壓電陶瓷及層疊壓電陶瓷部件制造技術

一種壓電陶瓷，其具有由組成式(LixNayK1-x-y)a(Nb1-zTaz)O3表示的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造作為主成分，其中，0.04＜x≤0.1，0≤y≤1，0≤z≤0.4，0.95≤a≤1.005，在構成該壓電陶瓷的多個結晶粒子的晶界或晶界三叉點處存在含有Si及K的結晶相或非結晶相。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本申請主張基于日本國專利申請2011-148201號(2011年7月4日申請)的優(yōu)先權，參照其內(nèi)容將其整體納入本說明書中。本專利技術涉及具有不含鉛等的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷及通過將由該壓電陶瓷構成的多個壓電陶瓷層和電極交替層疊而得到的層疊壓電陶瓷部件。
技術介紹
將壓電陶瓷的電能轉換為機械能且將機械能轉換為電能的原理(壓電效果)應用在較多的電子裝置中。在本說明書中，將使用了該壓電效果的電子裝置稱為“壓電裝置”，將具有用于該壓電裝置中的壓電陶瓷的電子部件稱為“壓電陶瓷部件”。 以往，壓電陶瓷部件例如使用由PbTiO3-PbZrO3這兩種成分構成的含鉛的壓電陶瓷(以下，稱為“PZT”)或對該PZT進一步添加了作為第三成分的Pb(Mg1/3Nb2/3)03*卩13(2111/3他2/3)03等的壓電陶瓷。以這些PZT為主成分的壓電陶瓷以高壓電特性而聞名，多用于目前得到實用化的壓電陶瓷部件中。然而，由于以PZT為主成分的壓電陶瓷含有Pb，因此在生產(chǎn)工序中存在PbO揮發(fā)等環(huán)境負荷高的問題。為此，要求使用不含鉛的或者低鉛的壓電陶瓷。對于不含鉛的壓電陶瓷，近年來進行了積極的研究。例如，Nature, 432 (4), 2004, pp. 84-87 和 Applied Physics Letters85 (18)，2004，pp. 4121-4123中報告了如下內(nèi)容，即，具有含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷能夠實現(xiàn)可與PZT匹敵的壓電效果。上述的壓電陶瓷以Li、Na、K、Nb、Ta、Sb及O為主成分，由通式{Lix[Na1IKyUa(NbhiTazSbJb03(x、y、z、W、a 及 b 表示摩爾比,0 彡 x 彡 O. 2, 1,0^ z ^0.4, O^w ^0.2,0. 95 ^ a,b ^ 1.05)表示。由該組成式表示的壓電陶瓷雖具有較高的壓電特性(例如，壓電常數(shù)、機電耦合系數(shù)等)的情況通常為公眾所知(參照日本特開2002-068835號公報、日本特開2003-342069號公報、日本特開2004-300012號公報)。另外，對使用了由上述組成式表示的壓電陶瓷的層疊壓電陶瓷部件的研發(fā)得到了開展。例如，在日本特開2008-207999號公報中公開了通過混合作為燒結助劑的Li2C03、LiBO2或Li2B4O7，從而能夠在低溫下進行燒成的層疊壓電陶瓷部件。另外，在國際公開第2008/152851號中公開了如下的壓電磁器組成物及保持了由該壓電磁器組成物形成的壓電陶瓷層的層疊壓電陶瓷部件，所述壓電磁器組成物由通式ΚΙ-x) (KnbNaaLib) (Nb1^cTac)03_xM2Zr03}(其中，M2 為 Ca、Ba 及 Sr 中的至少 I 種，x、a、b、c 分別滿足 O. 005 ^ x ^ O. I,O彡a彡O. 9，0彡b彡O. 1，0彡a+b彡O. 9，0彡c彡O. 3。)表示，并且Mn的含量在相對于所述主成分100摩爾為2 15摩爾的范圍內(nèi)，而Zr的含量在相對于所述主成分100摩爾為O. I 5. O摩爾的范圍內(nèi)。進一步而言，在日本特開2010-180121號公報中公開了保持有在由通式{Lix a (NbhiTazSbJ O3 (其中，O彡 x彡0.2,0 彡y 彡 1，0彡 z 彡0.4,0 彡w 彡 0.2，x+y+z > 0,0. 95 < a < I)表示的壓電陶瓷中具有組成互不相同的核(core)相和殼(shell)相的壓電陶瓷層的層疊壓電陶瓷部件。另外，在日本特開2010-52999號公報中公開了如下內(nèi)容，S卩，將由通式(l_a) 03+aK3Nb306Si207 (其中， 彡 χ<1，0 彡 y<l，0 彡 ζ<1，0 彡 w<Ι,ο. 003 ^ a ^ O. I)表示的壓電陶瓷作為層疊壓電陶瓷部件用的材料。在該公報所公開的壓電陶瓷中，構成陶瓷的多結晶的平均粒徑可以小到0.8 3μπι。因此，由該壓電陶瓷制成的層疊壓電陶瓷部件在其層間具有更多的結晶粒子。其結果是，該層疊壓電陶瓷部件在其層間具有較多的晶界。通常，在十分致密燒結而成的壓電陶瓷中，由于晶界的絕緣特性比晶內(nèi)的絕緣特性高，因此通過增加層間的晶界的數(shù)量，從而能夠提高其電阻特性。另外，該公報所公開的壓電陶瓷具有38%以上的機電耦合系數(shù)kp等，且還保持較高的壓電特性。機電耦合系數(shù)是表示電能轉換為機械能的效率指標。然而，在上述的以往的各層疊壓電陶瓷部件中，存在以下記載的課題，作為替代使用了鉛的壓電陶瓷及壓電陶瓷部件的壓電陶瓷而言是不充分的。基于日本特開2008-207999號公報中記載的在燒成時混入碳酸鹽即Li2CO3的方法，由于在燒成后的陶瓷中殘留有Li2O,所以造成該陶瓷的電阻降低。這種陶瓷不適宜作為壓電裝置的材料。另外，若在燒成時混入LiBO2或Li2B4O7這種化合物，則導致所獲得的陶瓷的壓電特性降低。在日本特開2008-207999號公報中不存在關于壓電特性的記載。 另外，國際公開第2008/152851號中的層疊壓電陶瓷部件的機電耦合系數(shù)kp (圓板形狀振動件中的向圓板徑方向的耦合系數(shù))最大僅為32. 7 %，總體而言較低。另外，日本特開2010-180121號公報的層疊壓電陶瓷部件由于以1100°C以上的燒成溫度致密地被燒結，因此，能夠在層疊壓電陶瓷的內(nèi)部使用的電極的種類受到限制。另外，如日本特開2010-52999號公報所記載的那樣，若僅析出K3Nb3O6Si2O7的結晶相，則存在無法充分改善層疊壓電陶瓷部件的電阻特性的情況。例如，在K3Nb3O6Si2O7的結晶相僅在壓電陶瓷的外表面析出的情況下，由于形成于該壓電陶瓷的內(nèi)部的電極間不存在該K3Nb3O6Si2O7的結晶相，因此無法充分改善電阻特性。另外，在具有含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷中，尤其是在含有Li作為其主成分的壓電陶瓷中，極難獲得致密的燒結體。例如，在日本特開2010-52999號公報中，對于具有A位的Li的含量以原子百分率計超過4%的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷并未給予具體記載。于是，可以想到的是，對于具有Li的含量以原子百分率計超過4%的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷而言，難以獲得致密的燒結體。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術是鑒于這些在先技術中課題而完成的，其目的之一在于提供如下的壓電陶瓷，該壓電陶瓷是具有A位的Li的含量以原子百分率計超過4%的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造的壓電陶瓷，其能夠在950 1050°C左右下被致密地燒結，且具有良好的機電耦合系數(shù)及較高的壓電特性，并且不含鉛或鉛含量低。本專利技術人等發(fā)現(xiàn)了如下情況，S卩，通過在構成壓電陶瓷的本體的多個結晶粒子的晶界或晶界三叉點處存在含有Si及K的結晶相或非結晶相，從而能夠達成所述目的。本專利技術是基于該發(fā)現(xiàn)而完成的。 本專利技術的一形態(tài)的壓電陶瓷具有由組成式(LixNayU a(Nb1-Jaz) O3 (其中，O. 04<x^0. I, O ^ I, z ^ O. 4,0. 95^ a ^ I. 005)表示的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造作為主成分，在構成該壓電陶瓷的多個結晶粒子的晶界或晶界三叉點處存在含有Si及K的結晶相或非結晶相。 在本專利技術的另一形態(tài)的壓電陶瓷本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種壓電陶瓷，其具有由組成式(LixNayK1？x？y)a(Nb1？zTaz)O3表示的含堿鈮酸系鈣鈦礦構造作為主成分，其中，0.04＜x≤0.1，0≤y≤1，0≤z≤0.4，0.95≤a≤1.005，在構成該壓電陶瓷的多個結晶粒子的晶界或晶界三叉點處存在含有Si及K的結晶相或非結晶相。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：波多野桂一，清水寬之，山本麻，土信田豐，
申請(專利權)人：太陽誘電株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：