專利名稱：壓電陶瓷及其制造方法以及壓電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不含鉛的具有含堿的鈮酸系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷及其制造方法，以及使用該壓電陶瓷的壓電發(fā)聲體、壓電傳感器、壓電致動器、壓電變壓器和壓電超聲波電動機等壓電器件。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷是利用壓電效果的原理，將電能轉(zhuǎn)換成機械能或者將機械能轉(zhuǎn)換成電能的電子器件。在現(xiàn)有技術(shù)中，在大多數(shù)的電子器件中，使用由I^bTiO3-PbZrO3兩種成分構(gòu)成的含鉛壓電陶瓷(以下稱為“PZT” )或者在該PZT中含有1 (Mgl73Nb273) O3或1 (Znl73Nb273) O3作為第三種成分的復合鈣鈦礦壓電陶瓷。然而，由于主成分中含有1 ，存在在生產(chǎn)過程中I^bO的揮發(fā)等導致環(huán)境負擔重的問題。因此，對不含鉛或者減少1 含量的壓電陶瓷的開發(fā)提出了要求。作為不含1 的壓電陶瓷的公開例子，例如有由BaTiO3構(gòu)成的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物(參考非專利文獻1和2)、由(Bi1y2Nav2)TiO3-(Bi1y2K1y2)Ti O3這兩種成分構(gòu)成的含鉍的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物(參考專利文獻1至4)、以(Ba、Sr、Ca)2NaNb5015為主成分的具有鎢青銅(tungsten bronze)結(jié)構(gòu)的組合物(參考專利文獻5至7)、以SrBi2Nb2O9為主成分的具有鉍層狀結(jié)構(gòu)的組合物(參考專利文獻8至10)以及以KNbO3-NaNbO3-LiNbO3為主成分的具有含堿鈮酸系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物(參考專利文獻11至1 等。尤其是以KNbO3為主成分的壓電陶瓷，壓電特性較高，有望作為代替含鉛壓電陶瓷的陶瓷。在加速度傳感器、沖擊傳感器和爆震傳感器等壓電傳感器中，由于相對于輸入的加速度、沖擊或壓力等機械應(yīng)力的產(chǎn)生電壓越高，作為傳感器的靈敏度越好，因此用作其構(gòu)成部件的壓電陶瓷優(yōu)選為機電耦合系數(shù)(電気機械結(jié)合係數(shù))(例如k31)盡可能高、介電常數(shù)ε (例如h//^)盡可能低。通常，機電耦合系數(shù)越大，對壓電陶瓷給予機械應(yīng)力時所產(chǎn)生的電荷C越多(高)。此外，電荷C與介電常數(shù)ε和電壓V的乘積成比例(即Coc εν 的關(guān)系成立)。因此，在機電耦合常數(shù)和由機械應(yīng)力給予的加速度均為一定的條件下，產(chǎn)生的電壓V與C/ε成比例(即VocC/￡的關(guān)系成立)，因此，介電常數(shù)ε越低，產(chǎn)生電壓越高。此外，在加速度傳感器中，優(yōu)選使用機械品質(zhì)系數(shù)(Qm)較高的壓電陶瓷。如果機械品質(zhì)系數(shù)高，則能夠?qū)⑻沾蓛?nèi)的能量損失控制在較低，因此能夠提高響應(yīng)性，能夠抑制連續(xù)的加速度或沖擊、壓力引起的發(fā)熱。這樣，用于加速度傳感器等用途的壓電陶瓷中，期望機電耦合系數(shù)較高、介電常數(shù)較低，同時機械品質(zhì)系數(shù)較高。在專利文獻14中公開了通過在以KNbO3為主成分的壓電陶瓷中添加CuO，在不降低機電耦合系數(shù)的情況下降低介電常數(shù)、提高機械品質(zhì)系數(shù)的方法。此外，作為獲得與CuO 同等效果的添加物，在非專利文獻3、非專利文獻4和專利文獻15中提出了具有K4CuNb8023、 K5Cu2Nb11O30^ K5.4CuL3Ta10029等具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的陶瓷。現(xiàn)有技術(shù)文獻非專利文獻
