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[發(fā)明專利]壓電組合物和壓電元件有效

專利信息
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> 201510053686.5 申請(qǐng)日: 2015-02-02
公開(kāi)(公告)號(hào): CN104817320B 公開(kāi)(公告)日: 2018-06-26
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 政井琢;古川正仁;加藤浩輝 申請(qǐng)(專利權(quán))人: TDK株式會(huì)社
主分類號(hào): C04B35/475 分類號(hào): C04B35/475;C04B35/453;C04B35/26;H01L41/187
代理公司: 北京尚誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322 代理人: 楊琦
地址: 日本*** 國(guó)省代碼: 日本;JP
權(quán)利要求書(shū): 查看更多 說(shuō)明書(shū): 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 壓電組合物 壓電元件 鈣鈦礦型結(jié)構(gòu) 過(guò)渡金屬元素 壓電特性 自發(fā)極化 環(huán)境性 生態(tài)學(xué) 式中
【說(shuō)明書(shū)】:

本發(fā)明的目的在于提供一種壓電特性、尤其是自發(fā)極化和位移大,進(jìn)一步從低公害化、對(duì)環(huán)境性以及生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)也優(yōu)異的壓電組合物和壓電元件。該壓電組合物的特征在于,主成分是鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的下述通式所表示的物質(zhì)。(Bi(0.5x+y+z)Na0.5x)m(Ti(x+0.5y)Mg0.5yMez)O30.05≦x≦0.70.01≦y≦0.70.01≦z≦0.60.75≦m≦1.0(式中,x+y+z=1,上述過(guò)渡金屬元素Me為選自Mn、Cr、Fe或Co中的任意一種以上。)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廣泛地利用在壓電發(fā)聲體、壓電傳感器、壓電驅(qū)動(dòng)器(piezoelectricactuator)、壓電變壓器或者壓電超聲波馬達(dá)等領(lǐng)域中的壓電組合物以及壓電元件。

背景技術(shù)

利用了壓電組合物的壓電元件具有通過(guò)從外部施加電場(chǎng)從而發(fā)生形變的效果、通過(guò)受到來(lái)自外部的應(yīng)力從而在表面產(chǎn)生電荷的效果,近年來(lái),其被廣泛地利用在各種領(lǐng)域中。例如,利用了鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3:PZT)等壓電組合物的壓電元件因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生與施加電壓成比例的形變并且位移量為1×10-10m/V程度的水平,所以在微小的位置調(diào)整方面表現(xiàn)優(yōu)異,并且還可以被利用于光學(xué)系統(tǒng)的微調(diào)。

另外,與此相反,壓電組合物因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生與所施加的應(yīng)力或者與由該應(yīng)力而引起的變形量成比例的大小的電荷,所以也可以作為用于讀取微小的力或者變形量的傳感器來(lái)進(jìn)行利用。

進(jìn)而,電壓組合物因?yàn)榫哂袃?yōu)異的應(yīng)答性,所以通過(guò)施加交流電場(chǎng)還能夠激發(fā)壓電組合物自身或者處于與壓電組合物有接合關(guān)系的彈性體并引發(fā)共振,從而也可以作為壓電變壓器、超聲波馬達(dá)等來(lái)進(jìn)行利用。

現(xiàn)在,實(shí)用化的大部分壓電組合物為由PbZrO3(PZ)-PbTiO3(PT)構(gòu)成的固溶體類(PZT系)。通過(guò)將各種副成分或者添加物加入到該P(yáng)ZT系壓電組合物中,從而能夠廣泛地開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)于多種多樣需求的壓電組合物。

例如,從雖然機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(Qm)小但壓電常數(shù)(d)大且用于以直流性的使用方法尋求大位移量的位置調(diào)節(jié)用的驅(qū)動(dòng)器等中的壓電組合物,到雖然壓電常數(shù)(d)小但機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(Qm)大且適合如超聲波馬達(dá)等超聲波發(fā)生元件那樣的交流性的用途的壓電組合物,可以存在各種壓電組合物。

另外,除了PZT系之外還存在作為壓電組合物被實(shí)用化的物質(zhì),但那些物質(zhì)也基本上是將鈮鎂酸鉛(Pb(Mg,Nb)O3:PMN)等鉛類鈣鈦礦組成作為主成分的固溶體。

然而,這些鉛類壓電組合物大量含有60~70質(zhì)量%左右的即使在低溫下?lián)]發(fā)性也極高的氧化鉛,考慮到對(duì)環(huán)境的影響而希望降低使用的氧化鉛。

因此,如果今后壓電陶瓷以及壓電單晶的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展,使用量增大,則壓電組合物的無(wú)鉛化將成為極為重要的技術(shù)問(wèn)題。

作為完全不含有鉛的壓電組合物,例如已知有鈦酸鋇(BaTiO3)或者鉍層狀鐵電體等。

但是,由于鈦酸鋇其居里點(diǎn)低至120℃,在該溫度以上壓電性消失,所以如果考慮通過(guò)焊接的接合或者車載用等用途的話不實(shí)用。

另一方面,鉍層狀鐵電體雖然通常具有400℃以上的居里點(diǎn),并且在熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。但是,由于晶體各向異性大,因此,需要用如熱鍛法那樣的通過(guò)一邊施加剪切應(yīng)力一邊進(jìn)行加熱燒結(jié)的方法來(lái)使自發(fā)極化取向的手法,從而在生產(chǎn)性方面存在問(wèn)題。

另一方面,最近,對(duì)于作為新的壓電組合物的鈦酸鉍鈉系組合物正在進(jìn)行研究。例如,在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了含有鈦酸鉍鈉的壓電陶瓷組合物。

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