(例如Au、Ag、Ir、Pt、Pd和Rh)、氧化物(例如Mg0或Zr02)或氣孔中至少一種強(qiáng)化第二相P的壓電單晶，其中強(qiáng)化第二相以粒狀均勻地分布在壓電單晶中，或者以特定的圖案規(guī)則分布在壓電單晶中。根據(jù)強(qiáng)化第二相的分布形態(tài)，壓電單晶的介電性能、壓電性能和機(jī)械性能得到提高。本發(fā)明還提供了一種有著上述任意一個(gè)化學(xué)式成分的壓電單晶的制備方法。該壓電單晶的制備方法包括(a)控制具有上述化學(xué)式所示成分的多晶的陣列晶粒的平均尺寸，以減少異常晶粒的數(shù)量密度(numberdensity;ND);(b)熱處理步驟(a)中的多晶來生長異常晶粒。更進(jìn)一步，本發(fā)明的壓電單晶的制備方法包括(a)控制成分，熱處理溫度、和熱處理氣氛來誘發(fā)多晶中異常晶粒的生長，并控制多晶中陣列晶粒的平均尺寸，以降低異常晶粒的數(shù)量密度(ND);(b)對通過(a)減少異常晶粒的數(shù)量密度的多晶進(jìn)行熱處理，使異常晶粒生長。通過這種方式，可以僅使少數(shù)異常晶粒繼續(xù)生長而不會(huì)受到周圍異常晶粒的干擾，或者在多晶中繼續(xù)生長單晶籽晶，從而制備出大小在50mm2以上的單晶。在上面所述的本發(fā)明的壓電單晶制備方法中，在對多晶進(jìn)行熱處理前把單晶籽晶黏附于多晶材料之后，在結(jié)合處促使異常晶粒的生長但在多晶內(nèi)部抑制的條件下進(jìn)行熱處理，從而使單晶籽晶在多晶中繼續(xù)生長。上述本發(fā)明的壓電單晶的制備方法中，上述多晶陣列晶粒的平均晶粒尺寸R可根據(jù)以下關(guān)系來控制0.5R。《R《2R。，其中R為矩陣晶粒的平均尺寸，R。為矩陣晶粒的一個(gè)臨界尺寸，此時(shí)異常晶粒的生長郎將開始發(fā)生和異常晶粒的數(shù)量密度為O。另外，上述本發(fā)明的壓電單晶的制備方法中，假設(shè)企圖產(chǎn)生和生長少數(shù)異常晶粒，多晶中的矩陣晶粒的平均尺寸應(yīng)控制在0.5R?！禦《R"其中R為矩陣晶粒的平均尺寸，R。為矩陣晶粒的一個(gè)臨界尺寸，此時(shí)異常晶粒的生長即將開始發(fā)生和異常晶粒的數(shù)量密度為0。本發(fā)明的壓電單晶和壓電單晶應(yīng)用部件具有高介電常數(shù)K3T、高壓電常數(shù)(133、k33、高相變溫度(Tc和Tm)、高矯頑電場Ec以及較高的機(jī)械性能，因此可以在較高的溫度范圍和電壓條件下使用。此外，采用適合單晶量產(chǎn)的固相單晶生長法制備壓電單晶，且開發(fā)不含高價(jià)原料的成分，容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。采用具有極好性能的壓電單晶的壓電單晶應(yīng)用部件可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)制作和使用。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖l為[A][MN]03_PbTi0「PbZr03的相圖，闡明在菱形晶相和正方晶相的相界MPB、以及相界周圍具有優(yōu)良的介電和壓電性能組成范圍；圖2a和圖2b為通過使用本發(fā)明的壓電單晶制備出的壓電調(diào)節(jié)器的示意圖3a和圖3b為通過使用本發(fā)明的壓電單晶制備出的超聲波轉(zhuǎn)換器的示意圖4是通過使用本發(fā)明的壓電單晶制備出的超聲波探測器的示意圖；圖5是通過使用本發(fā)明的壓電單晶制備出的表面彈性波過濾器的示意圖6是通過使用本發(fā)明的壓電單晶制備出的薄膜電容的示意圖；圖7a是表示本發(fā)明的方法中，促使異常晶粒生長的多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R和異常晶粒的數(shù)量密度ND、單位面積內(nèi)異常晶粒的個(gè)數(shù)、以及陣列晶粒的平均晶粒尺寸R和單晶生長速度的關(guān)系的圖表。圖7b表示籽晶的連續(xù)生長條件的圖表，(R為陣列晶粒的平均晶粒尺寸；R。為異常晶粒生長開始發(fā)生的臨界晶粒尺寸)；圖8a和圖8b為用固相單晶生長法制備的[Pbo.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4TiQ.35Zr。.25]03單晶的表面研磨面照片；圖9為隨著戶萬制備出的[Pb。.97Sr0.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti(。.6—)Zry]03單晶y值的變化，介電常數(shù)和相變溫度Tc、THT的變化圖。12壓電體20超聲波轉(zhuǎn)換器24、34聚合物層30超聲波轉(zhuǎn)換器41壓電元件43a、43b聲匹配層46a基本電極板51硅酮基板53下部電極符號說明10調(diào)節(jié)器14、16傳導(dǎo)性電極22、32單晶壓電元件26、28、36、38電極40超聲波探測器42a、42b電極44聲透鏡46b撓性印刷回路基板52絕緣層54介電體層具體實(shí)施例方式參照圖l就可看出，[A][MN]03—PbTi03—PbZr03的相圖表明菱形晶相和正方晶相之間的變晶相界(MPB)周圍的成分范圍具有優(yōu)良的介電和壓電性能。在[A][MN]03—PbTi03—PbZr03相圖中，在變晶相界處介電和壓電性能最大，在隨著離變晶相界越遠(yuǎn)，介電性能和壓電性能就逐漸減少。從變晶相界到菱形晶相的5mol^的成分范圍內(nèi)，介電和壓電性能幾乎不降低，保持了非常高的數(shù)值；從變晶相界到菱形晶相的成分變化10mol^以內(nèi)的范圍，雖然介電和壓電性能連續(xù)減少，但仍呈保持在一個(gè)較高的性能值，該性能值已足夠被應(yīng)用在介電和壓電應(yīng)用部件上。從變晶相界到正方晶相的成分變化中，與在菱形晶相的區(qū)域相比較，介電和壓電性能的降低要快得多。然而，及時(shí)在正方晶相的5mo1X和10molX以內(nèi)的成分范圍內(nèi)，雖然介電和壓電性能連續(xù)減少，仍然保持在足夠應(yīng)用于介電和壓電應(yīng)用部件上的高介電和壓電性能值。圖1中，PbTi03和PbZr03的變晶相界為PbTi03:PbZr03=x:y=0.48:0.52(摩爾比)。從變晶相界到菱形晶相的成分變化5mo1X范圍內(nèi)和從變晶相界到正方晶相的成分變化5molX范圍內(nèi)，x和y的最大值分別為O.53和0.57(也就是說，當(dāng)x最大時(shí)x:y=0.53:0.47、當(dāng)y最大時(shí)x:y=0.43:0.57)。從變晶相界到菱形晶相的成分變化10mo1%區(qū)域范圍內(nèi)，以及從變晶相界到正方晶相的成分變化10molX區(qū)域范圍內(nèi)，x和y的最大值分別為O.58和0.62(換言之，當(dāng)x最大時(shí)x:y=0.58:0.42、當(dāng)y最大時(shí)x:y=0.38:0.62)。從變晶相界到菱形晶相的5mo1%以內(nèi)區(qū)域范圍內(nèi)，以及從變晶相界到正方晶相的5mol^以內(nèi)區(qū)域范圍內(nèi)，保持了高介電和壓電性能值；從變晶相界到菱形晶相的10mo1%以內(nèi)區(qū)域范圍內(nèi)，以及從變晶相界到正方晶相的10mol^以內(nèi)區(qū)域范圍內(nèi)，保持在足夠應(yīng)用于介電和壓電應(yīng)用部件上的高介電和壓電性能值。圖1中，當(dāng)PbTiOs和PbZr03的含量，即x和y值在0.05以下時(shí)，不可能制備出菱形晶相和正方晶相之間的變晶相界，或者相變溫度和矯頑電場太低而不能應(yīng)用在本發(fā)明中。上述化學(xué)式l中，x的優(yōu)選范圍為0.05《x《0.58。當(dāng)x低于0.05時(shí)，相変溫度Tc和Tht、壓電常數(shù)cU和k33或矯頑電場Ec較低；而當(dāng)x超過0.58時(shí)，介電常數(shù)K37、壓電常數(shù)d33和k33或相變溫度T^較低。另一方面，y的優(yōu)選范圍為0.05《y《0.62。這是因?yàn)樵趛低于O.05時(shí)，相變溫度Tc、TRT、壓電常數(shù)(133、k33或矯頑電場Ec較低，而在超過0.62時(shí)，介電常數(shù)K3T或壓電常數(shù)d33、"液低。在上述化學(xué)式4中，a的最佳摩爾比范圍為O.0《a《0.1。當(dāng)a值超過0.l時(shí)，相變溫度TC、TBT和壓電常數(shù)d33、"3會(huì)變低。b的最佳摩爾比范圍為0.0《b《0.6。當(dāng)b超過0.6時(shí)，相變溫度Tc、TRT、壓電常數(shù)d33、k33或矯頑電場較低。上述化學(xué)式5中，a的最佳范圍為0.0《a《0.5。當(dāng)a值超過O.5時(shí)，介電常數(shù)K3T和壓電常數(shù)d33、k33會(huì)變低。另一方面，X的最佳摩爾比范圍為0.20《x《0.58。當(dāng)x低于0.20時(shí)，相變溫度Tc、TBT和矯頑電場EC較低，當(dāng)X超過0.58時(shí)，介電常數(shù)K3T和壓電常數(shù)d33、k33較低。上述化學(xué)式6中，x的摩爾比范圍為0.25《x《0.58。當(dāng)x低于O.25時(shí)，壓電常數(shù)(133、k33、相變溫度Tc、TaT或矯頑電場Ec較低，當(dāng)x超過0.58時(shí)，介電常數(shù)K37、壓電常數(shù)d33、k33或相變溫度TBT較低。上述化學(xué)式7中，x的最佳摩爾比范圍為0.65《x《1.00，y的最佳摩爾比范圍為0.05《y《0.15。在x低于0.65、或是y超過O.15時(shí)，壓電常數(shù)(133、k33、相變溫度Tc、THT或矯頑電場Ec較低；而在y低于0.05時(shí)，介電常數(shù)K37、壓電常數(shù)d33、k33或相變溫度TBT較低?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的壓電陶瓷多晶材料是PZT(Pb(Zr,Ti)03)，但其中含有鉛(Pb)，因此帶來環(huán)境問題。因此，使用不含鉛的無鉛類壓電陶瓷材料迫在眉睫。但由于目前開發(fā)出的無鉛類壓電陶瓷材料的性能還不及PZT陶瓷材料的性能，無鉛類壓電陶瓷材料在使用上受到一定程度的限制。和P麗一PT等材料一樣，單晶材料的壓電性能通常要高出多晶材料2倍以上。因此，只要把無鉛類壓電陶瓷材料實(shí)行單晶化，就可大大提高壓電性能。但由于用現(xiàn)有的單晶生長法很難制備無鉛類壓電單晶，研究并開發(fā)無鉛類壓電單晶受到某種程度的限制。本發(fā)明的固相單晶生長法可以制備出無鉛類壓電單晶，而且可以經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)無鉛類壓電單晶的量產(chǎn)，可以代替現(xiàn)有的含鉛類PZT陶瓷材料。提高類似陶瓷多晶和玻璃等脆性材料的機(jī)械性能的一個(gè)方法就是在多晶中增加或加入強(qiáng)化劑或強(qiáng)化第二相，因此抑制或阻塞裂紋的生長。強(qiáng)化第二相能抑制裂紋的生長，結(jié)果是限制了材料的破裂，且由此提高機(jī)械性能。強(qiáng)化第二相在材料中必須保持化學(xué)穩(wěn)定性，并保持第二相獨(dú)立于晶格矩陣之外。強(qiáng)化第二相包括金屬、氧化物、和氣孔等。本發(fā)明中，在具有上述化學(xué)式1至7所示組成的壓電單晶中，使用具有化學(xué)穩(wěn)定性并可抑制裂紋生長的第二相作為強(qiáng)化劑。包括強(qiáng)化第二相的壓電單晶有時(shí)也被稱為第二相強(qiáng)化壓電單晶或強(qiáng)化壓電單晶復(fù)合體。對于增加到上述化學(xué)式1到7所示任意一化學(xué)式中的元素，優(yōu)先增加P，相對于總組份的體積百分比在0.1到20%的范圍內(nèi)。P低于O.1%時(shí)，由于P的添加量很少，很難影響單晶的機(jī)械性能或提高單晶的介電和壓電性能，在其超過20%時(shí)，其機(jī)械性能或介電和壓電性能反而更差了。本發(fā)明中的壓電單晶的最佳居里溫度Tc應(yīng)在180度以上。居里溫度低于180度時(shí)，矯頑電場Ec就很難上升到5kV/cm以上、相変溫度Tbt很難上升到100度以上。本發(fā)明中的壓電單晶的最佳機(jī)電耦合系數(shù)k33在0.85以上。機(jī)電耦合系數(shù)低于0.85時(shí)，單晶的性能與壓電多晶陶瓷的性能基本相同，因此能量轉(zhuǎn)換效率低下。本發(fā)明中的壓電單晶的最佳矯頑電場應(yīng)在5kV/cm以上。當(dāng)矯頑電場低于5kV/cm時(shí)，在壓電單晶處理過程、壓電單晶應(yīng)用部件的制備和使用中，偶極子(poling)較易移動(dòng)。在本發(fā)明的壓電單晶的制備方法中，多晶的晶粒陣列中的平均晶粒尺寸R應(yīng)控制為0.5Rc《R《Rc，其中Rc為開始異常晶粒生長的臨界晶粒尺寸(此時(shí)，異常晶粒的數(shù)量密度變?yōu)?)。多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸小于0.5R。時(shí)(0.5R?！礡)，異常晶粒的數(shù)量密度會(huì)過高，單晶無法生長；多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸大于2R。時(shí)(2R。<R)，雖然異常晶粒的數(shù)量密度為0，但單晶的生長速度過快，不能制備出大的單晶。在本發(fā)明的壓電單晶制備方法中，當(dāng)在多晶中異常晶粒的數(shù)量密度減少的狀態(tài)下僅有的少量的異常晶粒繼續(xù)生長以得到單晶時(shí)，多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R應(yīng)控制在0.5Re《R《Rc，其中Rc為開始異常晶粒生長的臨界晶粒尺寸(此時(shí)，異常晶粒的數(shù)量密度變?yōu)?)。僅產(chǎn)生少量異常晶粒并得以生長的必要條件為0.5R?！禦《R。。當(dāng)R小于0.5R。時(shí)，由于所生成的異常晶粒的數(shù)量密度過高，無法僅使少數(shù)異常晶粒生長；當(dāng)R大于R。時(shí)，異常晶粒根本無法生成，因此不可能將異常晶?？刂粕鲜龇秶鷥?nèi)。鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)用[A][B]O表示，分為A和B分別為由+2價(jià)和+4價(jià)的離子構(gòu)成的純鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)；A和B分別為由+2價(jià)和+5價(jià)的離子構(gòu)成、或由+3價(jià)和+5價(jià)的離子構(gòu)成、到由+2價(jià)和+6價(jià)的離子構(gòu)成的復(fù)合鈣鈦礦型。不過既然純鈣鈦礦型和復(fù)合純鈣鈦礦型在結(jié)晶組成上并無差異，本發(fā)明的壓電單晶可以為純鈣鈦礦型和復(fù)合純鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)中的任一種。鋯酸鉛(PbZr03)有高至230"C的相變溫度(見表l)，且變晶相界較為垂直于溫度軸，因而可以在保持高居里溫度的同時(shí)得到高菱形晶相和正方晶相間的相變溫度THT,從而可以開發(fā)出Tc、THT均較高的一種組成。在向現(xiàn)有的壓電單晶組成中加入鋯酸鉛時(shí)，相變溫度的升高與鋯酸鉛含量成正比例。所以，含有鋯(Zr)或鋯酸鉛的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶可以克服現(xiàn)有壓電單晶存在的問題。另外，氧化鋯(Zr02)或鋯酸鉛為現(xiàn)有壓電多晶陶瓷中使用的主要成分的廉價(jià)材料，所以可以在不增加單晶原料成本的前提下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。目前已知，用通常的單晶制備法是不能制備出含有鋯或鋯酸鉛的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的壓電單晶的。含有鋯酸鉛的鈣鈦礦型壓電單晶在溶融時(shí)與PMN—PT和PZN—PT等不同，呈現(xiàn)的是不一致溶融現(xiàn)象而非一致溶融現(xiàn)象。在不一致溶融現(xiàn)象中，固相溶融時(shí)會(huì)分離成液相和固相氧化鋯(Zr02)。這里，在液相中的固相氧化鋯晶粒會(huì)干擾單晶的生長，所以采用溶融工藝的普通單晶生長法——熔融法(fluxmethod)和坩堝下降法(Bridgmanmethod)等是制備不出上述壓電單晶的。由于含有鋯酸鉛的轉(zhuǎn)鈦礦型壓電單晶很難制備，目前尚沒有關(guān)于該類型壓電單晶的介電和壓電性能方面的報(bào)道。特別是，還沒有根據(jù)鋯酸鉛含量與壓電性能(133、k33、相變溫度Tc、THT以及矯頑電場Ec等的性能變化數(shù)據(jù)方面的報(bào)道。包含溶融過程的普通單晶生長法很難制備出含強(qiáng)化第二相的單晶，所以目前尚沒有這方面的報(bào)告。這是因?yàn)?，，?qiáng)化的第二相不穩(wěn)定，因在溶融溫度以上時(shí)與液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而消失，無法保持獨(dú)立的第二相。此外，在液相狀態(tài)下，由于第二相和液相存在密度差而從液相中分離出來，難以制備出含第二相的單晶。另外，不可能去控制單晶中強(qiáng)化第二相的體積百分比、大小、形態(tài)、排列和分布等。本發(fā)明使用固相單晶生長法制備的含強(qiáng)化第二相的壓電單晶無需采用溶融過程。在固相單晶生長法中，單晶生長開始發(fā)生在溶融溫度以下，其結(jié)果是抑制了強(qiáng)化第二相和單晶的化學(xué)反應(yīng)，因而強(qiáng)化的第二相可以以獨(dú)立的形態(tài)穩(wěn)定存在于單晶中。而且，單晶生長發(fā)生在含強(qiáng)化第二相的多晶內(nèi)，在單晶生長過程中強(qiáng)化第二相的體積百分比、大小、形態(tài)、排列和分布等并無變化。據(jù)此，在制作含強(qiáng)化第二相的多晶的工藝中，如果控制多晶中強(qiáng)化第二相的體積百分比、大小、形態(tài)、排列和分布等參數(shù)，并有單晶生長，就可能制備出含預(yù)期形態(tài)的強(qiáng)化第二相的單晶，即包含有預(yù)期體積比、尺寸、形貌、排列和分布的強(qiáng)化第二相的單晶。本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有的單晶生長法不同，采用固相單晶生長法制備出含有鋯(Zr)的鈣鈦礦型壓電單晶。因?yàn)楣滔鄦尉L法不象現(xiàn)有的單晶生長法那樣采用溶融工藝，故可制備出含有鋯酸鉛的鈣鈦礦型壓電單晶。而且，本發(fā)明的方法可以制備出包含具有多個(gè)元素但化學(xué)成分均一的組成復(fù)雜的鋯酸鉛的鈣鈦礦型壓電單晶。采用含有本發(fā)明制備的鈣鈦礦型壓電單晶之壓電體的壓電應(yīng)用部件有超聲波轉(zhuǎn)換器(醫(yī)療用超聲波診斷機(jī)、聲納轉(zhuǎn)換器、非破裂性檢查用轉(zhuǎn)換器、超聲波清洗機(jī)、超聲波發(fā)動(dòng)機(jī)等)、壓電調(diào)節(jié)器(d33型調(diào)節(jié)器、d型調(diào)節(jié)器、(115型調(diào)節(jié)器、微細(xì)位置控制用壓電調(diào)節(jié)器、壓電泵、壓電閥、壓電揚(yáng)聲器等)和壓電傳感器(壓電加速度儀等)等。采用含有本發(fā)明制備的新鈣鈦礦型壓電單晶之壓電體的介電應(yīng)用部件有高效電容、紅外線傳感器、介電體過濾器(dielectricfilters)等。使用含有本發(fā)明的壓電單晶的壓電應(yīng)用部件，可以如圖2a和圖2b所示的調(diào)節(jié)器。每個(gè)顯示在圖2a(d33型調(diào)節(jié)器)和圖2b(dsi型調(diào)節(jié)器)中調(diào)節(jié)器10包括一含本發(fā)明壓電單晶的壓電體12，壓電體12被電極14和16圍繞。壓電體12包含有相應(yīng)于上述化學(xué)式1到12所示的任意一中組成的壓電單晶，并有顯示在坐標(biāo)系20中的典型的晶軸取向。在電極14、16之間施加電壓V時(shí)，壓電體12就主要地按箭頭24所示方向發(fā)生壓電應(yīng)變。采用含有本發(fā)明的壓電單晶之壓電體的壓電應(yīng)用部件的另一實(shí)施例可以為如圖3a禾(3圖3b所示的超聲波轉(zhuǎn)換器20。圖3a是2—2復(fù)合體超聲波轉(zhuǎn)換器20的分解組裝圖，其包括含本發(fā)明的壓電單晶的復(fù)數(shù)單晶壓電元件22、聚合物層24、電極26和28。圖3b是l一3復(fù)合體超聲波轉(zhuǎn)換器30的分解組裝圖，其包括含本發(fā)明的壓電單晶的復(fù)數(shù)單晶壓電元件32、聚合物層34、電極36和38。本發(fā)明壓電應(yīng)用部件的其他實(shí)施例還有如圖4所示的超聲波探測器40。圖4所示的超聲波探測器40的包括含有本發(fā)明的壓電單晶的壓電元件41、該壓電元件的超聲波傳輸/接收元件(在傳輸/接收元件的超聲傳輸或接收面和壓電元件41的對面排列有一對電極42a、42b)、在連接于傳輸/接收面的電極42a上形成的聲匹配層43a、43b、聲透鏡44、連接第一電極和第二電極的基本電極板46a和撓性印刷回路基板46b等。聲透鏡44覆蓋整個(gè)聲匹配層。使用黏合劑把基本電極板46a接合到第一電極42a上，有著多根電纜的撓性印刷回路基板46b接合在第二電極42b上。本發(fā)明之應(yīng)用部件的還有如圖5所示的表面彈性波過濾器(SAWfilter)。按圖5所示，表面彈性波過濾器由本發(fā)明的壓電單晶組成的基板、輸入轉(zhuǎn)換器和輸出轉(zhuǎn)換器等組成。本發(fā)明之壓電單晶構(gòu)成的介電體的介電應(yīng)用部件，還可以為圖6所示的薄膜電容。該薄膜電容有一絕緣層52，如在硅襯底51上的氧化硅，形成在絕緣層52上的下部電極53(例如Pt)，由本發(fā)明的壓電單晶構(gòu)成的高介電常數(shù)的介電體層54。介電體層54上形成由Pt等形成的上部電極59。實(shí)施例下面就依據(jù)附帶圖紙對本發(fā)明之壓電單晶組成的介電性能、壓電性能、相變溫度和矯頑電場變化等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說明。<實(shí)施例1>在實(shí)施例1中，具有[Pb][(Mg1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62)組成的單晶是用固相單晶生長法制備的。隨著鋯(Zr)含量的變化，測量了介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度以及矯頑電場值等性能的變化情況。單晶的制備在實(shí)施例1中，具有[Pb][(Mg1/3Nb2/3)u_x_y)TixZry]03(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62)之組成的陶瓷粉末是用鈳鐵礦法制備的。首先，把Mg0和Nb205粉末用球磨機(jī)混合后，而后煅燒制備出MgNb206，再把PbO、MgNb206、Ti02、Zr02粉末顆?；旌希褵苽涑鼍哂斜?之組成的鈣鈦礦型粉末顆粒。向所制備的[Pb][(Mg1/3Nb2/3)an)TixZry]03粉末顆粒體中添加過量的PbO制備出混合粉末顆粒。把制備得到的混合粉末顆粒成形，而后用200MPa的靜水壓進(jìn)行加壓成形。成形體在90(TC130(TC的溫度范圍內(nèi)，以25"C為間隔在多個(gè)溫度條件下熱處理100個(gè)小時(shí)。當(dāng)多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R被控制在O.5R?！禦《2R。的范圍時(shí)，其中Re為開始異常晶粒生長的臨界晶粒尺寸(此時(shí)，異常晶粒的數(shù)量密度變?yōu)镺)，添加的過量Pb0的量控制在1020mol^的范圍內(nèi)，熱處理溫度控制在1000115(TC的范圍內(nèi)。然后在用上述制備的多晶上面放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03的籽晶，并進(jìn)行熱處理。通過在多警鐘單晶籽晶的連續(xù)生長，制備出與多晶體有著相同組成的單晶。當(dāng)多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R被控制在到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸(異常晶粒的敷量密度變?yōu)?的晶粒陣列的平均晶粒尺寸R。)的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)時(shí)(即，0.5Re《R《2R。)，籽晶會(huì)繼續(xù)在多晶體中生長。在實(shí)施例1中，調(diào)節(jié)過量PbO的量和熱處理溫度后，就可把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R調(diào)節(jié)到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的范圍內(nèi)了。把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到0.5R?！禦《2R。的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶繼續(xù)在[Pb][(Mg1/3Nb2/3)o-x—y)TixZry]03(0.25《x《0.58;0.05《y《0.6)多晶中生長，制備出和多晶組成相同的單晶，且長成的單晶在10X10mn^以上。機(jī)電耦合系數(shù)k^的測量根據(jù)使用阻抗分析器(HP4294A)的IEEE法測量所制備的單晶的機(jī)電耦合系數(shù)ks3。依據(jù)組成的不同，機(jī)電耦合系數(shù)k33的變化結(jié)果見表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>如表2所示，所測量的組成中，機(jī)電耦合系數(shù)k33全部在0.85以上。介電和壓電性能的測量對于用上述方法制備的[Pb][(Mg1/3Nb2/3)u-x—y)TixZry]03(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62)單晶，根據(jù)使用阻抗分析器的IEEE法測量介電常數(shù)、相變溫度Tc、TRT、壓電常數(shù)和矯頑電場的性能隨y變化而變化的情況。測定結(jié)果見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>如表3所示，在y從0.22增加到0.27的過程中，Tc穩(wěn)定在23(TC左右，但tht從10(TC連續(xù)上升到17(TC。通過變化含量y時(shí)，例如在整個(gè)壓電單晶組成中變動(dòng)鋯(Zr)的含量，可以把相變溫度Tc和T^與介電和壓電性能一樣保持一個(gè)較高數(shù)值。對于實(shí)施例l中制備的單晶的性能，和接近于變晶相界且屬于菱形晶相的單晶組成一樣具有高性能。離變晶相界(MPB)越遠(yuǎn)(當(dāng)y增加時(shí))，介電和壓電性能降低，但是相變溫度tht增加。對于含有呈菱形晶相且接近與變晶相界組成的含鋯(Zr)或鋯酸鉛(PbZr03)的鈣鈦礦型的壓電單晶，在特定組成內(nèi)呈現(xiàn)出介電常數(shù)(1^>4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33>0.85)、相變溫度(Tc^180。C、TRT>100°C)和矯頑電場(Ec》5kV/cm)等性能。<實(shí)施例2〉本實(shí)施例中，在([Pb][(Mg1/3Nb2/3)u—x—y)TixZry]03+cP(0.25《x《0.58;0.5《y《0.62))組成內(nèi)把增加體積百分比調(diào)至O.1%20%的強(qiáng)化第二相，制備出強(qiáng)化壓電單晶([Pb][(Mgl/3Nb2/3)"_x—y)TixZry]03+cP(OKx《0.58;OKy《0.62;0.001《c《0.20))，并測定了隨著強(qiáng)化第二相的種類和含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場和破裂強(qiáng)度等性能的變化情況。單晶的制備為了制備含有本發(fā)明之第二相強(qiáng)化劑的鈣鈦礦型壓電單晶，在鈣鈦礦型壓電單晶組成粉末顆粒內(nèi)加入體積百分比范圍為O.lX《c《20X的P(P是從由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02和氣孔中選出的一種或多種物質(zhì))制備出多晶。使用制備出的多晶，通過固相單晶生長發(fā)制備出單晶。在本實(shí)施例中，首先采用和實(shí)施例l同樣的方法制備出具有[Pb][(Mg1/3Nb2/3)(1—x_y)TixZry]O3(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62)組成的陶瓷粉末顆粒，將用該方法制備的粉末顆粒的x/y值分別設(shè)定為0.38/0.22、0.37/0.23、0.36/0.24、0.35/0.25、0.34/0.26、0.33/0.27。向制備出的[Pb][(Mg1/3Nb2/3)u—TixZry]03粉末顆粒中添加過量的PbO粉末顆粒的同時(shí)，又分別添加MgO粉末顆粒(P二Mg0)、Pt粉末顆粒(P=Pt)和PMMA(po1ymethylmethacrylate)聚合物(P:pore)。由于PMMA在熱處理過程中會(huì)分解并消失，熱處理過后在多晶和單晶中會(huì)形成氣孔。澆鑄體在90(TC130(TC的溫度范圍內(nèi)以間隔25"的多個(gè)溫進(jìn)行IOO小時(shí)的熱處理。經(jīng)過這樣的熱處理，最終制備出具有[Pb][(Mg1/3Nb2/3)(1_x—y)TixZry]03+cMgO、[Pb][(Mg1/3Nb2/3)"—x—y)TixZry]03+cPt禾B[Pb][(Mg1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03+c(Pore)(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62;0.OOKc^O.20)組成的多晶。在多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制在O.5R?！禦《2R。的晶粒尺寸范圍內(nèi)這一條件下，添加的過量PbO為20mo1%，熱處理溫度為1100°C。在用上述方法制備的多晶中放入Ba(Ti。.7ZrQ.3)03籽晶并進(jìn)行熱處理，利用單晶籽晶在多晶中繼續(xù)生長的特點(diǎn)制備具有多晶組成的單晶。也就是說，當(dāng)是在所準(zhǔn)備的粉末內(nèi)添加20mol。/。的過量PbO，在llO(TC條件下進(jìn)行300小時(shí)熱處理，并在制備出的多晶中放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶，通過熱處理，籽晶即可繼續(xù)生長，因此制備出具有多晶組成的單曰曰曰o把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸R。的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)時(shí)，籽晶可在多晶成形體中繼續(xù)生長。在本實(shí)施例中，在調(diào)節(jié)過量PbO的量和熱處理溫度后，可以把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R調(diào)節(jié)到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)。在把多晶晶陣列陣粒子的平均晶粒尺寸R控制到0.5R?！禦《2R。的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti。.7ZrQ.3)03籽晶繼續(xù)在多晶中生長，從而制備出和多晶組成相同的單晶，且生長后單晶的大小在15X15mn^以上。破裂強(qiáng)度的測量根據(jù)ASTM法，通過4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測量法測量了實(shí)施例2中制備的、含有強(qiáng)化第二相的單晶的破裂強(qiáng)度MPa值。其結(jié)果見表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>如表4所示，含[Pb][(Mg1/3Nb2/3)"—x—y)TixZry]O3(0.25《x《0.58;0.05《y《0.62)組成的單晶有著相似的破裂強(qiáng)度值(45土15MPa)，與組成變化無關(guān)。含有0.01MgO和0.005Pt的單晶破裂強(qiáng)度值分別為49士15MPa和54士15MPa。而且，當(dāng)單晶中氣孔的體積百分比低于20%時(shí)，破裂強(qiáng)度值增加到50士20MPa。壓電性能的測量對于按照上述實(shí)施例2的方法制備的強(qiáng)化壓電單晶([Pb][(Mg1/3Nb2/3)"—x-y)TixZry]03+cP(OKx《0.58;0.05《y《0.62;0.001《c《0.20))，，根據(jù)IEEE法利用阻抗分析器等儀器測量了相變溫度和壓電常數(shù)等隨著y的變化的性能。隨著第二相的添加，所制備出的單晶的相變溫度幾乎沒有什么變化，介電和壓電常數(shù)的測量結(jié)果如表5所示。向[Pb][(Mg1/3Nb2/3)(1_x—y)TixZry]03(x=0.34、y=0.26)單晶中添加Pt粒子，當(dāng)體積百分比率從0%增加到15%時(shí)，壓電單晶介電常數(shù)的變化情況見表6。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>結(jié)果分析當(dāng)把Mg0、Pt和氣孔等第二相加入量控制在O.1%以上、20%以下(0.001《c《0.20)時(shí)，本實(shí)施例所制備單晶的性能中，破裂強(qiáng)度和機(jī)械韌性將會(huì)有所提高。在使單晶中的傳導(dǎo)性金屬Pt粒子分散后，介電性能和Pt含量的增加成比例。因此，對于包含MgO、Pt和氣孔等第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定的組成中都將會(huì)呈現(xiàn)出介電常數(shù)(K3T》4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33》0.85)、相變溫度(Tc^180。