[發明專利]壓電陶瓷、用于制造壓電陶瓷的方法、壓電元件和電子裝置

在審

• 申請號: 201380024609.6
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104271533A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 齋藤宏;村上俊介;上田未紀;田中秀典;松田堅義;渡邊隆之;久保田純
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/49;H01L41/187;H02N2/00
• 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: 賈金巖

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷并且更加具體地涉及一種無鉛壓電陶瓷和用于制造無鉛壓電陶瓷的方法。本發明還涉及一種壓電元件、多層壓電元件、用于制造多層壓電元件的方法、均包括壓電陶瓷的液體排放頭、液體排放設備、超聲馬達、光學設備、振動設備、除塵裝置、圖像拾取設備和電子裝置。

背景技術

通常，壓電陶瓷是ABO₃鈣鈦礦型金屬氧化物，諸如鋯鈦酸鉛(在下文中稱作“PZT”)。然而，PZT包含作為A位元素的鉛并且其對環境的影響被視為問題。因此，需要一種無鉛的鈣鈦礦型金屬氧化物的壓電陶瓷。

一種已知的無鉛鈣鈦礦型金屬氧化物的壓電陶瓷是鈦酸鋇。為了改進鈦酸鋇的特性，研發了基于鈦酸鋇的材料。PTL1和NPL1公開了具有改進的壓電性能的材料，其中，鈦酸鋇的A位部分由Ca(鈣)替代，而B位部分由Zr(鋯)替代。然而，這些材料不利地具有低至80℃以下的居里溫度并且因此致使在高溫環境(諸如在夏天的汽車里)下去極化且壓電性能下降。而且，這些材料不利地具有低機械品質因數并且因此往往產生熱量，而且在應用交變電壓的情況下導致去極化。

PTL2和NPL2公開了一種材料，在所述材料中，鈦酸鋇的A位部分由Ca(鈣)替代并且添加有Mn(錳)、Fe(鐵)或者Cu(銅)。這些材料的機械品質因數比鈦酸鋇的機械品質因數更高，但是卻不利地具有欠佳的壓電性能。

引用列表

專利文獻

PTL1日本專利特開No.2009-215111。

PTL2日本專利特開No.2010-120835。

非專利文獻

NPL1“Journal?of?Applied?Physics”，2011，卷109，054110-1至054110-6。

NPL2“Japanese?Journal?of?Applied?Physics”，2010，卷49，09MD03-1至09MD03-4。

發明內容

技術問題

本發明解決了這些問題并且提供了一種無鉛壓電陶瓷，所述無鉛壓電陶瓷在寬的操作溫度范圍內具有高且穩定的壓電常數以及高且穩定的機械品質因數，而且還提供了一種用于制造無鉛壓電陶瓷的方法。

本發明還提供了一種壓電元件、多層壓電元件、用于制造多層壓電元件的方法、均包括壓電陶瓷的液體排放頭、液體排放設備、超聲馬達、光學設備、除塵裝置、圖像拾取設備和電子裝置。

問題的解決方案

為了解決上述問題，本發明提供了一種壓電陶瓷，所述壓電陶瓷包含主要組分、作為第一輔助組分的Mn(錳)和第二輔助組分，所述第二輔助組分包含選自由Cu(銅)、B(硼)和Si(硅)構成的組中的至少一種元素。主要組分包含鈣鈦礦型金屬氧化物，所述鈣鈦礦型金屬氧化物具有以下通式(1)：

(Ba_1-xCa_x)_a(Ti_1-yZr_y)O₃(0.100≤x≤0.145，0.010≤y≤0.039)(1)

其中，每摩爾金屬氧化物中的Mn的量b(mol)處于0.0048≤b≤0.0400的范圍內，第二輔助組分含量按金屬計為在每100重量份金屬氧化物中占0.001重量份以上且4.000重量份以下，并且通式(1)的值a處于0.9925+b≤a≤1.0025+b的范圍內。

本發明的有利效果

本發明能夠提供一種無鉛壓電陶瓷，所述無鉛壓電陶瓷在寬的操作溫度范圍內具有高且穩定的壓電常數和高且穩定的機械品質因數。

附圖說明

圖1是根據本發明的一實施例的壓電元件的示意圖；

圖2A是根據本發明的一實施例的多層壓電元件的示意性剖視圖；

圖2B是根據本發明的另一個實施例的多層壓電元件的示意性剖視圖；

圖3A是根據本發明的一實施例的液體排放頭的示意性剖視圖；

圖3B是在圖3A中示出的液體排放頭的示意性透視圖；

圖4是根據本發明的一實施例的液體排放設備的示意圖；

圖5是根據本發明的一實施例的液體排放設備的示意圖；

圖6A是根據本發明的一實施例的超聲馬達的示意圖；

圖6B是根據本發明的另一個實施例的超聲馬達的示意圖；

圖7A和7B是根據本發明的一實施例的光學設備的示意圖；