[發明專利]鎢青銅型壓電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201080018175.5
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN102428586A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 松田堅義;渡邊隆之;齋藤宏;熊田伸弘
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社;國立大學法人山梨大學
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;H01L41/24;C04B35/495
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本發明涉及壓電材料及其制備方法，更具體地，涉及由取向的鎢青銅結構金屬氧化物構成的壓電材料及其制備方法。

背景技術

壓電器件將電能轉換為機械能例如機械位移、應力或振動，或者將機械能轉換為電能，并且應用于超聲馬達、噴墨頭等。

目前為止，以鋯鈦酸鉛(Pb(Ti_xZr_1-x)O₃)為代表的含有鉛作為主要組分的壓電材料已廣泛地用于壓電器件。據報道，作為無鉛壓電材料的代表，通過在壓電材料中包括堿金屬，使壓電特性提高(日本專利No.4,135,389)。但是，包括堿金屬在其實際使用上產生問題，原因在于由于吸濕性等對其使用環境存在限制。此外，在鎢青銅結構金屬氧化物中，為了提高其功能已嘗試控制取向(日本專利申請公開No.2006-264316)。

常規的壓電材料主要含有鉛，并且從環境負荷的觀點出發，期待壓電材料不含鉛。同時，已報道用不含鉛的含有堿金屬的氧化物壓電材料使壓電特性提高。但是，在含有堿金屬的壓電材料中，作為原材料的Na和K的化合物為水溶性。因此，在工業生產方面存在問題，不能采用在水中混合原材料，然后將混合的漿料干燥的簡單步驟。此外，擔心在長期使用過程中由于遷移在晶粒間界和與電極的界面處晶體中的Na離子和K離子偏析，并且壓電材料可能吸濕。因此，由這樣的材料制備器件時，認為難以將該器件投入實用，原因在于該器件顯示差的穩定性和耐久性。

此外，無鉛、無堿的鎢青銅結構金屬氧化物具有這樣的特征：形狀各向異性大并且極化軸方向是C-軸方向，C-軸方向是晶體的晶胞的短方向。因此，認為無鉛的鎢青銅結構金屬氧化物可只具有180°疇。因此，在采用一般的陶瓷制備方法形成的具有無規取向的無鉛、無堿的鎢青銅結構金屬氧化物中，可有助于壓電特性的有效的疇數小，并且不能獲得大的壓電常數。

發明內容

鑒于上述情況而完成了本發明。本發明的目的是提供新型化合物、具有令人滿意的燒結性的取向壓電材料，其不含作為危險物質的Pb并且不含水溶性堿離子，和其制備方法。

用于解決上述問題的化合物是包括鎢青銅結構金屬氧化物的化合物，其中該鎢青銅結構金屬氧化物至少含有金屬元素Ba、Bi、Ca和Nb，該金屬元素以摩爾比計滿足下述條件；并且具有C-軸取向：Ba/Nb＝a：0.363＜a＜0.399；Bi/Nb＝b：0.0110＜b＜0.0650；和Ca/Nb＝c：0.005＜c＜0.105.

應指出的是，金屬元素的摩爾比是指通過熒光X-射線裝置測定和計算的每種金屬元素的重量比，表示為原子百分率(原子％)。例如，得到的化合物為Ca_1.4Ba_3.6Nb₁₀O₃₀的情況下，以金屬元素的摩爾比計Ba/Nb為0.14。

此外，用于解決上述問題的壓電材料包括上述化合物。

此外，用于解決上述問題的化合物的制備方法是包括如下步驟的化合物的制備方法：步驟(A)，提供漿料，在該漿料中使通過形成至少金屬元素Ba、Bi、Ca和Nb的固溶體而得到的鎢青銅結構金屬氧化物的粉末分散；步驟(B)，通過將該漿料放置在基底(base)上，對該漿料進行旋轉磁場處理而使該漿料取向，然后將該漿料干燥，從而提供成型體；和步驟(C)，將該成型體燒結。

此外，在化合物的制備方法中，提供成型體的步驟(B)中基底的表面具有通過形成至少金屬元素Ba、Bi、Ca和Nb的固溶體而得到的鎢青銅結構金屬氧化物構成的底涂層(undercoat?layer)。

此外，在化合物的制備方法中，提供成型體的步驟(B)中基底的表面具有通過形成至少金屬元素Ba、Bi、Ca、Nb和Mn的固溶體而得到的鎢青銅結構金屬氧化物構成的底涂層。

此外，化合物的制備方法中，使底涂層取向。

根據本發明，能夠提供高度取向的壓電材料，其具有令人滿意的燒結性，不含作為危險物質的Pb并且不含水溶性堿離子，及其制備方法。

特別地，使本發明的鎢青銅結構金屬氧化物構成的化合物在特定方向上取向。因此，有助于極化的疇的比例增加以使充分的極化處理可能，由此能夠得到具有大的壓電特性的壓電材料。

此外，由本發明的化合物構成的壓電材料能夠用于各種其他的用途例如電容器材料、超聲馬達和噴墨頭。

由以下參照附圖對示例性實施方案的說明，本發明進一步的特征將變得清楚。

附圖說明

圖1是本發明的實施例1和比較例1中的θ-2θ測定的x-射線衍射(XRD)圖；