[發(fā)明專利]鉍鐵氧化物粉末、鉍鐵氧化物粉末的制造方法、介電陶瓷、壓電元件、排液頭和超聲波馬達(dá)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110064029.2
• 申請(qǐng)日: 2011-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN102234193A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藪田久人;久保田純;島田干夫;高島健二;內(nèi)田文生;前田憲二;清水千惠美
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社;富士化學(xué)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C04B35/26
• 分類號(hào): C04B35/26;C04B35/626;H02N2/00;H01L41/187;B41J2/045
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉍鐵氧化物粉末和鉍鐵氧化物粉末的制造方法。具體地，本發(fā)明涉及介電陶瓷的原料的納米顆粒鉍鐵氧化物粉末和該納米顆粒鉍鐵氧化物粉末的制造方法。本發(fā)明還涉及介電陶瓷，并且更具體地，涉及含有BiFeO₃作為主要組分的介電陶瓷。本發(fā)明還涉及使用該介電陶瓷的壓電元件以及使用該壓電元件的排液頭和超聲波馬達(dá)。?

背景技術(shù)

在以往的電氣和電子工業(yè)中，廣泛使用含有鉛的陶瓷材料。其典型的材料為Pb(Zr，Ti)O₃(以下稱為“PZT”)或者含鉛馳豫材料例如Pb(Mg，Nb)O₃。它們均具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，并且鉛(Pb)占據(jù)晶體的A位點(diǎn)。PZT陶瓷具有高壓電性能，因此將PZT陶瓷用作致動(dòng)器等的壓電元件。此外，含鉛馳豫材料的陶瓷具有高介電常數(shù)并且能夠與鐵電材料例如PbTiO₃組合以得到良好的溫度特性，因此，將該陶瓷用于元件例如堆疊陶瓷電容器。壓電元件和電容器使用介電陶瓷，尤其是鐵電陶瓷作為元件的主要組分，并且將壓電元件和電容器均分類為介電元件。?

以這種方式，含有鉛的陶瓷能夠提供高性能介電元件。但是，制備該陶瓷以及將其廢棄時(shí)擔(dān)心對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。因此，要求提供無(wú)鉛的具有高性能的介電陶瓷。?

作為不含鉛的介電陶瓷材料的候選者，具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)、其A位點(diǎn)被鉍(Bi)占據(jù)的材料受到關(guān)注。鉛元素具有6s²6p²的最外層電子結(jié)構(gòu)，如果鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A位點(diǎn)被占據(jù)，其變?yōu)?2價(jià)。因此，最外層電子中的兩個(gè)作為孤對(duì)電子存在于A位點(diǎn)的鉛離子中。鉍元素具有6s²6p³的最外層電子結(jié)構(gòu)，如果鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A位點(diǎn)被占據(jù)，其變?為+3價(jià)。因此，最外層電子中的兩個(gè)作為孤對(duì)電子存在于A位點(diǎn)的鉍離子中。以這種方式，鉍鈣鈦礦中鉍離子的電子結(jié)構(gòu)與鉛鈣鈦礦中鉛離子的電子結(jié)構(gòu)相似，因此能夠預(yù)期相似的特性。特別地，認(rèn)為BiFeO₃以及使用其的固溶液和化合物是無(wú)鉛介電陶瓷材料的有希望的候選者。?

例如，日本專利申請(qǐng)公開No.2007-287739公開了Bi_1-xLa_xFeO₃作為含有BiFeO₃作為主要組分的壓電材料。但是，通常已知施加電壓時(shí)BiFeO₃和含有BiFeO₃作為主要組分的材料具有大電流(漏電流)值，因此BiFeO₃和含有BiFeO₃作為主要組分的材料不適合作為介電材料。?

作為減小BiFeO₃的漏電流值的方法之一，日本專利申請(qǐng)公開No.2007-221066公開了用錳(Mn)將BiFeO₃膜中Fe的一部分置換的方法。于是能夠?qū)崿F(xiàn)BiFeO₃膜的漏電流值的減小。但是，關(guān)于通過添加Mn來(lái)減小塊體BiFeO₃陶瓷中的漏電流沒有任何記載，并且沒有公開塊體陶瓷中的效果。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決該問題而完成，并且其目的在于提供具有低漏電流值的無(wú)鉛介電陶瓷、作為其原料的鉍鐵氧化物粉末和該鉍鐵氧化物粉末的制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供使用該介電陶瓷的壓電元件、排液頭和超聲波馬達(dá)。?

作為解決上述問題的介電陶瓷的原料的本發(fā)明的鉍鐵氧化物粉末至少包括：(A)包括鉍鐵氧化物的由鉍、鐵和氧組成的顆粒(grain)，其具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)；(B)包括鉍鐵氧化物的由鉍、鐵和氧組成的顆粒，其具有分類為空間群Pbam的晶體結(jié)構(gòu)；和(C)包括鉍氧化物的由鉍和氧組成的顆粒或者包括鉍鐵氧化物的由鉍、鐵和氧組成的顆粒，其具有分類為空間群I23的晶體結(jié)構(gòu)。?

作為解決上述問題的介電陶瓷的原料的鉍鐵氧化物粉末的制造方法包括：在將硝酸鐵和硝酸鉍溶解于硝酸溶液中而得到的溶液中添加碳酸氫銨和氨水，以得到鉍鐵復(fù)合氧化物；使用非離子聚合物絮凝劑使該鉍鐵復(fù)合氧化物附聚以得到聚集體；和在400℃-650℃的溫度下?煅燒該聚集體。?

解決上述問題的介電陶瓷包括具有分類為空間群Pbam的晶體結(jié)構(gòu)的鉍鐵氧化物晶體和具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的鉍鐵氧化物晶體，其由鉍鐵氧化物制成，其中該具有分類為空間群Pbam的晶體結(jié)構(gòu)的鉍鐵氧化物晶體分布在該具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的鉍鐵氧化物晶體的晶粒的晶界處。?