提供了一种无铅压电陶瓷，其具有增强的机械品质因数(Qm)和机械强度。这种压电陶瓷包括至少第一晶粒和第二晶粒。第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上和30μm以下。第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：(1)xBaTiO3－yCaTiO3－zCaZrO3；和(2)x'BaTiO3－y'CaTiO3－z'CaZrO3，规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电陶瓷、压电元件、液体喷射头、超声马达和除尘装置
本专利技术涉及一种压电陶瓷。此外，本专利技术涉及均使用压电陶瓷的压电元件、多层式压电元件、液体喷射头、液体喷射设备、超声马达、光学设备、振动装置、除尘装置、成像设备和电子设备。特别地，本专利技术涉及一种无铅压电陶瓷，所述无铅压电陶瓷通过致使第二晶粒共存而具有增强的机械品质因数(Qm)和机械强度。
技术介绍
通常使用这样的基于铅的压电陶瓷作为压电材料，所述基于铅的压电陶瓷诸如锆钛酸铅(在下文中称作“PZT”)，其具有钙钛矿结构。然而，PZT在钙钛矿结构的A位处包含铅。因此，铅对环境所造成影响是令人关注的问题。为了解决这个问题，已经提出了一种压电材料，所述压电材料使用无铅的钙钛矿型金属氧化物。作为代表性的无铅钙钛矿型压电材料，已知由通式BaTiO3表示的钛酸钡(在下文中称作“BTO”)。然而，BTO的相变温度(斜方晶至正方晶的相变温度)大约为0℃至10℃。因此，存在一种劣势，即，压电性能根据使用温度发生显著变化。已经做出多种尝试，以消除这种劣势。例如，PTL1公开了一种BTO陶瓷，在所述BTO陶瓷中，通过将Ca(钙)掺入到BTO中以使得相变温度移动至更低温度侧来减小相变影响。然而，与BTO的压电性能和机械品质因数(Qm)相比，压电性能下降并且机械品质因数(Qm)减小。此外，PTL2公开了一种BTO陶瓷，在所述BTO陶瓷中，通过将Ca(钙)和Zr(锆)掺到BTO中增强了压电性。然而，居里温度是80℃或者更低，因此存在这样一个问题，即，在高温环境下易于发生去极化。此外，机械品质因数(Qm)降低。另外，通常，在BTO陶瓷中易于形成孔隙，并且因此存在机械强度不够的问题。如上所述，BTO陶瓷所存在的问题是Qm和机械强度不足。引用列表专利文献PTL1：日本专利No.4039029PTL2：日本专利申请公报No.2009-215111
技术实现思路
技术问题已经完成本专利技术，以解决这些问题并且提供了无铅压电陶瓷，所述无铅压电陶瓷具有增强的Qm和机械强度。此外，本专利技术提供了一种压电元件和一种多层式压电元件，所述压电元件和多层式压电元件各个均使用所述压电陶瓷。而且，本专利技术还提供了均使用压电元件或者多层式压电元件的液体喷射头、液体喷射设备、超声马达、光学设备、振动装置、除尘装置、成像设备和电子设备。问题的解决方案用于解决上述问题的压电陶瓷包括至少第一晶粒和第二晶粒，其中，第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上和30μm以下，并且其中，第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：(1)xBaTiO3－yCaTiO3－zCaZrO3；和(2)x'BaTiO3－y'CaTiO3－z'CaZrO3，规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0。用于解决上述问题的压电元件至少包括：第一电极；压电陶瓷；和第二电极，其中，压电陶瓷包括上述压电陶瓷。用于解决上述问题的多层式压电元件包括压电陶瓷层和包括内部电极的电极层，所述压电陶瓷层和电极层交替叠置，其中，压电陶瓷层由上述压电陶瓷形成。液体喷射头至少包括：液体室，所述液体室包括振动部分，所述振动部分包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种；和喷射孔，所述喷射孔与液体室连通。用于解决上述问题的液体喷射设备包括：用于记录介质的传送单元；和上述液体喷射头。用于解决上述问题的超声马达至少包括：振动体，所述振动体包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种；和运动体，所述运动体与振动体相接触。用于解决上述问题的光学设备包括驱动单元，所述驱动单元包括上述超声马达。用于解决上述问题的振动装置包括振动体，所述振动体包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种。用于解决上述问题的除尘装置包括上述振动装置。用于解决上述问题的电子设备包括压电声学部件，所述压电声学部件包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种。本专利技术的有利效果本专利技术能够提供无铅压电陶瓷，所述无铅压电陶瓷通过致使第二晶粒共存于孔隙中而具有增强的Qm和机械强度。此外，本专利技术能够提供均使用压电陶瓷的压电元件和多层式压电元件。而且，本专利技术还能够提供均使用压电元件或者多层式压电元件的液体喷射头、液体喷射设备、超声马达、光学设备、振动装置、除尘装置、成像设备和电子设备。参照附图从示例性实施例的以下描述本专利技术的其它特征将变得显而易见。附图说明图1是图解了根据本专利技术的实施例的压电元件的构造的示意图；图2A和图2B是图解了根据本专利技术的实施例的多层式压电元件的构造的示意性截面图；图3A和3B是图解了根据本专利技术的实施例的液体喷射头的构造的示意图；图4是图解了根据本专利技术的实施例的液体喷射设备的示意图；图5是根据本专利技术的实施例的液体喷射设备的示意图；图6A和图6B是图解了根据本专利技术的实施例的超声马达的构造的示意图；图7A和图7B是根据本专利技术的实施例的光学设备的示意图；图8是根据本专利技术的实施例的光学设备的示意图；图9A和图9B是图解了根据本专利技术的实施例的振动装置用作除尘装置的情况的示意图；图10A、10B和10C是图解了本专利技术的除尘装置中的压电元件的构造的示意图；图11A和11B是图解了本专利技术的除尘装置的振动原理的示意图；图12是图解了根据本专利技术的实施例的成像设备的示意图；图13是图解了根据本专利技术的实施例的成像设备的示意图；图14是图解了根据本专利技术的实施例的电子设备的示意图；图15示出了示例1的压电陶瓷的扫描电子显微镜图像；图16示出了比较示例1的压电陶瓷的扫描电子显微镜图像。具体实施方式在下文中，详细描述本专利技术的实施例。用于解决上述问题的压电陶瓷至少包括第一晶粒和第二晶粒，其中，第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上并且30μm以下，并且其中，第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：(1)xBaTiO3－yCaTiO3－zCaZrO3；和(2)x'BaTiO3－y'CaTiO3－z'CaZrO3，规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0。在此应用的术语“陶瓷”表示通过热处理烧结的晶粒的集合体(也称作团块)或者所谓的多晶体，其中，其主要组分是金属氧化物。该术语还包括烧结后处理的集合体。然而，该术语不包括热处理之前的任何粉末、分散有粉末的浆体或者坯块。在此使用术语“主要组分”表示第一晶粒的就发挥压电性能的主要组分是由通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物并且第二晶粒的主要组分是由通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物。可以少量包含作为非主要组分的组分，例如，诸如锰或者杂质的性能调节物，在生产期间不可避免地包含所述杂质。具体地，包含在晶粒中的主要组分的含量按质量计占95％以上，优选地按质量计占97％以上，更加优选地按质量计占99％以上并且按质量计占99.96％以下。期望的是，包含在晶粒中的非主要组分的组分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电陶瓷，包括第一晶粒和第二晶粒，其中，所述第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上和30μm以下，并且其中，所述第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，所述第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：(1)xBaTiO3－yCaTiO3－zCaZrO3；和(2)x'BaTiO3－y'CaTiO3－z'CaZrO3，规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-0812161.一种压电陶瓷，包括第一晶粒和第二晶粒，其中，等效圆直径是指具有与晶粒的投影面积相同的面积的正圆的直径；所述第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上和30μm以下，并且其中，所述第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，所述第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：(1)xBaTiO3－yCaTiO3－zCaZrO3；和(2)x'BaTiO3－y'CaTiO3－z'CaZrO3，规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0；以及其中当压电陶瓷被抛光时，压电陶瓷的被抛光表面中第一晶粒的面积比大于被抛光表面中第二晶粒的面积比。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第一晶粒的组分满足0.80≤x≤0.90，0.04≤y≤0.12并且0.04≤z≤0.10。3.根据权利要求1或者2所述的压电陶瓷，其中，当观察所述压电陶瓷的表面和横截面中的一个时由所述通式(2)表示的所述钙钛矿型金属氧化物的比例按面积占0.5％以上和5％以下。4.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第一晶粒的所述平均等效圆直径大于所述第二晶粒的平均等效圆直径。5.根据权利要求4所述的压电陶瓷，其中，所述第二晶粒的所述平均等效圆直径为200nm以上和2μm以下。6.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷，其中，所述第一晶粒的锰含量按重量计占0.05％以上至0.40％以下。7.一种压电元件，包括：第一电极；...
【专利技术属性】
技术研发人员：岛田干夫，飨场利明，伊福俊博，松田坚义，久保田纯，吉田达雄，林润平，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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