C、TRT》100°C)和矯頑電場(Ec》5kV/cm)等的性能，與不包含MgO、Pt等第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶相比，其機(jī)械性能更高一層。<實(shí)施例3〉<實(shí)施例3_1>在本實(shí)施例中，用固相單晶生長法制備[Pb。.97Sr。.。3][(Mgl/3Nb2/3)Q.4Ti(Q.6_y)Zry]03(0.05《y《0.62)組成的單晶，并測量了隨著鋯含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度和矯頑電場值等性能的變化情況。在本實(shí)施例中，我們采用和<實(shí)施例1>相同的方法制備具有[Pb0.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)o.4Ti(0.6—y)Zry]03(0.05《y《0.62)組成的鈣鈦礦型陶瓷粉末顆粒，把y值分別設(shè)定為O.19、0.21、0.23、0.25、0.27、0.29、0.31。然后在所制備出的鈣鈦礦相粉末顆粒中依次將過量PbO粉末顆粒添加至O、5、10、15、20、25、和30molX，制備出多種含有過量PbO組成的粉末顆粒。對于添加了過量PbO并進(jìn)行粉末顆粒成形的模子(powder-moldedbodies)，在90(TC130(TC的溫度范圍之內(nèi)，在間隔25"C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理，并對多晶狀態(tài)下的異常晶粒生長跡象和異常晶粒的數(shù)量密度進(jìn)行了檢查。在將多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制在0.5Rc《R《2Rc范圍的條件下，添加的過量PbO為20molX，并把熱處理溫度的范圍為1100。C115(TC。在本實(shí)施例中，是通過控制所添加的過量PbO的量和熱處理溫度來控制多晶晶粒陣列晶粒尺寸的，另外還實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)熱處理時(shí)間、熱處理環(huán)境條件(試片周圍的氧分壓P。2)、試片周圍的PbO分壓(PPb。)等條件來控制多晶晶粒陣列的晶粒尺寸。也就是說，按以上所述，在115(TC下進(jìn)行熱處理，通過控制多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，在異常晶粒的數(shù)量密度減少的多晶中放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶，然后在110(TC下實(shí)施300小時(shí)進(jìn)行熱處理，利用籽晶在多晶中繼續(xù)生長的性能制備出多晶組成的單晶。(通過2步熱處理制備單晶)<實(shí)施例3—2〉另一方面，本發(fā)明者是利用具有[Pb。.97SrQ.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti(。.6—y)Zry]03(OKy《0.62)成分構(gòu)成的陶瓷粉末顆粒，通過使不含籽晶、在多晶中生成的少數(shù)異常晶粒繼續(xù)生長制備出單晶。接下來以上述測量使用相同的實(shí)驗(yàn)方法制備鈣鈦礦相粉末顆粒，然后在添加過量的PbO粉末顆粒后進(jìn)行熱處理。其結(jié)果就是可以把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的O.5倍以上、l倍以下的晶粒尺寸范圍，即0.5R?！禦《R。。在該條件下，把添加的過量PbO為30molX，熱處理溫度為1050。C。在上述[PbQ.97SrQ.Q3][(Mgl/3Nb2/3)。.4Ti(。.6—y)Zry]03(0.05《y《0.62)組成的陶瓷粉末顆粒內(nèi)添加過量PbO至30molX，在1050。C溫度下進(jìn)行一次500小時(shí)的熱處理，僅使在多晶中自然生成的少數(shù)異常晶粒在多晶中繼續(xù)生長，最終制備出單晶。(通過實(shí)施l次熱處理制備單晶)單晶的觀察圖8是用固相單晶生長法制備的[Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti。.35Zr。.25]03(y=0.25)單晶的拋光面照片，通過該照片可以觀察到在多晶中生長的單晶。圖8a表示的是在依照上述實(shí)施例3—1的方法制備的[Pb。.97Sr。.Q3][(Mg1/3Nb2/3)Q.4Ti。.35Zr。.25]03粉末顆粒中添加過量PbO至20molX，通過在115(TC條件下進(jìn)行熱處理制備出多晶，然后在制備的多晶中放入Ba(TiQ.7Zr。.3)03籽晶，繼而在110(TC條件下實(shí)施300小時(shí)的熱處理后得到的單晶照片。在把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸R。的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)，即0.5R?！禦《2R。時(shí)，籽晶在多晶體中繼續(xù)生長。在本實(shí)施例中，在控制過量PbO的量和熱處理溫度后，就可把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)了(0.5R?！禦《2R。)。把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到O.5R。《R《2R。的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶在多晶中繼續(xù)生長，從而制備出具有和多晶組成相同的單晶，且生長后的單晶大小在30X25mm2以上。圖8b顯示的是在依照上述實(shí)施例3—2的方法制備的[Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti。.35Zr。.25]O3粉末顆粒內(nèi)添加30mo1%的過量Pb0，在105(TC條件下進(jìn)行500小時(shí)的熱處理后得到的單晶照片。在把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸R。的0.5倍以上、l倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)時(shí)(0.5R?！禦《R。)，多晶中異常晶粒的數(shù)量密度減少，就可僅使少數(shù)異常晶粒繼續(xù)生長了。在本實(shí)施例中，在控制過量PbO的量和熱處理溫度后，就可把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的O.5倍以上、l倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)了。在把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到O.5R。《R《R。的范圍內(nèi)時(shí)，多晶中自然生成的少數(shù)異常晶粒會(huì)在多晶中繼續(xù)生長，從而制備出大的單晶，且生長后的單晶的大小在20X20mm2以上。介電性能和相變溫度的測量另一方面，對于用上述實(shí)施例3—1的方法制備出的單晶，分別利用阻抗分析器等儀器并通過IEEE法測量了介電性能的變化和相變溫度。其結(jié)果如圖9和表7所示。圖9顯示的是，在[Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti(0.6—y)Zry]03(0.19《y《0.31)單晶中，介電性能和相變溫度Tc、TRT隨著溫度的變化而變化的圖表。表7表示的是，隨著所制備出的單晶y的變化，介電常數(shù)、相變溫度、壓電常數(shù)和矯頑電場等性能的變化情況。從圖9和表7可以看出，當(dāng)y從O.19增加到0.31時(shí)，Tc穩(wěn)定在約200。C左右，而THT從100'C連續(xù)增加到165。C。當(dāng)y二0.23時(shí)，介電和壓電性能最大，變晶相界處在y=0.3附近。在表7中，菱形晶相的單晶呈現(xiàn)出立方晶相<001〉方向的性能，正方晶相的單晶呈現(xiàn)出<011〉方向的性能。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table>關(guān)于本實(shí)施例中制備的單晶的性能，和接近變晶相界但屬于菱形晶相晶體組成一樣具有高性能。但組成從變晶相界向菱形晶相變化時(shí)(y增加)，雖然介電和壓電性能有所減少，但T^相變溫度卻有所增加。組成從變晶相界向正方晶相變化時(shí)(y減少)，介電和壓電性能以及THT相變溫度下降了。對于呈菱形晶相但接近變晶相界的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定組成都下呈現(xiàn)出如下性能介電常數(shù)(K3T》4000)、壓電常數(shù)(d33》1400pC/N、k33>0.85)、相變溫度(Tc》180°C、TRT》100°C)、以及矯頑電場(E。》5kV/cm)。<實(shí)施例4〉在本實(shí)施例中，在實(shí)施例3的組成([Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti(。.6—y)Zry]03(0.05《y《0.62))中增加體積百分比為0.1X20X的強(qiáng)化第二相，制備出強(qiáng)化壓電單晶([Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)o.4Ti(0.6_y)Zry]03+cP(0.05《y《0.62;0.001《c《0.20))。測量了隨著強(qiáng)化第二相的種類和含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場、以及破裂強(qiáng)度等性能的變化情況。單晶的制備為了制備含有本發(fā)明的含第二相強(qiáng)化劑的鈣鈦礦型壓電單晶，在鈣鈦礦型壓電單晶組成粉末顆粒中把P(P為從由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02和氣孔中選出的一個(gè)或多個(gè)物質(zhì))的體積百分比調(diào)至0.1%以上、20%以下的范圍內(nèi)(O.OOKc《0.20)制備出多晶，而后利用所制備的多晶，采用固相單晶生長法制備出單晶。在本實(shí)施例中，首先用和實(shí)施例3同樣的方法制備出具有[PbQ.97Sr。.03][(Mg1/3Nb2/3)o.4Ti(0.6_y)Zry]03(0.05《y《0.62)組成的陶瓷粉末，所制備的粉末的y值分別設(shè)定為0.19、0.21、0.23、0.25、0.27、0.29、0.31。在向制備的鈣鈦礦相粉末顆粒中添加過量PbO粉末顆粒的同時(shí)，分別添加了Zr02粉末顆粒(P=Zr02)、AgPd粉末顆粒(P=AgPd)和碳粉(P=pore)。由于碳粉在熱處理過程中會(huì)發(fā)生分解并消失，在多晶和單晶中會(huì)形成氣孔。對于最終制備出的粉末壓塊體，在90(TC130(TC的溫度范圍內(nèi)，分別在間隔25"C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。