DE102020100340A1 - Piezoelektrische zusammensetzung und piezoelektrische vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Piezoelektrische Zusammensetzung, umfassend ein Oxid mit einer Perowskitstruktur, wobei das Oxid Bismut, Barium, Eisen und Titan enthält; das Röntgenbeugungsmuster der piezoelektrischen Zusammensetzung nach einer Polarisationsbehandlung einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger aufweist; der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks kleiner als der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks ist; eine Intensität des ersten Peaks als Idargestellt und eine Intensität des zweiten Peaks ist als Idargestellt wird; und I/I0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger beträgt.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Zusammensetzung und eine piezoelektrische Vorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • Die meisten piezoelektrischen Zusammensetzungen im praktischen Einsatz sind derzeit feste Lösungen (sogenannte PZT-Piezoelektrikzusammensetzungen) aus Bleizirkonat (PbZrO3) und Bleititanat (PbTiO3). Die piezoelektrischen PZT-Zusammensetzungen enthalten als Hauptkomponente eine große Menge an Bleioxid (PbO). Da das Bleioxid bei niedrigen Temperaturen bemerkenswert leicht verdampft, diffundiert ein großer Teil des Bleioxids bei Herstellungsprozessen von piezoelektrischen Zusammensetzungen oder piezoelektrischen Vorrichtungen, die sie verwenden, in die Luft. Da Blei ein Umweltschadstoff ist, der den menschlichen Körper schädigt, werden piezoelektrische Zusammensetzungen ohne Blei gefordert.
  • Eine typische piezoelektrische Zusammensetzung ohne Blei ist Bismutferrit (BiFeO3), die in der folgenden Nicht-Patentliteratur 1 beschrieben wird. Bismutferrit (BFO) weist eine große spontane Polarisation auf. Da die Anisotropie von BFO jedoch hoch ist und ein großer Leckstrom in BFO erzeugt werden kann, verfügt BFO nicht über eine ausreichende Piezoelektrizität (z.B. piezoelektrische Konstante d33). Daher sind piezoelektrische Zusammensetzungen mit einem größeren d33 als BFO erforderlich. In der folgenden Patentliteratur 1 wird beispielsweise eine ternäre Verbindung (xBaTiO3-yBiFeO3-yBi(Mg0,5Ti0,5)O3) bestehend aus Bariumtitanat, Bismutferrit und Bismutmagnesiatitanat offenbart. Weiterhin wird in der folgenden Patentliteratur 2 eine binäre Verbindung (Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3) aus Bariumzirkonattitanat und Bismutferrit offenbart.
  • Zitatliste
    • Patentliteratur 1 Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2013-191751
    • Patentliteratur 2 Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2016-6859 Nicht-Patentliteratur 1
    Zhenyong Cen et al., „Einfluss der Sintertemperatur auf die Mikrostruktur und piezoelektrische Eigenschaften von Pb-freien BiFeO3-BaTiO3-Keramiken im Zusammensetzungsbereich großer BiFeO3-Konzentrationen“, J Electroceram, 31, S, 15-20, 2013.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine in der Patentliteratur 1 beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung wird stark verformt, wenn ein ausreichend großes elektrisches Feld angelegt wird. Die in der Patentliteratur 1 beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung hat jedoch Schwierigkeiten, nach einer Polarisationsbehandlung eine ausreichend große piezoelektrische Konstante (d33) zu haben. Eine in der Patentliteratur 2 beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung hat eine große piezoelektrische Konstante. Die Curie-Temperatur und die Depolarisationstemperatur der in der Patentliteratur 2 beschriebenen piezoelektrischen Zusammensetzung sind jedoch sehr niedrig. Folglich wird in einem Herstellungsprozess einer piezoelektrischen Vorrichtung unter Verwendung der piezoelektrischen Zusammensetzung die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Zusammensetzung durch Erwärmung der piezoelektrischen Zusammensetzung leicht beeinträchtigt. So wird beispielsweise die Piezoelektrizität der piezoelektrischen Zusammensetzung durch Erwärmung beim Löten beeinträchtigt. Daher kann die in der Patentliteratur 2 beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung der praktischen Anwendung nicht standhalten. Eine in der Nicht-Patentliteratur 1 beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung hat auch Schwierigkeiten, eine ausreichend große piezoelektrische Konstante nach einer Polarisationsbehandlung zu halten.
  • Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine piezoelektrische Zusammensetzung mit einer großen piezoelektrischen Konstante und eine piezoelektrische Vorrichtung, die die piezoelektrische Zusammensetzung umfasst, bereitzustellen.
  • Eine piezoelektrische Zusammensetzung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektrische Zusammensetzung, die ein Oxid mit einer Perowskitstruktur umfasst, worin das Oxid Bismut, Barium, Eisen und Titan enthält; ein Röntgenbeugungsmuster der piezoelektrischen Zusammensetzung nach einer Polarisationsbehandlung hat einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich des Beugungswinkels 2 von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger; der Beugungswinkel 2 des ersten Peaks ist kleiner als der Beugungswinkel 2 des zweiten Peaks; die Intensität des ersten Peaks ist als IL dargestellt; die Intensität des zweiten Peaks ist als IH dargestellt; und IH/IL ist 0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger.
  • Mindestens ein Teil des obigen Oxids kann durch x[BimFeO3]-y[BanTiO3] dargestellt werden; x kann 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger sein; y kann 0,2 oder mehr und 0,4 oder weniger sein; x + y kann 1 sein; m kann 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger sein; und n kann 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger sein.
  • m kann 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger sein; und n kann 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger sein.
  • Mindestens ein Teil des Oxids kann ein rhomboedrischer Kristall sein.
  • Eine piezoelektrische Zusammensetzung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen rhomboedrischen Kristall aus einem Oxid umfassen, das Bismut und Eisen enthält.
  • Eine piezoelektrische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die obige piezoelektrische Zusammensetzung.
