[发明专利]压电材料、压电元件和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料，尤其是不含铅的压电材料。本发明还涉及包括该压电材料的压电元件和电子装置。

背景技术

锆酸钛酸铅是典型的含有铅的压电材料，用于各种压电器件例如致动器、振荡器、传感器和滤波器。但是，已指出如果将压电器件暴露于酸雨，废弃的压电器件中的铅成分将溶解到土壤中并且将引起生态损害。因此，为了提供不含铅的压电器件，已积极地进行了不含铅的压电材料的研究和开发。

目前广泛研究的典型的无铅压电材料是包括铌酸钾的压电材料。但是，由于含有钾的压电材料的合成中使用的原料(例如，碳酸钾)粉末具有高吸湿性，因此难以以目标的摩尔比精确地对原料粉末称重。此外，含有铌酸钾(KNbO₃)的压电材料具有潮解性，因此随着时间的经过，一些含有铌酸钾的压电陶瓷的压电性劣化。而且，在一些含有铌酸钾的压电材料中，四方晶体与斜方晶体之间的连续相变温度在压电器件的运转温度范围(例如，0℃-80℃)内。在连续相变温度附近的温度范围内压电性显著地变化，这引起下述问题：取决于运行温度，压电器件的性能显著地变化。

NPL 1也报道了不含铅和钾的压电材料，即，铌酸钠(NaNbO₃)和钛酸钡(BaTiO₃)的固溶体(以下称为NN-BT)，其为反铁电材料。公开了以9:1的比例含有铌酸钠和钛酸钡的压电陶瓷具有147pC/N的压电常数d₃₃。

PTL 1公开了通过将氧化钴(CoO)添加到NN-BT中而具有高机电耦合系数和高耐热性的铌酸盐系压电陶瓷。但是，绝缘性低，即，10⁶Ω以下，因此，一些样品的极化困难。

PTL 2提供具有高居里温度和令人满意的压电性能的铌酸盐系压电陶瓷的制备方法。公开了NN-BT和钛酸锶(SrTiO₃)的固溶体的压电陶瓷具有14-126pm/V的压电常数d₃₃。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本专利公开No.2009-227535

PTL 2：日本专利公开No.2008-156172

非专利文献

NPL 1：J.T.Zeng等，Journal of the American Ceramic Society，2006，第89卷，第2828-2832页

发明内容

技术问题

已知的技术中，不幸地是，NN-BT的压电性能不足。

本发明提供压电材料，其不含铅和钾，具有比NN-BT高的杨氏模量Y₁₁和压电常数d₃₃，并且显示令人满意的绝缘性。本发明还提供该压电材料的压电陶瓷、包括该压电材料的压电元件和多层压电元件、多层压电元件的制备方法、排液头、排液器件、超声波马达、光学装置、振动器件、除尘器件、摄像器件和电子装置。

问题的解决方案

根据本发明的压电材料由含有由式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物的主要成分和含有从Mn和Ni中选择的至少一种元素的附加成分组成。Mn的含量为0摩尔-0.005摩尔，基于1摩尔的该钙钛矿型金属氧化物，和Ni的含量为0摩尔-0.05摩尔，基于1摩尔的该钙钛矿型金属氧化物。

式(1):(Na_xBa_1-y)(Nb_yTi_1-y)O₃(其中，0.80≤x≤0.94，和0.83≤y≤0.94)。

本发明还提供压电材料的压电陶瓷，其中该压电材料主要由上述的压电材料组成，并且Mn存在于构成该压电陶瓷的晶粒的内部。

本发明还提供压电材料的压电陶瓷，其中该压电材料主要由上述的压电材料组成，并且Ni存在于构成该压电陶瓷的晶粒的晶界。

本发明的有利效果

本发明能够提供压电材料，其不含铅和钾，显示令人满意的绝缘性和压电性，并且具有高的居里温度。由于本发明的压电材料不含铅，因此对环境的负荷低。此外，由于该压电材料不含钾，因此烧结性和耐湿性优异。

附图说明

图1是表示本发明的压电元件的构成的实施方案的示意图。

图2A和2B是表示本发明的多层压电元件的构成的实施方案的横截面示意图。

图3A和3B是表示本发明的排液头的构成的实施方案的示意图。

图4是表示本发明的排液器件的实施方案的示意图。