非專禾Ij 文獻 1 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 1,2006, pp.L30-L322 Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No. 4,2007, pp.L97-L98非專利文獻3 JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 97,114105(2005)# # ^lJ i K 4 Journal of the American Ceramic Society Vol. 88 No. 51190-1196(2005)專利文獻專利文獻1 日本特開2003-201172號公報專利文獻2 日本特開2004-075449號公報專利文獻3 日本專利第4044943號公報專利文獻4 日本專利第4044944號公報專利文獻5 日本特開2004-075448號公報專利文獻6 日本特開2004-161532號公報專利文獻7 日本特開2006-143588號公報專利文獻8 日本特開2001-130961號公報專利文獻9 日本特開2002-241175號公報專利文獻10 日本特開2006-062955號公報專利文獻11 日本特開2006-056778號公報專利文獻12 日本特開2007-204336號公報專利文獻13 日本特開2004-244301號公報專利文獻14 日本專利3531803號公報專利文獻15 日本特開2004-115^3號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題然而，這樣添加了 Cu化合物的含堿鈮酸系壓電陶瓷中，在燒制時構(gòu)成陶瓷的晶粒容易發(fā)生晶粒生長，容易析出最大直徑超過10 μ m的粗大的晶粒。如果存在這樣的粗大的晶粒，則會發(fā)生電場、應(yīng)力的集中，發(fā)生擊穿(絕緣破壞)。尤其是在壓電陶瓷層的厚度較薄的層疊壓電器件或薄膜壓電器件的情況下容易發(fā)生上述現(xiàn)象。本發(fā)明的各種實施方式提供了能夠抑制粗大的晶粒的析出、具有較高機械品質(zhì)系數(shù)和較低的介電常數(shù)的壓電陶瓷。用于解決課題的技術(shù)手段本發(fā)明的一個實施方式中的壓電陶瓷由多晶體構(gòu)成，該多晶體具有由 [K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbw] O3 (x> y、z、w 表示摩爾比，分別為0彡 χ 彡 1、0 彡y 彡 1、 O^ ζ ^ UO^w ^ 1)構(gòu)成的主相；和由K3Nb3O6Si2O7構(gòu)成的副相，上述壓電陶瓷含有相對于IOOmol上述主相換算成CuO為0. 02mol 5. Omol的Cu化合物。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式中的壓電陶瓷，通過Cu化合物的作用，能夠在不降低機電耦合系數(shù)的情況下提高機械品質(zhì)系數(shù)，并進一步地降低介電常數(shù)。此外，通過K3Nb3O6Si2O7的作用，能夠抑制燒制中的晶粒生長，抑制粗大的晶粒的析出。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式中的壓電陶瓷，以與主相的摩爾比為0. 003到0. 10的比例含有K3Nb3O6Si2O715雖然K3Nb3O6Si2O7與其含量無關(guān)地抑制晶粒生長，但如果其含量超過規(guī)定量，反而存在使壓電特性劣化的情況。本發(fā)明的發(fā)明者確認了 K3Nb3O6Si2O7的含量在與主相的摩爾比為0. 10以下時則能夠維持足夠的壓電特性。此外，在利用X射線衍射法分析時，在作為主相的DVxNaJhLUNbhil^SbJA的晶相對應(yīng)的衍射分布圖的最強線的線強度I1與作為副相的K3Nb3O6Si2O7的晶相對應(yīng)的衍射分布圖的最強線的線強度I2之比I2A1 為0. 6% 8. 0%時，能夠維持足夠的壓電特性。作為Cu 化合物，優(yōu)選為 CuNb206、K4CuNb8O23J5Cu2Nb11O3tl 和 I^4CUuTaiciO29tj 如果是這些中的任一種Cu化合物，即可時在不降低機電耦合系數(shù)的情況下提高機械品質(zhì)系數(shù)、降低介電常數(shù)的作用更好。本發(fā)明的一種實施方式的壓電器件利用本發(fā)明的各種實施方式中的壓電陶瓷構(gòu)成。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷尤其適用于加速度傳感器、沖擊傳感器或爆震傳感器等將機械應(yīng)力轉(zhuǎn)換成電信號的壓電器件。