TW202318689A - 壓電元件、及壓電元件之製造方法 - Google Patents

壓電元件、及壓電元件之製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202318689A
TW202318689A TW111140813A TW111140813A TW202318689A TW 202318689 A TW202318689 A TW 202318689A TW 111140813 A TW111140813 A TW 111140813A TW 111140813 A TW111140813 A TW 111140813A TW 202318689 A TW202318689 A TW 202318689A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
piezoelectric
atoms
piezoelectric element
lead
alkali
Prior art date
Application number
TW111140813A
Other languages
English (en)
Inventor
廣瀨吉進
市橋健太郎
笠島崇
山崎正人
Original Assignee
日商日本特殊陶業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本特殊陶業股份有限公司 filed Critical 日商日本特殊陶業股份有限公司
Publication of TW202318689A publication Critical patent/TW202318689A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62675—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the treatment temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/067—Forming single-layered electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/093—Forming inorganic materials
    • H10N30/097—Forming inorganic materials by sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/442—Carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6025—Tape casting, e.g. with a doctor blade
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)

Abstract

[課題]提供一種壓電元件，其能夠使介電損失降低，改善絕緣性。 [解決手段]一種壓電元件，具備：包含無鉛壓電陶瓷組成物的壓電體；和以卑金屬為主要成分，與前述壓電體相接的電極，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mn d2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1。

Description

壓電元件、及壓電元件之製造方法
由本說明書所揭露的技術係關於壓電元件、及壓電元件之製造方法。
目前，作為顯示壓電性的陶瓷，一直廣泛利用PZT(鋯鈦酸鉛)。但是，由於PZT係成分包含鉛，因此有造成環境負擔的問題受到關注，而要求不含鉛的壓電陶瓷的開發。
此外，壓電陶瓷電子零件，一般是藉由將成為壓電陶瓷層的陶瓷胚片、和成為電極的導電膜積層，並藉由共燒成而製造。作為電極材料，廣泛使用Pt、Ag-Pd合金等。但是，這些電極材料昂貴，且容易發生遷移(migration)，因此近年來，有人提出了便宜且能夠抑制遷移發生的Ni(鎳)作為替代品。Ni，若在大氣環境中進行燒成時，會容易被氧化，因此必須在還原氣體環境中進行燒成。但是，在使用含有鉛的鋯鈦酸系材料、鈦酸鉛系材料作為壓電陶瓷材料的情況下，若將這些材料在還原氣體環境中進行燒成時，鉛會被還原，無法得到所要的穩定的壓電特性。
近年來，作為即使在還原氣體環境中進行燒成也能展現不含鉛的壓電性的無鉛壓電陶瓷素材的有力候選者之一，開發出了各種以鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物為主相的無鉛壓電陶瓷組成物(參照專利文獻1、2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5862983號公報 [專利文獻2]日本專利第6489333號公報
[發明欲解決之課題]
如上述的無鉛壓電陶瓷組成物，係介電損失(tanδ)較大而為約5%，對絕緣性等有所顧慮。因此，有在數十℃下被施加高電場的極化處理時或作為裝置被驅動之際，發生漏電、絕緣破壞、溫度變得容易上升之虞。 [用以解決課題之手段]
