[發明專利]壓電/電致伸縮陶瓷組合物及其制造方法

有效

• 申請號: 200680007220.0
• 申請日: 2006-03-07
• 公開（公告）號: CN101137596A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 小泉貴昭;山口浩文;田中立
• 申請（專利權）人: 日本礙子株式會社
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;H01L41/09;H01L41/187;H01L41/24
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘晶

技術領域

本發明涉及壓電/電致伸縮陶瓷組合物及其制造方法和壓電/電致伸縮元件，更詳細地說，是涉及具有致密性的同時又具有優良的結晶性，并且，可以得到顯示優良壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮元件的壓電/電致伸縮陶瓷組合物及其制造方法，以及具有優良壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮元件。

背景技術

一直以來，作為能夠以亞微米級來控制微小位移的元件，已知有壓電/電致伸縮元件。特別是，將由壓電/電致伸縮陶瓷組合物構成的壓電/電致伸縮體(壓電/電致伸縮部)和用于施加電壓的電極部層疊在由陶瓷構成的基體上的壓電/電致伸縮元件，除了適合于微小位移的控制之外，還具有高電氣機械轉換率、高速應答性、高耐久性及節省電力消耗等優良特性。這些壓電/電致伸縮元件被用于壓電型壓力傳感器、掃描型隧道顯微鏡的探針移動裝置、超精密加工裝置中的直進導向裝置、油壓控制用伺服閥、VTR裝置的磁頭、構成平板型圖像顯示裝置的像素、或者噴墨打印機頭等各種用途。

另外，關于構成壓電/電致伸縮體的壓電/電致伸縮陶瓷組合物，也進行了種種研究。例如，公開了Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃-PbZrO₃三組分固溶體系組合物，或者用Sr、La等置換這些組合物中的Pb的一部分的壓電/電致伸縮陶瓷組合物(例如，參照專利文獻1、2)，關于是決定壓電/電致伸縮元件的壓電/電致伸縮特性的最重要部分的壓電/電致伸縮體自身，被期待是能夠得到具有優良的壓電/電致伸縮特性(例如，壓電d常數)的壓電/電致伸縮元件。

但是，PZT系組合物不可避免地含有鉛(Pb)。尤其近年來的傾向是由酸雨引起的鉛(Pb)溶出等對地球環境的影響被視為問題。作為考慮了對這樣環境影響的壓電/電致伸縮材料，有BaTiO₃系的壓電/電致伸縮陶瓷組合物，它能夠提供雖不含鉛(Pb)但能顯示良好壓電/電致伸縮特性的壓電體或壓電元件。但是，BaTiO₃系的壓電/電致伸縮陶瓷組合物的居里點約為120℃，比較低，具有不適于在高溫下使用的問題。

另外，作為同樣考慮了對環境影響的非鉛壓電/電致伸縮材料，也進行了(LiNaK)(NbTa)O₃系的壓電/電致伸縮陶瓷組合物的開發，它比BaTiO₃系的壓電/電致伸縮陶瓷組合物的居里點要高。

但是，含有(LiNaK)(NbTa)O₃系壓電/電致伸縮陶瓷組合物的一般性的壓電/電致伸縮陶瓷組合物的多數，為了促進結晶粒生長，需要高的煅燒溫度。因此，在制造成本方面需要進一步的改善。而且，使用(LiNaK)(NbTa)O₃系壓電/電致伸縮陶瓷組合物得到的壓電/電致伸縮元件等與使用含有鉛(Pb)的PZT系組合物得到的壓電/電致伸縮元件相比，難以得到大的位移，在壓電/電致伸縮特性的優劣方面，現在的情況只能說尚未有比PZT系組合物更優越的。因此，有必要開發即使不含鉛(Pb)時，也能夠提供顯示優良的壓電/電致伸縮特性元件的壓電/電致伸縮陶瓷組合物。

專利文獻1：日本特公昭44-17103號公報

專利文獻2：日本特公昭45-8145號公報

專利文獻3：日本特開2003-221276號公報

發明內容

本發明就是鑒于這樣的現有技術中存在的問題而完成的，其課題是提供與以往相比，即使在低溫條件下煅燒時，也能夠致密，同時具有優越的結晶性，并且可以得到顯示優良壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮元件的壓電/電致伸縮陶瓷組合物以及它的制造方法，以及具有優良壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮元件。

本發明人為了完成上述課題而進行了深入研究后，發現通過混合各自含有Nb、Ta和堿金屬元素的化合物來使Nb、Ta和堿金屬元素的比例成為非化學計量組成比，就能夠達成上述課題，從而完成本發明。

即，本發明提供如下所示的壓電/電致伸縮陶瓷組合物以及它的制造方法，和壓電/電致伸縮元件。

[1]至少含有Nb、Ta和一種以上的堿金屬元素的壓電/電致伸縮陶瓷組合物，所述Nb、所述Ta和所述堿金屬元素的比例(摩爾比)由非化學計量組分比表示的壓電/電致伸縮陶瓷組合物。

[2]所述[1]中記載的壓電/電致伸縮陶瓷組合物，是通過為了滿足用如下的通式(1)表示的組成中的金屬元素的比例(摩爾比)，混入含有所述金屬元素的化合物來得到混合物，然后將得到的所述混合物進行煅燒而得到的。