本发明专利技术提供一种压电陶瓷组合物及叠层型压电元件，其能在低温下且在低氧还原性气氛中烧制，并且即使在１ｋＶ／ｍｍ以上的高电压下也能得到充分的位移。该压电陶瓷组合物以用下述组成式表示的复合氧化物为主成分，相对于主成分，含有：作为第１副成分，按Ｃｕ↓［２］Ｏ换算量α计为０＜α≤０．５质量％的Ｃｕ；作为第２副成分，按氧化物换算量β计为０＜β≤０．３质量％的选自Ｄｙ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ及Ｅｒ之中的至少１种；作为第３副成分，按氧化物换算量γ计为０＜γ≤０．６质量％的选自Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ及Ｓｂ之中的至少１种。组成式：Ｐｂ↓［ａ］［（Ｚｎ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓［ｘ］Ｔｉ↓［ｙ］Ｚｒ↓［ｚ］］Ｏ↓［３］，其中，ａ、ｘ、ｙ、ｚ满足０．９６≤ａ≤１．０３、０．００５≤ｘ≤０．０４７、０．４２≤ｙ≤０．５３、０．４５≤ｚ≤０．５６、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及适合用于促动器或压电蜂鸣器、发音器、传感器等各 种压电元件的压电体层的压电陶瓷组合物、及采用了该组合物的叠层型压电元件，尤其涉及能在950°C以下的温度下并且在低氧还原性气 氛中烧制的压电陶瓷组合物。
技术介绍
对于压电元件中所用的压电陶瓷组合物，要求压电特性/尤其是 压电应变常数较大。以往，作为可得到大的压电应变常数的压电陶瓷， 已知有例如钛酸铅(PbTi03: PT)、锆酸铅(PbZr03: PZ)和锌 铌 酸铅(Pb (Zn1/3Nb2/3) 03)的三元系(PZT)、或者用锶(Sr)、钡(Ba) 或钙(Ca)等置换该铅(Pb)的一部分而得到的压电陶瓷。但是，这些以往的压电陶瓷，由于烧制温度是高达120(TC左右 的高温，所以在制作叠层型压电元件时，作为内部电极必须使用铂 (Pt)或钯(Pd)这样的高价贵金属，因而存在成本高的问题。因此， 为了能使用更廉价的银-钯(Ag-Pd)合金作为内部电极，希望降低烧 制温度。针对这种状况，本申请人在专利文献1中提出了通过在所述三元 系的压电陶瓷组合物中，加入含有选自Fe、 Co、 Ni及Cu之中的至 少1种的第1副成分、及含有选自Sb、 Nb及Ta之中的至少1种的 第2副成分，可以进行105(TC以下的低温烧制，可以使用Ag-Pd合 金等廉价的材料作为内部电极。另外，最近还研究了作为内部电极使用比Ag-Pd合金廉价的铜 (Cu)。然而，由于Cu的熔点为1085°C，所以要采用Cu,烧制温度 必须降到105(TC以下。但是，由于Cu从更低的温度下开始烧结，因 此需要尽量降低烧制温度，例如需要降到95(TC以下。再有，由于Cu 是贱金属，所以如果在大气中烧制会氧化掉，不能用作电极。因此，在制作采用Cu作为内部电极的叠层型压电元件的情况下，必须在低 氧还原性气氛中进行烧制。对于此项要求，本申请人在专利文献2中提出了一种压电陶瓷的 制造方法，其中，相对于具有(Pba_bMeb) [ (Zn1/3Nb2/3) x TiyZrz]03 (其中，a、 b、 x、 y、 z是分别满足0.96《a《1,03、 0《b《0.1、 x+y + z=l、 0.05《x《0.40、 0.1《y《0.5、 0.2《z《0.6的范围内的值。 Me表示由锶(Sr)、钙(Ca)及钡(Ba)构成的组中的至少1种) 的组成的预烧粉，添加按换算成氧化物(PbO)的比例计为0.01 1.5 质量％的Pb、及按换算成氧化物(CuO)的比例计为1质量％以下 的Cu，然后进行烧制。