由本說明書所揭露的壓電元件，具備：包含無鉛壓電陶瓷組成物的壓電體；和以卑金屬為主要成分，與前述壓電體相接的電極，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mnd2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1。
此外，由本說明書所揭露的壓電元件之製造方法，包含：煆燒步驟，係將無鉛壓電陶瓷組成物的原料混合，並進行燒成而得到煆燒粉，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mnd2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1；成形步驟，係作成包含前述煆燒粉的成形體；電極形成步驟，係在前述成形體上形成以卑金屬為主要成分的電極層；及共燒成步驟，係將前述成形體和前述電極層在還原氣體環境下進行共燒成。 [發明之效果]
若根據由本說明書所揭露的壓電元件、及壓電元件之製造方法的話，便能夠使介電損失降低，改善絕緣性。
[用以實施發明的形態]
[實施形態的概要] (1)由本說明書所揭露的壓電元件，具備：包含無鉛壓電陶瓷組成物的壓電體；和以卑金屬為主要成分，與前述壓電體相接的電極，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物而成的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mn d2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1。
此外，由本說明書所揭露的壓電元件之製造方法，包含：煆燒步驟，係將無鉛壓電陶瓷組成物的原料混合，並進行燒成而得到煆燒粉，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mnd2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1；成形步驟，係作成包含前述煆燒粉的成形體；電極形成步驟，係在前述成形體上形成以卑金屬為主要成分的電極層；及共燒成步驟，係將前述成形體和前述電極層在還原氣體環境下進行共燒成。
若根據上述的構成的話，便可藉由在鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物中的B位置(鈮位置)上含有適量的Ti、Zr、Hf，來改善壓電體的燒結性，介電損失降低，改善絕緣性。
此外，考量藉由Mn作為受體固溶在B位置上，能夠補償因在還原燒成時所形成的氧空孔所引起的電荷，介電損失降低，絕緣性得到改善。但是，Mn很難對鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物進行固溶，而容易在無鉛壓電陶瓷組成物中偏析為異相。另一方面，若Ba、Ca、Sr固溶在A位置(鹼金屬位置)上，則壓電性能提高。但是，Ba、Ca、Sr會產生作為施體的作用，因而擔心絕緣性因壓電體的半導體化而降低。
考量藉由以成為b/(d3+d4+d5)≦1的方式調整Ti、Zr、Hf和Ba、Ca、Sr的組成比，能夠使適量的Ti、Zr、Hf及Mn固溶，並且抑制因Ba、Ca、Sr固溶在A位置上所造成的半導體化，使介電損失降低，改善絕緣性。
2)在上述1)的壓電元件中，前述主相中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)可以是0.003以上。
此外，在上述1)的壓電元件之製造方法中，在前述煆燒步驟中，前述原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)可以是0.005以上。
藉由以上述方式調整Mn原子對Nb原子的莫耳比，能夠使壓電體的介電損失確實地降低，改善絕緣性。
3)在上述1)的壓電元件中，前述主相中所含的前述鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的結晶粒子的平均粒徑可以小於6μm。
若結晶粒子的平均粒徑小於6μm，則由於粒界電阻大，因此能夠避免壓電特性降低。
4)在上述1)的壓電元件中，前述無鉛壓電陶瓷組成物可以進一步包含含有以組成式A2 1-xTi 1-xNb 1+xO 5(其中，元素A2為鹼金屬中的至少一種，滿足0≦x≦0.15)所表示的化合物、及以組成式A3Ti 3NbO 9(其中，元素A3為鹼金屬中的至少一種)所表示的化合物中的一化合物的副相。
若根據這樣的構成的話，則與無鉛壓電陶瓷組成物不具有副相的情況相比，能夠使壓電特性提高。
5)上述1)的壓電元件，可以具有前述壓電體和前述電極被交替地積層的構成。
[實施形態的細節] 以下，一邊參照圖式，一邊說明由本說明書所揭露的技術的具體例。又，本發明不限於這些例示而是依申請專利範圍所示，意在包含與申請專利範圍均等的意思及範圍內的全部變更。
＜實施形態＞ [壓電元件10] 本實施形態的壓電元件10具備：壓電層11(壓電體的一例)、與壓電層11相接的複數個內部電極12、13(電極的一例)、以及與內部電極12、13連接的二個外部電極14、15。壓電層11係由包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相的無鉛壓電陶瓷組成物構成。內部電極12、13係以卑金屬為主要成分，例如，以Ni(鎳)為主要成分。壓電層11和內部電極12、13係交替地積層。更具體而言，壓電層11和內部電極12、13係以壓電層11、內部電極12、壓電層11、內部電極13、壓電層11…的順序積層，一個壓電層11被二個內部電極12、13包夾。二個外部電極14、15係配置在壓電層11和內部電極12、13的積層體的外面。與一個壓電層11相接的二個內部電極12、13中的一內部電極12的一端係與一外部電極14連接，而另一內部電極13的一端係與另一外部電極15連接。藉由在外部電極14、15間施加電壓，壓電層11進行伸縮，壓電元件10整體進行伸縮。
