[发明专利]铌酸钠粉末及其制备方法、陶瓷制备方法及压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有长方体形状和低含水量的铌酸钠粉末和该铌酸钠粉末的制备方法。本发明还涉及一种使用具有长方体形状的铌酸钠粉末制备陶瓷的方法以及压电元件。

背景技术

压电陶瓷通常由ABO₃钙钛矿型金属氧化物如锆钛酸铅(下文中称其为“PZT”)组成。然而，由于PZT含有作为A位元素的铅，PZT对环境的影响被认为是一个问题。因此，一直要求由无铅钙钛矿型金属氧化物组成的压电陶瓷。

由无铅钙钛矿型金属氧化物组成的压电陶瓷的一个示例是碱金属铌酸盐化合物(通式MNbO₃，M是碱金属)。含铌酸钠的钙钛矿型金属氧化物(如铌酸钠和钛酸钡的固溶体或铌酸钠和铌酸钾的固溶体)有希望作为PZT的替代化合物。这种碱金属铌酸盐化合物的优点在于，烧结可以在低温如1300℃以下进行。

作为原料用于从碱金属铌酸盐化合物得到压电陶瓷的金属氧化物粉末一般通过所谓的固态反应制备，该固态反应包括机械混合或混炼各金属氧化物的步骤、将混合物成形为颗粒的步骤以及烧结颗粒的步骤。

近年来，也已考虑了在液相中的合成方法。例如，专利文献1公开了采用溶剂热处理的合成方法。该合成方法提供了具有长方体形状且均匀尺寸的碱金属铌酸盐颗粒，该颗粒适用于压电陶瓷。

引用列表

专利文献

专利文献1  日本专利特开No.2010-241658

发明内容

技术问题

然而，在液相中的合成方法出现的问题在于，由于铌酸钠颗粒在纳入羟基的同时在水性碱溶液中生长，因此铌酸钠颗粒包括晶格内羟基(结构水)。

在另一方面，通过固态反应合成的铌酸钠颗粒不包括结构水。然而，在固态反应合成的颗粒表面存在大量的孔，从而在暴露于空气中时出现水分吸收到孔中(物理吸附水)的问题。

结构水通过极强的化学键结合到铌酸钠颗粒。因此，结构水不能通过典型的干燥处理(约80℃-200℃)除去。物理吸附水具有可逆特性，其中，物理吸附水可以通过典型的干燥处理一度脱附，但是短时间暴露于空气中时再次吸收。

结构水和物理吸附水出现的问题在于，陶瓷和装置的品质在陶瓷生产工艺中劣化。问题的例子包括形成孔隙和镍内部电极的氧化。

鉴于上述情况，本发明提供了一种具有低含水量的铌酸钠粉末、铌酸钠粉末的制备方法以及使用该铌酸钠粉末制备陶瓷的方法。

解决问题的方案

根据本发明的第一方面，一种铌酸钠粉末，包括形状为长方体、侧边平均长度为0.1μm以上、100μm以下的铌酸钠颗粒，其中，每个铌酸钠颗粒的至少一面是拟立方晶体表示法的(100)晶面，铌酸钠粉末的含水量为0.15质量％以下。

根据本发明的第二个方面，一种制备铌酸钠粉末的方法，包括：在超过0.1MPa的压力下保持至少包含铌成分和钠成分的水性碱分散液的步骤，在保持后将固体物质与水性分散液分离的步骤，以及在500℃以上、700℃以下热处理固体物质的步骤。

根据本发明的第三方面，一种陶瓷的制备方法，包括：通过成型包含上述铌酸钠粉末的原料粉末获得成形体的步骤，和烧制成形体的步骤。

发明的有益效果

根据本发明，能够提供具有低含水量的铌酸钠粉末。此外，能够制备高品质的陶瓷，而不受水分的影响。

从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1A是示出了具有长方体形状并在本发明的示例1-6中使用的铌酸钠粉末的扫描电子显微镜照片。

图1B是示出了在比较例4中使用的铌酸钠粉末的扫描电子显微镜照片。

图2示出了具有长方体形状并在本发明的示例1-6中使用的铌酸钠粉末以及在比较例4中使用的铌酸钠粉末的X射线衍射图。

图3示出了通过热脱附谱(TDS)测量示例3以及比较例1和4的处理样品的结果。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的压电元件的结构的示意图。

图5A是示出了根据本发明的一个实施例的多层压电元件的结构的示意性剖视图。

图5B是示出了根据本发明的一个实施例的多层压电元件的结构的示意性剖视图。

图6A是示出了根据本发明的一个实施例的液体排出头的结构的示意图。

图6B是示出了根据本发明的一个实施例的液体排出头的结构的示意图。

图7是示出了根据本发明的一个实施例的液体排出装置的示意图。

图8是示出了根据本发明的一个实施例的液体排出装置的示意图。