压电陶瓷及其制造方法以及压电元件技术

本发明专利技术提供介质损耗角正切tanδ得到改善的压电陶瓷及其制造方法以及压电元件。本发明专利技术的压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的特征在于：所含有的颗粒的粒径的变动系数C.V.为35％以下，并且，在用电子背散射衍射(EBSD)法对所述压电陶瓷的截面进行分析所得到的图像质量(IQ)图像中，能够观察到粒径为3μm～5μm且畴在颗粒中所占的面积比例为85％以上的颗粒。颗粒。颗粒。

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷及其制造方法以及压电元件


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷及其制造方法以及压电元件。

技术介绍

[0002]压电元件可利用将机械能转换成电能的正压电效应，用于传感器元件和发电元件等。另外，压电元件还可利用将电能转换成机械能的逆压电效应，用于振子、发音体、致动器、超声波电动机和泵等。而且，压电元件还能够通过正压电效应和逆压电效应的同时使用，用于电路元件和振动控制元件等。
[0003]作为构成压电元件的压电陶瓷的组成，锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3、PZT)及其固溶体被广泛使用。这样的PZT类的压电陶瓷虽然具有优异的压电特性，但是含有作为有害物质的铅被视为问题，因此，进行了取代该压电陶瓷的不含铅的压电陶瓷的开发。
[0004]作为不含铅的压电陶瓷组成的一个例子，已知有以钛酸铋钠((Bi
0.5
Na
0.5
)TiO3、BNT)和钛酸钡(BaTiO3、BT)为主要成分的压电陶瓷(BNT-BT类)(专利文献1、2)。在专利文献1中记载有：该文献中记载的压电陶瓷适合作为清洗机用和加工机用的螺栓紧固朗之万型超声波振子等强力超声波应用设备、鱼群探测器等超声波振子中使用的元件，机电耦合系数kt、机械品质因数Qm、相对介电常数ε
33T
/ε0和居里温度Tc较大。另外，在专利文献2中记载有：该文献中记载的压电陶瓷具有大的机械品质因数Qm，从而成为弹性能量效率高的材料，用于压电器件的用途广。
[0005]此外，作为不含铅的压电陶瓷组成的另一个例子，已知有以铌酸钠钾((K,Na)NbO3)为主要成分的压电陶瓷(专利文献3)。在专利文献3中记载有：该文献中记载的压电陶瓷具有大的机械品质因数Qm，适合用于超声波致动器、传感器、滤波器、振子、超声波电动机等。
[0006]另外，作为不含铅的压电陶瓷组成的又一个例子，已知有以锆钛酸钡钙(BCTZ)为主要成分的压电陶瓷(专利文献4)。在专利文献4中记载有：在含有Mn的BCTZ类的压电陶瓷中，通过使晶体粒径和畴宽为特定的值，能够提供大的压电常数(d
31
)和大的机械品质因数(Qm)两者兼得的压电材料，并且该压电材料也能够用于超声波振子。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特开2006-327863号公报
[0010]专利文献2：日本特开2010-150060号公报
[0011]专利文献3：日本特开2009-96668号公报
[0012]专利文献4：日本特开2019-29671号公报