[無鉛壓電陶瓷組成物的構成] 構成壓電層11的無鉛壓電陶瓷組成物包含含有具有壓電特性的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相。本實施形態的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物係以下列組成式(1)表示。
(A1 aM1 b) c(Nb d1Mn d2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e…(1)
元素A1為鹼金屬中的至少一種。元素M1為鹼土金屬的Ca(鈣)、Sr(鍶)、Ba(鋇)中的至少一種。
在上述組成式(1)中，元素A1和元素M1係配置在鈣鈦礦構造的A位置(鹼金屬位置)上，Nb(鈮)、Mn(錳)、Ti(鈦)、Zr(鋯)、及Hf(鉿)係配置在B位置上。
作為上述組成式(1)中的係數a～e的值，在鈣鈦礦構造成立的值的組合中，可在無鉛壓電陶瓷組成物的電特性或壓電特性(特別是壓電常數d 33)的觀點上選擇較佳的值。
具體而言，係數a、b滿足0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，不包括a=0(即，不含鹼金屬中的任一者的組成物)、b=0(即，不含Ca、Sr、Ba中的任一者的組成物)。
對整體A位置的係數c滿足0.80＜c＜1.10，較佳為0.84≦c≦1.08，更佳為0.88≦c≦1.07。
係數d1、d2、d3、d4、d5滿足0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1。不包括d1=0(不含Nb的組成物)、d2=0(不含Mn的組成物)、d3=0(不含Ti的組成物)。Zr的係數d4及Hf的係數d5可以是零(即，組成物不含Zr或Hf中的一者或兩者)。
氧的係數3+e中，係數e係相對於通常為3的氧的係數，表示氧的欠缺或過剩的正或負的值。氧的係數(3+e)可採取構成主相為鈣鈦礦氧化物的值。係數e的典型值為e=0，較佳為0≦e≦0.1。又，係數e的值能夠由主相的組成的電中性條件算出。但是，作為主相的組成，也能夠容許稍微超出電中性條件的組成。
係數b、d3、d4、d5滿足b/(d3+d4+d5)≦1。若係數b、d3、d4、d5採取此範圍的值的話，便可得到介電損失低、絕緣性高的無鉛壓電陶瓷組成物。其理由係推測如下。
藉由在鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物中的B位置(鈮位置)上含有適量的Ti、Zr、Hf，而改善壓電體的燒結性，降低介電損失，改善絕緣性。
此外，考量藉由Mn作為受體固溶在B位置上，能夠補償因在還原燒成時所形成的氧空孔所引起的電荷，介電損失降低，絕緣性得到改善。但是，Mn很難對鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物進行固溶，而容易在無鉛壓電陶瓷組成物中偏析為異相。另一方面，若Ba、Ca、Sr固溶在A位置(鹼金屬位置)上，則壓電性能提高。但是，Ba、Ca、Sr會產生作為施體的作用，因而擔心絕緣性因壓電體的半導體化而降低。
考量藉由以成為b/(d3+d4+d5)≦1的方式調整Ti、Zr、Hf和Ba、Ca、Sr的組成比，能夠使適量的Ti、Zr、Hf及Mn固溶，並且抑制因Ba、Ca、Sr固溶在A位置上所造成的半導體化，使介電損失降低，改善絕緣性。
以上述組成式(1)所表示的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物，較佳為包含K(鉀)、Na(鈉)、Li(鋰)中的至少一種作為元素A1。上述氧化物，包含K、Na、Li中的至少一種作為元素A1，包含Ca、Sr、Ba中的至少一種作為元素M1時，組成式(1)能夠改寫成下述組成式(1a)。
(K a1Na a2Lia3Cab1Sr b2Ba b3) c(Nb d1Mn d2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e… (1a)
上述組成式(1)和(1a)是等價的，a1+a2+a3=a，b1+b2+b3=b。K和Na的係數a1、a2，典型而言，為0＜a1≦0.6, 0＜a2≦0.6。Li的係數a3可以是零，較佳為0＜a3≦0.2，更佳為0＜a3≦0.1。
以上述組成式(1a)所表示的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物中，以K、Na、及Nb為主要金屬成分的氧化物被稱為「KNN」或「KNN材」。藉由使用此氧化物，能夠得到壓電特性、電特性、絕緣性、和高溫耐久性優異，此外，在-50℃～+150℃之間沒有急遽的特性變動的無鉛壓電陶瓷組成物。主相的典型組成係(K,Na,Li,Ca,Ba) c(Nb,Mn,Ti,Zr,Hf)O 3+e。
本實施形態的無鉛壓電陶瓷組成物可以包含含有以下的組成式(2)所表示的氧化物、或以下的組成式(3)所表示的氧化物中的一氧化物的副相。