作為這樣的壓電器件的例子，至少包括第一電極與第二電極隔著形成為板狀的本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷相對的單晶片(單壓電晶片，Unimorph)型器件(裝置)，第一電極和第二電極隔著本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷層交替地多層層疊的雙晶片(雙壓電晶片，Bimorph)型器件，以及在Si晶片等半導體基板或鋁基板等絕緣性基板上形成本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷，在其上形成第一電極和第二電極的壓電器件。此外，本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法具有得到以 [K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbw] O3 (x> y、z、w 表示摩爾比，分別為0彡 χ 彡 1、0 彡y 彡 1、 O^ ζ ^ UO^ w^ 1)表示的鈣鈦礦組合物的步驟；得到以K3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟；混合上述DVxNaJ ^yLiy [NbhiTEizSbw] O3和上述K3Nb3O6Si2O7的步驟；以相對于IOOmol 上述 DVxNaJ ^yLiy [NbhiTEizSbw] O3 換算成 CuO 為 0. 02mol 5. Omol 的比例添加 Cu 化合物，進行混合的步驟；和使添加有該Cu化合物的混合物成形，進行燒制的步驟。由此，在本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法中，在主相和副相的混合物中添加Cu化合物， 使添加有該Cu化合物的混合物成形，進行燒制。此外，本發(fā)明的另一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法具有得到以K3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟，配合鉀化合物、鈉化合物、鋰化合物、鈮化合物、鉭化合物和銻化合物， 以形成由KhNaJ ^yLiy [Nbh_;razSbw] O3 (x、y、ζ、w表示摩爾比，分別為0彡χ彡1、0彡y彡1、 O^ ζ ^ UO^w ^ 1)表示的鈣鈦礦組合物，并將其與上述K3Nb3O6Si2O7混合的步驟；預(yù)燒該混合物的步驟；在該預(yù)燒后的混合物中添加Cu化合物，進行混合的步驟，其中，添加該Cu 化合物的比例是相對于IOOmol上述[IVxNaJ ^yLiy [Nb^^Ja.SbJ O3換算成CuO為0. 02mol 5. Omol ；和使該混合物成形，進行燒制的步驟。在本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法中，在混合了構(gòu)成主相的材料和預(yù)先合成的副相而預(yù)燒后的產(chǎn)物中混合有Cu化合物。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，能夠抑制粗大的晶粒的析出，提供具有較高機械品質(zhì)系數(shù)和較低介電常數(shù)的壓電陶瓷。


圖1是表示本發(fā)明的一種實施方式中的壓電器件的一個例子的側(cè)視圖。圖2是表示本發(fā)明的一種實施方式中的壓電器件的一個例子的截面示意圖。圖3是表示本發(fā)明的一種實施方式中的壓電器件的一個例子的俯視圖。圖4是表示本發(fā)明的一種實施方式中的壓電器件的一個例子的截面示意圖。圖5是表示利用Cu-K α射線的X射線衍射法所得的20°彡2 θ彡60°的衍射分布圖的附圖。圖6是圖5的彡2 θ彡34°的衍射分布圖的放大圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種實施方式中的壓電陶瓷由多晶體構(gòu)成，該多晶體具有由 [K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbw] O3 (x> y、z、w 表示摩爾比，分別為0彡 χ 彡 1、0 彡y 彡 1、 0彡ζ彡1、0彡w彡1)構(gòu)成的主相；和由K3Nb3O6Si2O7構(gòu)成的副相，并且含有Cu化合物。通過含有K3Nb3O6Si2O7作為副相，壓電陶瓷內(nèi)部的多晶結(jié)構(gòu)變得細微并且均勻。由于χ和y可取0以上1以下的范圍中任意值，因此本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷只需含有K、Na和 Li中的任一種即可，即，K、Na、Li都是本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的任意構(gòu)成要素。 此外，由于ζ和w可取0以上1以下范圍中任意值，本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷只需含有Nb、Ta、Sb的任一即可。即，Nb、Ta、Sb都是本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的任意構(gòu)成要素。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷以組成式(1-a) [K1^xNaJ^yLiy[Nb1^wTazSbJ 03+a K3Nb3O6Si2O7 (a表示摩爾比)表示時，能夠使摩爾比a為0.003彡a彡0. 10。該摩爾比在本發(fā)明的其它實施方式中，能夠為0. 006 ^ a ^ 0. 08。在a > 0. 003的范圍中能夠確認壓電陶瓷內(nèi)部的多晶結(jié)構(gòu)變得細微，但由于K3Nb3O6Si2O7自身不具有壓電效果，如果a超過 0. 10則壓電特性比不含K3Nb3O6Si2O7的情況降低，難以實現(xiàn)高機電耦合系數(shù)和低介電常數(shù)。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的主相在組成式([KhNaJhLiy) (Nb1JazSbw) O3 中，x、y、z、w分別為 0 彡 χ 彡 1. 0、0 彡 y 彡 0. 20、0 彡 ζ 彡 0. 40、0 彡 w 彡 0. 20。 x、y、ζ、w在該范圍內(nèi)的壓電陶瓷能夠?qū)崿F(xiàn)高機電耦合系數(shù)和低介電常數(shù)，居里溫度為 150°C以上，具有足夠的電阻率。作為A族元素只需含有K或者Na至少其中之一。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的主相在組成式([KhNaJhLiy) (NbhiTEizSbw) O3 中，x、y、z、w分別為 0 彡 χ 彡 1. 0、0 彡 y 彡 0. 15、0 彡 ζ 彡 0. 20、0 彡 w 彡 0. 10、 0. 006 ^ a ^ 0. 08。χ、y、ζ、w在該范圍內(nèi)的壓電陶瓷由于具有200°C以上的高居里溫度， 即使在達到200°C的高溫的情況下仍能夠維持壓電效果，能夠?qū)崿F(xiàn)低介電常數(shù)(ε 33Τ/ ε。)、 低介質(zhì)損耗(tan δ)和高機電耦合系數(shù)(k31)，并且該多晶結(jié)構(gòu)也均勻。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷除了上述的主相和副相，還含有相對于IOOmol 的主相換算成CuO為0. 02mol 5. Omol的Cu化合物。通過根據(jù)該含量添加Cu化合物，能夠在不實質(zhì)地降低機電耦合系數(shù)的情況下降低介電常數(shù)，提高機械品質(zhì)系數(shù)。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷除了上述的主相和副相，還含有相對于IOOmol 的主相換算成CuO為0. 02mol 2. Omol的Cu化合物。通過根據(jù)該含量添加Cu化合物，能夠在不實質(zhì)地降低機電耦合系數(shù)的情況下降低介電常數(shù)，提高機械品質(zhì)系數(shù)，同時減少介質(zhì)損耗。作為Cu 化合物，能夠使用 CuNb206、K4CuNb8O23J5Cu2Nb11O3tl 或 I^4CUuTaiciO29tj 這些 Cu化合物能夠在不損害作為副相的K3Nb3O6Si2O7的作用下，發(fā)揮作為Cu化合物的作用。