通過熱處理過程，制備出具有[Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)o.4Ti(0.6—y)Zry]03+cZr02、[Pb0.97Sr0.03][(Mg1/3Nb2/3)0.4Ti(0.6—y)Zry]03+cAgPd禾口[Pb0.97Sr0.03][(Mg1/3Nb2/3)。4Ti(o.6_y)Zry]03+c(Pore)(OKx《0.58;0.05《y《0.62;0.001《c《0.20)組成的多晶。制備各成分構(gòu)成的單晶時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件和方法與<實(shí)施例3>相同。含第二相時(shí)，單晶的生長速度與不含第二相時(shí)不同，但單晶的生長跡象和條件基本相同。破裂強(qiáng)度的測量依據(jù)ASTM法，采用4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測量法測量了依照上述實(shí)施例4制備的含有強(qiáng)化第二相的單晶的破裂強(qiáng)度值。其結(jié)果如下表8a至U8c所示。表8a<table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>如表8a至lj8c所示，有著[Pb。.97Sr。.。3][(Mg1/3Nb2/3)Ti(。.6—y)Zry]03(0.05《y《0.62)組成的單晶具有相似的破裂強(qiáng)度值(48士15MPa)，與組分的變化無關(guān)。在單晶中，當(dāng)強(qiáng)化第二相的Zr02、AgPd和氣孔等的體積百分比在20X以下時(shí)，與完全不含強(qiáng)化第二相時(shí)相比，其破裂強(qiáng)度值增加了。壓電性能的測量隨著依據(jù)上述實(shí)施例4的方法制備的強(qiáng)化壓電單晶([PbQ.97SrQ.。3][(Mg1/3Nb2/3)0.4Ti(0.6—y)Zry]03+cP(0.05《y《0.62;0.00Kc《0.20))的y和c的變化，分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了相變溫度、和壓電常數(shù)等的性能狀況。添加第二相后，所制備單晶的相變溫度幾乎沒有變化。在向[Pb。.97SrQ.。3][(Mg1/3Nb2/3)。.4Ti(。.6—y)Zry]O3(y=0.25)單晶中添加AgPd粒子，當(dāng)體積百分比從0%增加到20%時(shí)，壓電單晶介電常數(shù)的變化情況如表9所示。表9<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>關(guān)于本實(shí)施例中制備的單晶的性能，在把Zr02、AgPt和氣孔等第二相調(diào)至O.1%以上、20%以下(0.00Kc《0.20)時(shí)，破裂強(qiáng)度和機(jī)械韌性有所提高。在單晶中分散傳導(dǎo)性金屬AgPd粒子時(shí)，介電性能隨AgPd的含量成正比增加。因此，對于含有Zr02、AgPd氣孔等第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定組成中都呈現(xiàn)如下性能介電常數(shù)(K3T>4000)、壓電常數(shù)(d33>，400pC/N、k33》0.85)、相變溫度(Tc》180°C、TRT》100°C)、矯頑電場(Ec>5kV/cm)等，且與無強(qiáng)化第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶相比，其機(jī)械性能更高一層。<實(shí)施例5〉在本實(shí)施例中，采用固相單晶生長法制備出具有[Pb][((Mg。.7Zn0.3)1/3Nb2/3)0.45Ti,—y)Zry]03(0.05《y《0.55)組成的單晶。然后測量了隨著鋯或鋯酸鉛含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、以及矯頑電場值等性能的變化情況。單晶的制備在本實(shí)施例中，采用鈳鐵礦法制備出具有[Pb][((MgQ.7Zn。.3)1/3Nb2/3)0.45Ti(0.55—y)Zry]03(OKy《0.55)組成的陶瓷粉末顆粒，y值分別為O.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30。首先把MgO、ZnO以及Nb205粉末顆粒用球磨機(jī)混合，然后煅燒生成(Mg、Zn)Nb206，再將PbO、(Mg、Zn)Nb206、Ti02、Zr02粉末顆粒進(jìn)行混合，經(jīng)煅燒制備出鈣鈦礦相粉末顆粒。在制備出的[Pb][((Mg。.7Zn。.3)1/3Nb2/3)o.45Ti,—y)Zry]03粉末顆粒中分別添加0、5、10、15、20、25、30mol^的過量PbO制備出含有過量Pbo的成分構(gòu)成各不相同的粉末顆粒，因此制備出具有不同組成的含PbO混合粉末。對于制備出的粉末成形體(powder-moldbodies)在90(TC1300°C的溫度范圍內(nèi)，在間隔25。C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。在把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)，即0.5Rc《R《2Rc的條件下，添加的過量Pb0為15molX，熱處理溫度為IIO(TC。在用該法制備的多晶中放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶，然后進(jìn)行熱處理，利用籽晶在多晶中繼續(xù)生長的特點(diǎn)，制備出有著多晶組成的單曰曰曰o把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸R。的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)時(shí)，籽晶在多晶中繼續(xù)生長。在本實(shí)施例中，當(dāng)把過量Pb0的量調(diào)整至15molX，把熱處理溫度調(diào)整至110(TC時(shí)，就可以將多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)了。把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到O.5R?！禦《2R。的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti。.7ZrQ.3)03籽晶繼續(xù)在[Pb][((Mg。.7Zn0.3)1/3Nb2/3)o.45Ti(0.55_y)Zry]03(0Ky《0.6)多晶中生長，從而制備出具有和多晶組成相同的單晶，且生長后的單晶的大小在25X25mm2以上。壓電性能的測量分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了隨著按照上述實(shí)施例5之方法所制備的[Pb][((Mg。.7Zn0.3)1/3Nb2/3)o.45Ti(0.55-y)Zry]03(0.05《y《0.55)單晶y的變化，介電常數(shù)、相變溫度、壓電常數(shù)、矯頑電場等性能的情況。測量結(jié)果見表10。表10<table>tableseeoriginaldocumentpage44</column></row><table>如表10所述，在<formula>formulaseeoriginaldocumentpage44</formula>組成中，當(dāng)y從O.20增加到0.30時(shí)，Tc穩(wěn)定在250度，但TBT從100度連續(xù)上升到175度。本實(shí)施例中制備的單晶具有高性能，就像屬于為菱形晶相但接近變晶相界的單晶組成一樣。在變晶相界向菱形晶相組成變化時(shí)(y增加)，介電和壓電性能減少，但T^相變溫度卻上升了。在變晶境界向正方晶相組成變化時(shí)(y減少)，介電和壓電性能，Tht相変溫度下降。對于為菱形晶相但接近MPB的含有鋯或鋯酸鉛的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定的組成中呈現(xiàn)如下性能介電常數(shù)(K3T>4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33》0.85)、相變溫度(Tc>180°C、TRT>100°C)、矯頑電場(Ec>5kV/cm)等。<實(shí)施例6>在實(shí)施例5的組成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage44</formula>中，強(qiáng)化第二相的體積百分比調(diào)至O.1%20%的范圍內(nèi)，制備出強(qiáng)化壓電單晶([Pb][((Mg。.7Zn0.3)1/3Nb2/3)0.45Ti(0.55—y)Zry]03+cP(0.05《y《0.55;0.001《c《0.20))，測量隨著強(qiáng)化第二相種類和含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場、破裂強(qiáng)度等性能的變化情況。單晶的制備在本發(fā)明中，為了制備含有第二相強(qiáng)化劑的鈣鈦礦型壓電單晶，在轉(zhuǎn)鈦礦型壓電單晶組成粉末顆粒中，增加體積百分比在O.1%以上、20%以下(0.001《c《0.20)的范圍內(nèi)的P(P為從由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02和氣孔中選出的一種或多種物質(zhì))，制備出多晶，然后利用所制備的多晶，采用固相單晶生長法制備出單晶。在本實(shí)施例中，首先用和實(shí)施例5相同的方法制備出具有[Pb][((Mg0.7Zn0.3)1/3Nb2/3)o.45Ti,—y)Zry]03(0.5《y《0.55)組成的陶瓷粉末顆粒，所制備的陶瓷粉末中y值分別設(shè)定為0.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30。在向所制備的[Pb][((Mg0.7Zn0.3)1/3Nb2/3)。.45Ti(。.55—y)Zry]03粉末顆粒中添加過量PbO粉末顆粒的同時(shí)，分別添加了MgO粉末顆粒(P=MgO)、Ag粉末顆粒(P=Ag)和PMMA聚合物(P=poi"e)。對于最終制備出的粉末成形體，在900'C130(TC的溫度范圍內(nèi)，間隔25。C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。經(jīng)過熱處理過程，制備出具有[Pb][((Mg。.7ZnQ.3)1/3Nb2/3)。.45Ti(0.55—y)Zry]03+cMgO、[Pb][((Mg0.7Zn0.3)1/3Nb2/3)。.45Ti(0.55—y)Zry]03+cAgi[Pb][((Mg0.7Zn0.3)1/3Nb2/3)0.45Ti(0.55—y)Zry]03+c(Pore)(0.05《y《0.55;0.001《c《0.20)組成的多晶。在制備各組成的單晶時(shí)，采用了和<實(shí)施例5〉相同的實(shí)驗(yàn)條件和方法，含有第二相時(shí)，雖然單晶生長速度要比不含第二相時(shí)慢，但單晶生長跡象和條件基本相同。破裂強(qiáng)度的測量對于用上述實(shí)施例6的方法制備的含有強(qiáng)化第二相的單晶，們根據(jù)ASTM法、采用4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測量法測量了它的破裂強(qiáng)度值。測量結(jié)果見表lla11c所示。