A2 1-xTi 1-xNb 1+xO 5…(2) A3Ti 3NbO 9…(3)
在組成式(2)中，元素A2為鹼金屬中的至少一種，較佳為K、Rb(銣)、Cs(銫)中的至少一種。係數x滿足0≦x≦0.15。若係數x採取此範圍的值的話，則副相的構造穩定，能夠得到均勻的結晶相。從副相的構造穩定性的觀點來看，係數x，在元素A2為K或Rb的情況下較佳為滿足0≦x≦0.15，在元素A2為Cs的情況下較佳為滿足0≦x≦0.10。
在組成式(3)中，元素A3為鹼金屬中的至少一種，較佳為K、Rb、Cs中的至少一種。
雖然副相並未具有壓電特性，但藉由與主相混合在一起，能使燒結性提高，除此之外，也使絕緣性提高。此外，被認為也有助於起到使相轉移點不會發生在-50℃至+150℃之間的作用。副相為層狀構造化合物(或層狀化合物)，為層狀構造化合物這一點，被推定為有助於提高壓電陶瓷組成物的絕緣性、及起到使相轉移點不會發生的作用。
副相的含有比例可以超過0莫耳%且小於20莫耳%，較佳為2莫耳%以上15莫耳%以下，更佳為2莫耳%以上10莫耳%以下。
以組成式(2)或(3)所表示的氧化物中，以Nb、Ti及K為主要金屬成分的氧化物被稱為「NTK材」。藉由使用此氧化物，能夠得到便宜且壓電特性優異的無鉛壓電陶瓷組成物。
主相中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)較佳為0.003以上。藉由依此方式調整，能夠使壓電層11的介電損失確實地降低，改善絕緣性。
主相中所含的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的結晶粒子的平均粒徑較佳為小於6μm。若結晶粒子的平均粒徑小於6μm，則由於粒界電阻大，因此能夠避免壓電特性降低。使用SEM以5000倍拍攝無鉛壓電陶瓷組成物，針對所得到的影像，使用影像處理軟體imageJ進行影像處理，將影像(10μm×10μm)中所含的結晶粒子的粒徑的平均值設為平均粒徑。此時，進行基於EDS(能量分散型X射線分光法)的元素分析，進行是包含鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相、還是副相的判斷，從而將副相排除，算出主相中所含的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的結晶粒子的平均粒徑。
[壓電元件10之製造方法] 以下，呈示上述的壓電元件10之製造方法的一例。
1.煆燒步驟 首先，從主相的原料粉末中選擇所需者，以成為作為目標的組成的方式秤量。原料粉末可以是主相所含的各元素的氧化物、碳酸鹽、氫氧化物。此時，使主相的原料粉末的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)成為0.005以上。向這些原料粉末加入乙醇，較佳為以球磨機進行濕式混合15小時以上而得到漿料。將所得到的漿料乾燥而得到的混合粉末，例如在大氣環境下於600～1000℃進行煆燒1～10小時而得到主相煆燒物(煆燒步驟)。
關於主相的原料粉末的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)的上限值，沒有特別的限定，較佳為Mn/Nb≦0.1。在莫耳比(Mn/Nb)大於0.1的情況下，有變得很難燒結之虞。
此外，從副相的原料粉末中選擇所需者，以成為作為目標的組成的方式秤量。原料粉末可以是副相所含的各元素的氧化物、碳酸鹽、氫氧化物。然後，向這些原料粉末加入乙醇，較佳為以球磨機進行濕式混合15小時以上而得到漿料。將所得到的漿料乾燥而得到的混合粉末，例如在大氣環境下於600～1000℃進行煆燒1～10小時而得到副相煆燒物。
接著，分別秤量主相煆燒物和副相煆燒物，加入分散劑、黏合劑(binder)及甲苯等的有機溶劑並進行粉碎．混合而作成漿料。之後，使用刮刀法(doctor-blade method)等加工為薄片形狀，從而作成陶瓷胚片(成形體的一例)(成形步驟)。
接著，使用內部電極用導電性糊，在陶瓷胚片的一面，藉由例如網版印刷而形成成為內部電極的電極層(電極形成步驟)。電極層係以卑金屬為主要成分，例如，以Ni為主要成分。
接著，將複數個形成了電極層的陶瓷胚片積層，進一步將並未形成電極層的陶瓷胚片積層並壓著在其表背兩面，得到陶瓷胚片和電極層被交替地積層的積層體。將此積層體切斷為所要的形狀後，例如在200～400℃下保持2～10小時，進行脫脂(debinding)處理。
將脫脂處理後的積層體，例如在900～1200℃下，在經調整為電極層不氧化的氧分壓的還原氣體環境下保持2～5小時進行燒成(共燒成步驟)。
在燒成後的積層體的外面，藉由例如濺鍍法形成包含Au的外部電極，進行極化處理而得到壓電元件。
又，上述的製造方法係一個例子，可以利用供製造壓電元件用的其他各種步驟、處理條件。例如，可以根據最終的無鉛壓電陶瓷組成物的組成的量比混合原料並進行燒成，來取代在預先個別生成主相和副相的煆燒物後將兩者的粉末混合並進行燒成。但是，若利用在預先個別生成主相和副相的煆燒物後加以混合的方法的話，便容易更加嚴密地管理主相和副相的組成，因此可以提高無鉛壓電陶瓷組成物的良率。
本實施形態的無鉛壓電陶瓷組成物及壓電元件，可以廣泛用於振動偵測用途、壓力偵測用途、振盪用途、及壓電裝置用途等。例如，能夠利用於偵測各種振動的感測器類(爆震感測器及燃燒壓感測器等)、振動件、致動器、濾波器等的壓電裝置、高電壓產生裝置、微電源、各種驅動裝置、位置控制裝置、振動抑制裝置、流體吐出裝置(塗料吐出及燃料吐出等)等。此外，本實施形態的無鉛壓電陶瓷組成物及壓電元件特別適合要求優異的熱耐久性的用途(例如，爆震感測器及燃燒壓感測器等)。
又，在本實施形態，顯示了壓電元件10具有壓電層11和內部電極12、13被交替地積層的構成的例子，但壓電元件也可以是具有具備一層壓電體、和配置在此壓電體的表面的電極的單層構造的壓電元件。
＜試驗例＞ 1.試驗例1 (1)試料的作成 以下述組成式(2)的係數f、g成為表1所示的比率的方式，分別秤量K 2CO 3粉末、Na 2CO 3粉末、Nb 2O 5粉末並加以混合。
(K fNa g)NbO 3…(2)
此外，從BaCO 3粉末、CaCO 3粉末、SrCO 3粉末中選擇所需者，以Ba原子、Ca原子、Sr原子對Nb 2O 5粉末中所含的Nb原子的莫耳百分率的合計成為表1所示的值的方式秤量並進行添加。此外，將MnO 2粉末、TiO 2粉末、ZrO 2粉末、HfO 2粉末，以各粉末中的金屬原子對Nb 2O 5粉末中所含的Nb原子的莫耳百分率分別成為表1所示的值的方式秤量並進行添加。
向這些原料粉末的混合物加入乙醇，以球磨機進行濕式混合15小時以上而得到漿料。將所得到的漿料乾燥所得到的混合粉末，在大氣環境下、在600℃～1000℃下進行煆燒1～10小時而得到煆燒粉。
向所得到的煆燒粉加入分散劑、黏合劑、及甲苯等的有機溶劑並進行粉碎．混合而作成漿料。之後，使用刮刀法加工為薄片形狀，從而作成陶瓷胚片。將複數片所得到的陶瓷胚片積層並進行壓著後，切斷為圓板狀而得到成形體。
在所得到的成形體的兩面，藉由網版印刷，塗布電極用導電性糊，形成電極層(電極形成步驟)。電極用導電性糊中所含的電極成分的含有比率，係如表2所示，關於試料No.1～24係Ni設為100%，關於試料No.25係Cu設為90質量%，Ni設為10質量%。
將形成了電極層的成形體，在200～400℃下保持2～10小時，進行脫脂處理後，在900～1200℃下，在經控制為電極層不氧化的氧分壓的還原氣體環境下保持2～5小時進行共燒成。將所得到的燒成體，在50℃的矽酮油中施加5kv/mm的電解，進行極化處理，作為試料。所得到的試料，係具備由包含以上述組成式(1a)所表示的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的無鉛壓電陶瓷組成物所構成的壓電體、和形成在壓電體的表面的電極層的壓電元件。
[表1]
試料 No. f g M1成分 Ti Zr Hf Mn
Ba Ca Sr
添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol%
1 0.48 0.52 6 - - 2 2 0 5
2 0.48 0.52 3 3 - 2 2 0 5
3 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 0
4 0.48 0.52 2 - - 0 5 0 5
5 0.48 0.52 4 - - 2 2 0 5
6 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 5
7 0.48 0.52 2 - - 4 2 0 5
8 0.48 0.52 1 - - 5 1 0 5
9 0.48 0.52 2 - - 1 2 0 5
10 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 0.1
11 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 0.5
12 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 1
13 0.48 0.52 2 - - 2 2 0 7
14 0.48 0.52 2 - - 4 0 0 5
15 0.48 0.52 2 - - 1 3 0 5
16 0.48 0.52 - 2 - 2 2 0 1
17 0.48 0.52 - - 2 2 2 0 1
18 0.48 0.52 1 1 - 2 2 0 1
19 0.48 0.52 7 - - 5 2 0 5
20 0.10 0.90 2 - - 2 2 0 5
21 0.70 0.30 2 - - 2 2 0 5
22 0.48 0.52 5 - - 5 7 0 5
23 0.48 0.52 4 - - 2 0 2 5
24 0.48 0.52 4 - - 2 1 1 5
25 0.48 0.52 4 - - 2 2 0 5
(2)試驗方法 針對所得到的試料，使用阻抗分析儀(Keysight Technologies公司製，E4990A)進行測定，由室溫、1kHz下的靜電容量的值算出介電損失tanδ。此外，藉由共振-***振法求出機電耦合係數kp。將介電損失tanδ為3.0%以下、機電耦合係數kp為20%以上者判斷為良品。
此外，針對所得到的試料，進行絕緣破壞試驗。具體而言，在50℃的矽酮油中施加5kv/mm的電解30分鐘以上，調查是否發生絕緣破壞。將發生了絕緣破壞的情況評價為×，將未發生絕緣破壞的情況評價為○。