此外，通過在本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷中混入一定量的作為第一過渡元素的 Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、作為第二過渡元素的 Y、Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag 或者作為第三過渡元素的 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、W、Re、Os、Ir、 Pt、Au的至少一種，能夠控制燒結(jié)溫度，或者控制晶粒生長，或者延長強電場中的壽命。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法具有得到以 [K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbw] O3 (x> y、z、w 表示摩爾比，分別為0彡 χ 彡 1、0 彡y 彡 1、 O^ ζ ^ UO ^ w^ 1)表示的鈣鈦礦組合物的步驟，得到以K3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟，將上述[KhNaJ ^yLiy[Nb^^Ja.SbJ O3作為主相和上述K3Nb3O6Si2O7作為副相混合的步驟，在兩組合物的混合物中以相對于IOOmol的上述[KhNiix] ^yLiy [Nb^^Ja.SbJ O3中換算成 CuO為0. 02mol 5. Omol的比例添加Cu化合物并混合的步驟，使添加了該Cu化合物的混合物成形并燒制的步驟。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法具有得到WK3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟，配合鉀化合物、鈉化合物、鋰化合物、鈮化合物、鉭化合物和銻化合物，以形成由[K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbJ O3 (x> y、ζ、w 表示摩爾比，分別為 0 彡 χ 彡 1、0 彡 y 彡 1、 O^ ζ ^ UO^ w^ 1)表示的鈣鈦礦組合物，并將其與上述K3Nb3O6Si2O7混合的步驟；預(yù)燒該混合物的步驟；在該預(yù)燒后的混合物中添加Cu化合物，進行混合的步驟，其中，添加該Cu 化合物的比例是相對于IOOmol上述[IVxNaJ ^yLiy [Nb^^Ja.SbJ O3換算成CuO為0. 02mol 5. Omol ；和使該混合物成形，進行燒制的步驟。在此，為了利用本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的制造方法來制造壓電陶瓷， 能夠分別使用K2CO3或者KHCO3作為含鉀的原料，使用Na2CO3或者NaHCO3作為含鈉的原料， 使用Li2CO3作為含鋰的原料，使用Nb2O5作為含鈮的原料，使用Ta2O5作為含鉭的原料，使用 Sb2O3或者SId2O5作為含銻的原料。作為用以獲得K3Nb3O6Si2O7的含硅的原料，能夠使用Si02。 通過使用這樣的原料，能夠容易地進行配合、攪拌、預(yù)燒等工序，能夠在不對制造造成過大的負荷的情況下進行合成。在本發(fā)明的一種實施方式中，預(yù)燒可在700 1000°C下進行，對粉末進行成形時的粘合劑，可使用聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛等普遍使用的各種粘合劑，燒制可在1040 1180°C下進行。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷一般地具有表示為ABO3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。在此， 占有(配座)A位置的元素為K、Na或Li，占有B位置的元素為Nb、Ta或釙。在化學計量比 A B = 1 1時，在所有的位點位置上都有元素占有，成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。然而，由于因水分導致的K、Na、Li的溶出(溶解)、預(yù)燒工序中K、Na、Li、Sb的揮發(fā)、燒制工序中K、Na、Li、 Sb的揮發(fā)等原因，整個制造工序中可發(fā)生數(shù)％左右以下)的組成的變動。這些構(gòu)成元素的組成變動的程度由其原理、合成時期、合成工序的變化而受影響。為了應(yīng)對這些變動， 初期配制時以抵消制造工序中的減少量的程度來較多地包含作為K、Na、Li、Sb源的原料。 由此能夠在燒制工序中得到的壓電陶瓷中接近A B = 1 1的組成。為了獲得高壓電效果，所制造的壓電陶瓷的A位點和B位點的比例期望在0. 96 < A/B < 1. 002的范圍內(nèi)。
作為添加在本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷中的Cu化合物，可使用CuNb2O6。在燒制階段中，CuNb2O6可固溶于具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的主相。所添加的CuNb2O6或者使具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的主相的A位點產(chǎn)生缺陷而作為Cu2+固溶，或者不使其產(chǎn)生缺陷而作為Cu+固溶。結(jié)果是，由于A位點成分過剩，CuNb2O6的Nb固溶于B位點，使得接近A B = 1 1的理想狀態(tài)。因此，作為本發(fā)明的壓電陶瓷的主相的含堿鈮酸系鈣鈦礦化合物的組成用DVxNaJ1 iLiyCujNbhilXSbJOji是作為添加物包含的CuNb2O6固溶后可取的0 < i < 1. 0范圍內(nèi)的某實數(shù))表示。不管是否固溶了 Cu化合物，本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷通過作為副相的 K3Nb3O6Si2O7的析出，能夠在其多晶結(jié)構(gòu)中抑制粗大的晶粒的析出。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷中添加的Cu化合物不僅可作為CuNb2O6固溶于含堿鈮酸系鈣鈦礦化合物中，而且可作為K4CuNb8023、K5Cu2Nb11O30或K5.4CUl. JaltlO29等具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的晶相析出。因此，作為添加物，不僅可使用CuNb2O6，也可使用K4CuNb8023、 K5Cu2Nb11O30或K5.4CUl. JaltlO29等具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的Cu化合物。不管是否析出上述具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的晶相，本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷通過作為副相的K3Nb3O6Si2O7的析出，能夠在其多晶結(jié)構(gòu)中抑制粗大的晶粒的析出。此外，Cu化合物可以在與主相及副相混合前預(yù)先合成，也可不將CuO或Cu2O與 Nb2O5合成而是以構(gòu)成Cu化合物的比例添加在主相及副相中并混合。即，所獲得的壓電陶瓷的組成只要在遵循本發(fā)明的實施方式的范圍內(nèi)即可，與混合的順序無關(guān)。本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷其燒結(jié)體的相對密度可以為95%以上。此外，在本發(fā)明的一種實施方式中，在對粉碎壓電陶瓷的燒結(jié)體所得的粉末進行X射線衍射所獲得的衍射分布圖中，發(fā)現(xiàn)壓電效果的相的鈣鈦礦化合物相的最強線的線強度與以 K3Nb3O6Si2O7表示的含硅相的最強線的線強度的比例(線強度比例)為0.6% 8.0%的范圍內(nèi)。下面，針對本發(fā)明的一種方式涉及的壓電器件進行說明。圖1是基于本發(fā)明的一種方式的壓電器件的側(cè)視圖。該壓電器件配備了板狀的壓電陶瓷層102、配置在該壓電陶瓷層102的背面的第一電極104、以與第一電極104相對的方式配置在該壓電陶瓷層102的正面的第二電極106。該壓電陶瓷層104能夠按照上述本發(fā)明的各種實施方式制造。如圖 1所示的壓電器件可例如由如下方式獲得。首先，將壓電陶瓷混合粉與粘合劑混合，將其成形為矩形狀、大致圓形狀或者環(huán)狀，并燒制來形成板狀的壓電陶瓷層102。在該壓電陶瓷層 102的兩面上涂布使用了 Cu、Ag等導電體的導電膏并燒焊，在壓電陶瓷層102的背面形成第一電極104，在正面形成第二電極106。由此獲得如圖1所示的壓電器件。通過使用本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷作為該壓電陶瓷層102，可獲得損耗小、機電耦合系數(shù)較大的壓電器件。