专利文献l:特开2004 — 137106号公报专利文献2:特开2006—193414号公报在专利文献2中，确认是低的烧制温度，并且即使在低氧还原性 气氛中烧制，也能得到高的压电特性。可是，根据本专利技术者们的后续研究，专利文献2的压电陶瓷组合 物，虽然在例如IV/mm以下的低外加电压下显示出优异的压电特 性，但是对于要求在高电压下驱动的促动器等制品，不能得到充分 的位移。由于这些制品在1 3kV/mm的高电压下被驱动，所以作 为压电陶瓷也必须在该高电压下显示出良好的压电特性。评价该压电 特性的物性值有多个，但在用作叠层型压电元件时，机电结合系数 kr (%)或位移量是重要的。可是，由于在lkV/mm以上的高电压 下评价材料比较烦杂，所以现实情况是在IV/mm以下的低电压下 进行简便的阻抗测定或利用d33测量仪的测定。然后，假设低电压下 的压电特性和高电压下的压电特性相关联(link)，在这种程度上进行 压电陶瓷组合物的评价。但是，在专利文献2中公开的压电陶瓷组合 物的低电压下的压电特性和高电压下的压电特性不相关联。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供一种压电陶瓷组合物及叠层型压 电元件，其可在低温下并且在低氧还原性气氛中烧制，而且即使在lkV/mm以上的高电压下也能得到充分的位移。本专利技术者们对PZT的组成进行了研究，结果发现，在用(Pba-bMeb) [ (Zn1/3Nb2/3) xTiyZrz]03表示的组成中，高电压下的压电特性 会根据表示被称为松弛剂(relaxer)的(Zn1/3Nb2/3)的置换量的x的 值而变动。也就是，判明了随着x减小，lkV/mm以上的高电压下 的压电特性会提高。但是，如果x的值减小、即松弛剂成分减少，则 可得到充足密度的烧制温度就高达IIO(TC以上，因而不能在低的烧 制温度下得到叠层型压电元件。对于该烧制温度的问题，确认通过添加Cu能以低的烧制温度得 到致密的陶瓷。可是，也已Cu的添加会招致高电压下的压电特性下 降的问题。根据本专利技术者们的进一步的研究发现，要享受通过添加 Ox带来的烧制温度下降的效果，同时在高电压下得到高的压电特性， 有效的方法是，添加选自Dy、 Nd、 Eu、 Gd、 Tb、 Ho及Er之中的至 少1种，并进一步添加选自Ta、 Nb、 W及Sb之中的至少l种。基于以上发现，本专利技术的压电陶瓷组合物的特征在于-以用下述的组成式(1)或(2)表示的复合氧化物为主成分，相对于主成分，含有作为第1副成分,按Cu20换算量a计为0<a《0.5质量％的Cu、作为第2副成分，按氧化物换算量P计为0<p《0.3质量％的选 自Dy、 Nd、 Eu、 Gd、 Tb、 Ho及Er之中的至少1种、作为第3副成分，按氧化物换算量y计为0<y《0.6质量％的选 自Ta、 Nb、 W及Sb之中的至少1种。组成式(1): Pba[ (Zn1/3Nb2/3) xTiyZrz]03组成式(1)中的a、 x、 y及z满足0.96《a《1.03、0德《x《0.047、0.42《y《0.53、0.45《z《0.56、x+y+z二l。组成式(2): (Pba—bMeb) [ (Zn1/3Nb2/3) xTiyZrz]03组成式(2)中的a、 b、 x、 y及z满足0.96《a《l,03、0<b《0.1、0.005《x《0.047、0.42《y《0.53、0.45《z《0.56、x+y+z=1，同时，式中的Me表示选自Sr、 Ca及Ba之中的至少1种。以上的本专利技术的压电陶瓷组合物的不同之处在于，作为上述组成 式的x在0.047以下，而专利文献l、专利文献2中公开的压电陶瓷 组合物的松弛剂成分的量在0.05以上。这是因为，如前所述，通过 将松弛剂成分的量降低到0.047以下，可在高电压下得到高压电特性。此处，Cu和压电陶瓷组合物的主构成元素即Pb在963C附近生 成共晶，所以在制作以Cu作为内部电极材料的叠层型压电元件时， 压电陶瓷组合物必须是可在950'C以下烧结的材料。此外，由于Cu 在大气中的烧制中会被氧化掉，所以必须在低氧还原性气氛下烧制。 根据本专利技术的压电陶瓷组合物，即使在低氧还原性气氛下的烧制，也 能够得到致密的烧结体。本专利技术可应用于叠层型压电元件。即，本专利技术提供一种叠层型压 电元件，其具备多个压电体层、和插入压电体层间的多个内部电极， 其中，压电体层由上述压电陶瓷组合物构成。在该叠层型压电元件中， 能够由Cu构成内部电极。这是因为，本专利技术的压电陶瓷组合物能够 在低温下并且在低氧还原性气氛中烧制。但是，本专利技术的叠层型压电 元件并不限定于将内部电极设定为Cu，当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电陶瓷组合物，其特征在于：以用下述的组成式（１）或（２）表示的复合氧化物为主成分，相对于所述主成分，含有：作为第１副成分，按Ｃｕ↓［２］Ｏ换算量α计为０＜α≤０．５质量％的Ｃｕ、作为第２副成分，按氧化物换算量β计为０＜β≤０．３质量％的选自Ｄｙ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ及Ｅｒ之中的至少１种、作为第３副成分，按氧化物换算量γ计为０＜γ≤０．６质量％的选自Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ及Ｓｂ之中的至少１种；组成式（１）：Ｐｂ↓［ａ］［（Ｚｎ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓［ｘ］Ｔｉ↓［ｙ］Ｚｒ↓［ｚ］］Ｏ↓［３］组成式（１）中的ａ、ｘ、ｙ及ｚ满足：０．９６≤ａ≤１．０３、０．００５≤ｘ≤０．０４７、０．４２≤ｙ≤０．５３、０．４５≤ｚ≤０．５６、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１；组成式（２）：（Ｐｂ↓［ａ－ｂ］Ｍｅ↓［ｂ］）［（Ｚｎ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓［ｘ］Ｔｉ↓［ｙ］Ｚｒ↓［ｚ］］Ｏ↓［３］组成式（２）中的ａ、ｂ、ｘ、ｙ及ｚ满足：０．９６≤ａ≤１．０３、０＜ｂ≤０．１、０．００５≤ｘ≤０．０４７、０．４２≤ｙ≤０．５３、０．４５≤ｚ≤０．５６、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１；同时，组成式（２）中的Ｍｅ表示选自Ｓｒ、Ｃａ及Ｂａ之中的至少１种。...
【技术特征摘要】
JP 2006-11-30 324769/20061.一种压电陶瓷组合物，其特征在于以用下述的组成式(1)或(2)表示的复合氧化物为主成分，相对于所述主成分，含有作为第1副成分，按Cu2O换算量α计为0＜α≤0.5质量％的Cu、作为第2副成分，按氧化物换算量β计为0＜β≤0.3质量％的选自Dy、Nd、Eu、Gd、Tb、Ho及Er之中的至少1种、作为第3副成分，按氧化物换算量γ计为0＜γ≤0.6质量％的选自Ta、Nb、W及Sb之中的至少1种；组成式(1)Pba[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3组成式(1)中的a、x、y及z满足0.96≤a≤1.03、0.005≤x≤0.047、0.42≤y...
【专利技术属性】
技术研发人员：家住久美子，山崎纯一，坂本典正，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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