(3)結果 針對各試料，將在上述1.(1)所秤量的原料粉末的混合物中的Ca原子、Sr原子、及Ba原子的相對於Nb原子的莫耳百分率的合計設為P M1，將Ti原子、Zr原子、及Hf原子的相對於Nb原子的莫耳百分率分別設為P Ti、P Zr、P Hf，求出P M1/(P Ti+P Zr+P Hf)的值。此外，針對各試料，使用電子線微分析儀(EPMA)，以束徑φ1μm，針對主相的粒子三點進行元素分析，測量Mn原子對Nb原子的莫耳比，算出三點的平均值，作為主相中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)。將這些值，連同介電損失tanδ、機電耦合係數kp、及絕緣破壞試驗的結果一起顯示於表2。
[表2]
試料No. 電極 P M1/(P Ti+P Zr+P Hf) Mn/Nb 機電耦合係數 kp % 絕緣性 介電損失 tanδ %
1 Ni 1.5 0.031 - × 5.3
2 Ni 1.5 0.031 - × 6.1
3 Ni 0.5 0.000 - × 7.3
4 Ni 0.4 0.032 - × 10.3
5 Ni 1.0 0.031 30 ○ 2.4
6 Ni 0.5 0.031 31 ○ 2.3
7 Ni 0.3 0.032 33 ○ 1.9
8 Ni 0.2 0.032 31 ○ 2.2
9 Ni 0.7 0.031 28 ○ 2.3
10 Ni 0.5 0.001 - × 5.8
11 Ni 0.5 0.003 26 ○ 2.8
12 Ni 0.5 0.006 28 ○ 2.6
13 Ni 0.5 0.044 27 ○ 2.8
14 Ni 0.5 0.031 30 ○ 2.8
15 Ni 0.5 0.031 25 ○ 2.4
16 Ni 0.5 0.006 27 ○ 2.7
17 Ni 0.5 0.006 26 ○ 2.8
18 Ni 0.5 0.006 26 ○ 2.7
19 Ni 1.0 0.032 25 ○ 2.8
20 Ni 0.5 0.031 24 ○ 2.9
21 Ni 0.5 0.031 24 ○ 2.5
22 Ni 0.4 0.034 33 ○ 2.0
23 Ni 1.0 0.031 30 ○ 2.2
24 Ni 1.0 0.031 29 ○ 2.3
25 Cu:Ni=9:1 1.0 0.031 28 ○ 2.6
此處，理論上，原料粉末中的Ca原子、Sr原子、及Ba原子係全部進入所得到的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的A位置。此外，Ti原子、Zr原子、及Hf原子係全部進入所得到的鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的B位置。由此，可以認為：Ba原子、Ca原子、Sr原子的莫耳百分率的合計P M1，係對應於上述組成式(1a)中的Ba、Ca、Sr的係數b1、b2、b3的合計值(組成式(1)中的係數b的值)，可以認為：Ti原子、Zr原子及Hf原子的莫耳百分率，係分別對應於上述組成式(1)中的Ti、Zr及Hf的係數d3、d4、d5。由以上內容，可以認為：莫耳百分率的關係式P M1/ (P Ti+P Zr+P Hf)係與組成式(1)中的係數b、d2、及d3的關係式b/(d3+d4+d5)等價。
P M1/(P Ti+P Zr+P Hf)的值(即，b/(d3+d4+d5)的值)為1以上的試料No.1及2，係介電損失為3.0%以上，在絕緣破壞試驗中發生了絕緣破壞。不含Mn的試料No.3也是介電損失為3.0%以上，在絕緣破壞試驗中發生了絕緣破壞。不含Ti的試料No.4也是介電損失為3.0%以上，在絕緣破壞試驗中發生了絕緣破壞。另外，原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳百分率為0.1%(即，原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)為0.001)的試料No.10也是介電損失為3.0%以上，在絕緣破壞試驗中發生了絕緣破壞。
試料No.5～9及試料No.11～25包含元素A1(鹼金屬中的至少一種)、元素M1(Ba、Ca、Sr中的至少一種)、Mn及Ti作為必要成分，P M1/(P Ti+P Zr+P Hf)的值(即，b/(d3+d4+d5)的值)為1以下，原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳百分率為0.5%以上(即，原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)為0.005以上)，主相中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)為0.003以上。這些試料，係介電損失為3.0%以下，機電耦合係數為20%以上，在絕緣破壞試驗中未發生絕緣破壞，確認了壓電特性優異。
2.試驗例2 (1)試料的作成、及試驗方法 與上述試驗例1同樣地操作，得到具有與試料No.5同樣的組成的試料No.26～29(參照表3)。這些試料，係藉由使燒成步驟中的燒成溫度彼此互異，來調整成鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的結晶粒子的粒徑彼此互異。
[表3]
試料No. f g M1成分 Ti Zr Mn P M1/(P Ti+P Zr+P Hf)
Ba
添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol% 添加量 mol%
5 0.48 0.52 2 2 2 5 0.5
26 0.48 0.52 2 2 2 5 0.5
27 0.48 0.52 2 2 2 5 0.5
28 0.48 0.52 2 2 2 5 0.5
29 0.48 0.52 2 2 2 5 0.5
使用SEM(日立HighTech股份有限公司製，TM4000Plus)，以5000倍拍攝所得到的試料，將所得到的影像中所含的結晶粒子的粒徑的平均值作為平均粒徑。此外，針對所得到的試料，與上述試驗例1同樣地操作，求出介電損失tanδ及機電耦合係數kp，並且進行絕緣破壞試驗。
(2)結果 針對各試料，將介電損失tanδ、機電耦合係數kp、及絕緣破壞試驗的結果，連同平均粒徑一起呈示於表4。
[表4]
試料No. 平均粒徑 um 機電耦合係數kp % 絕緣性 介電損失tanδ %
5 2.3 31 ○ 2.3
26 4.5 28 ○ 2.6
27 1.5 26 ○ 2.1
28 5.3 25 ○ 2.8
29 6.0 18 × 3.8
所含的結晶粒子的平均粒徑為6μm的試料No.29，係介電損失為3.0%以上，在絕緣破壞試驗中發生了絕緣破壞。相對於此，所含的結晶粒子的平均粒徑小於6μm的試料No.5及試料26～28，係介電損失為3.0%以下，機電耦合係數為20%以上，在絕緣破壞試驗中未發生絕緣破壞，確認了壓電特性優異。
10:壓電元件 11:壓電層(壓電體) 12,13:內部電極(電極) 14,15:外部電極
圖1係實施形態的壓電元件的剖面圖。
10:壓電元件
11:壓電層(壓電體)
12,13:內部電極(電極)
14,15:外部電極

Claims (7)

  1. 一種壓電元件，具備： 包含無鉛壓電陶瓷組成物的壓電體；和 以卑金屬為主要成分，與該壓電體相接的電極， 該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mnd2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示， 且滿足b/(d3+d4+d5)≦1。
  2. 如請求項1的壓電元件，其中該主相中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)係0.003以上。
  3. 如請求項1或2的壓電元件，其中該主相中所含的該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的結晶粒子的平均粒徑係小於6μm。
  4. 如請求項1至3中任一項的壓電元件，其中該無鉛壓電陶瓷組成物進一步包含含有以組成式A2 1-xTi 1-xNb 1+xO 5(其中，元素A2為鹼金屬中的至少一種，滿足0≦x≦0.15)所表示的化合物、及以組成式A3Ti 3NbO 9(其中，元素A3為鹼金屬中的至少一種)所表示的化合物中的一化合物的副相。
  5. 如請求項1至4中任一項的壓電元件，其具有該壓電體和該電極被交替地積層的構成。
  6. 一種壓電元件之製造方法，包含： 煆燒步驟，係將無鉛壓電陶瓷組成物的原料混合，並進行燒成而得到煆燒粉，該無鉛壓電陶瓷組成物，包含含有鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物的主相，該鈮酸鹼金屬系鈣鈦礦型氧化物以組成式(A1 aM1 b) c(Nb d1Mnd2Ti d3Zr d4Hf d5)O 3+e(其中，元素A1為鹼金屬中的至少一種，元素M1為Ba、Ca、Sr中的至少一種，0＜a＜1、0＜b＜1、a+b=1，c滿足0.80＜c＜1.10，0＜d1＜1、0＜d2＜1、0＜d3＜1、0≦d4＜1、0≦d5＜1、d1+d2+d3+d4+d5=1，e係表示氧的欠缺或過剩的值)表示，且滿足b/(d3+d4+d5)≦1； 成形步驟，係作成包含該煆燒粉的成形體； 電極形成步驟，係在該成形體上形成以卑金屬為主要成分的電極層；以及 共燒成步驟，係將該成形體和該電極層在還原氣體環境下進行共燒成。
  7. 如請求項6的壓電元件之製造方法，其中在該煆燒步驟中，該原料的混合物中所含的Mn原子對Nb原子的莫耳比(Mn/Nb)係0.005以上。
TW111140813A 2021-10-29 2022-10-27 壓電元件、及壓電元件之製造方法 TW202318689A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-177332 2021-10-29
JP2021177332A JP2023066639A (ja) 2021-10-29 2021-10-29 圧電素子、および圧電素子の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202318689A true TW202318689A (zh) 2023-05-01

Family

ID=86157663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111140813A TW202318689A (zh) 2021-10-29 2022-10-27 壓電元件、及壓電元件之製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240065107A1 (zh)
EP (1) EP4284150A1 (zh)
JP (1) JP2023066639A (zh)
KR (1) KR20230110810A (zh)