    Zusammensetzung umfasst, vorgesehen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine piezoelektrische Zusammensetzung mit einer großen piezoelektrischen Konstante und eine piezoelektrische Vorrichtung, die die piezoelektrische Zusammensetzung umfasst, vorgesehen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle einer Perowskitstruktur eines in einer piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltenen Oxids gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines rhomboedrischen Kristalls eines in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltenen Oxids gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Einheitszelle, die den rhomboedrischen Kristall bildet, wie in 2 dargestellt;
    • 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist ein Temperaturprofil in einem Produktionsprozess (Sinterschritt) der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 6 ist ein Röntgenbeugungsmuster einer piezoelektrischen Zusammensetzung aus Beispiel C1 der vorliegenden Erfindung und ein Röntgenbeugungsmuster einer piezoelektrischen Zusammensetzung aus Vergleichsbeispiel 1.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
  • Eine piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Oxid, das Bismut (Bi), Barium (Ba), Eisen (Fe) und Titan (Ti) enthält. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Oxid, das Bi, Ba, Fe und Ti enthält, als „BFO-BTO“ dargestellt. Das BFO-BTO hat eine Perowskitstruktur. Das BFO-BTO kann mindestens einen Kristall enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem rhomboedrischen Kristall der Perowskitstruktur, einem tetragonalen Kristall der Perowskitstruktur und einem kubischen Kristall der Perowskitstruktur. Ein Beispiel für eine Einheitszelle der Perowskitstruktur ist in 1 dargestellt. Die Einheitszelle uc der Perowskitstruktur kann aus Elementen A, die auf A-Stellen positioniert sind, einem Element B, das auf der B-Stelle positioniert ist, und Sauerstoff (O) bestehen. Die Elemente A können Bi oder Ba sein. Das Element B kann Fe oder Ti sein. Ein Beispiel für den rhomboedrischen Kristall von BFO-BTO ist in 2 dargestellt. Einheitszellen uc, die den rhomboedrischen Kristall in 2 bilden, entsprechen jeweils einer Einheitszelle uc in 3. Zur Vereinfachung der Figurenzeichnung sind die Elemente B und O in 3 weggelassen. a1, b1 und c1 in 1 und 2 sind primitive Vektoren, die einen kubischen Kristall oder einen tetragonalen Kristall bilden. a2, b2 und c2 in 3 sind primitive Vektoren, die einen rautenförmigen Kristall bilden. Die [111] (Kristallorientierung) basierend auf a1, b1 und c1 entspricht der [001]h basierend auf a2, b2 und c2. Wie in 2 dargestellt, kann der rhomboedrische Kristall der Perowskitstruktur eine antiferromagnetische Dehnungsverlagerung wie BiFeO3 aufweisen. Wie in 2 dargestellt, kann der rhomboedrische Kristall aus zwei Einheitszellen bestehen, die periodisch entlang der [111] angeordnet sind. Die piezoelektrische Zusammensetzung kann eine spontane Polarisation aufweisen. Das heißt, die piezoelektrische Zusammensetzung kann ein pyroelektrisches Material oder ein ferroelektrisches Material sein.
  • Das Röntgenbeugungsmuster der piezoelektrischen Zusammensetzung nach einer Polarisationsbehandlung weist einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger auf. Die Polarisationsbehandlung bedeutet, dass die piezoelektrische Zusammensetzung entlang eines elektrischen Feldes polarisiert wird, indem das elektrische Feld an die piezoelektrische Zusammensetzung angelegt wird. Der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks ist kleiner als der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks. So kann beispielsweise der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks etwa 38,851° betragen. So kann beispielsweise der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks etwa 39,177° betragen. Die einfallende Röntgenstrahlung, die zur Messung des Röntgenbeugungsmusters verwendet werden soll, kann eine CuKα1-Linie umfassen. Die Intensität des ersten Peaks wird als IL dargestellt, und die Intensität des zweiten Peaks wird als IH dargestellt. IH/IL ist 0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger. Die Einheit von IL und IH kann eine willkürliche Einheit (arbitrary unit, a.u.) sein. Die piezoelektrische Zusammensetzung, die BFO-BTO enthält und einen IH/IL von 0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger aufweist, kann eine große piezoelektrische Konstante (d33) aufweisen. Die jeweiligen Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks und des zweiten Peaks sind nicht auf die oben genannten Werte beschränkt und können je nach Zusammensetzung der BFO-BTO variieren.
  • Der Beugungswinkel 2θ der Intensität des ersten Peaks ist ungefähr gleich einem Beugungswinkel 2θ der gebeugten Röntgenstrahlen der (006) Ebenen eines rhomboedrischen Kristalls aus Bismutferrit (BFO). Der Beugungswinkel 2θ der Intensität des zweiten Peaks ist ungefähr gleich einem Beugungswinkel 2θ der gebeugten Röntgenstrahlen der (202) Ebenen des rhomboedrischen Kristalls aus Bismutferrit. Daher besteht die Möglichkeit, dass ein Teil oder das gesamte in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltene Oxid (BFO-BTO) derselbe rhomboedrische Kristall ist wie Bismutferrit. Das heißt, es besteht die Möglichkeit, dass ein Teil oder das gesamte Oxid (BFO-BTO), das in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthalten ist, eine Perowskitstruktur vom Typ Bismutferrit aufweist. Die entsprechende Beziehung zwischen dem Beugungswinkel 2θ der gebeugten Röntgenstrahlen von Bismutferrit und der Kristallebene kann beispielsweise unter Verwendung des Codes Nr. 194991 der Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) angegeben werden. Die Ausrichtung der spontanen Polarisation im rhomboedrischen Kristall von Bismutferrit ist [001]h, und die normale Richtung der (006) Ebenen. Das heißt, je mehr die (006) Ebenen in eine Richtung ausgerichtet sind, desto leichter wird der Bismutferrit entlang der [001]h polarisiert. Ebenso ist die Ausrichtung der spontanen Polarisation im rhomboedrischen Kristall von BFO-BTO ebenfalls [001]h, und die normale Richtung der (006) Ebenen. Je höher also die Intensität IL des ersten Peaks, die den gebeugten Röntgenstrahlen der (006)-Ebenen entspricht, desto mehr weisen die (006)-Ebenen in die spontane Polarisationsorientierung und desto leichter ist die piezoelektrische Zusammensetzung polarisiert. Wenn beispielsweise die Dicke der piezoelektrischen Zusammensetzung gleichförmig ist und der erste Peak durch eine Out-of-Plane Messung (2θ/θ-Verfahren) an der Oberfläche der piezoelektrischen Zusammensetzung senkrecht zur Dickenrichtung gemessen wird, gilt je höher IL, desto höher ist die Parallelität der (006) Ebenen zur Oberfläche der piezoelektrischen Zusammensetzung und desto leichter wird die piezoelektrische Zusammensetzung in ihrer Dickenrichtung polarisiert ([001]h). Andererseits ist der rhomboedrische Kristall aus Bismutferrit in [101]h kaum polarisiert. Das heißt, der rhomboedrische Kristall aus Bismutferrit ist in der Normalrichtung der (202) Ebenen kaum polarisiert. Ebenso ist der rhomboedrische Kristall von BFO-BTO auch in der normalen Richtung der (202) Ebenen kaum polarisiert. Je höher also die Intensität IH des zweiten Peaks, die den gebeugten Röntgenstrahlen der (202) Ebenen entspricht, desto größer ist die Anzahl der (202) Ebenen, die nicht zur spontanen Polarisation beitragen, und desto geringer ist die Polarisation der piezoelektrischen Zusammensetzung. Aus diesem Grund ist, wenn die IL relativ höher ist als die IH, die piezoelektrische Zusammensetzung leichter zu polarisieren und die piezoelektrische Konstante (d33) der piezoelektrischen Zusammensetzung steigt. Dann kann die piezoelektrische Zusammensetzung eine ausreichend große piezoelektrische Konstante aufweisen, wenn IH/IL 0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger beträgt. Aus dem gleichen Grund kann IH/IL vorzugsweise 0,00 oder mehr und 1,50 oder weniger und vorzugsweise 0,00 oder mehr und 1,00 oder weniger sein. Da die piezoelektrische Zusammensetzung leicht eine ausreichend große piezoelektrische Konstante aufweist, kann ein Teil oder das gesamte Oxid (BFO-BTO) der rhomboedrische Kristall sein.
  • Der Grund, warum die piezoelektrische Zusammensetzung eine große piezoelektrische Konstante (d33) aufweist, ist nicht auf den obigen Mechanismus beschränkt.
  • Mindestens ein Teil des Oxids (BFO-BTO) kann durch die chemische Formel 1 dargestellt werden. Die chemische Formel 1 kann gleich der chemischen Formel 2 sein. x[BimFeO3]-y[BanTiO3] (1) (BixmBayn)(FexTiy)O3 (2)
  • x + y ist 1. x kann 0,6 oder mehr und 0,9 oder weniger und vorzugsweise 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger sein. y kann 0,1 oder mehr und 0,4 oder weniger und vorzugsweise 0,2 oder mehr und 0,4 oder weniger sein. m kann 0,93 oder mehr und 1,07 oder weniger sein, vorzugsweise 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger und vorzugsweise 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger. n kann 0,93 oder mehr und 1,07 oder weniger sein, vorzugsweise 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger, und bevorzugter 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger. Die chemische Formel 1 bedeutet, dass die Zusammensetzung des in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltenen Oxids durch die Summe zweier Phasen eines rhomboedrischen Kristalls aus Bismutferrit (BFO) und eines tetragonalen Kristalls aus Bariumtitanat (BTO) dargestellt wird. Die Zusammensetzung, in der diese beiden Phasen leicht koexistieren, weist morphotrope Phasengrenzen (MPB) auf. Folglich wird die Polarisationsrotation in der piezoelektrischen Zusammensetzung leicht verursacht, und die piezoelektrische Zusammensetzung weist leicht eine große piezoelektrische Konstante (d33) auf. Weiterhin hat die piezoelektrische Zusammensetzung, wenn das in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltene Oxid durch die chemische Formel 1 dargestellt wird, leicht eine hohe Depolarisationstemperatur.
  • Da in der piezoelektrischen Zusammensetzung kaum eine Heterophase ohne Piezoelektrizität gebildet wird, wenn m und n in den obigen Bereichen liegen, nimmt die piezoelektrische Konstante auf einfache Weise zu. Insbesondere in den Fällen, in denen m 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger und n 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger ist, treten Mängel von Bi und Ba an A-Stellen der Perowskitstruktur kaum auf, und die Kristallinität der Perowskitstruktur wird verbessert. Defizite von Bi und Ba hemmen die Bewegung von Domänen. Durch Vermeidung von Defiziten an Bi und Ba wird die Kristallinität der Perowskitstruktur verbessert und die Domänenfixierung unterdrückt. Die Domänen in der piezoelektrischen Zusammensetzung können dann auf einfache Weise gedreht werden. Dadurch steigt die piezoelektrische Konstante auf einfache Weise an.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung darf nur aus einem Oxid bestehend aus Bi, Fe, Ba, Ti und O bestehen. Ein Teil der piezoelektrischen Zusammensetzung kann eine Phase bestehend aus BimFeO3 sein. Da die piezoelektrische Zusammensetzung leicht eine ausreichend große piezoelektrische Konstante (d33) hat, kann die piezoelektrische Zusammensetzung einen rhomboedrischen Kristall des Oxids enthalten, das Bismut und Eisen enthält. So kann beispielsweise ein Teil der piezoelektrischen Zusammensetzung auch ein rhomboedrischer Kristall von BimFeO3 sein. Ein Teil der piezoelektrischen Zusammensetzung kann auch eine Phase aus BanTiO3 sein. Die piezoelektrische Zusammensetzung kann andere Elemente als Bi, Fe, Ba, Ti und O als Additive oder Verunreinigungen enthalten. So kann beispielsweise die piezoelektrische Zusammensetzung weiterhin mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber (Ag), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Mangan (Mn). Durch die Aufnahme dieser Elemente in die piezoelektrische Zusammensetzung wird der elektrische Widerstand (p) der piezoelektrischen Zusammensetzung auf einfache Weise erhöht und der Leckstrom in der piezoelektrischen Zusammensetzung unterdrückt. Daher kann der piezoelektrischen Zusammensetzung leicht eine Hochspannung zugeführt werden; die piezoelektrische Zusammensetzung kann leicht ausreichend polarisiert werden; und die piezoelektrische Zusammensetzung hat auf einfache Weise eine große piezoelektrische Konstante. Die piezoelektrische Zusammensetzung kann als Zusatzstoffe oder Verunreinigungen mindestens eines aus der Gruppe aus Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Schwefel (S), Zirkonium (Zr), Silizium (Si), Phosphor (P), Kupfer (Cu), Zink (Zn) und Hafnium (Hf) enthalten. Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darf kein Pb enthalten. Die piezoelektrische Zusammensetzung, die Pb enthält, ist jedoch nicht unbedingt vom technischen Umfang der vorliegenden Ausführungsform ausgenommen.
  • Die durchschnittliche Zusammensetzung der gesamten piezoelektrischen Zusammensetzung kann beispielsweise mit einem Röntgenfluoreszenzanalyseverfahren (XRF-Verfahren) oder einer Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) analysiert werden. Die Struktur der piezoelektrischen Zusammensetzung kann durch ein Röntgenbeugungsverfahren (XRD) spezifiziert werden.
  • Die d33 der piezoelektrischen Zusammensetzung nach einer Polarisationsbehandlung kann beispielsweise 102 pC/N oder mehr und 250 pC/N oder weniger betragen. Die Depolarisationstemperatur der piezoelektrischen Zusammensetzung kann beispielsweise 200°C oder mehr und 643 °C oder weniger betragen.
  • Wie in 4 dargestellt, umfasst eine piezoelektrische Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Substrat 2, eine erste Elektrode 4, die auf der Oberfläche des Substrats 2 gestapelt ist, einen piezoelektrischen Körper 6, der auf der Oberfläche der ersten Elektrode 4 gestapelt ist, und eine zweite Elektrode 8, die auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 6 gestapelt ist. Der piezoelektrische Körper 6 enthält die obige piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der piezoelektrische Körper 6 kann ein Sinterkörper der piezoelektrischen Zusammensetzung sein. Der piezoelektrische Körper 6 kann neben der piezoelektrischen Zusammensetzung weitere Komponenten enthalten. Obwohl der in 4 dargestellte piezoelektrische Körper 6 ein dünner rechteckiger Quader ist, sind Form und Abmessung des piezoelektrischen Körpers 6 nicht begrenzt. Das Substrat 2 kann beispielsweise aus einem Metall, einem Halbleiter, einem Harz oder einer Keramik bestehen. Die Zusammensetzungen der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 8 sind nicht begrenzt, solange sie elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die erste Elektrode 4 und die zweite Elektrode 8 können jeweils eine einfache Substanz aus einem Metall oder einer Legierung sein. Die erste Elektrode 4 und die zweite Elektrode 8 können jeweils auch ein Metalloxid mit elektrischer Leitfähigkeit sein. Die Struktur der piezoelektrischen Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die in 4 dargestellte Struktur beschränkt.
  • Die Anwendungen der piezoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind vielfältig. Die piezoelektrische Vorrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrisches Mikrofon, ein Sonar, ein Ultraschalldetektor, ein Keramikfilter, ein piezoelektrischer Transformator, ein Harvester, ein piezoelektrischer Summer, ein Ultraschallmotor, ein Oszillator, ein Resonator oder ein akustischer Mehrschichtfilm sein. Die piezoelektrische Vorrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrisches Stellglied sein. Der piezoelektrische Aktor kann für die Haptik verwendet werden. Das heißt, der piezoelektrische Aktor kann für verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, die zur Rückmeldung basierend auf dem Tastsinn erforderlich sind. Die Vorrichtungen, die für die Rückmeldung basierend auf dem Tastsinn erforderlich sind, können z.B. tragbare Vorrichtungen, Touchpads, Displays oder Gamecontroller sein. Der piezoelektrische Aktor kann für Kopfbaugruppen, Kopfstapelbaugruppen oder Festplatten verwendet werden. Der piezoelektrische Aktor kann für Druckköpfe oder Tintenstrahldrucker verwendet werden. Der piezoelektrische Aktor kann für piezoelektrische Schalter verwendet werden. Die piezoelektrische Vorrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrischer Sensor sein. Der piezoelektrische Sensor kann für Gyrosensoren, Drucksensoren, AE-Sensoren (akustische Emission), Pulswellensensoren, Ultraschallsensoren, Beschleunigungssensoren oder Stoßsensoren verwendet werden. Die jeweils genannte piezoelektrische Vorrichtung kann Teil oder das Ganze eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) sein.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch das folgende Herstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Bei der Herstellung der piezoelektrischen Zusammensetzung wird aus Ausgangsstoffen ein Rohmaterialpulver (Rohmaterialpartikel) hergestellt. Durch das Pressen der Rohmaterialpartikel entsteht ein Grünling. Ein Sinterkörper wird durch Sintern des Grünlings erhalten. Ein piezoelektrischer Körper wird erhalten, indem der gesinterte Körper einer Polarisationsbehandlung unterzogen wird. Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst sowohl den Sinterkörper vor der Polarisationsbehandlung als auch den Sinterkörper nach der Polarisationsbehandlung. Die Details zu jedem Schritt werden im Folgenden beschrieben.
  • In einem Granulationsschritt werden die Ausgangsmaterialien für die piezoelektrische Zusammensetzung gewogen. Eine Vielzahl verschiedener Ausgangsstoffe kann verwendet werden. Die Ausgangsstoffe enthalten Bi, Fe, Ba und Ti. Die Ausgangsstoffe können jeweils ein einfacher Stoff (Metall) oder eine Verbindung des jeweiligen Elements sein. Die Verbindung kann beispielsweise ein Oxid, ein Carbonatsalz, ein Hydroxid, ein Oxalatsalz, ein Nitratsalz oder dergleichen sein. Die Ausgangsmaterialien können jeweils ein Feststoff (z.B. ein Pulver) sein. Durch Wägen des jeweiligen Ausgangsmaterials können die Molverhältnisse von Bi, Fe, Ba und Ti im gesamten Ausgangsmaterial auf die Molverhältnisse von Bi, Fe, Ba und Ti in der chemischen Formel 1 eingestellt werden.
  • Eine Bismutverbindung kann Bismutoxid (Bi2O3), Bismutnitrat (B1(NO3)3) oder dergleichen sein. Eine Eisenverbindung kann Eisenoxid (Fe2O3), Eisenchlorid (FeCl3), Eisennitrat (Fe(NO3)3) oder dergleichen sein. Eine Bariumverbindung kann Bariumoxid (BaO), Bariumcarbonat (BaCO3), Bariumoxalat (Ba C2O4), Bariumacetat (CH3COO)2Ba), Bariumnitrat (Ba(NO3)2), Bariumsulfat (BaSO4), Bariumtitanat (BaTiO3) oder dergleichen sein. Eine Titanverbindung kann Titanoxid (TiO2) oder dergleichen sein.
  • Im Granulationsschritt werden aus den oben genannten Ausgangsstoffen Rohmaterialpartikel hergestellt. Eine Vielzahl von Arten von Rohmaterialpartikeln mit unterschiedlichen Zusammensetzungen kann hergestellt werden. Ein Herstellungsverfahren der Rohstoffpartikel kann beispielsweise wie folgt aussehen.
  • Eine Aufschlämmung kann durch Mischen der Ausgangsstoffe und eines Lösungsmittels hergestellt werden. Die Ausgangsstoffe in der Aufschlämmung können durch Nassmischen der Aufschlämmung mit einer Kugelmühle oder dergleichen pulverisiert werden. Das für die Herstellung der Aufschlämmung zu verwendende Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser sein. Das Lösungsmittel kann auch ein Alkohol wie Ethanol sein. Das Lösungsmittel kann eine Mischung aus Wasser und Ethanol sein. Die Ausgangsstoffe nach dem Nassmischen können durch einen Sprühtrockner oder dergleichen getrocknet werden.
  • Durch das Formen der Mischung der pulverisierten Ausgangsstoffe wird ein temporärer Grünling gebildet. Ein temporär gesinterter Körper wird durch Erwärmen (Kalzinieren) des temporären Grünlings in einer oxidativen Atmosphäre erhalten. Die oxidative Atmosphäre kann z.B. Luft sein. Die Kalzinierungstemperatur kann 700°C oder mehr und 1050°C oder weniger betragen. Die Kalzinationszeit kann etwa 1 bis 3 Stunden betragen. Rohmaterialpartikel werden durch Pulverisieren des temporär gesinterten Körpers gewonnen. Eine Aufschlämmung kann durch Mischen der Rohmaterialpartikel und eines Lösungsmittels hergestellt werden. Die Rohmaterialpartikel in der Aufschlämmung können durch Nassmischen der Aufschlämmung mit einer Kugelmühle oder dergleichen pulverisiert werden. Der Mittelwert des Primärpartikeldurchmessers der Rohmaterialpartikel kann im Nassmischen eingestellt werden. Der Durchschnittswert des Primärpartikeldurchmessers der Rohstoffpartikel kann beispielsweise 0,01 m oder mehr und 20 m oder weniger betragen. Die Rohmaterialpartikel nach dem Nassmischen können durch einen Sprühtrockner oder dergleichen getrocknet werden.
  • Ein Grünling wird durch Pressen einer Mischung aus den Rohstoffpartikeln und einem Bindemittel erhalten. Das Bindemittel kann ein organisches Bindemittel wie Polyvinylalkohol oder Ethylcellulose sein. Dem Bindemittel kann ein Dispersionsmittel zugesetzt werden.
  • In einem Sinterschritt wird ein Sinterkörper durch Sintern des Grünlings in einer oxidativen Atmosphäre erhalten. Vor dem Sintern des Grünlings kann eine Entbinderungsbehandlung des Grünlings durchgeführt werden. Das heißt, das Bindemittel im Grünling kann durch Erhitzen des Grünlings zersetzt werden. Die Entbinderungsbehandlung und das Sintern können kontinuierlich durchgeführt werden. Die Entbinderungsbehandlung und die Sinterung können separat durchgeführt werden.
  • Wie in 5 dargestellt, ist es im Sinterschritt vorzuziehen, dass der Grünling in zwei Stufen erwärmt wird. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass der Sinterschritt einen ersten Sinterprozess und einen zweiten Sinterprozess nach dem ersten Sinterprozess umfasst. Es ist vorzuziehen, dass der Grünling beim ersten Sinterprozess auf eine erste Sintertemperatur erwärmt wird; es ist vorzuziehen, dass der Grünling beim zweiten Sinterprozess auf eine zweite Sintertemperatur erwärmt wird; und dass die erste Sintertemperatur höher ist als die zweite Sintertemperatur. Durch Erwärmen des Grünlings in den beiden Stufen des Sinterschritts wird die piezoelektrische Zusammensetzung mit einer großen piezoelektrischen Konstante (d33) und einer hohen Depolarisationstemperatur leicht erreicht. Es ist vorzuziehen, dass die Temperaturanstiegsrate des ersten Sinterprozesses 15°C/min oder mehr und 1000°C/min oder weniger beträgt. Die Temperaturanstiegsrate des ersten Sinterprozesses ist eine Temperaturanstiegsrate, bei der die Temperatur des Grünlings von Raumtemperatur auf die erste Sintertemperatur im ersten Sinterprozess erhöht wird. Es ist vorzuziehen, dass die erste Sintertemperatur 1100°C oder mehr und 1300°C oder weniger beträgt. Es ist vorzuziehen, dass die zweite Sintertemperatur 900°C oder mehr und 1000°C oder weniger beträgt. Für den Fall, dass die Temperaturanstiegsrate des ersten Sinterprozesses und die erste Sintertemperatur und die zweite Sintertemperatur in den obigen Bereichen liegen, ist die piezoelektrische Zusammensetzung mit einer großen piezoelektrischen Konstante und einer hohen Depolarisationstemperatur leicht zu erhalten. Die Zeit des ersten Sinterprozesses kann beispielsweise 0,5 Stunden oder mehr und 2 Stunden oder weniger betragen. Die Zeit des zweiten Sinterprozesses kann beispielsweise 2 Stunden oder mehr und 32 Stunden oder weniger betragen. Nach dem Sinterschritt kann der Sinterkörper bei einer Temperatur geglüht werden, die niedriger ist als die des zweiten Sinterprozesses.
  • Im Vorfeld einer später beschriebenen Polarisationsbehandlung kann durch Schneiden des Sinterkörpers eine dünne Platte aus dem Sinterkörper gebildet werden. Die Oberfläche der dünnen Platte des Sinterkörpers kann einer Überlappungspolitur unterzogen werden. Für das Schneiden des Sinterkörpers kann eine Schneidemaschine, wie beispielsweise ein Fräser, eine Würfelsäge, oder eine andere Schneidemaschine verwendet werden. Nach dem Überlappungspolieren wird auf jeder der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Sinterkörpers eine temporäre Elektrode für die Polarisationsbehandlung gebildet. Die temporären Elektroden können durch ein Vakuumablagerungsverfahren oder Sputtern gebildet werden. Die temporären Elektroden lassen sich durch eine Ätzbehandlung mit einer Eisenchloridlösung oder dergleichen leicht entfernen.
  • Bei der Polarisationsbehandlung wird ein elektrisches Polarisationsfeld zwischen dem Paar temporärer Elektroden angelegt, die den Sinterkörper einfügen. Bei der Polarisationsbehandlung kann der Sinterkörper erwärmt werden. Die Temperatur des Sinterkörpers in der Polarisationsbehandlung kann 80°C oder mehr und 300°C oder weniger betragen. Die Zeit der Anwendung des elektrischen Polarisationsfeldes kann 1 Minute oder mehr und 30 Minuten oder weniger betragen. Das elektrische Polarisationsfeld darf nicht weniger als das 0,9-fache des Koerzitivfeldes des gesinterten Körpers betragen.
  • Nach der Polarisationsbehandlung werden die temporären Elektroden aus dem Sinterkörper entfernt. Eine piezoelektrische Zusammensetzung (piezoelektrischer Körper) mit einer gewünschten Form kann durch Verarbeitung des gesinterten Körpers gebildet werden.
  • Bisher wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. So kann beispielsweise die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrischer Dünnfilm sein.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel A1)
  • Als Ausgangsstoffe wurden ein Pulver aus Bi2O3, ein Pulver aus Fe2O3, ein Pulver aus BaCO3 und ein Pulver aus TiO2 verwendet. Die BaCO3, TiO2, Bi2O3 und Fe2O3 wurden so gewogen, dass die Molverhältnisse von Bi, Fe, Ba und Ti in den gesamten Ausgangsmaterialien mit den Molverhältnissen von Bi, Fe, Ba und Ti in der folgenden chemischen Formel 1 übereinstimmten. Im Falle von Beispiel A1 waren die Werte von x, y, m und n in der chemischen Formel 1 Werte, die in der folgenden Tabelle 1 dargestellt sind. x[BimFeO3]-y[BanTiO3] (1)
  • Alle Ausgangsstoffe und reines Wasser wurden 10 Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt. Die Ausgangsmaterialien nach dem Mischen wurden getrocknet, und danach wurden die Ausgangsmaterialien gepresst, um einen temporären Grünling zu erhalten. Der temporäre Grünling wurde auf 800°C erhitzt, um einen temporären Sinterkörper zu erhalten. Der temporär gesinterte Körper wurde von einer Kugelmühle pulverisiert. Der pulverisierte, temporär gesinterte Körper wurde getrocknet, um Rohstoffpartikel zu erhalten. Eine Mischung aus den Rohstoffpartikeln und einem Bindemittel (Polyvinylalkohol) wurde pressgeformt, um einen Grünling zu erhalten. Das Bindemittel wurde durch Erhitzen des Grünlings entfernt.
  • Nach der Entbinderungsbehandlung wurde durch den folgenden Sinterschritt ein Sinterkörper erhalten.
  • Als Sinterschritt wurden ein erster Sinterprozess und ein zweiter Sinterprozess nach dem ersten Sinterprozess durchgeführt. Im ersten Sinterprozess wurde die Temperatur des Grünlings von Raumtemperatur auf eine erste Sintertemperatur bei einer Temperaturanstiegsrate VT angehoben. Im ersten Sinterprozess wurde der Grünling in der Luft auf die erste Sintertemperatur TS1 erwärmt. Die Zeit des ersten Sinterprozesses betrug 1 Stunde. Im zweiten Sinterprozess wurde der Grünling auf eine zweite Sintertemperatur TS2 erhitzt. Die Zeit des zweiten Sinterprozesses betrug 10 Stunden. Die Temperaturanstiegsrate VT, die erste Sintertemperatur TS1 und die zweite Sintertemperatur TS2 des Beispiels A1 sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • Der Sinterkörper wurde mit einer doppelseitigen Läppmaschine und einer Trennsäge zu einer Platte aus dem Sinterkörper verarbeitet. Die Abmessung des Sinterkörpers nach der Bearbeitung betrug 16 mm in der Länge × 16 mm in der Breite × 0,5 mm in der Dicke.
  • Elektroden aus Ag wurden auf beiden Oberflächen des Sinterkörpers unter Verwendung einer Vakuumabscheideanlage gebildet. Die Dicke der einzelnen Elektroden betrug 1,5 µm. Die Abmessungen der einzelnen Elektroden betrugen 15 mm × 15 mm.
  • Ein elektrisches Feld wurde an den Sinterkörper angelegt, der zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet war, um den Sinterkörper zu polarisieren. Die Intensität des an den Sinterkörper angelegten elektrischen Feldes betrug das 1,5- bis 2-fache des Koerzitivfeldes. Das elektrische Feld wurde 15 Minuten lang auf den Sinterkörper aufgebracht. Die oben genannte Polarisationsbehandlung wurde in einem Silikonölbad mit einer Temperatur von 120°C durchgeführt.
  • Mit der obigen Methode wurde eine piezoelektrische Zusammensetzung aus Beispiel A1 erhalten. Als Ergebnis der Analyse auf der Grundlage eines Röntgenfluoreszenzanalyseverfahrens stimmten die Molverhältnisse von Bi, Fe, Ba und Ti in der piezoelektrischen Zusammensetzung mit den Molverhältnissen von Bi, Fe, Ba und Ti in der chemischen Formel 1 überein. Das heißt, die Werte von x, y, m und n in der chemischen Formel 1 entsprachen den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Werten.
  • Ein Röntgenbeugungsmuster wurde durch eine Out-of-Plane Messung (2θ/θ Verfahren) an der Oberfläche der piezoelektrischen Zusammensetzung nach der Polarisationsbehandlung gemessen. Bei der Messung des Röntgenbeugungsmusters wurde Cu als Röntgenquelle verwendet. Eine charakteristische Cu-Röntgenstrahlung wurde auf die Oberfläche der piezoelektrischen Zusammensetzung aufgebracht. Die Oberfläche der piezoelektrischen Zusammensetzung, an der das Röntgenbeugungsmuster gemessen wurde, war senkrecht zur Polarisationsrichtung. Die Polarisationsrichtung ist die Richtung eines elektrischen Gleichstromfeldes in der Polarisationsbehandlung. Durch die softwaremäßige Verarbeitung des gemessenen Röntgenbeugungsmusters wurden Banden von gebeugten Röntgenstrahlen einer CuKα2-Linie aus dem Röntgenbeugungsmuster entfernt. Das heißt, ein Röntgendiffraktionsmuster, das aus einer CuKα1-Linie stammt, wurde aus dem gemessenen Röntgendiffraktionsmuster extrahiert. Die Wellenlänge der CuKα1-Linie beträgt 1,540593 Å. Ein im Folgenden beschriebenes Röntgendiffraktionsmuster ist ein Röntgendiffraktionsmuster, das von der CuKα1-Linie stammt. Durch das Röntgenbeugungsmuster wurde bestätigt, dass die piezoelektrische Zusammensetzung eine Perowskitstruktur aufweist. Das Röntgenbeugungsmuster hatte einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger. Der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks war kleiner als der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks. Der Beugungswinkel 2θ der Intensität des ersten Peaks betrug etwa 38,909°. Der Beugungswinkel 2θ der Intensität des zweiten Peaks betrug etwa 39,367°. IH/IL wurde aus der Intensität IL des ersten Peaks und der Intensität IH des zweiten Peaks berechnet. Das IH/IL von Beispiel A1 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • Die piezoelektrische Konstante d33 (Einheit: pC/N) der piezoelektrischen Zusammensetzung nach der Polarisationsbehandlung wurde mit einem d33-Meter gemessen. Das d33-Meter ist ein Gerät zur Messung von d33 nach dem Berlincourt-Verfahren gemäß JIS (Japanese Industrial Standards) R1696. Beim Berlincourt-Verfahren wird d33 unter Ausnutzung des direkten piezoelektrischen Effekts gemessen, wenn auf eine piezoelektrische Zusammensetzung eine Schwingung veranschlagt wird. Daher gibt es beim Berlincourt-Verfahren, im Gegensatz zu einem Messverfahren, das den inversen piezoelektrischen Effekt nutzt, wenn ein elektrisches Feld an eine piezoelektrische Zusammensetzung angelegt wird, keinen Einfluss der Elektrostriktion, und es wird ein intrinsisches d33 der piezoelektrischen Zusammensetzung erhalten. Das d33 von Beispiel A1 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • Eine piezoelektrische Vorrichtung wurde durch das Bilden von Elektroden auf beiden Oberflächen der piezoelektrischen Zusammensetzung nach der Polarisationsbehandlung hergestellt. Die gesamte piezoelektrische Vorrichtung wurde in einer Thermostatkammer untergebracht. Die Depolarisationstemperatur Td (Einheit: °C) der piezoelektrischen Zusammensetzung wurde durch kontinuierliches Messen der piezoelektrischen Konstante (d33) der piezoelektrischen Zusammensetzung bestimmt, während die Temperatur der piezoelektrischen Vorrichtung in der Thermostatkammer beginnend bei Raumtemperatur angehoben wurde. Die Depolarisationstemperatur Td ist die Temperatur der piezoelektrischen Zusammensetzung, wenn die d33 der piezoelektrischen Zusammensetzung 0 beträgt. Für die Messung der d33 wurde ein Impedanzanalysator verwendet. Die Td von Beispiel A1 ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 5).
  • Im Falle der Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 sowie der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden x, y, m und n durch Wägen der Ausgangsstoffe auf die in den folgenden Tabellen 1 bis 5 angegebenen Werte angepasst.
  • Im Falle der Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 sind die Temperaturanstiegsrate VT, die erste Sintertemperatur TS1 und die zweite Sintertemperatur TS2 in den folgenden Tabellen 1 bis 5 dargestellt.
  • Die entsprechenden piezoelektrischen Zusammensetzungen der obigen Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden nach der gleichen Methode wie in Beispiel A1 hergestellt, mit Ausnahme der obigen Punkte. Die Analyse und Messung erfolgte nach der gleichen Methode wie in Beispiel A1 an den jeweiligen piezoelektrischen Zusammensetzungen der obigen Beispiele und Vergleichsbeispiele.
  • In jedem der Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 stimmten die Molverhältnisse von Bi, Fe, Ba und Ti der piezoelektrischen Zusammensetzung mit den Molverhältnissen von Bi, Fe, Ba und Ti in der chemischen Formel 1 überein. Die Werte von x, y, m und n in der chemischen Formel 1 stimmten mit den in den folgenden Tabellen 1 bis 5 dargestellten Werten überein.
  • In jedem der Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurde bestätigt, dass die piezoelektrische Zusammensetzung eine Perowskitstruktur aufweist. In allen Beispielen und Vergleichsbeispielen mit Ausnahme von Vergleichsbeispiel 1 hatte das Röntgenbeugungsmuster einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich des Beugungswinkels 2θ von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger, wobei der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks kleiner als der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks ist. Die entsprechenden IH/IL-Beispiele und Vergleichsbeispiele mit Ausnahme des Vergleichsbeispiels 1 sind in den folgenden Tabellen 1 bis 5 dargestellt. Die Röntgenbeugungsmuster von Beispiel C1 und Vergleichsbeispiel 1 sind in 6 dargestellt. Wie in 6 dargestellt, hatte das Röntgenbeugungsmuster des Vergleichsbeispiels 1 keinen ersten Peak. Das heißt, die IL des Vergleichsbeispiels 1 war Null. Daher war es unmöglich, IH/IL des Vergleichsbeispiels 1 zu berechnen.
  • In den Fällen der Beispiele A2 bis A10, B1 bis B15, C1 bis C15, D1 bis D15 und E1 bis E11 sowie der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 waren d33 und Td Werte, die in den folgenden Tabellen 1 bis 5 aufgeführt sind. d33 sollte 100 pC/N oder mehr betragen. Vorzugsweise sollte d33 200 pC/N oder mehr betragen. Td sollte 260°C oder mehr betragen. Vorzugsweise sollte Td 300°C oder mehr betragen.
    [Tabelle 1]
    Tabelle 1 IH/IL × y m n VT (°C/min) TS1 (°C) TS2 (°C) d33 (pC/N) Td (°C)
    Vergleichsbeispiel 1 - 0,9 0,1 1,00 1,00 5 850 850 15 651
    Vergleichsbeispiel 2 7,60 0,8 0,2 1,00 1,00 5 900 900 43 581
    Vergleichsbeispiel 3 3,80 0,7 0,3 1,00 1,00 5 1000 1000 80 450
    Vergleichsbeispiel 4 3,00 0,6 0,4 1,00 1,00 5 1100 1100 62 363
    Vergleichsbeispiel 5 2,50 0,5 0,5 1,00 1,00 5 1150 1150 20 281
    Beispiel A1 1,52 0,9 0,1 0,93 1,00 300 1100 900 102 623
    Beispiel A2 1,43 0,9 0,1 0,94 1,00 300 1100 900 103 643
    Beispiel A3 1,38 0,9 0,1 1,00 1,00 300 1100 900 105 632
    Beispiel A4 1,27 0,9 0,1 1,02 1,02 300 1100 900 111 612
    Beispiel A5 1,33 0,9 0,1 1,06 1,00 300 1100 900 110 611
    Beispiel A6 1,38 0,9 0,1 1,07 1,00 300 1100 900 108 631
    Beispiel A7 1,49 0,9 0,1 1,00 0,93 300 1100 900 107 612
    Beispiel A8 1,46 0,9 0,1 1,00 0,94 300 1100 900 102 633
    Beispiel A9 1,38 0,9 0,1 1,00 1,06 300 1100 900 106 624
    Beispiel A10 1,41 0,9 0,1 1,00 1,07 300 1100 900 104 619

    [Tabelle 2]
    Tabelle 2 IH/IL x y m n VT (°C/min) TS1 (°C) TS2 (°C) d33 (pC/N) Td (°C)
    Beispiel B1 1,33 0,8 0,2 0,93 1,00 300 1150 950 150 571
    Beispiel B2 1,28 0,8 0,2 0,94 1,00 300 1150 950 160 568
    Beispiel B3 1,14 0,8 0,2 1,00 1,00 300 1150 950 152 558
    Beispiel B4 1,13 0,8 0,2 1,06 1,00 300 1150 950 160 551
    Beispiel B5 1,23 0,8 0,2 1,07 1,00 300 1150 950 164 557
    Beispiel B6 1,28 0,8 0,2 1,00 0,93 300 1150 950 155 558
    Beispiel B7 1,27 0,8 0,2 1,00 0,94 300 1150 950 162 546
    Beispiel B8 1,12 0,8 0,2 1,00 1,06 300 1150 950 158 546
    Beispiel B9 1,23 0,8 0,2 1,00 1,07 300 1150 950 163 541
    Beispiel B10 1,11 0,8 0,2 1,02 1,02 300 1150 950 166 561
    Beispiel B11 1,10 0,8 0,2 1,04 1,04 15 1100 1000 165 571
    Beispiel B12 1,06 0,8 0,2 1,04 1,04 15 1100 900 201 569
    Beispiel B13 1,05 0,8 0,2 1,04 1,04 300 1200 950 203 567
    Beispiel B14 1,06 0,8 0,2 1,04 1,04 1000 1300 1000 202 571
    Beispiel B15 1,12 0,8 0,2 1,05 1,05 300 1200 950 167 539

    [Tabelle 3]
    Tabelle 3 IH/IL x y m n VT (°C/min) TS1 (°C) TS2 (°C) d33 (pC/N) Td (°C)
    Beispiel C1 0,76 0,7 0,3 0,93 1,00 300 1200 950 170 437
    Beispiel C2 0,72 0,7 0,3 0,94 1,00 300 1200 950 169 436
    Beispiel C3 0,73 0,7 0,3 1,00 1,00 300 1200 950 195 441
    Beispiel C4 0,72 0,7 0,3 1,06 1,00 300 1200 950 197 428
    Beispiel C5 0,72 0,7 0,3 1,07 1,00 300 1200 950 178 437
    Beispiel C6 0,71 0,7 0,3 1,00 0,93 300 1200 950 163 429
    Beispiel C7 0,68 0,7 0,3 1,00 0,94 300 1200 950 180 419
    Beispiel C8 0,67 0,7 0,3 1,00 1,06 300 1200 950 194 423
    Beispiel C9 0,64 0,7 0,3 1,00 1,07 300 1200 950 185 433
    Beispiel C10 0,67 0,7 0,3 1,02 1,02 300 1200 950 216 426
    Beispiel C11 0,67 0,7 0,3 1,04 1,04 15 1100 1000 220 427
    Beispiel C12 0,53 0,7 0,3 1,04 1,04 15 1100 900 245 431
    Beispiel C13 0,49 0,7 0,3 1,04 1,04 300 1200 950 250 433
    Beispiel C14 0,49 0,7 0,3 1,04 1,04 1000 1300 1000 248 429
    Beispiel C15 0,55 0,7 0,3 1,05 1,05 300 1200 950 218 419

    [Tabelle 4]
    Tabelle 4 IH/IL x y m n VT (°C/min) TS1 (°C) TS2 (°C) d33 (pC/N) Td (°C)
    Beispiel D1 1,14 0,6 0,4 0,93 1,00 300 1250 950 182 354
    Beispiel D2 1,12 0,6 0,4 0,94 1,00 300 1250 950 191 347
    Beispiel D3 1,11 0,6 0,4 1,00 1,00 300 1250 950 188 341
    Beispiel D4 1,11 0,6 0,4 1,06 1,00 300 1250 950 161 339
    Beispiel D5 1,10 0,6 0,4 1,07 1,00 300 1250 950 166 335
    Beispiel D6 1,15 0,6 0,4 1,00 0,93 300 1250 950 183 327
    Beispiel D7 1,13 0,6 0,4 1,00 0,94 300 1250 950 191 354
    Beispiel D8 1,12 0,6 0,4 1,00 1,06 300 1250 950 165 344
    Beispiel D9 1,09 0,6 0,4 1,00 1,07 300 1250 950 171 329
    Beispiel D10 1,06 0,6 0,4 1,02 1,02 300 1250 950 193 347
    Beispiel D11 1,06 0,6 0,4 1,04 1,04 15 1100 1000 200 346
    Beispiel D12 1,05 0,6 0,4 1,04 1,04 15 1100 900 231 348
    Beispiel D13 1,05 0,6 0,4 1,04 1,04 300 1200 950 241 342
    Beispiel D14 1,05 0,6 0,4 1,04 1,04 1000 1300 1000 239 345
    Beispiel D15 1,06 0,6 0,4 1,05 1,05 300 1200 1100 198 351

    [Tabelle 5]
    Tabelle 5 IH/IL x y m n VT (°C/min) TS1 (°C) TS2 (°C) d33 (pC/N) Td (°C)
    Beispiel E1 1,26 0,5 0,5 0,93 1,00 300 1300 1000 150 260
    Beispiel E2 1,23 0,5 0,5 0,94 1,00 300 1300 1000 163 267
    Beispiel E3 1,17 0,5 0,5 1,00 1,00 300 1300 1000 168 265
    Beispiel E4 1,10 0,5 0,5 1,02 1,02 300 1300 1000 155 271
    Beispiel E5 1,12 0,5 0,5 1,06 1,00 300 1300 1000 162 268
    Beispiel E6 1,13 0,5 0,5 1,07 1,00 300 1300 1000 166 264
    Beispiel E7 1,18 0,5 0,5 1,00 0,93 300 1300 1000 159 264
    Beispiel E8 1,16 0,5 0,5 1,00 0,94 300 1300 1000 159 264
    Beispiel E9 1,15 0,5 0,5 1,00 1,06 300 1300 1000 155 271
    Beispiel E10 1,14 0,5 0,5 1,00 1,07 300 1300 1000 162 273
    Beispiel E11 0,10 0,4 0,6 1,00 1,00 300 1300 1000 170 200
  • [Industrielle Anwendbarkeit]
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise für einen piezoelektrischen Aktor verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    SUBSTRAT,
    4
    ERSTE ELEKTRODE,
    6
    PIEZOELEKTRISCHER KÖRPER (PIEZOELEKTRISCHE ZUSAMMENSETZUNG),
    8
    ZWEITE ELEKTRODE,
    uc
    EINHEITSZELLE DER PEROWSKITSTRUKTUR.

Claims (6)

  1. Piezoelektrische Zusammensetzung, umfassend ein Oxid mit einer Perowskitstruktur, wobei das Oxid Bismut, Barium, Eisen und Titan enthält, ein Röntgenbeugungsmuster der piezoelektrischen Zusammensetzung nach einer Polarisationsbehandlung einen ersten Peak und einen zweiten Peak im Bereich eines Beugungswinkels 2θ von 38,6° oder mehr und 39,6° oder weniger aufweist, der Beugungswinkel 2θ des ersten Peaks kleiner ist als der Beugungswinkel 2θ des zweiten Peaks, eine Intensität des ersten Peaks als IL dargestellt wird, eine Intensität des zweiten Peaks als IH dargestellt wird und IH/IL 0,00 oder mehr und 2,00 oder weniger beträgt.
  2. Die piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Oxids durch x[BimFeO3]-y[BanTiO3] dargestellt wird; x 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger beträgt; y 0,2 oder mehr und 0,4 oder weniger beträgt; x + y 1 ist; m 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger beträgt und n 0,96 oder mehr und 1,06 oder weniger beträgt.
  3. Die piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei m 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger beträgt und n 1,02 oder mehr und 1,05 oder weniger beträgt.
  4. Die Piezoelektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein Teil des Oxids ein rhomboedrischer Kristall ist.
  5. Die Piezoelektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen rhomboedrischen Kristall aus einem Oxid, das Bismut und Eisen enthält.
  6. Eine Piezoelektrische Vorrichtung, umfassend die piezoelektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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