[發(fā)明專利]壓電陶瓷、其制造方法和壓電器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980133416.8
• 申請日: 2009-08-10
• 公開（公告）號: CN102131746A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 波多野桂一;岸本純明;土信田豐
• 申請（專利權(quán)）人: 太陽誘電株式會社
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;H01L41/083;H01L41/187;H01L41/22;H01L41/24;H03H9/17
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;季向?qū)?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電陶瓷，特別是涉及不含鉛的具有含堿金屬的鈮酸系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷、其制造方法以及使用該壓電陶瓷的壓電發(fā)聲體、壓電傳感器、壓電驅(qū)動器、壓電變壓器、壓電超聲波馬達(dá)等壓電陶瓷部件(壓電器件)。

背景技術(shù)

利用將壓電陶瓷(以下也稱為“壓電陶瓷組合物”)的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，或是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的原理，即壓電效果，能夠應(yīng)用在眾多的電子器件中。

一直以來，具有壓電陶瓷的壓電器件，存在例如由PbTiO₃-PbZrO₃這兩種成分構(gòu)成的含鉛壓電陶瓷組合物(以下稱為PZT)、和相對于該P(yáng)ZT使用Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃或Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃等含鉛的復(fù)合鈣鈦礦組合物作為第三種成分的壓電陶瓷組合物。

這些以PZT為主要成分的含鉛壓電陶瓷組合物具有高的壓電特性，用于大部分目前實(shí)用化的利用壓電效果的電子器件中。

但是，因?yàn)橹饕煞趾蠵b，所以存在生產(chǎn)工序中PbO的揮發(fā)等環(huán)境負(fù)荷高的問題。

為此，需求不含鉛、或者低鉛的壓電陶瓷組合物。

作為不含鉛的壓電陶瓷組合物，近年來正在致力研究，例如，可以列舉由BaTiO₃構(gòu)成的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物(非專利文獻(xiàn)1、2)、由(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-(Bi_1/2K_1/2)TiO₃兩種成分構(gòu)成的含鉍的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物(專利文獻(xiàn)1～4)、以(Ba、Sr、Ca)₂NaNb₅O₁₅為主要成分的具有鎢酸堿金屬鹽結(jié)構(gòu)的組合物(專利文獻(xiàn)5～7)、以SrBi₂Nb₂O₉為主要成分的具有鉍層狀結(jié)構(gòu)的組合物(專利文獻(xiàn)8～10)和以KNbO₃-NaNbO₃-LiNbO₃(專利文獻(xiàn)11～13)為主要成分的具有含堿金屬的鈮酸系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物等。

非專利文獻(xiàn)1：Japanese?Journal?of?Applied?Physics?Vol.45，No.1，2006，pp.L30-L32

非專利文獻(xiàn)2：Japanese?Journal?of?Applied?Physics?Vol.46，No.4，2007，pp.L97-98

專利文獻(xiàn)1：日本特開2003-201172

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-75449

專利文獻(xiàn)3：日本專利第4044943號

專利文獻(xiàn)4：日本專利第4044944號

專利文獻(xiàn)5：日本特開2004-75448

專利文獻(xiàn)6：日本特開2004-161532

專利文獻(xiàn)7：日本特開2006-143588

專利文獻(xiàn)8：日本特開2001-130961

專利文獻(xiàn)9：日本特開2002-241175

專利文獻(xiàn)10：日本特開2006-62955

專利文獻(xiàn)11：日本特開2006-56778

專利文獻(xiàn)12：日本特開2007-204336

專利文獻(xiàn)13：日本特開2004-244301

在上述各組合物中，關(guān)于非專利文獻(xiàn)1和2記載的組合物，使用一直以來大量用于陶瓷電容器等之中、被認(rèn)為容易應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的BaTiO₃，是表現(xiàn)出高的壓電特性、且具有均質(zhì)的多晶結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷組合物，但是由于BaTiO₃的居里溫度約為125℃，由其物理性質(zhì)的限制，在125℃以上的高溫區(qū)域，壓電效果消失，不適合用于期望在-50℃～150℃的寬的溫度區(qū)域能夠工作的壓電器件，例如不適合用于車載用途。

另外，關(guān)于專利文獻(xiàn)1～4記載的組合物，成為反鐵磁性體、壓電效果消失的溫度位于100～200℃，這些組成也是不適合用于在100℃以上的高溫區(qū)域工作的組合物。

另外，關(guān)于專利文獻(xiàn)5～7記載的組合物，居里溫度為約300℃左右，是在-50℃～150℃的寬的溫度區(qū)域表現(xiàn)壓電效果的組合物。

但是，在專利文獻(xiàn)5記載的組合物中，作為其壓電特性的指標(biāo)的圓板元件的徑向機(jī)電耦合系數(shù)(kr)最大也只有12.5％。