通過將該壓電器件應(yīng)用于例如壓力傳感器或爆震傳感器等傳感器類中，能夠獲得靈敏度高、損耗小的傳感器。圖2是示意性地表示基于本發(fā)明的一種方式的層疊型壓電器件的截面圖。該壓電器件由第一電極104和第二電極106隔著壓電陶瓷層102交替地層疊而成。該層疊型壓電器件的一個側(cè)面上設(shè)有與第一電極104電連接的第一端子電極202，另一側(cè)面上設(shè)有與第二電極106電連接的第二端子電極204。該層疊型壓電器件可用作層疊壓電致動器等。通過使用本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷作為該壓電陶瓷層102，能夠獲得損耗小、機電耦合系數(shù)較大的壓電器件。并且，由于晶粒生長得到抑制，能夠獲得致密且不易被擊穿(絕緣破壞)的壓電陶瓷層。因此，能夠較薄地形成壓電陶瓷層102，能夠獲得更小型的具有良好特性的、且消耗電力少的層疊壓電致動器。圖3是示意性地表示基于本發(fā)明的一種方式的表面彈性波濾波器(SAW濾波器) 的俯視圖。該壓電器件具有基板302、形成在該基板302上的壓電陶瓷層304、配置在該壓電陶瓷層304的表面的第一電極306、以與第一電極306相對的方式配置在該壓電陶瓷層 304的表面的第二電極308。通過使用本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷作為該壓電陶瓷層304，能夠獲得損耗小的SAW濾波器。圖4是示意性地表示使用了基于本發(fā)明的一種方式的多晶片(多壓電晶片， Multimorph)型壓電致動器的開關(guān)元件的截面圖。該多晶片型壓電致動器配備了基板402、 在該基板402的表面隔著板狀的彈性體410配置的第一電極406、隔著壓電陶瓷層404與該第一電極406相對地配置的第二電極408、以與形成在基板402上的固定觸點相對的方式配置在彈性體410的前端的可動觸點412。施加電壓時，壓電陶瓷層404與彈性體410、第一電極406、第二電極408 —起向下方彎曲，可動觸點412接觸固定觸點。中止電壓的施加時，回到初始位置，可動觸電412從固定觸電離開。通過使用本發(fā)明的各種實施方式的壓電陶瓷作為該壓電陶瓷層404，能夠得到損耗小的壓電致動器，因此能夠減少開關(guān)元件的消耗電力。此外，圖4中表示了壓電陶瓷層為一層的單晶片型壓電致動器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明確，它也可為具有兩層以上的雙晶片型或多晶片型壓電致動器。下面，將本發(fā)明的一種實施方式的、以組成式(1-a) [K1^xNaJ^yLiy[Nb1^wTazSbJ OfaK3Nb3O6Si2O7(其中0彡χ彡1、0彡y彡1、0彡ζ彡1、0彡w彡1)表示的壓電陶瓷的評價結(jié)果與其它(除此之外的)壓電陶瓷的評價結(jié)果相對比來說明。為了驗證本發(fā)明的一種實施方式的壓電陶瓷的特性，對表1中樣品編號1到49所示的樣品分別進行評價。在表1 中，在樣品編號的左側(cè)標有※標記的樣品(例如樣品編號1表示的樣品)和標有※※標記的樣品(例如樣品編號12表示的樣品)是未包含在本發(fā)明中的壓電陶瓷，未標有※標記和※※標記的樣品(例如樣品編號6所示的樣品)是根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的壓電陶瓷。[表1]
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷，其特征在于 由多晶體構(gòu)成，該多晶體具有由 DVxNaJ "Liy [NbhiTEizSbw] O3 (x、y、z、w 表示摩爾比，分別為 0 彡 χ 彡 1、0 彡 y 彡 1、 0彡ζ彡1、0彡w彡1)構(gòu)成的主相；和由K3Nb3O6Si2O7構(gòu)成的副相，所述壓電陶瓷含有相對于IOOmol所述主相換算成CuO為0. 02mol 5. Omol的Cu化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷，其特征在于以組成式(1-a) DVxNaJ^yLiy[Nb1^wTiizSbw]OJaK3Nb3O6Si2O7(a 表示摩爾比)表示時 0. 003 ^ a ^ 0. 10。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓電陶瓷，其特征在于利用X射線衍射法分析時，所述主相的衍射分布圖的最強線的線強度I1與所述副相的衍射分布圖的最強線的線強度I2之比I2A1為0. 6% 8. 0%。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的壓電陶瓷，其特征在于所述 Cu 化合物為選自 CuNb206、K4CuNb8O23^ K5Cu2Nb11O30 和 K5.4CUl. 3Ta1(1029 中的至少一種化合物。
