压电陶瓷、制造压电陶瓷的方法、压电元件和电子装置制造方法及图纸

本申请涉及压电陶瓷、制造压电陶瓷的方法、压电元件和电子装置。压电陶瓷包括含有钛酸钡的钙钛矿型金属氧化物和Mn。当压电陶瓷的沿着剩余极化的方向的表面在室温中受到X射线衍射分析时，(002)面的衍射强度与(200)面的衍射强度的比值为1.0或更大，(002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度，并且压电陶瓷的c轴的晶格常数c及其a轴的晶格常数a满足关系：1.004≤c/a≤1.010。

Piezoelectric ceramics, methods for manufacturing piezoelectric ceramics, piezoelectric elements and electronic devices

The application relates to piezoelectric ceramics, methods for manufacturing piezoelectric ceramics, piezoelectric elements and electronic devices. Piezoelectric ceramics include perovskite type metal oxides and Mn containing barium titanate. When the surface of piezoelectric ceramics along the direction of residual polarization is analyzed by X-ray diffraction at room temperature, the ratio of diffraction intensity of (002) plane to (200) plane is 1.0 or greater, and the diffraction peak of (002) plane has a half width of 1.2 degree or less, and the lattice constant C of the c axis and the lattice constant a of the a axis of the piezoelectric ceramics are full. Foot relationship: 1.004 or less than c/a or less than 1.010.

