压电组合物和压电元件制造技术

本发明专利技术提供一种d33大的压电组合物。压电组合物(2)具有多个晶粒(4)，压电组合物(2)含有铋、铁、钡、钛和氧，晶粒(4)包含核(6)和包覆核(6)的壳(8)，核(6)中的铋的含量的平均值表示为CCORE质量％，壳(8)中的铋的含量的平均值表示为CSHELL质量％，CCORE小于CSHELL，压电组合物(2)中所含的全部颗粒的数量表示为N个，包含核(6)和壳(8)的晶粒(4)的数量表示为n个，n/N为0.10～1.00。

【技术实现步骤摘要】
压电组合物和压电元件
本专利技术涉及一种压电组合物和压电元件。
技术介绍
作为一般的压电组合物，已知有钙钛矿型的金属氧化物。钙钛矿型的金属氧化物的组成以ABO3表示。钙钛矿型的压电组合物例如为锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)。锆钛酸铅(PZT)的居里温度(Tc)高，PZT的压电常数(d33)大。但是，PZT由于含有铅作为A位点的元素，因此对环境或人体有害。考虑对环境或人体的影响，寻求不含铅的压电组合物。不使用铅的压电组合物的具体例子为下述非专利文献1所述的铁酸铋(BiFeO3)。铁酸铋(BFO)的Tc高，BFO呈大的自发极化。但是，BFO单体的各向异性高，漏电电流大，因此，无法得到充分的压电性能(例如，压电常数d33)。为此，寻求Tc高、d33大的压电组合物。下述非专利文献2中，公开了由钛酸钡和铁酸铋构成的二元系化合物。在日本特开2013-191751号公报中，公开了由钛酸钡、铁酸铋和钛镁酸铋构成的三元系化合物。另外，在日本特开2013-95627号公报中，公开了由通过磁场使结晶方位进行取向得到的陶瓷颗粒的集合体制作压电性得到了改善的压电体的方法。专利文献专利文献1：日本特开2013-191751号公报专利文献2：日本特开2013-95627号公报非专利文献非专利文献1：TadejRojacetal.,“Strongferroelectricdomain-wallpinninginBiFeO3ceramics”,JOURNALOFAPPLIEDPHYSICS,108,074107,2010.非专利文献2：ZhenyongCenetal.,“EffectofsinteringtemperatureonmicrostructureandpiezoelectricpropertiesofPb-freeBiFeO3-BaTiO3ceramicsinthecompositionrangeoflargeBiFeO3concentrations”,JElectroceram,31,p.15-20,2013.
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题日本特开2013-191751号公报所记载的压电组合物如果施加了充分高的电场的话则会发生大变形。然而，日本特开2013-191751号公报所记载的压电组合物在实施了极化处理之后很难具有充分大的压电常数。另外，在对非专利文献2所记载的压电组合物实施极化处理的情况下，极化处理后的压电组合物的d33为130pC/N的程度，相对较小。通过日本特开2013-95627号公报所述的方法制得的铁酸铋系的压电组合物尚未实现。因此，本专利技术就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种d33大的压电组合物以及使用了该压电组合物的压电元件。用于解决技术问题的手段本专利技术的一个方面所涉及的压电组合物具有多个晶粒，压电组合物含有铋、铁、钡、钛和氧，晶粒包含核和包覆核的壳，核中的铋的含量的平均值表示为CCORE质量％，壳中的铋的含量的平均值表示为CSHELL质量％，CCORE小于CSHELL，压电组合物中所含的全部颗粒的数量表示为N个，包含核和壳的晶粒的数量表示为n个，n/N为0.10～1.00。本专利技术的一个方面，CCORE/CSHELL可以为0.10～0.95。本专利技术的一个方面所涉及的压电组合物可以为烧结体。本专利技术的一个方面所涉及的压电元件具备上述压电组合物。本专利技术的一个方面中，被施加0.1～2.0kV/mm的电场的压电组合物的压电常数d33可以为200pC/N以上。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供压电常数d33大的压电组合物以及使用了该压电组合物的压电元件。附图说明图1是具备本专利技术的一个实施方式所涉及的压电组合物(压电体)的压电元件的截面图。图2A是图1所示的压电组合物(压电体)的示意的立体图，图2B是图2A所示的压电组合物(压电体)的截面图(b-b线方向的矢向视图)。