5.一種壓電器件，其特征在于，包括由權(quán)利要求1 4中任一項所述的壓電陶瓷構(gòu)成的壓電陶瓷層； 配置在所述壓電陶瓷層的正面的第一電極；和配置在所述壓電陶瓷層的背面的與所述第一電極相對的位置上的第二電極。
6.如權(quán)利要求5所述的壓電器件，其特征在于，包括 與所述第一電極電連接的第一端子電極；和與所述第二電極電連接的第二端子電極，將所述第一電極和所述第二電極隔著所述壓電陶瓷層交替地層疊。
7.一種壓電器件，其特征在于，包括由權(quán)利要求1 4中任一項所述的壓電陶瓷形成的基板；在所述壓電陶瓷層的正面形成的第一電極；和在所述壓電陶瓷層的正面與所述第一電極相對地形成的第二電極。
8.一種壓電器件，其特征在于，包括 基板；形成在所述基板上的、由權(quán)利要求1 4中任一項所述的壓電陶瓷構(gòu)成的壓電陶瓷層；配置在所述壓電陶瓷層的正面的第一電極；和配置在所述壓電陶瓷層的背面的與所述第一電極相對的位置的第二電極。
9.如權(quán)利要求8所述的壓電器件，其特征在于，包括 基板；與所述第一電極電連接的第一端子電極；和與所述第二電極電連接的第二端子電極，將所述第一電極和所述第二電極隔著所述壓電陶瓷層交替地層疊。
10.一種壓電陶瓷的制造方法，其特征在于，包括得到以KhNaJ ^yLiy [NbnwTEizSbw] O3 (χ、y、ζ、w表示摩爾比，分別為0彡χ彡1、 0彡y彡1、0彡ζ彡1、0彡w彡1)表示的鈣鈦礦組合物的步驟； 得到以K3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟；混合所述 DVxNaJ hLijNVz-JXSbJ O3 和所述 K3Nb3O6Si2O7 的步驟； 在兩組合物的混合物中，以相對于IOOmol所述DVxNaJhLijNbuJXSbJO3換算成 CuO為0. 02mol 5. Omol的比例添加Cu化合物，進行混合的步驟；和使添加有該Cu化合物的混合物成形，進行燒制的步驟。
11.一種壓電陶瓷的制造方法，包括 得到以K3Nb3O6Si2O7表示的組合物的步驟；配合鉀化合物、鈉化合物、鋰化合物、鈮化合物、鉭化合物和銻化合物，以形成由[K1^xNaJ ^yLiy [Nb1^wTazSbw] O3 (x> y、z、w 表示摩爾比，分別為O彡 χ 彡 1、0 彡y 彡 1、 O^ ζ ^ UO^ w^ 1)表示的鈣鈦礦組合物，并將其與所述K3Nb3O6Si2O7混合的步驟； 預(yù)燒該混合物的步驟；在該預(yù)燒后的混合物中添加Cu化合物，進行混合的步驟，其中，添加該Cu化合物的比例是相對于 IOOmol 所述[KhNaJhLiy[NbhiTEizSbw]O3 換算成 CuO 為 0. 02mol 5. Omol ； 和使該混合物成形，進行燒制的步驟。
12.如權(quán)利要求10或11所述的壓電陶瓷的制造方法，其特征在于在混合所述主相和所述副相的步驟中，進行混合，使得在以(1-a) DVxNaJ ^yLiy [Nb1T1JazSbw] 03+a K3Nb3O6Si2O7 (a 表示摩爾比)表示時 0. 003 ^ a ^ 0. 10。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特征在于含有[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x、y、z、w表示摩爾比，分別為0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、0≤w≤1)作為主相，含有K3Nb3O6Si2O7作為副相，作為添加物含有相對于100mol的主相換算成CuO為0.02mol～5.0mol的Cu化合物的壓電陶瓷。
文檔編號C04B35/00GK102395539SQ20108001686
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者土信田豐, 波多野桂一 申請人:太陽誘電株式會社