[發(fā)明專利]壓電組合物和壓電元件

有效

• 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

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)Na_0.5x)_m(Ti_(x+0.5y)Mg_0.5yMe_z)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。