表lla<table>tableseeoriginaldocumentpage46</column></row><table>如表ll所示，[Pb][((Mg0.7Zn0.3)1/3Nb2/3)。.45Ti-y)Zry]03(0.05《y《0.55)單晶，呈現(xiàn)出基本相同的破裂強(qiáng)度值(46士12MPa)，與組成變化無關(guān)。在單晶中，當(dāng)MgO、Ag和氣孔等強(qiáng)化第二相的體積百分比低于20%時(shí)，與不含強(qiáng)化第二相時(shí)相比，其破裂強(qiáng)度值增加了。壓電性能的測量分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了隨著按上述實(shí)施例6之方法制備的強(qiáng)化壓電單晶([Pb][((Mg。.7Zn。.3)1/3Nb2/3)o.45Ti(0.55—y)Zry]03+cP(0.05《y《0.55;0.001《c《0.20))的y和c的變化，相變溫度和壓電常數(shù)等性能的變化情況。所制備的單晶的相變溫度Tc、TRT并未隨著第二相的添加而發(fā)生變化。而且，在向[Pb][((MgO.7ZnO.3)l/3Nb2/3)0.45Ti(0.55_y)Zry]03(y=0.24)單晶中添加Ag粒子，當(dāng)Ag粒子體積百分比從0%增加到20%時(shí)，壓電單晶介電常數(shù)的變化如表12所示。表12<table>tableseeoriginaldocumentpage47</column></row><table>結(jié)果分析對于按照本實(shí)施例之方法制備的單晶的性能，在把MgO、Ag和氣孔等第二相調(diào)至O.1%以上、20%以下(0.001《c《0.20)時(shí)，破裂強(qiáng)度和機(jī)械韌性提高了。而且，在單晶中分散傳導(dǎo)性金屬Ag粒子時(shí)，介電性能連續(xù)增加。因此，對于包括MgO、Ag和氣孔等第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定組成下具有如下性能介電常數(shù)(K3T》4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33>0.85)、相變溫度(Tc>180°C、TRT》100°C)、矯頑電場(Ec》5kV/cm)等，與無強(qiáng)化第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶相比，其機(jī)械性能更高一層。<實(shí)施例7〉在本實(shí)施例中，用固相單晶生長法制備具有[Pb][((Mgl/3Nb2/3)u(In1/2Nb1/2)0.Ji(0.8—y)Zry)03(0.05《y《0.62)組成的單晶，并測量了隨著鋯或鋯酸鉛含量的變化，其介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場值等性能的變化情況。單晶的制備在本實(shí)施例中，用鈳鐵礦法制備出[Pb][((Mg1/3Nb2/3)。.，(In1/2Nb1/2)?！筎i(。.8_y)Zry)03(0.05《y《0.62)組成的陶瓷粉末顆粒。首先把MgO、In203、和Nb205粉末顆粒用球磨機(jī)混合，然后煅燒制備出(Mg、In)Nb206，接著將PbO、(Mg、In)Nb206、Ti02、Zr02粉末顆?；旌喜⑦M(jìn)行煅燒，制備出鈣鈦礦型粉末顆粒。y值分別設(shè)為0.35、0.37、0.39、0.41、0.43、0.45。向制備的鈣鈦礦相粉末顆粒中分別依次添加過量PbO，添加劑的量為O、5、10、15、20、25、30mol%，制備出含有過量Pb0的成分組成各不相同的粉末顆粒。對于制備出的粉末成形體，在900'C130(TC的溫度范圍內(nèi)，在間隔25"的多個(gè)溫度條件下實(shí)施100小時(shí)的熱處理。在多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的O.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)，S卩、0.5Rc《R《2Rc的條件下，所添加的過量PbO標(biāo)為25mol^，熱處理溫度為120(TC。在用這種方法制備的多晶中放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶，然后進(jìn)行熱處理。g口，通過向所制備的粉末顆粒內(nèi)添加25mol%的過量PbO并加熱到1200攝氏度，制備出多晶后，在的多晶中放入Ba(Ti。.7ZrQ.3)03籽晶，并在120(TC條件下進(jìn)行300小時(shí)的熱處理后，籽晶繼續(xù)生長，有著多晶組成的單晶在多晶中生長。在把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸R。的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍(R大于或等于0.5R和R小于或等于2R)內(nèi)時(shí)，籽晶繼續(xù)在多晶中生長。在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)過量PbO的量和熱處理溫度后，就可把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)了。在把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到(R大于或等于0.5R和R小于或等于2R)的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti0.7Zr0.3)03籽晶繼續(xù)在多晶中生長，從而制備出具有和多晶組成相同的單晶，且生長后的單晶的大小在25X25mm2以上。壓電性能的測量對于按上述實(shí)施例7之方法制備的[Pb][((Mg1/3Nb2/3)。.i(In1/2Nb1/2)o.iTi(0.8—y)Zry)03(0.05《y《0.62)單晶，分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了隨著y的變化，介電常數(shù)、相變溫度Tc、TRT、壓電常數(shù)、矯頑電場等性能的情況。測量結(jié)果見表13。表13<table>tableseeoriginaldocumentpage49</column></row><table>如表13所示，在[Pb][((Mg1/3Nb2/3)。.！(In1/2Nb1/2)0.1Ti(。.8—y)Zry)03(0.05《y《0.62)組成中，當(dāng)y從O.35增加到0.45時(shí)，Tc穩(wěn)定在300。C左右，但THT連續(xù)從10(TC增加到195。C。I在本實(shí)施例中制備的單晶具有高的性能，就像組成屬于接近變晶相界的菱形晶相的單晶。當(dāng)組成遠(yuǎn)離變晶相界，單晶的介電和壓電性能就越低，但TRT相變溫度卻增加了。對于為菱形晶相但接近變晶相界的、含鋯或鋯酸鉛的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定的組成下具有如下性能介電常數(shù)(K3T>4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33^0.85、相變溫度(Tc》180°C、TRT>100°C)、矯頑電場(Ec>5kV/cm)等。<實(shí)施例8〉在本實(shí)施例中，在實(shí)施例7的組成([Pb][((Mg1/3Nb2/3)ai(In1/2Nb1/2)。tTi(。.8—y)Zry)03(0.05《y《0.62)]中，把強(qiáng)化第二相的體積百分比調(diào)至0.1%20%的范圍內(nèi)，制備出強(qiáng)化壓電單晶(1>b][((Mg1/3Nb2/3)ai(In1/2Nb1/2)Ji(0.8—y)Zry)03+cP(0.05《y《0.62;0.001《c《0.20)]，測量隨著強(qiáng)化第二相的種類和含量的變化，介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場、破裂強(qiáng)度等性能的變化情況。單晶的制備為了按照本發(fā)明之方法制備含有第二相強(qiáng)化劑的鈣鈦礦型壓電單晶，在鈣鈦礦型壓電單晶組成粉末顆粒中，把P(P是從由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02和氣孔中選出的一種或多種物質(zhì))的體積百分比調(diào)至O.1%以上、20%以下(0.001《c《0.20)的范圍內(nèi)制備出多晶，然后利用所制備出的多晶，采用固相單晶生長法制備出單晶。在本實(shí)施例中，首先用和實(shí)施例7同樣的方法制備出[Pb][((Mg1/3Nb2/3)w(In1/2Nb1/2)Ji(0.8_y)Zry)03(0.05《y《0.62)組成的陶瓷粉末顆粒，y值分別設(shè)定為0.35、0.37、0.39、0.41、0.43、0.45。在向制備出的鈣鈦礦相粉末顆粒中添加過量PbO粉末顆粒的同時(shí)，分別添加了Zr02粉末顆粒(P=Zr02)、Rh粉末顆粒(P=Rh)和PMMA聚合物(P二pore)。對于最終制備出的粉末成形體，在900'C130(TC的溫度范圍內(nèi)，在間隔25'C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。通過熱處理過程，制備出了具有[Pb][((Mg1/3Nb2/3)u(In1/2Nb1/2)Ji(0.8—y)Zry)03+cZr02、[Pb][((Mg1/3Nb2/3)u(In1/2Nb1/2)o.!Ti(。.8—y)Zry)03+cRh和[Pb][((Mgi/3Nb2/3)。.i(Ini/2Nb1/2)。.iTi(0.8—y)Zry)03+c(Pore)(0.05《y《0.62;0.001《c《0.20)組成的多晶。采用和<實(shí)施例7>相同的實(shí)驗(yàn)條件和方法制備各成分構(gòu)成的單晶時(shí)，含有第二相時(shí)單晶的生長速度要比不含第二相時(shí)慢，但單晶生長跡象和條件基本相同。破裂強(qiáng)度的測量對于按上述實(shí)施例8之方法制備出的含有強(qiáng)化第二相的單晶，按照ASTM法、采用4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測量法測量了它的破裂強(qiáng)度值。測量結(jié)果見表14a14c。<table>tableseeoriginaldocumentpage52</column></row><table>如表14所示，[Pb][((Mg1/3Nb2/3)。.i(In1/2Nb1/2)Ti(Q.8—"Zry)03(0.05《y《0.62)組成的單晶破裂強(qiáng)度值基本相同(50士13MPa)，和組成變化無關(guān)。在單晶中，當(dāng)Zr02、Rh和氣孔等強(qiáng)化第二相的體積百分比低于20%時(shí)，與不含強(qiáng)化第二相時(shí)相比，其破裂強(qiáng)度值增加了。對于按上述實(shí)施例8之方法制備出的強(qiáng)化壓電單晶([Pb][((Mg1/3Nb2")u(In1/2Nbi()Zry)03+cP(0.05《y《0.62;0.001《c《0.20)，分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了隨著強(qiáng)化壓電單晶的y和c的變化，相變溫度和壓電常數(shù)等性能的情況。所制備的單晶的相變溫度Tc、TRT并未因添加第二相而有所變化。而且，在向[Pb][((Mg〃3Nb"3)。」(1n1/2Nbw2)^Ti(0.8_y)Zry)O3(y=0.37)單晶中添加Rh粒子，當(dāng)R11粒子的體積百分從0%增加到20%時(shí)，壓電單晶介電常數(shù)的變化如表15所示。