[发明专利]压电/电致伸缩陶瓷组合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电/电致伸缩陶瓷组合物及其制造方法和压电/电致伸缩元件，更详细地说，是涉及具有致密性的同时又具有优良的结晶性，并且，可以得到显示优良压电/电致伸缩特性的压电/电致伸缩元件的压电/电致伸缩陶瓷组合物及其制造方法，以及具有优良压电/电致伸缩特性的压电/电致伸缩元件。

背景技术

一直以来，作为能够以亚微米级来控制微小位移的元件，已知有压电/电致伸缩元件。特别是，将由压电/电致伸缩陶瓷组合物构成的压电/电致伸缩体(压电/电致伸缩部)和用于施加电压的电极部层叠在由陶瓷构成的基体上的压电/电致伸缩元件，除了适合于微小位移的控制之外，还具有高电气机械转换率、高速应答性、高耐久性及节省电力消耗等优良特性。这些压电/电致伸缩元件被用于压电型压力传感器、扫描型隧道显微镜的探针移动装置、超精密加工装置中的直进导向装置、油压控制用伺服阀、VTR装置的磁头、构成平板型图像显示装置的像素、或者喷墨打印机头等各种用途。

另外，关于构成压电/电致伸缩体的压电/电致伸缩陶瓷组合物，也进行了种种研究。例如，公开了Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃-PbZrO₃三组分固溶体系组合物，或者用Sr、La等置换这些组合物中的Pb的一部分的压电/电致伸缩陶瓷组合物(例如，参照专利文献1、2)，关于是决定压电/电致伸缩元件的压电/电致伸缩特性的最重要部分的压电/电致伸缩体自身，被期待是能够得到具有优良的压电/电致伸缩特性(例如，压电d常数)的压电/电致伸缩元件。

但是，PZT系组合物不可避免地含有铅(Pb)。尤其近年来的倾向是由酸雨引起的铅(Pb)溶出等对地球环境的影响被视为问题。作为考虑了对这样环境影响的压电/电致伸缩材料，有BaTiO₃系的压电/电致伸缩陶瓷组合物，它能够提供虽不含铅(Pb)但能显示良好压电/电致伸缩特性的压电体或压电元件。但是，BaTiO₃系的压电/电致伸缩陶瓷组合物的居里点约为120℃，比较低，具有不适于在高温下使用的问题。

另外，作为同样考虑了对环境影响的非铅压电/电致伸缩材料，也进行了(LiNaK)(NbTa)O₃系的压电/电致伸缩陶瓷组合物的开发，它比BaTiO₃系的压电/电致伸缩陶瓷组合物的居里点要高。

但是，含有(LiNaK)(NbTa)O₃系压电/电致伸缩陶瓷组合物的一般性的压电/电致伸缩陶瓷组合物的多数，为了促进结晶粒生长，需要高的煅烧温度。因此，在制造成本方面需要进一步的改善。而且，使用(LiNaK)(NbTa)O₃系压电/电致伸缩陶瓷组合物得到的压电/电致伸缩元件等与使用含有铅(Pb)的PZT系组合物得到的压电/电致伸缩元件相比，难以得到大的位移，在压电/电致伸缩特性的优劣方面，现在的情况只能说尚未有比PZT系组合物更优越的。因此，有必要开发即使不含铅(Pb)时，也能够提供显示优良的压电/电致伸缩特性元件的压电/电致伸缩陶瓷组合物。

专利文献1：日本特公昭44-17103号公报

专利文献2：日本特公昭45-8145号公报

专利文献3：日本特开2003-221276号公报

发明内容

本发明就是鉴于这样的现有技术中存在的问题而完成的，其课题是提供与以往相比，即使在低温条件下煅烧时，也能够致密，同时具有优越的结晶性，并且可以得到显示优良压电/电致伸缩特性的压电/电致伸缩元件的压电/电致伸缩陶瓷组合物以及它的制造方法，以及具有优良压电/电致伸缩特性的压电/电致伸缩元件。

本发明人为了完成上述课题而进行了深入研究后，发现通过混合各自含有Nb、Ta和碱金属元素的化合物来使Nb、Ta和碱金属元素的比例成为非化学计量组成比，就能够达成上述课题，从而完成本发明。

即，本发明提供如下所示的压电/电致伸缩陶瓷组合物以及它的制造方法，和压电/电致伸缩元件。

[1]至少含有Nb、Ta和一种以上的碱金属元素的压电/电致伸缩陶瓷组合物，所述Nb、所述Ta和所述碱金属元素的比例(摩尔比)由非化学计量组分比表示的压电/电致伸缩陶瓷组合物。

[2]所述[1]中记载的压电/电致伸缩陶瓷组合物，是通过为了满足用如下的通式(1)表示的组成中的金属元素的比例(摩尔比)，混入含有所述金属元素的化合物来得到混合物，然后将得到的所述混合物进行煅烧而得到的。