技术实现思路

[0013]专利技术要解决的技术问题
[0014]压电元件中，振子和超声波电动机等是在共振点等产生大振幅的条件下被连续驱
动，因此，元件自身容易发热。发热会导致压电特性的劣化或失活，因此，抑制发热成为实现元件的实用化的关键。已知压电元件的发热是由压电陶瓷的机械损失和电损失引起的。已知在压电陶瓷中，通过提高作为压电特性之一的机械品质因数Qm能够使机械损失降低，通过降低介质损耗角正切(损失)tanδ能够使电损失降低。因此，对于在振子和超声波电动机等中使用的压电陶瓷，要求机械品质因数Qm大、并且介质损耗角正切tanδ小。
[0015]在专利文献2、3中，为了获得具有大的机械品质因数Qm的非铅类的压电陶瓷，在专利文献1中，为了获得除此以外还具有小的介质损耗角正切tanδ的非铅类的压电陶瓷，均从组成方面进行了研究，并取得了一定的成果。但是，从超声波振子的实用方面，要求进一步提高压电陶瓷的特性。
[0016]在专利文献4中，除了非铅类的压电陶瓷的组成以外，还对粒径和畴宽进行了研究，获得了大的机械品质因数Qm，但是没有确认介质损耗角正切tanδ小。另外，为了实现大的压电常数和机械品质因数，在制造时进行了两阶段的极化处理，制造所需要的工序数量多，在这一点上可以说是不利的技术。
[0017]因此，本专利技术的目的在于提供能够保持机械品质因数Qm、并且介质损耗角正切tanδ得到改善的非铅类的压电陶瓷。
[0018]用于解决技术问题的手段
[0019]本专利技术的专利技术人为了解决上述技术问题进行了各种研究，发现通过使构成压电陶瓷的烧结颗粒的粒径的变动系数C.V.减小、并且使粒径比较大的颗粒中的畴尺寸增大，能够解决上述技术问题，从而完成了本专利技术。
[0020]即，用于解决上述技术问题的本专利技术的一个实施方式是一种压电陶瓷，该压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的特征在于：所含有的颗粒的粒径的变动系数C.V.为35％以下，并且，在用电子背散射衍射(EBSD)法对所述压电陶瓷的截面进行分析所得到的图像质量(IQ)图像中，能够观察到粒径为3μm～5μm且畴在颗粒中所占的面积比例为85％以上的颗粒。
[0021]另外，本专利技术的另一个实施方式是一种压电陶瓷的制造方法，所述压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的制造方法的特征在于，包括：将规定量的原料粉末混合得到混合粉末的步骤；对所述混合粉末进行预烧制得到预烧粉的步骤；将所述预烧粉成形为规定形状得到成形体的步骤；对所述成形体进行烧制得到烧结体的步骤；和对所述烧结体进行极化处理的步骤，作为所述原料粉末中按摩尔换算的使用量最多的原料粉末，使用比表面积为10m2/g以上的粉末。
[0022]另外，本专利技术的另一个实施方式是一种压电元件，其包括：所述压电陶瓷；和与所述压电陶瓷电连接的电极。
[0023]专利技术效果
[0024]采用本专利技术，能够提供能够保持机械品质因数Qm、并且介质损耗角正切tanδ得到改善的非铅类的压电陶瓷。
附图说明
[0025]图1是可跨多个颗粒观察到的畴的说明图。
[0026]图2是表示层叠型压电元件的结构的概要图，(a)是正面图，(b)是立体图。
[0027]图3是表示在实施例的压电陶瓷中，在颗粒中观察到的畴的结构的概要图。
[0028]图4是表示在比较例的压电陶瓷中，在颗粒中观察到的畴的结构的概要图。
[0029]附图标记说明
[0030]1……
层叠型压电元件，2
……
压电陶瓷层，21a、21b
……
(压电陶瓷的)颗粒，211a、211b
……
畴，212a、212b
……
畴壁，3
……
内部电极层，41、42
……
连接导体，51、52
……
表面电极。
具体实施方式
[0031]下面，参照附图，结合本专利技术的技术思想，对本专利技术的技术方案和作用效果进行说明。但是，作用机理包含推定的内容，其正确与否对本专利技术并没有限制。下面的实施方式中的构成要素中的、没有记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，是作为任选的构成要素进行说明的。数值范围的记载(将2个数值用“～”连接的记载)，是指也包含作为下限和上限记载的数值在内。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷，该压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的特征在于：所含有的颗粒的粒径的变动系数C.V.为35％以下，并且，在用电子背散射衍射(EBSD)法对所述压电陶瓷的截面进行分析所得到的图像质量(IQ)图像中，能够观察到粒径为3μm～5μm且畴在颗粒中所占的面积比例为85％以上的颗粒。2.如权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于：能够跨相邻的多个颗粒观察到所述畴。3.如权利要求1或2所述的压电陶瓷，其特征在于：所述压电陶瓷的主要成分为由组成式(Bi
0.5-x/2
Na
0.5-x/2
Ba
x
)(Ti
1-y
Mn
y
)O3表示的钙钛矿型化合物，其中，0.01≤x≤0.25，0.001≤y≤0.020。4.一种压电陶瓷的制造方法，所述压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的制造方法的特征在于，包括：将规定量的原料粉末混合得到混合粉末的步骤；对所述混合粉末进行预烧制得到预烧粉的步骤；将所述预烧粉成形为规定形状得到成形体的步骤；对所述成形体进行烧制得到烧结体的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田智宏，植山勇平，
申请(专利权)人：太阳诱电株式会社，
类型：发明
国别省市：