表15<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>結(jié)果分析對于按本實(shí)施例之方法制備出的單晶的性能，在把Zr02、Rh和氣孔等第二相調(diào)至O.1%以上、20%以下(0.00Kc《0.20)時(shí)，破裂強(qiáng)度和機(jī)械韌性提高了。在向單晶中分散傳導(dǎo)性金屬Rh粒子時(shí)，介電性能連續(xù)增加。因此，對于包括Zr02、Rh和氣孔等第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶，在特定的組成都如下性能介電常數(shù)(K3T>4000)、壓電常數(shù)(d33>1400pC/N、k33X).85)、相變溫度(Tc>180°C、TRT>100°C)、矯頑電場(Ec^5kV/cm)等，與無強(qiáng)化第二相的含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶相比，其機(jī)械性能更高一層。<實(shí)施例9〉在本實(shí)施例中，采用固相單晶生長法制備具有[BaxBi(n)][Fe(1—X)Tiu—y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)組成的無鉛類單晶，并測量了隨著鋯含量的變化，其介電常數(shù)、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場值等性能的變化情況。單晶的制備在本實(shí)施例中，采用固相反應(yīng)法制備出[BaXBi(卜x)][Fe(1-x)Ti(x—y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)組成的陶瓷粉末顆粒。把BaC03、Bi203、Fe203、Ti02、Zr02粉末顆粒用球磨機(jī)混合，經(jīng)過煅燒制備出鈣鈦礦相粉末顆粒。x值設(shè)定為0.75，y值分別設(shè)定為O.05、0.07、0.09、0.11、0.13。向[BaxBi(1—X)][Fe(1—X)Ti(x—y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)粉末顆粒中依次添加過量的Ti02、B"03粉末顆粒，并把添加的量控制在0molQ^到15mol^的范圍內(nèi)，最終制備出含有過量Ti02、Bi203的各種成分構(gòu)成的粉末顆粒。把粉末顆粒進(jìn)行成形后，用200MPa的靜水壓進(jìn)行加壓成形。對于用此法得到的粉末成形體，在800'C135(TC的溫度范圍內(nèi)，在間隔25'C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。在多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)，艮卩、0.5Rc《R《2Rc該條件下，所添加的過量Ti02、Bi203的量分別為0.5molX、2mol%，熱處理溫度為110(TC。在用此法制備出的多晶中放入Ba(Ti。.7Zr。.3)03籽晶并進(jìn)行熱處理。在進(jìn)行了300小時(shí)的熱處理后，籽晶繼續(xù)生長，有著多晶組成的單晶在多晶中得以生長。在把上述多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸Rc的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)時(shí)，籽晶繼續(xù)在多晶中生長。在本實(shí)施例中，在調(diào)節(jié)過量Ti02、B"03的量和熱處理溫度后，就可把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到生成異常晶粒的臨界晶粒尺寸的0.5倍以上、2倍以下的晶粒尺寸范圍內(nèi)了。當(dāng)把多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸R控制到0.5Rc《R《2Rc的范圍內(nèi)時(shí)，在熱處理過程中，Ba(Ti。.gZr。.》03籽晶向[BaxBi(1—X)][Fe(1—X)Ti(x—，)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)多晶中繼續(xù)生長，從而制備出具有和多晶相同組成的單晶，且生長后的單晶的大小在15X15mm2以上。壓電性能的測量對于按照上述實(shí)施例9之方法制備的[BaXBi"-x)][Fe(1—X)Ti(x-y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)單晶，分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了隨著單晶y的變化，介電常數(shù)、相變溫度、壓電常數(shù)、矯頑電場等性能的情況。測量結(jié)果見表16。表16<table>tableseeoriginaldocumentpage55</column></row><table>如表16所示，在[BaxBi(1—X)][Fe(1—X)Ti(x—y)Zry]03(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)組成中，當(dāng)y從O.05增加到0.15時(shí)，Tc穩(wěn)定在25(TC左右，TRT從10(TC連續(xù)增加到16(TC。本實(shí)施例中制備的單晶具有高的性能，就像組成屬于接近變晶相界的菱形晶相的單晶。當(dāng)組成遠(yuǎn)離變晶相界，單晶的介電和壓電性能就越低，但TRT相變溫度卻增加了。對于為菱形晶相但接近晶相界、含鋯的轉(zhuǎn)鈦礦型無鉛類壓電單晶，在特定的組成下都具有如下性能介電常數(shù)(K3T>4000)、壓電常數(shù)(d33^1400pC/N、k33^0.85、相變溫度(Tc》180°C、TRT^100。C)、矯頑電場(Ec>5kV/cm)等。<實(shí)施例10〉在本實(shí)施例中，在實(shí)施例9的組成([BaXBid-x)][Ee(1—X)Ti(x—y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15))中，把強(qiáng)化第二相的體積百分比調(diào)至O.1%20%的范圍內(nèi)，制備出強(qiáng)化壓電單晶([BaXBi(1-X)][Fe(1—X)Ti(x_y)Zry]03+cP(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15;0.001《c《0.20))，并測量隨著強(qiáng)化第二相的種類和含量的變化，其介電常f[、壓電常數(shù)、相變溫度、矯頑電場、破裂強(qiáng)度等性能的變化情況。'單晶的制備為了按本發(fā)明之方法制備含有第二相強(qiáng)化劑的鈣鈦礦型無鉛類壓電單晶，在向單晶組成粉末顆粒中，增加體積百分比調(diào)至O.1%以上、20%以下(0.001《c《0.20)的范圍內(nèi)的P(P為從由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02和氣孔中選出的一種或多種物質(zhì))制備多晶，并利用所制備出的多晶，采用固相單晶生長法制備出單晶。在本實(shí)施例中，首先用和實(shí)施例9同樣的方法制備出[BaXBi(1_X)][Fe(1_x)Ti(x—y)Zry]03(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)組成的陶瓷粉末顆粒，x值設(shè)定為0.75，y值分別設(shè)定為0.05、0.07、0.09、0.11、0.13。在向所制備的[BaxBi(h)][Fe(1—X)Ti(x-y)Zry]03粉末顆粒中添加過量的Ti02、B"03粉末顆粒的同時(shí)，分別添加了MgO粉末顆粒(P二Mg0)、Pt粉末顆粒(P二Pt)、PMMA聚合物(P二pore)。當(dāng)粉末顆粒成形后，用200MPa的靜水壓進(jìn)行加壓成形。對于用該法得到的粉末成形體，在80(TC1350。C的溫度范圍內(nèi)，在間隔25'C的多個(gè)溫度條件下進(jìn)行100小時(shí)的熱處理。通過熱處理過程，制備出具有[BaXBi(1—x)][Fe(1_X)Ti(x—y)Zry]03+cMgO、[BaxBi(1—x)][Fe(1—X)Ti(x_y)Zry]03+cPt和[BaxBi(1—x)][Fe(1—X)Ti(x_y)Zry]03+c(Pore)(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15;0.001《c《0.20)組成的多晶。制備各成分構(gòu)成的單晶采用的是和<實(shí)施例9〉相同的實(shí)驗(yàn)條件和方法，含有第二相時(shí)，單晶的生長速度要比不含第二相時(shí)慢，但單晶生長跡象和條件基本相同。破裂強(qiáng)度的測量對于用上述實(shí)施例10之方法制備出的含有強(qiáng)化第二相的單晶，按照ASTM法、采用4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測量法測量了它的破裂強(qiáng)度值。測量結(jié)果見表17a17c。表17a<table>tableseeoriginaldocumentpage57</column></row><table>如表17所示，[BaxBiX)][Fe(1—X)Ti(x—y)Zry]O3(0.65《x《1.00;0.05《y《0.15)單晶，呈現(xiàn)出基本相同的破裂強(qiáng)度值(60士15MPa)，與成分變化無關(guān)。當(dāng)單晶中MgO、Pt和氣孔等強(qiáng)化第二相的體積百分比在20%以下時(shí)，破裂強(qiáng)度值增加了。壓電性能的測量對于按上述實(shí)施例10之方法制備出的強(qiáng)化壓電單晶([BaxBi(1_"][Fe(卜X)Ti(x—y)Zry]03+cP(OKx《1.00;OKy《0.15;0.001《c《0.20)，分別利用阻抗分析器等儀器通過IEEE法測量了強(qiáng)化壓電單晶的y和c的變化，其相變溫度Tc、TRT和壓電常數(shù)等性能的情況。所制備的單晶的相變溫度并未因添加第二相而發(fā)生變化。而且，在向[BaXBi(1—X)][Fe(1—X)Ti(x—y)Zry]03(x=0.75;y=0.09)單晶中添加Pt粒子，當(dāng)P1粒子體積百分比從0%增加到20%時(shí)，壓電單晶介電常數(shù)的變化情況見表18。表18<table>tableseeoriginaldocumentpage58</column></row><table>結(jié)果分析對于按本實(shí)施例之方法制備出的單晶的性能，當(dāng)把MgO、Pt和氣孔等第二相調(diào)至O.1%以上、20%以下C0.001《c《0.20)的范圍內(nèi)時(shí)，其破裂強(qiáng)度和機(jī)械韌性提高了。而且當(dāng)在單晶中分散傳導(dǎo)性金屬Pt粒子時(shí)，其介電性能連續(xù)增加。因此，對于包括MgO、Pt和氣孔等第二相的含鋯的鈣鈦礦型無鉛類壓電單晶，在特定的組成下都具有如下性能介電常數(shù)(K3T^4000)、壓電常數(shù)(d33^1400pC/N、k33^0.85)、相變溫度(Tc>180°C、TRT^100。C)、矯頑電場(Ec》5kV/cm)等，與無強(qiáng)化第二相的含鋯的鈣鈦礦型無鉛類壓電單晶相比，其機(jī)械性能更高一層。產(chǎn)業(yè)上的可用性按本發(fā)明之方法制備出的壓電單晶和壓電單晶應(yīng)用部件的優(yōu)點(diǎn)是具有高介電常數(shù)K3T、高壓電常數(shù)d33、k33、高相變溫度Tc、TRT、高矯頑電場Ec以及高機(jī)械性能，同時(shí)可以在廣泛的溫度范圍和使用電壓條件下使用。而且是采用最適合單晶量產(chǎn)的固相單晶生長法制備壓電單晶，使得開發(fā)不含高價(jià)原料的單晶組成、實(shí)現(xiàn)壓電單晶的商業(yè)化成為了可能。對于用本發(fā)明之方法制備出的壓電單晶和壓電單晶應(yīng)用部件，可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)制作和使用采用具有優(yōu)良性能的壓電單晶的壓電應(yīng)用部件和介電應(yīng)用部件。權(quán)利要求1、一種含鋯的鈣鈦礦型壓電單晶([A][B]O3)，其特征在于其具有如下化學(xué)式[A][(MN)1-x-yTixZry]O3在上述化學(xué)式中，A表示從Pb、Sr、Ba和Bi中的至少一種物質(zhì)，M表示從Ce、Co、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Sc、Yb和Zn中的至少一種物質(zhì)，N則表示從Nb、Sb、Ta和w中的至少一種物質(zhì)，x和y需分別滿足以下條件0.05≤x≤0.58(摩爾比)；0.05≤y≤0.62(摩爾比)。2、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[Pb][(MN)卜x—yTixZry]033、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[A][((M)(Nb))(1—x—y)TixZry]03。4、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[Pb(1—a—b)SraBab][((Mg，Zn)1/3Nb2/3)—x_y)TixZry]03上述化學(xué)式中，a的摩爾比范圍為0.0《a《0.1;b的摩爾比范圍為0.0《b《0.6。5、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[Pb][((MghZna)1/3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03上述化學(xué)式中，x的摩爾比范圍為0.20《x《0.58;a的摩爾比范圍為O.0《a《0.5。6、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[Pb][(Mg〃3Nb2/3)(1—x—y)TixZry]03上述化學(xué)式中，x的摩爾比范圍為0.25《x《0.58。7、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于，所述壓電單晶具有如下化學(xué)式組成[BaxBi][Fe(1_x)Ti(x—y)Zry]03上述化學(xué)式中，x的摩爾比范圍為0.65《x《1.00;y的摩爾比范圍為O.05《y《0.15。8、按照權(quán)利要求l所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。9、按照權(quán)利要求2所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。10、按照權(quán)利要求3所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。11、按照權(quán)利要求4所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。12、按照權(quán)利要求5所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。13、按照權(quán)利要求6所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。14、按照權(quán)利要求7所述的壓電單晶，其特征在于在所述壓電單晶組成中增加體積百分比O.1X20X的強(qiáng)化第二相P。15、按照權(quán)利要求8至14中任一項(xiàng)權(quán)利所述的壓電單晶，其特征在于在所述強(qiáng)化第二相P為金屬、氧化物以及氣孔中的任意一種。16、按照權(quán)利要去16所述的壓電單晶，其特征在于所述強(qiáng)化第二相P為Au、Ag、Ir、Pt、Pd、Rh、MgO、Zr02以及氣孔中至少一種。17、按照權(quán)利要求8至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶，其特征在于所述強(qiáng)化第二相P粒子的形式均勻分布在所述壓電單晶中，或者以既定的圖案規(guī)則分布在所述壓電單晶中。18、按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶，其特征在于所述壓電單晶中的x和y為屬于從菱形晶相和正方晶相之間的變晶相界的組成的10mol^的范圍之內(nèi)。19、按照權(quán)利要求18所述的壓電單晶，其特征在于所述壓電單晶中的x和y為屬于從菱形晶相和正方晶相之間的變晶相界的組成的5molX的范圍之內(nèi)。20、按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶，其特征在于所述壓電單晶的居里溫度Tc超過180度，且菱形晶相和正方晶相間的相變溫度Tht在100度以上。21、按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶，其特征在于所述壓電單晶的機(jī)電耦合系數(shù)k33大于0.85。22、按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶，其特征在于所述壓電單晶的矯頑電場Ec大于5kV/cm。23、一種權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶的制備方法，其特征在于，包括(a)控制具有上述組成的多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，以減少異常晶粒數(shù)量密度；以及(b)對在步驟(a)中異常晶粒的數(shù)量密度減少后的多晶進(jìn)行熱處理，使異常晶粒生長。24、一種權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶的制備方法，其特征在于包括在控制具有所述組成的多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，以減少異常晶粒數(shù)量密度的條件下熱處理所述多晶。25、按照權(quán)利要求23所述的制備方法，其特征在于在減少多晶異常晶粒數(shù)量密度的狀態(tài)下僅使產(chǎn)生的少數(shù)異常晶粒，使所述少數(shù)異常晶粒繼續(xù)生長來獲得單晶。26、按照權(quán)利要求23所述的制備方法，其特征在于進(jìn)一步包括在對所述多晶進(jìn)行熱處理前，將單晶籽晶黏附到多晶中，使得單晶籽晶在熱處理過程中在多晶中繼續(xù)生長。27、按照權(quán)利要求23所述的制備方法，其特征在于根據(jù)以下關(guān)系式控制多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸0.5R《R《2Rc其中R為多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，R。為臨界晶粒尺寸，此時(shí)異常晶粒開始生長且異常晶粒的數(shù)量密度為O。28、按照權(quán)利要求24所述的制備方法，其特征在于在減少多晶異常晶粒數(shù)量密度的狀態(tài)下僅使產(chǎn)生的少數(shù)異常晶粒，使所述少數(shù)異常晶粒繼續(xù)生長來獲得單晶。29、按照權(quán)利要求24所述的制備方法，其特征在于進(jìn)一步包括在對所述多晶進(jìn)行熱處理前，將單晶籽晶黏附到多晶中，使得單晶籽晶在熱處理過程中在多晶中繼續(xù)生長。30、按照權(quán)利要求24所述的制備方法，其特征在于根據(jù)以下關(guān)系式控制多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸0.5R乂R《2Rc其中R為多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，R。為臨界晶粒尺寸，此時(shí)異常晶粒開始生長且異常晶粒的數(shù)量密度為O。31、按照權(quán)利要求25所述的制備方法，其特征在于根據(jù)以下關(guān)系式控制多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸0.5Re《R《Rc其中R為多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，R。為臨界晶粒尺寸，此時(shí)異常晶粒開始生長且異常晶粒的數(shù)量密度為O。32、按照權(quán)利要求28所述的制備方法，其特征在于根據(jù)以下關(guān)系式控制多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸0.5Re《R《Rc其中R為多晶晶粒陣列的平均晶粒尺寸，R。為臨界晶粒尺寸，此時(shí)異常晶粒開始生長且異常晶粒的數(shù)量密度為O。33、一種壓電應(yīng)用部件，其特征在于所述壓電應(yīng)用部件中使用包含按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶的壓電體。34、按照權(quán)利要求33所述的壓電應(yīng)用部件，其特征在于所述壓電應(yīng)用部件為使用含鈣鈦礦型壓電單晶的壓電體的超聲波轉(zhuǎn)換器。35、按照權(quán)利要求33所述的壓電應(yīng)用部件，其特征在于所述壓電應(yīng)用部件為使用含鈣鈦礦型壓電單晶的壓電體的壓電調(diào)節(jié)器。36、按照權(quán)利要求33所述的壓電應(yīng)用部件，其特征在于所述壓電應(yīng)用部件為使用含鈣鈦礦型壓電單晶的壓電體的壓電傳感器。37、一種介電應(yīng)用部件，其特征在于所述介電應(yīng)用部件中使用包含按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的壓電單晶的壓電體。全文摘要本發(fā)明公開了一種壓電單晶及其制備方法、以及利用該壓電單晶制備的壓電和介電應(yīng)用部件。采用本發(fā)明制備的壓電單晶具有高介電常數(shù)K₃^T、高壓電常數(shù)d₃₃和k₃₃、高相變溫度(居里溫度、Tc)、高矯頑電場Ec、高機(jī)械性能，兼容了其優(yōu)良性能的壓電單晶可以在廣泛的溫度范圍和廣泛的使用電壓條件下使用。另外，采用最適合單晶量產(chǎn)的固相單晶生長法制備壓電單晶，開發(fā)不含高價(jià)原料的單晶組成、實(shí)現(xiàn)壓電單晶商業(yè)化成為了可能。這樣就可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)制作、使用由具有優(yōu)良性能的壓電單晶制備的壓電應(yīng)用部件和介電應(yīng)用部件了。文檔編號C30B29/22GK101365829SQ200680045393公開日2009年2月11日申請日期2006年11月6日優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日發(fā)明者李壕用,李瑆敏,金董皓申請人:賽若樸有限公司