CN (1) CN116710416A (zh)
CA (1) CA3218650A1 (zh)
TW (1) TW202318689A (zh)
WO (1) WO2023074139A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024070626A1 (ja) * 2022-09-30 2024-04-04 日本特殊陶業株式会社 無鉛圧電組成物、及び圧電素子

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4524558B2 (ja) * 2003-12-22 2010-08-18 Ｔｄｋ株式会社 圧電磁器およびその製造方法
US20080302658A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-11 Tsutomu Sasaki Oxide body, piezoelectric device, and liquid discharge device
EP2159205B1 (en) 2007-06-15 2015-08-12 Murata Manufacturing Co. Ltd. Piezoelectric ceramic electronic component
JP5774399B2 (ja) * 2011-07-15 2015-09-09 株式会社サイオクス 圧電体膜素子の製造方法
JP5858385B2 (ja) * 2012-08-07 2016-02-10 住友化学株式会社 圧電体素子、圧電体デバイス及びその製造方法
JP6259577B2 (ja) * 2013-03-13 2018-01-10 太陽誘電株式会社 圧電セラミックス及び圧電素子
JP6327914B2 (ja) * 2014-04-11 2018-05-23 日本特殊陶業株式会社 無鉛圧電磁器組成物、それを用いた圧電素子、及び、無鉛圧電磁器組成物の製造方法
WO2017006984A1 (ja) 2015-07-09 2017-01-12 株式会社村田製作所 圧電セラミック電子部品、及び圧電セラミック電子部品の製造方法
JP6610883B2 (ja) * 2015-12-17 2019-11-27 セイコーエプソン株式会社 超音波センサー用の圧電デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
US20240065107A1 (en) 2024-02-22
JP2023066639A (ja) 2023-05-16
CA3218650A1 (en) 2023-05-04
CN116710416A (zh) 2023-09-05
KR20230110810A (ko) 2023-07-25
EP4284150A1 (en) 2023-11-29
WO2023074139A1 (ja) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102863214B (zh) 压电陶瓷及层叠压电陶瓷部件
JP5864168B2 (ja) 圧電材料、圧電素子、液体吐出ヘッド、超音波モータおよび塵埃除去装置
JP4400754B2 (ja) 圧電体磁器組成物、及び圧電セラミック電子部品
JP5543537B2 (ja) 圧電素子
JP5929640B2 (ja) 圧電磁器および圧電素子
JP6175528B2 (ja) 圧電デバイス
TW202318689A (zh) 壓電元件、及壓電元件之製造方法
JP5815404B2 (ja) 圧電体／電歪体、圧電／電歪セラミックス組成物、圧電素子／電歪素子及び圧電モータ
JP5597368B2 (ja) 積層型電子部品およびその製法
JP4992192B2 (ja) 圧電磁器の製造方法及び圧電素子
JP7156362B2 (ja) 圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータの駆動方法
WO2024070626A1 (ja) 無鉛圧電組成物、及び圧電素子
WO2023026614A1 (ja) 無鉛圧電磁気組成物、および圧電素子
JP4804709B2 (ja) 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置
JP5894222B2 (ja) 積層型電子部品およびその製法
WO2024070849A1 (ja) 無鉛圧電組成物、及び圧電素子
WO2024070625A1 (ja) 無鉛圧電組成物、及び圧電素子
TW202419425A (zh) 無鉛壓電組成物、及壓電元件
TW202423878A (zh) 無鉛壓電組成物、及壓電元件
JP2017157829A (ja) 板状基体および電子部品
JP2002293624A (ja) 圧電磁器およびその製造方法並びに圧電素子
JP5173752B2 (ja) 圧電磁器及びその製造方法並びに圧電素子
JP5018602B2 (ja) 圧電磁器組成物、並びにこれを用いた圧電磁器及び積層型圧電素子
JP2016154186A (ja) 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子
JP2010059008A (ja) 圧電セラミック組成物及びこれを用いたアクチュエータ