本发明专利技术提供具有良好的压电性能和机械强度的钛酸钡压电陶瓷和包括该陶瓷的压电元件。压电陶瓷的制造方法包括：形成含有钛酸钡颗粒的氧化物粉末组成的成型体；烧结该成型体；和烧结后使该成型体的温度降低。烧结包括(A)将该成型体的温度升高到该成型体的收缩过程的温度范围内的第一温度；(B)在(A)后将该成型体的温度升高到该成型体的液相烧结过程的温度范围内的第二温度；(C)在(B)后将该成型体的温度降低到该成型体的收缩过程的温度范围内的第三温度；和(D)在(C)后保持该第三温度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及压电陶瓷、该压电陶瓷的制造方法、排液头、超声波马达和清尘器。特别地，其涉及具有受控的晶粒大小因而显示优异的压电性能和机械强度的钛酸钡压电陶瓷、该压电陶瓷的制造方法、包括该压电陶瓷的压电元件以及包括该压电元件的排液头、超声波马达和清尘器。
技术介绍
压电陶瓷通常是由ABO3表示的钙钛矿型氧化物，例如钛酸锆铅(PZT)。但是，由于PZT含有铅作为A-位点元素，其对环境的影响已被视为问题。因此寻求使用不含铅的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷。作为不含铅的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷材料，已知钛酸钡。PTLl公开了采用两阶段烧结法制备的钛酸钡 。PTL I记载了通过采用两阶段烧结法来烧结纳米大小的钛酸钡粉末，能够得到具有5 μ m以下的最大晶粒直径和优异的压电性能的致密陶瓷。但是，根据两阶段烧结法，保持第一烧结温度的时间长度必须短。结果，烧结的陶瓷的温度变得不均匀并且难以再现高压电性能。例如，如果要烧结实用尺寸的钛酸钡陶瓷，迅速的加热和短达约I分钟的保持时间不会使陶瓷的温度均匀。换言之，并不是烧结的陶瓷的所有部分都呈现理想的纳米结构，因此尚未实现足以替代PZT的压电性能。另一方法是通过增加晶粒的大小来改善钛酸钡的压电性能。PTL 2公开了钙掺杂的钛酸钡陶瓷的平均晶粒直径与压电常数之间的关系。该关系显示随着压电陶瓷的平均晶粒直径从1.3 μ m增加到60.9 μ m，压电常数(d31)增加。根据PTL 2，通过调节对煅烧的粉末进行湿式混合的时间长度来调节陶瓷的平均晶粒直径。此外，使煅烧的粉末的制备后的主烧结的温度提高也使陶瓷的平均晶粒直径增加。但是，通过该方法使钛酸钡陶瓷的平均晶粒直径增加，则使晶粒之间的接触面积减小。这已导致陶瓷的机械强度的降低，因此在成形过程和压电元件的运行的过程中陶瓷部分容易开裂。总之，希望钛酸钡压电陶瓷实现优异的压电性能和高机械强度。希望共振器件例如超声波马达显示高机械品质系数Qm。例如，用过渡金属例如Cr,Mn,Fe, Co,Ni等掺杂时钛酸钡能够实现高Qm。但是，元素例如Mn作为烧结钛酸钡时诱发异常晶粒生长的晶粒生长促进剂发挥作用。因此，难以通过PTL I和PTL 2中公开的技术控制晶粒直径。根据NPL 1，在约室温下发生钛酸钡的四方结构和斜方结构之间的结构相变，因此在压电性能的温度滞后中，使温度升高时和使温度降低时之间在相同温度下已观察到不同的压电性能。由于该缺点，尽管钛酸钡在室温下具有高压电性能，但其具有差的压电性能控制性，并且难以将钛酸钡实际应用于压电元件。引用列表专利文献PTL 1:日本专利公开 N0.2008-150247PTL 2:日本专利公开 N0.2010-042969非专利文献NPL I:Journal of Applied Physics,第 47 卷，N0.1,1976 年 I 月
技术实现思路
技术问题本专利技术提供具有良好的压电性能和机械强度的压电陶瓷和该压电陶瓷的制造方法。其还提供包括该压电陶瓷的压电元件、排液头、超声波马达和清尘器。问题的解决方案本专利技术的方面提供压电陶瓷的制造方法。该方法包括:形成由含有钛酸钡颗粒的氧化物粉末组成的成型体(compact)，将该成型体烧结，和烧结后使该成型体的温度降低。烧结包括(A)将该成型体的温度升高到该成型体的收缩过程的温度范围内的第一温度；(B)在(A)后将该成型体的温度升高到该成型体的液相烧结过程的温度范围内的第二温度；(C)在(B)后将该成型体的温度降低到该成型体的收缩过程的温度范围内的第三温度；和(D)在(C)后保持该第三温度。本专利技术的另一方面提供多晶压电陶瓷，其包括钛酸钡，和相对于该钛酸钡、为0.04质量％ -0.20质量％的锰。构成该压电陶瓷的晶粒的平均圆当量直径为2 μ m-9 μ m，具有20 μ m以下的圆当量直径的晶粒的个数百分比为99个数％以上，并且该压电陶瓷的相对密度为 97.5% -100%。本专利技术的又一方面提供压电元件，其包括第一电极、上述的压电陶瓷和第二电极。专利技术的有利效果根据本专利技术，提供具有良好的压电性能和机械强度的压电陶瓷以及该压电陶瓷的制造方法。附图说明图1是表示本专利技术的实例的加热温度条件的坐标图。图2是实施例1的压电陶瓷的表面的显微镜照片。图3是比较例I的压电陶瓷的表面的显微镜照片。图4是表示实施例1的压电元件的评价样品的Y11的温度性能的坐标图。图5是表示比较例I的压电元件的评价样品的Y11的温度性能的坐标图。图6是表示成型体的烧结过程的概念图。图7A和7B是表不排液头的一个实施方案的不意图。图8A和8B表示超声波马达的实施方案。图9A和9B表示清尘器的实施方案。图10A-1 0C是表示清尘器中的压电元件的示意图。图1lA和IlB是表示清尘器的振动原理的图。具体实施例方式现在对本专利技术的实施方案进行说明。根据本专利技术的一个实施方案的压电陶瓷的制造方法包括:形成含有钛酸钡颗粒的氧化物粉末组成的成型体；将该成型体烧结；和该烧结后使该成型体的温度降低。该烧结包括(A)将该成型体的温度升高到该成型体的收缩过程的温度范围内的第一温度；(B)在(A)后将该成型体的温度升高到该成型体的液相烧结过程的温度范围内的第二温度；(C)在(B)后将该成型体的温度降低到该成型体的收缩过程的温度范围内的第三温度；和(D)在(C)后保持该第三温度。本专利技术中，术语“陶瓷”是指通过热处理而烧结在一起的晶粒的聚集体(也称为“块体”)，即多晶。陶瓷的基本成分是金属氧化物。烧结后加工而成的产品也包括在该术语的含义内。但是，将粉末和通过将粉末分散在溶液中而制备的浆料排除在该术语的含义之外。压电陶瓷含有钛酸钡作为主要成分。钛酸钡优选为ABO3型的钙钛矿型晶体例如由通式BaTiO3表示。术语“主要成分”是指钛酸钡为用于显示压电性能的主要成分。例如，压电陶瓷可含有用于调节特性的成分，例如锰，或者在制备过程中不可避免的杂质成分。压电陶瓷中的钛酸钡含量为80质量％以上,优选95质量％以上，更优选99质量％-99.96质量％。压电陶瓷中钛酸钡以外的成分的总含量可限制为小于20质量％。对压电性能无贡献的成分的总含量为20质量％以上时，压电陶瓷整体的压电性可能变得不足。钛酸钡的钡(Ba)位点的一些可被另外的二价金属或准二价金属置换。能够置换Ba位点的二价金属的实例包括Ca和Sr。能够置换Ba位点的准二价金属的实例包括(Bi0.5Na0.5)、(Bia5Ka5)、(Bitl 5Litl 5)、(La0.5Na0.5)、(Laa5Ka5)和(La。.5LiQ.5)。用另外的二价金属或准二价金属置换Ba位点的置换率为20at.%以下,优选为IOat.%以下。置换率超过20at.%时，钛酸钡固有的高压电性能可能无法充分地显现。置换Ba位点的金属优选为Ca并且其置换率为20at.%以下。用Ca置换能够得到如下压电陶瓷，其具有比用非置换的钛酸钡实现的室温压电性能低的室温压电性能，但由于室温范围内的相变点向较低温度侧迁移而具有闻温稳定性。钛酸钡的钛(Ti)位点的一些可被另外的四价金属或准四价金属置换。能够置换Ti位点的四价金属的实例包括Zr、Hf、S1、Sn和Ge。能够置换Ti位点的准四价金属的实例包括二价金属和四价金属的组合(M2+1/3M5本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：松田坚义，斋藤宏，古田达雄，林润平，渡边隆之，伊福俊博，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。