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷、制造压电陶瓷的方法、压电元件和电子装置本申请是申请日为2015年01月29日、申请号为201510044767.9、题为“压电陶瓷、制造压电陶瓷的方法、压电元件和电子装置”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本申请涉及无铅且无碱金属的压电陶瓷以及制造压电陶瓷的方法。本申请还涉及压电元件、振动器件、喷液头、喷液装置、超声电机、光学装置、振动单元、除尘单元、图像感测装置和电子装置，每项都使用了压电陶瓷。
技术介绍
压电陶瓷典型地是具有钙钛矿结构的金属氧化物，诸如锆钛酸铅(后文称为PZT)。但是PZT含有影响环境的铅。这是个问题。所以，期望无铅压电陶瓷。已经公知钛酸钡为无铅压电陶瓷。另外，为了改进无铅压电陶瓷的特性，一直在研发钛酸钡基材料。日本专利公开No.2009-215111公开了一种钛酸钡基的压电陶瓷，其中Ca置换了钛酸钡A位的一部分并且Zr置换了钛酸钡B位的一部分以增强钛酸钡的压电性质。这种材料就压电常数而言优于钛酸钡，但是其机械品质因数低。JapaneseJournalofAppliedPhysics2010年第49卷09MD03-1至09MD03-4公开了含有置换了钛酸钡A位的一部分的Ca并且还含有Mn和Fe或Cu的钛酸钡基材料。这种材料就机械品质因数而言优于钛酸钡，但是其机电耦合系数k31低至0.119。公知现有技术中的压电陶瓷不同时满足对机械品质因数和机电耦合系数的要求，并且使用这种压电陶瓷的压电元件不期望地消耗大功率。
技术实现思路
本申请提供了具有高机械品质因数并且展现出低功耗的无铅且无碱金属的压电陶瓷，以及制造所述压电陶瓷的方法。本申请还提供了压电元件、振动器件、喷液头、喷液装置、超声电机、光学装置、振动单元、除尘单元、图像感测器件和电子装置，每项都使用了所述压电陶瓷。根据本申请的实施例的压电陶瓷具有剩余极化(remanentpolarization)。所述压电陶瓷包含含有钛酸钡的钙钛矿型金属氧化物和Mn。当压电陶瓷的表面沿着剩余极化的方向在室温中受到X射线衍射分析时，(002)面的衍射强度与(200)面的衍射强度的比值为1.0或更大，并且(002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度。另外，压电陶瓷的c轴的晶格常数c及a轴的晶格常数a满足关系：1.004≤c/a≤1.010。根据本申请的实施例的制造压电陶瓷的方法意在生产上述压电陶瓷。该方法包括形成原料粉末坯体的步骤；以及烧结坯体以产生压电陶瓷的步骤，所述烧结步骤包括以高达1100℃至1400℃的最高温度的温度加热坯体，以及以50℃/h或更大的冷却速率冷却坯体。根据本申请的实施例的压电元件包括第一电极、压电陶瓷制成的压电材料部以及第二电极。第一和第二电极与压电陶瓷的剩余极化的方向相交。根据本申请的实施例的制造压电元件的方法意在制造上述压电元件。该方法包括形成原料粉末坯体的步骤；烧结坯体以产生压电陶瓷的步骤；在压电陶瓷上形成第一和第二电极的步骤；以及使压电陶瓷极化的步骤。形成第一和第二电极的步骤包括以高达700℃至900℃的最高温度的温度加热压电陶瓷以及第一和第二电极，以及以100℃/h或更大的冷却速率冷却压电陶瓷以及第一和第二电极。根据本申请的实施例的振动器件包括压电元件以及其上设置压电元件的隔膜。当压电材料部的压电陶瓷的更接近隔膜的表面是其底表面，并且压电陶瓷的与底表面相对的表面是其前表面时，底表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值A与前表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值B在室温中满足关系A>B。根据本申请的实施例的喷液头包括液体室和限定与液体室连通的喷口的部分，所述液体室包括设有上述压电元件的振动部。根据本申请的实施例的喷液头包括液体室和限定与液体室连通的喷口的部分，所述液体室包括设有上述振动器件的振动部。根据本申请的实施例的喷液装置包括其上放置有转印介质的部分以及喷液头。根据本申请的实施例的超声电机包括上述振动器件，以及与振动器件接触的移动器件。根据实施例的光学装置包括设有超声电机的驱动部。根据本申请的实施例的振动单元包括振动器件，所述振动器件包括上述压电元件和其上设置压电元件的隔膜。根据本申请的实施例的除尘单元包括设有振动单元的振动部。根据本申请的实施例的图像感测装置包括除尘单元，以及具有光接收面的图像感测元件单元。除尘单元设置在图像感测单元的光接收面处。根据本申请的实施例的电子装置包括压电声学部件，所述压电声学部件包括上述压电元件。本申请提供了具有高机械品质因数并且展现出低功耗的无铅和碱金属的压电陶瓷，以及制造所述压电陶瓷的方法。本申请还提供了压电元件、振动器件、喷液头、喷液装置、超声电机、光学装置、振动单元、除尘单元、图像感测装置和电子装置，每项都使用了所述压电陶瓷。参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本专利技术的其他特征将变得明白。附图说明图1是根据本申请的实施例的压电陶瓷的截面图；图2是例示了如何确定实施例的压电陶瓷的剩余极化的方向的示意图；图3是例示了实施例的压电陶瓷中的晶粒的a畴(adomain)和c畴(cdomain)的概念图；图4是例示了实施例的压电陶瓷的X射线衍射分析的示意图；图5是根据本申请的实施例的压电元件的截面图；图6是根据本申请的实施例的振动器件的示意图；图7A和图7B是根据本申请的实施例的喷液头的示意图；图8是根据本申请的实施例的喷液装置的示意图；图9是根据本申请的实施例的喷液装置的示意图；图10是根据本申请的实施例的超声电机的示意图；图11A和11B是根据本申请的实施例的光学装置的示意图；图12是根据本申请的实施例的光学装置的示意图；图13A和图13B是根据本申请的实施例的用作除尘单元的振动单元；图14A至14C是用在除尘单元中的压电元件的示意图；图15A和图15B是例示了除尘单元的振动原理的示意图；图16是根据本申请的实施例的图像感测装置的示意图；图17是根据本申请的实施例的图像感测装置的示意图；图18是根据本申请的实施例的电子装置的示意图。具体实施方式现在将描述本申请的一些实施例。根据实施例的压电陶瓷具有剩余极化并包含含有钛酸钡和Mn的钙钛矿型金属氧化物。当压电陶瓷的沿着剩余极化方向的表面在室温中受到X射线衍射分析时，(002)面的衍射强度与(200)面的衍射强度的比值(后文称为(002)/(200)衍射强度比值)为1.0或更大，(002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度，并且其c轴的晶格常数c及其a轴的晶格常数a满足关系：1.004≤c/a≤1.010。在本实施例中，通过控制钛酸钡基陶瓷的晶体结构提供了具有高机械品质因数并且展现出低功耗的无铅和碱金属的压电陶瓷。本实施例的压电陶瓷包含含有钛酸钡和Mn的钙钛矿型金属氧化物。在本实施例中使用的钙钛矿型金属氧化物的钙钛矿结构是指理想地具有如在岩波理化学词典第五版(IwanamiDictionaryofPhysicsandChemistry,5thedition)(日文,岩波书店出版社，1998)中的描述的立方晶系结构的钙钛矿结构。具有钙钛矿结构的金属氧化物一般用式ABO3表示。钙钛矿结构中的元素A和B分别在A位和B位以离子的形式存在。例如，在立方晶系的单位晶格的情况中，元素A位于立方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动器件，其特征在于，包括：压电元件，所述压电元件包括：隔膜，在所述隔膜上设置有所述压电元件；第一电极,第二电极,由具有剩余极化的压电陶瓷制成的压电材料部，包括钙钛矿型金属氧化物和Mn，其中，当所述压电陶瓷的沿着剩余极化的方向的表面为在室温中受到X射线衍射分析的测量表面时，测量表面的(002)面的衍射强度与测量表面的(200)面的衍射强度的比值为1.0或更大，(002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度，并且压电陶瓷的c轴的晶格常数c及其a轴的晶格常数a满足关系1.004≤c/a≤1.010，其中，第一电极和第二电极与剩余极化的方向相交，并且其中，钙钛矿型金属氧化物被表示为：(Ba1‑xCax)q(Ti1‑yZry)O3   (1)其中，x表示满足0.125≤x≤0.300的数字，y表示满足0.041≤y≤0.074的数字，并且q表示满足0.986≤q≤1.020的数字，其中，当压电材料部的压电陶瓷的更接近隔膜的表面是其底表面，并且压电陶瓷的与底表面相对的表面是其前表面时，在室温中底表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值A与前表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值B满足关系A>B。...

【技术特征摘要】
2014.01.29 JP 2014-0144701.一种振动器件，其特征在于，包括：压电元件，所述压电元件包括：隔膜，在所述隔膜上设置有所述压电元件；第一电极,第二电极,由具有剩余极化的压电陶瓷制成的压电材料部，包括钙钛矿型金属氧化物和Mn，其中，当所述压电陶瓷的沿着剩余极化的方向的表面为在室温中受到X射线衍射分析的测量表面时，测量表面的(002)面的衍射强度与测量表面的(200)面的衍射强度的比值为1.0或更大，(002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度，并且压电陶瓷的c轴的晶格常数c及其a轴的晶格常数a满足关系1.004≤c/a≤1.010，其中，第一电极和第二电极与剩余极化的方向相交，并且其中，钙钛矿型金属氧化物被表示为：(Ba1-xCax)q(Ti1-yZry)O3(1)其中，x表示满足0.125≤x≤0.300的数字，y表示满足0.041≤y≤0.074的数字，并且q表示满足0.986≤q≤1.020的数字，其中，当压电材料部的压电陶瓷的更接近隔膜的表面是其底表面，并且压电陶瓷的与底表面相对的表面是其前表面时，在室温中底表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值A与前表面附近的测量表面的(002)/(200)衍射强度比值B满足关系A>B。2.根据权利要求1所述的振动器件，其中，相对于钙钛矿型金属氧化物的100份重量，按金属换算的Mn含量在0.04份重量到0.50份重量的范围内。3.根据权利要求1所述的振动器件，还包括Bi。4.根据权利要求3所述的振动器件，其中，相对于钙钛矿型金属氧化物的100份重量，按金属换算的Bi含量在0.04份重量到0.80份重量的范围内。5.根据权利要求1所述的振动器件，其中，压电陶瓷具有0.200或更大的机电耦合系数。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林润平，渡边隆之，上林彰，武田宪一，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP