本发明专利技术提供长方体状单晶的制造方法、长方体状单晶、陶瓷的制造方法、陶瓷、压电元件、压电装置和电子设备。本发明专利技术为含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，该方法包括在1200℃‑1250℃下加热铌酸铋钠和含钠的碱金属卤化物的混合物1以得到含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的工序，该铌酸铋钠由含有多个由通式(1)：Bi2.5Nam‑1.5NbmO3m+3(m为2以上的整数)表示的晶体的颗粒形成并且其中m值的平均值ma大于6。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法。本专利技术还涉及使用含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的陶瓷的制造方法、陶瓷、压电元件、压电装置和电子设备。
技术介绍
作为用于制造含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的取向压电陶瓷的模板晶粒，已知铌酸钠板状颗粒和铌酸钠长方体状单晶。作为以往的铌酸钠的模板晶粒，主要使用板状颗粒并且已通过两步熔融盐合成制造。“Ferroelectrics”(M.Cao等，2010,第404卷,39页-44页)公开了通过两步熔融盐合成制造铌酸钠板状颗粒的方法。而且，“Chemistry of Materials”(S.F.Poterala等，2010,第22卷，2061页-2068页)公开了通过两步熔融盐合成制造的板状颗粒成为多晶的机理。具体地，在合成工艺的第一阶段中首先制备的铋层状结构化合物的板状颗粒为长方体状晶体。但是，在合成工艺的第二阶段中发生的涉及从铋层状结构向钙钛矿结构的结构变化的拓扑化学反应从作为中间体的铋层状结构化合物的板状颗粒的前表面向内部进行。因此，在板状颗粒表面的反应部和板状颗粒内的未反应部的界面上形成含有大量铋的液相边界层，并且由于边界层而失去外延生长。公开了结果板状颗粒没有变为长方体状单晶而是变为多晶。近年来，作为铌酸钠的模板晶粒，具有长方体状单晶的形状的那些引人注目。“Japanese Journal of Applied Physics”(K.Ishii等，2013,第52卷，09KD04-1页至09KD04-6页)公开了通过一步熔融盐合成制造的铌酸钠的长方体状单晶的制造方法。具体地，公开了将用称量为预定的摩尔比的碳酸钠、氯化钠、氧化铌和氧化铋的混合粉末填充的铂坩埚在1225℃下保持12小时，然后在温水中将得到的产物洗涤两次或更多次以将氯化钠除去。然后，将副产物通过250目筛除去，由此得到钙钛矿结构的铌酸钠的长方体状单晶。根据“Japanese Journal of Applied Physics”(K.Ishii等，2013,第52卷，09KD04-1页至09KD04-6页)中描述的一步熔融盐合成，在铌酸钠的长方体状单晶的形成中，以与以往的两步熔融盐合成中相同的方式经由作为中间体的铋层状结构化合物即Bi2.5Na3.5Nb5O18(m＝5)制备铌酸钠板状颗粒。形成作为中间体的铋层状结构化合物的颗粒后，通过拓扑化学反应产生铌酸钠，于是得到长方体状单晶。将一步熔融盐合成中的热处理工序进行一次并且不需要酸洗。而且，生长的长方体状单晶具有平滑的前表面。通过两步熔融盐合成得到的板状颗粒需要进行两次热处理和用于除去氧化铋的酸洗工序。而且，由于生长的板状颗粒为多晶并且表面凹凸大，因此该板状颗粒不适合作为用于制备取向陶瓷的模板晶粒，因此也从工业生产的观点和物质特性的观点出发，该板状颗粒具有各种问题。本专利技术人参照“Japanese Journal of Applied Physics”(K.Ishii等，2013,第52卷，09KD04-1页至09KD04-6页)进行补充考察，然后测定了得到的铌酸钠的长方体状单晶的组成时。于是，相对于每摩尔铌，钠的摩尔比小于0.8并且大大偏离化学计量比。这产生了如下问题：含有使用通过目前为止采用的一步熔融盐合成制备的铌酸钠的长方体状单晶作为模板晶粒制备的铌酸钠的取向陶瓷的组成偏离化学计量比。本专利技术为了解决这样的问题而完成并且提供含有具有钙钛矿结构且具有20％以下的相对于铌的钠缺失量的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法、使用该长方体状单晶的取向陶瓷的制造方法和含有其的取向陶瓷。本专利技术还提供含有取向陶瓷的压电元件、压电装置和电子设备。
技术实现思路
解决上述问题的本专利技术的制造方法是含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，并且该方法包括：在1200℃-1250℃下加热铌酸铋钠和含钠的碱金属卤化物的混合物1以得到含有钙钛矿结构的铌酸钠的混合物2的工序，该铌酸铋钠由含有多个由通式(1)：Bi2.5Nam-1.5NbmO3m+3(m为2以上的整数)表示的组成的晶体的颗粒形成并且其中该颗粒中m值的平均值ma大于6；和从该混合物2中将水溶性成分除去的工序。解决上述问题的本专利技术的长方体状单晶为含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶，其中该长方体状单晶以每摩尔铌酸盐0.05摩尔-0.15摩尔的量含有铋，该铌酸钠的Na/Nb比为0.82-1.00，并且该长方体的最长边(Lmax)的长度与最短边(Lmin)的长度之比Lmax/Lmin在4.0≤Lmax/Lmin≤8.5的范围内。