图3是图2B所示的压电组合物(压电体)的截面的放大图，是包含核和壳的多个晶粒的截面图。图4是比较例1的压电组合物(烧结体)的截面的一部分的照片。图5A是实施例1的压电组合物(烧结体)的截面的一部分的照片，图5B表示在图5A所示的压电组合物(烧结体)的截面中分析组成的部位。符号说明2……压电体(压电组合物)；2cs……压电体(压电组合物)的截面；4……晶粒；6……核；8……壳；5a、5b……电极；10……压电元件；18……晶界。具体实施方式以下，适当参照附图，针对本专利技术的优选的实施方式进行详细说明。另外，在附图中将相同符号标注于相同或者同等要素，并省略重复的说明。本专利技术并不限定于下述实施方式。如图1所示，本实施方式所涉及的压电元件10具有一对的电极5a、5b、以及被夹在一对的电极5a、5b之间的压电体2。即，在压电体2的一个表面重叠电极5a，在压电体2的另一个表面重叠另一电极5b。如图2A所示，本实施方式所涉及的压电体2为长方体。但是，压电体2的形状不受限定。压电体2是含有压电组合物的烧结体。压电体2也可以是仅由压电组合物构成的烧结体。压电体2中，也可以除了压电组合物以外还含有其它的成分。图3是图2B所示的压电体2的截面2cs的放大图。如图3所示，构成压电体2的压电组合物具有多个(无数)晶粒4。各晶粒4经由晶界18(例如，晶界相)而相互烧结。各晶粒4具有钙钛矿型的晶体结构。并且，各晶粒4包含核6和包覆核6的壳8。即，晶粒4具有核壳结构。核6和壳8可以为相互不同的结晶相。核6和壳8可以分别具有钙钛矿型的晶体结构。壳8是包覆核6的一部分或整体的相。一个壳8可以包覆多个核6。即，一个晶粒4可以包含多个核6。晶粒4可以仅由核6和壳8构成。晶粒4也可以在核6和壳8之外还包含其它的相。压电组合物可以仅由包含核6和壳8的晶粒4构成。压电组合物也可以在包含核6和壳8的晶粒4之外还含有其它种类的颗粒。例如，压电组合物也可以含有在组成或晶体结构上与晶粒4不同的其它的晶粒。例如，压电组合物可以含有具有与晶粒4的核6大致相同的组成的颗粒12。压电组合物也可以含有具有与晶粒4的壳8大致相同组成的颗粒14。也可以含有不具有核壳结构的颗粒16，该颗粒16的一部分的组成与核6大致相同，颗粒16的其它部分的组成与壳8大致相同。构成压电体2的压电组合物中，作为主成分，含有铋(Bi)、铁(Fe)、钡(Ba)、钛(Ti)和氧(O)。压电组合物中所含的各晶粒4可以含有铋、铁、钡、钛和氧。核6中的铋的含量的平均值表示为CCORE质量％，壳8中的铋的含量的平均值表示为CSHELL质量％，CCORE小于CSHELL。压电组合物中所含的全部颗粒的数量表示为N个，包含核6和壳8的晶粒4的数量表示为n个，n/N为0.10～1.00。本实施方式中，CCORE小于CSHELL，且n/N为0.10～1.00，因此，压电组合物的压电常数d33比现有的铁酸铋系的压电组合物大。本专利技术的专利技术人等认为，本实施方式所涉及的压电组合物的压电常数d33大的理由如下所述。晶粒4包含在组成和晶体结构上不同的核6和壳8时，为了缓和核6与壳8之间的晶体结构的错配，在核6和壳8的界面上出现结构倾斜区域。例如，核6为四方晶或立方晶，壳8为三方晶(Rhombohedralcrystal)，结构倾斜区域缓和核6与壳8之间的形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电组合物，其特征在于：所述压电组合物具有多个晶粒，所述压电组合物含有铋、铁、钡、钛和氧，所述晶粒包含核和包覆核的壳，所述核中的铋的含量的平均值表示为CCORE质量％，所述壳中的铋的含量的平均值表示为CSHELL质量％，CCORE小于CSHELL，所述压电组合物中所含的全部颗粒的数量表示为N个，包含所述核和所述壳的所述晶粒的数量表示为n个，n/N为0.10～1.00。

【技术特征摘要】
2017.03.09 JP 2017-0453021.一种压电组合物，其特征在于：所述压电组合物具有多个晶粒，所述压电组合物含有铋、铁、钡、钛和氧，所述晶粒包含核和包覆核的壳，所述核中的铋的含量的平均值表示为CCORE质量％，所述壳中的铋的含量的平均值表示为CSHELL质量％，CCORE小于CSHELL，所述压电组合物中所含的全部颗粒的数量表示为N个，包含所述核和所述壳的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：北﨑将士，寺西惠介，石﨑诚，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP