壓電陶瓷組合物制造技術

本發明專利技術提供一種Sr2－xCaxNaNb5O15系的壓電陶瓷組合物，其能夠提高組合物的組成均勻性和微細組織的均勻性，抑制裂紋的發生，實現壓電特性的提高。對于Sr2－xCaxNaNb5O15的基本組成，通過變更（Sr、Ca）和Na的比率，降低鎢青銅型結構的Sr、Ca、Na可進入的晶格中Sr、Ca、Na的占有率，使Sr更容易進入其晶格，抑制二次相的生成。另外，通過添加規定量的Al和／或Si，燒結溫度下降，并且，使微細組織均勻化。另外，通過添加規定量的Mn，容易進行極化。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及壓電陶瓷組合物，尤其是涉及用于光學控制裝置、精密機械-器具的定位裝置以及壓電超聲波電動機、壓電致動器、壓電變壓器、壓電發聲體、壓電傳感器等壓電陶瓷零件的材料的不含鉛和重金屬的鎢青銅型的壓電陶瓷組合物。
技術介紹
壓電陶瓷組合物在發聲體、振動器、致動器等中，被作為逆壓電效應的電一機械的轉換元件利用，在傳感器或發電機等中，被作為逆壓電效應的機械一電的轉換元件利用。另外，被用于電一機械一電的電路元件和機械一電一機械的振動控制。現有的壓電陶瓷組合物通常是以Pb為主要成分構成。現有壓電陶瓷組合物包括例如包含PbZrO3 - PbTiO3這兩種成分的PZT、或者用Pb (Mg1 / 3Nb2 / 3)O3或Pb (Zn1 7 3Nb2 7 3)03等第三種成分對PZT進行修飾而獲得的材料。但是，Pb對人體是有害的，因此，進行著不含Pb的無鉛壓電體材料的開發。Ferroelectrics, Vol. 160，P265-276, (1994)(非專利文獻 I)報告有由 Sr2 —xCaxNaNb5015所示的鎢青銅型復合氧化物構成的無鉛壓電體材料，尤其是，報告了該鎢青銅型復合氧化物具有單晶的壓電特性。另外，作為致動器用的壓電陶瓷，日本特開平11 -240759號公報(專利文獻I)公開有Sr2NaNb5O15所示的鎢青銅型復合氧化物。在專利文獻I中，提出了用V或Ta取代鎢青銅型復合氧化物的Nb的一部分得到的組成，以及用Mg、Ba、Ca中的至少一種取代Sr的一部分，并且用K取代Na的一部分得到的組成。同樣地，日本特開平11 - 278932號公報(專利文獻2)公開有Sr2NaNb5O15所示的鎢青銅型復合氧化物，提出了用(Bi1 / 2L1 / 2)、(Bi1 / 2Na1 / 2)和(Bi1 / 2K1/ 2)中的一種以及 Mg,Ba 和 Ca 中的至少一種取代該氧化物的Sr的一部分得到的組成。另外，日本特開2000-169229號公報(專利文獻3)公開有在Sr2_xCaxNaNb5015 (x = 0. 05 0. 35)所示的多晶壓電化合物中作為特性改善成分添加0. 5 3wt%的稀土氧化物Re2O3而生成的壓電材料。專利文獻3提出了尤其是在Sr2 — xAxNaNb5015 (式中，x = 0. 075 0. 25)所示的組成中，將A設定為Ca、Ba、Mg中的至少兩種以上的元素。日本特開平10 - 297969號公報(專利文獻4)公開有以(I 一 y)(BahSrx)Nb2CVyNaNbO3所示、且x在O≤x≤l、y在0. 1≤y < I / 3的范圍的陶瓷成分為主要成分的壓電陶瓷材料。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平11 - 240759號公報專利文獻2 :日本特開平11 - 278932號公報專利文獻3 日本特開2000 - 169229號公報專利文獻4 日本特開平10 - 297969號公報非專利文獻非專利文獻1:Ferroelectrics，Vol. 160，P265-276, (1994)
技術實現思路
專利技術所要解決的課題在上述無鉛壓電體材料中，Sr2_xCaxNaNb5015系的壓電陶瓷組合物例如，可以在作為流體的控制閥的驅動源使用的壓電致動器或壓電超聲波電動機用的無鉛壓電陶瓷組合物中利用。但是，本專利技術的專利技術者確認了在這種壓電陶瓷組合物中存在以下的問題。S卩，本專利技術的專利技術者確認了 SivxCaxNaNb5O15系的壓電陶瓷組合物在其燒結體中容易產生微裂紋，另外，由于異常晶粒生長而微細結構容易變得不均勻。具有這種微裂紋和不均勻的微細結構的組合物難以作為壓電設備的元件利用，尤其是作為將電極層和壓電體層交替疊層得到的疊層壓電致動器利用非常困難。另外，在Sr2_xCaxNaNb5015系的壓電陶瓷組合物的燒結體的微細組織中觀察到以Sra25Naa5NbO3為代表的二次相。即，明確了 Sr2_xCaxNaNb5015系的壓電陶瓷組合物容易復相化。另外，可知Sr2_xCaxNaNb5015系的壓電陶瓷組合物的壓電特性，相對于在單晶中所報告的壓電常數270pC / N，低至65pC / N左右。本專利技術是鑒于這種現有的SivxCaxNaNb5O15系的壓電陶瓷組合物存在的問題而開發的，其目的在于，提供一種Sr2 — ,CaxNaNb5O15系的壓電陶瓷組合物，該組合物能夠提高組合物的組成均勻性和微細組織的均勻性，抑制裂紋的發生，提高壓電特性。用于解決課題的方法 本專利技術的專利技術者為了解決上述課題而反復專心研究，結果發現了相對于Sr2_xCaxNaNb5015的基本組成,通過增加(Sr、Ca)相對于Na的比率,在鶴青銅型結構中，降低Sr、Ca、Na可進入的晶格中由Sr、Ca、Na所占有的晶格的比例，使Sr更容易進入其晶格，抑制二次相的生成。另外，發現通過作為添加物，添加規定量的Al和/或Si的氧化物，燒結溫度下降，并且微細組織均勻化。另外，明確了通過添加規定量的Mn的氧化物，極化也變得容易。本專利技術是基于這些發現而完成的，本專利技術的一個實施方式的壓電陶瓷組合物以具有(SivxCax)1+ y / 4Nai_yNb5015 (式中，O < x < O. 3、0.1 < y < O. 6)所示的組成式的陶瓷成分為主要成分。另外，本專利技術的另一個實施方式的壓電陶瓷組合物含有以Al2O3或SiO2換算計4wt%以下的Al的氧化物和/或Si的氧化物。此外，本專利技術的另一個實施方式的壓電陶瓷組合物含有以MnO換算計5wt%以下的Mn的氧化物。專利技術的效果根據本專利技術的實施方式，能夠獲得抑制二次相生成的鎢青銅型的化合物，其結果，確認了壓電特性的提高。另外，通過添加規定量的Al的氧化物和/或Si的氧化物，微細組織均勻化，且裂紋得到抑制，作為結果，確認了壓電特性的提高。另外，通過添加規定量的Mn的氧化物，極化變得容易，壓電特性提高。這樣就能夠提供一種能夠應用于無鉛壓電設備的壓電陶瓷組合物。附圖說明圖1是表示Sr2_xCaxNaNb5015燒結體的微細組織的圖；圖2是表示Sr2_xCaxNaNb5015燒結體(x = O.1)的組成分布的圖；圖3是表示本專利技術的一個實施方式的(Sr2_xCax)1 + y / JahyNb5O15燒結體(X = O.1、y = O. 2)的組成分布的圖。具體實施例方式本專利技術的一個實施方式的壓電陶瓷組合物以具有(Sr2_xCax) 1 + y / JapyNb5O15 (式中，O < X < O. 3,0.1 < y < O. 6)所示的組成式的陶瓷成分為主要成分。S卩，在本專利技術的一個實施方式中，相對于Sr2_xCaxNaNb5015所示的基本組成，通過以上述條件的方式變更(Sr、Ca)和Na的比率，能夠抑制二次相的生成，可獲得鎢青銅型的單相的化合物。其結果，能夠獲得壓電特性提高的壓陶瓷組合物。在上述組成式中，在y為O.1以下或O. 6以上的情況下，獲得的壓陶瓷組合物成為混合相而不能極化。即，在y為O.1以下或O. 6以上的情況下，不能獲得鎢青銅型的單相的壓陶瓷組合物。但是，即使y在O.1 < y < O. 6范圍，在X為O. 本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.06 JP 2010-1769061.一種壓電陶瓷組合物,其中其以具有下述通式所示的組成式的陶瓷成分為主要成分，通式=(SivxCax)1+ y/4Na1_yNb5015,式中，0<叉<0.3,...

【專利技術屬性】
技術研發人員：土信田豐，
申請(專利權)人：太陽誘電株式會社，
類型：
國別省市：