本专利技术的陶瓷是通过将含有该长方体状单晶的生坯烧结而得到的陶瓷。本专利技术的压电元件是具有第一电极、压电材料部和第二电极的压电元件，其中该压电材料部含有上述的陶瓷。本专利技术的压电装置具有上述的压电元件并且具有向该压电元件的电压施加单元和从该压电元件的电力取出单元中的至少一个。本专利技术的电子设备是具有该压电元件的电子设备。本专利技术能够提供含有具有钙钛矿结构并且具有18％以下的钠缺失量的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法。而且，本专利技术能够提供具有钙钛矿结构并且含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶。而且，本专利技术能够提供使用该长方体状单晶的取向陶瓷的制造方法和含有其的取向陶瓷。而且，本专利技术能够提供含有该取向陶瓷的压电元件和压电装置。由以下参照附图对例示实施方案的说明，本专利技术的进一步的特征将变得清楚。附图说明图1A-1C是分别表示均具有铋层状结构的Bi2.5Na3.5Nb5O18、Bi2.5Na4.5Nb6O21和Bi2.5Na6.5Nb8O27的晶体结构的示意图(从铋层状结构中的a轴方向的投影图)。图1A、1B和1C分别为沿假钙钛矿层中的c轴具有5、6和8个氧八面体的m＝5、6和8的晶体。图2A表示本专利技术的长方体状单晶的制造流程和图2B表示通过以往的两阶段熔融盐合成的多晶铌酸钠颗粒的制造流程。图3为本专利技术的实施例3的长方体状单晶的X射线衍射图。图4A-4D为本专利技术的实施例3、4、14和19的长方体状单晶的扫描电子显微照片。图5为表示本专利技术的压电元件的构成的一个实施方案的示意图。图6A-6C为表示本专利技术的压电装置的一个实施方案的示意图。具体实施方式以下对进行本专利技术的实施方案进行说明。以下，将每摩尔铌的钠的摩尔比(钠/铌)称为Na/Nb比并且有时适当地将Na/Nb比用于说明。本专利技术提供含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法。在含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶中，有时含有元素成分例如铋。本专利技术中的铌酸钠具有钙钛矿结构(CaTiO3结构)。根据Iwanami Rikagaku Jiten(Iwanami Dictionary of Physics and Chemistry)，第5版，由Iwanami Shoten出版，1998年2月20日)，具有钙钛矿结构的金属氧化物通常由化学式ABO3表示。钙钛矿结构中，元素A和B以离子的形式分别占据称为A位点和B位点的晶胞的特定位置。例如，立方晶系的晶胞的情况下，A元素位于立方体的顶点并且B元素位于体心。O元素作为氧阴离子占据立方体的面心位置。本文档来自技高网...
【技术保护点】
含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，该方法包括：在1200℃‑1250℃下加热铌酸铋钠和含钠的碱金属卤化物的混合物1以得到含有钙钛矿结构的铌酸钠的混合物2，该铌酸铋钠由含有多个由通式(1)：Bi2.5Nam‑1.5NbmO3m+3(m为2以上的整数)表示的组成的晶体的颗粒形成并且其中该颗粒中m值的平均值ma大于6；和从该混合物2中将水溶性成分除去。
【技术特征摘要】
2015.03.17 JP 2015-0540511.含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，该方法包括：在1200℃-1250℃下加热铌酸铋钠和含钠的碱金属卤化物的混合物1以得到含有钙钛矿结构的铌酸钠的混合物2，该铌酸铋钠由含有多个由通式(1)：Bi2.5Nam-1.5NbmO3m+3(m为2以上的整数)表示的组成的晶体的颗粒形成并且其中该颗粒中m值的平均值ma大于6；和从该混合物2中将水溶性成分除去。2.根据权利要求1所述的含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，其中，该含钠的碱金属卤化物的重量为该混合物1中的铌酸铋钠的重量的1.0倍-10倍。3.根据权利要求1所述的含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，其中，m值表示具有铋层状结构的铌酸铋钠中c轴方向上的氧八面体的层数。4.根据权利要求1所述的含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，其中，平均值ma为6.4-8.0。5.根据权利要求1所述的含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，其中，该含钠的碱金属卤化物为氯化钠。6.陶瓷的制造方...
【专利技术属性】
技术研发人员：渡边隆之，村上俊介，久保田纯，
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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