[發明專利]壓電陶瓷、其制造方法和壓電器件

有效

• 申請號: 200980133416.8
• 申請日: 2009-08-10
• 公開（公告）號: CN102131746A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 波多野桂一;岸本純明;土信田豐
• 申請（專利權）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: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;季向岡

技術領域

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

背景技術

利用將壓電陶瓷(以下也稱為“壓電陶瓷組合物”)的電能轉化為機械能，或是將機械能轉化為電能的原理，即壓電效果，能夠應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這兩種成分構成的含鉛壓電陶瓷組合物(以下稱為PZT)、和相對于該PZT使用Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃或Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃等含鉛的復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，用于大部分目前實用化的利用壓電效果的電子器件中。

但是，因為主要成分含有Pb，所以存在生產工序中PbO的揮發等環境負荷高的問題。

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構成的具有鈣鈦礦結構的組合物(非專利文獻1、2)、由(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-(Bi_1/2K_1/2)TiO₃兩種成分構成的含鉍的具有鈣鈦礦結構的組合物(專利文獻1～4)、以(Ba、Sr、Ca)₂NaNb₅O₁₅為主要成分的具有鎢酸堿金屬鹽結構的組合物(專利文獻5～7)、以SrBi₂Nb₂O₉為主要成分的具有鉍層狀結構的組合物(專利文獻8～10)和以KNbO₃-NaNbO₃-LiNbO₃(專利文獻11～13)為主要成分的具有含堿金屬的鈮酸系鈣鈦礦結構的組合物等。

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

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

專利文獻1：日本特開2003-201172

專利文獻2：日本特開2004-75449

專利文獻3：日本專利第4044943號

專利文獻4：日本專利第4044944號

專利文獻5：日本特開2004-75448

專利文獻6：日本特開2004-161532

專利文獻7：日本特開2006-143588

專利文獻8：日本特開2001-130961

專利文獻9：日本特開2002-241175

專利文獻10：日本特開2006-62955

專利文獻11：日本特開2006-56778

專利文獻12：日本特開2007-204336

專利文獻13：日本特開2004-244301

在上述各組合物中，關于非專利文獻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、被認為容易應用現有技術的BaTiO₃，是表現出高的壓電特性、且具有均質的多晶結構的壓電陶瓷組合物，但是由于BaTiO₃的居里溫度約為125℃，由其物理性質的限制，在125℃以上的高溫區域，壓電效果消失，不適合用于期望在-50℃～150℃的寬的溫度區域能夠工作的壓電器件，例如不適合用于車載用途。

另外，關于專利文獻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℃以上的高溫區域工作的組合物。

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

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