压电陶瓷、压电元件和电子装置制造方法及图纸

本公开内容涉及压电陶瓷、压电元件和电子装置。提供了一种包括晶粒的压电陶瓷，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。

Piezoelectric ceramics, piezoelectric components and electronic devices

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷、压电元件和电子装置
本专利技术涉及一种压电陶瓷，更具体地，涉及一种无铅压电陶瓷。本专利技术还涉及均使用所述压电陶瓷的压电元件和电子装置。
技术介绍
作为压电陶瓷，一般使用化学式ABO3所表示的钙钛矿型金属氧化物，诸如锆钛酸铅(以下被称为“PZT”)。这样的材料被用在各种压电器件(诸如致动器、振荡器、传感器和滤波器)中。然而，PZT包含作为A位元素的铅，因此丢弃的压电陶瓷中的铅成分可能洗脱到土壤中以致不利地影响生态系统。因此，为了使压电器件无铅，新颖的无铅压电陶瓷已经被积极地开发。钛酸钡已知为无铅钙钛矿型压电陶瓷。另外，为了改进其压电特性的目的，基于钛酸钡的组成的陶瓷已经被开发。在AppliedPhysicsLetters104,252906(2014年)中，描述了通过用适当量的Zr等替换Ti位来提高压电常数。然而，根据AppliedPhysicsLetters104,252906(2014年)的图3，描述了居里(Curie)温度根据Zr的替换量降低。如上所述，压电常数和居里温度成权衡关系。另外，在日本专利No.5344456中，公开了这样一种材料，在该材料中，压电特性通过用Ca替换钛酸钡的A位的一部分并且用Zr替换钛酸钡的B位的一部分而得到改进。然而，根据日本专利No.5344456的图1，所述材料具有低至小于100℃的居里温度，并且在高温下具有低耐久性，因此其对于电子装置的应用是困难的。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而做出的，并且提供了一种通过采用新的晶体微结构而在保持居里温度的同时具有高压电常数的压电陶瓷。本专利技术还提供了一种压电元件和电子装置，所述压电元件和电子装置均使用所述压电陶瓷，并且驱动特性优越。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种包括晶粒的压电陶瓷，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种压电元件，所述压电元件包括：第一电极；压电陶瓷部分；以及第二电极，其中，用于形成压电陶瓷部分的压电陶瓷包括根据本专利技术的实施例的压电陶瓷。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种电子装置，所述电子装置包括根据本专利技术的实施例的压电元件。根据本专利技术的一个实施例，可以提供既实现高压电常数、又实现高居里温度的压电陶瓷。另外，根据本专利技术的一个实施例，可以提供均使用所述压电陶瓷并且驱动特性优越的压电元件、具有多层结构的压电元件和电子装置。从以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的进一步的特征将变得清楚。附图说明图1是用于例示说明根据本专利技术的一个实施例的压电陶瓷的概念图。图2A和图2B每个是用于例示说明本专利技术的压电陶瓷的晶体结构的示意图。图3是用于例示说明根据本专利技术的一个实施例的压电元件的构造的示意图。图4A和图4B每个是用于例示说明根据本专利技术的一个实施例的具有多层结构的压电元件的构造的示意性截面图。图5是用于例示说明根据本专利技术的一个实施例的电子装置的示意图。图6A是用于示出表1所示的本专利技术的例子1至7和比较例子1至3的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图6B是用于示出表1所示的本专利技术的例子1至7和比较例子2的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图6C是用于示出表1所示的本专利技术的例子1至7和比较例子2的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。图7A是用于示出表1所示的本专利技术的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图7B是用于示出表1所示的本专利技术的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图7C是用于示出表1所示的本专利技术的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。图8A是用于示出表1所示的本专利技术的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图8B是用于示出表1所示的本专利技术的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图8C是用于示出表1所示的本专利技术的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。图9A是用于示出表1所示的本专利技术的例子14至17和比较例子6和7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图9B是用于示出表1所示的本专利技术的例子14至17和比较例子7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图9C是用于示出表1所示的本专利技术的例子14至17和比较例子7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。具体实施方式以下描述本专利技术的实施例。(压电陶瓷)如本文中所使用的术语“陶瓷”是指包含作为基本成分的金属氧化物并且通过热处理(烧制)烧烤(烧结)的晶粒的聚合物(块体)。陶瓷是指所谓的多晶体，并且包括在烧结之后处理的多晶体。然而，陶瓷不包括粉末和其中散布有粉末的悬浊液。根据本专利技术的一个实施例的压电陶瓷包括晶粒，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。钙钛矿型金属氧化物一般用化学式ABO3来表示。在钙钛矿型金属氧化物中，元素A和B以离子的形式占据单位格子中的特定位置，这些特定位置分别被称为A位和B位。例如，就立方体单位格子来说，A位元素占据立方体的拐角，B位元素占据立方体的体中心位置。O元素作为氧的阴离子占据形成立方体的平面中的每个的面中心位置。当立方体单位格子在单位格子的[001]方向、[011]方向和[111]方向上畸变时，分别获得具有四方钙钛矿型结构、斜方钙钛矿型结构和菱形钙钛矿型结构的晶格。在本专利技术中，在化学式ABO3中表示A位的A(mol)和表示B位的B(mol)之间的摩尔比(A/B)用符号“a”来表示。“a”的值除1以外的情况也落在本专利技术的范围内，只要金属氧化物具有作为主相的钙钛矿结构即可。另外，在化学式ABO3中，B位处的元素和O元素之间的摩尔比为1:3，元素量的比率略有偏移(例如，在1％内)的情况也落在本专利技术的范围内，只要金属氧化物具有作为主相的钙钛矿结构即可。例如通过对压电陶瓷进行X射线衍射或电子束衍射可以确定金属氧化物具有钙钛矿结构。只要钙钛矿结构是主晶相，压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括晶粒的压电陶瓷，其特征在于，每个晶粒包括：/n第一区域，所述第一区域由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及/n第二区域，所述第二区域由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，/n其中，所述第二区域的横截面积与所述压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。/n

【技术特征摘要】
20180608 JP 2018-1105701.一种包括晶粒的压电陶瓷，其特征在于，每个晶粒包括：
第一区域，所述第一区域由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及
第二区域，所述第二区域由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，
其中，所述第二区域的横截面积与所述压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。


2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第一区域的横截面积与所述压电陶瓷的横截面积之比为99％或更大。


3.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述晶粒中的每个的外围部分被第一区域占据。


4.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷具有100℃或更高的居里温度。


5.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷在25℃下具有80pm/V或更大的压电常数的绝对值|d31|。


6.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述晶粒具有1.0μm或更大且10μm或更小的平均等效圆直径。


7.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷具有93％或更大且100％或更小的相对密度。


8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：上林彰，大志万香菜子，久保田纯，古田达雄，清水康志，岛田幹夫，有井千明，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP