[发明专利]压电陶瓷组合物和压电器件

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷组合物和使用其的压电器件。 

背景技术

目前实际使用的大部分压电陶瓷材料包含铅，以钛酸铅(PT)和锆钛酸铅(PZT)为代表。然而，含铅压电陶瓷材料引起对它们铅组分环境影响的关注。此外，含铅压电陶瓷材料具有居里点(居里温度)约200至500℃，并且在高于或等于居里点的温度下失去它们的压电性，以致难以将含铅压电陶瓷材料用于操作温度通常为500℃以上的压电陶瓷传感器。存在对于在500℃以上可用的具有更小环境影响且不损失压电性的无铅压电陶瓷的需求。 

作为此类无铅压电陶瓷，已知铋层状结构铁电材料Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅(NBT)。(参见专利文献1和2以及非专利文献1和2。)期望铋层状结构铁电材料NBT作为在高温条件下可用的无铅压电陶瓷，这是因为以下事实：铋层状结构铁电材料NBT的居里点为约670℃，其高于PT和PZT材料的居里点。 

专利文献1：日本特开专利公开No.S50-67492 

专利文献2：日本特开专利公开No.H11-29356 

非专利文献1：“Piezoelectricity in Ceramics of FerroelectricBismuth compound with Layer Structure”，S.Ikegami and I.Ueda，Japanese Journal of Applied Physics，13(1974)，p.1572-1577 

非专利文献2：“Grain-Oriented and Mn-Doped(NaBi)_(1-x)/2Ca_xBi₄Ti₄O₁₅ Ceramics for Piezo-and PyrosensorMaterials”，T.Takenaka and K.Sakata，Sensor and Materials， 1(1988)，p.35-46 

铋层状结构铁电材料Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅(NBT)具有高的居里点和高的耐热性，但是具有低的压电畸变常数(d33)和低的机械品质因数(Qm)。难以将铋层状结构铁电材料Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅(NBT)用于共振器和传感器，因为共振器和传感器要求高的压电畸变常数和高的机械品质因数。尽管已知像铋层状结构铁电材料NBT等的各向异性结晶材料的压电畸变常数能够通过将材料取向为特定结晶方向来改进，但是此类晶体取向技术要求热压处理等，以致材料的生产方法变得复杂，从而导致生产成本增加。 

发明内容

已进行本发明以解决以上问题。本发明的目的在于提供压电陶瓷组合物，所述压电陶瓷组合物包含铋层状结构化合物作为主要组分，其显示良好的压电性、显著高的压电畸变常数和高的机械品质因数，并能够易于生产。本发明的目的还在于提供使用所述压电陶瓷组合物的压电器件。 

根据本发明的第一方面，提供包括含有Na、Bi、Co和Ln(镧系元素)的铋层状结构化合物作为主要组分的压电陶瓷组合物，其中所述压电陶瓷组合物具有原子比为0＜Ln/(Na+Bi+Ln)≤0.04。 

根据本发明的第二方面，提供包括含有Na、Bi、Ti、Co和Ln(镧系元素)并具有Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅型晶体结构的化合物作为主要组分的压电陶瓷组合物，其中所述压电陶瓷组合物具有原子比为0＜Ln/(Na+Bi+Ln)≤0.04。 

优选以上压电陶瓷组合物实质上不含元素周期表的第2族元素。进一步优选以上压电陶瓷组合物包含La、Ce、Pr、Nd和 Yb的至少之一作为Ln。 

根据本发明的另一方面，提供压电器件，其包含在任一以上压电陶瓷组合物上设置的不同极性的电极。 

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方案的压电器件的透视图。 

图2A为示出比较例的压电陶瓷组合物的X-射线衍射观察结果的图表。