压电器件的制作方法_2

文档序号:9210713阅读:来源:国知局
在钙钛矿组合物的烧结体中的空隙中偏析的上述Ag的 粒径的d80%径优选为0. 1~3ym。如果偏析的Ag的粒径是在上述范围,则能够使压电器 件的压电特性良好。d80 %径超过3ym时,以此为起点击穿电压有下降的倾向,另外压电陶 瓷层的层间的Ag颗粒数减少,因此有耐圧寿命特性降低的倾向。另外,不足0.Iym时,成 为Ag在烧结体中均匀地扩散的状态,有压电特性等劣化的倾向。
[0059] 而且,在本发明中,通过TEM图像观察到偏析的Ag。而且,Ag的粒径是通过将从 TEM图像任意选择的200个Ag颗粒的粒径进行图像的二进制化和测定判定为Ag的部分的 长度而求得的,然后求得体积径累积,求出d80%径。
[0060] 为了形成压电陶瓷层而使用的压电陶瓷组合物使用含有钙钛矿组合物和Ag成分 的物质。
[0061] 钙钛矿组合物优选锆钛酸盐类钙钛矿组合物和/或含碱铌酸盐类钙钛矿组合物。
[0062] 作为锆钛酸盐类钙钛矿组合物,优选使用由下式(1)表示的组成构成的物质。
[0063] (Pba ?Rex) {Zrb ?Tic ? (Ni1/3Nb2/3)d ? (Zn1/3Nb2/3) e}O3…(1)
[0064] 在式(I)中,Re是La和/或Nd。
[0065] 在式(1)中,a是0.95彡a彡1.05,优选1.00彡a彡1.02。a< 0.95时,虽然能 够得到优良的压电特性,但是即使添加Ag也不可能进行低温烧结,a> 1. 05时,Pb二次相 大量析出,压电特性降低,成为不耐实用的状态。通过使a在上述范围,能够得到在900°C的 烧制下压电特性优良的、陶瓷颗粒的粒径小的压电陶瓷组合物。
[0066] 在式(1)中,X是0彡X彡0.05,优选0.003彡X彡0.007。即,式(1)的钙钛矿组 合物中,Pb的一部分可以由La和/或Nd置换。通过将Pb的一部分用La和/或Nd置换, 能够提高压电常数。X>0.05时,居里温度Tc变低。通过使X在上述范围,能够将居里温 度Tc保持在300°C以上的高温,能够提高压电常数。
[0067] 进而,优选调整为1.00彡a+x彡1.02。原因是,因为在(1)式的钙钛矿中,即使将 ABO3型钙钛矿的A/B比调整为1. 00~1. 02,也可以保持特性。
[0068] 在式(1)中,b是0.35彡b彡0.45,优选0.38彡b彡0.42。b< 0.35时,居里温 度Tc变低,b> 0. 45时,压电常数变低。通过使b在上述范围,能够将居里温度Tc保持在 300°C以上的高温,能够提高压电常数。
[0069] 在式(1)中,c是0.35彡c彡0.45,优选0.38彡c彡0.42。c<0. 35时,居里温 度Tc变低,c> 0. 45时,压电常数变低。通过使c在上述范围,能够将居里温度Tc保持在 300°C以上的高温,能够提高压电常数。
[0070] 在式(1)中,d满足0<d彡0.10,优选0.3彡d彡0.7。d= 0时,居里温度Tc 高,但是压电常数变低,d> 0. 10时,居里温度Tc变低。通过使d在上述范围,能够将Tc维 持保持在300°C以上的高温,能够提高压电常数。
[0071] 在式(1)中,e是0? 07彡e彡0? 20,优选0? 13彡e彡0? 17。e< 0? 07时,素体的 晶粒成长显著,不能保持微细构造,低温烧结变得不可进行,e> 0. 20时,压电常数变低。通 过使e在上述范围,可以进行低温烧结和压电常数的维持。
[0072]在式(1)中,b+c+d+e=1。
[0073] 另外,作为含碱铌酸盐类钙钛矿组合物,优选使用由下式(2)表示的组成构成的 物质。具备在由式(2)表示的含碱铌酸盐类钙钛矿组合物的烧结体构成的晶粒的晶界或者 晶界三重点存在含有Si和K的结晶或者非晶质的压电陶瓷层的压电器件,消耗电力低,适 合在高温环境下的使用。
[0074] (Li1NamK1+丄(Nb1-JaJCV.. (2)
[0075] 在式⑵中,1优选0. 04 < 1彡0. 1。当1彡0. 04或者1 > 0. 1时,有在室温下 的压电常数变低的倾向。
[0076] 在式⑵中,m优选0彡m彡1。m > 1时,有成为二次相、压电常数降低的倾向。
[0077] 在式(2)中,n优选0.95彡n彡1.05。当n< 0.95或者n>L05时,有成为二 次相、压电常数降低的倾向。
[0078] 在式(2)中,〇优选0彡〇彡1。〇>1时,有成为二次相、压电常数降低的倾向。
[0079] 在本发明中,作为压电陶瓷组合物,优选使用含有由式(1)表示的锆钛酸盐类钙 钛矿组合物和Ag成分的物质,上述Ag成分按氧化物换算相对于锆钛酸盐类钙钛矿组合物 100质量份含有〇. 05~0. 3质量份。该压电陶瓷组合物可以进行在900 °C以下的低温烧制, 作为导体层材料使用Ag或Ag含量高的Ag合金,能够与压电陶瓷组合物同时进行烧制来 制造压电器件。另外,将该压电陶瓷组合物进行烧制得到的压电陶瓷层,居里温度Tc高达 300°C以上,矫顽电场即使在120°C也高达0. 8kV/mm以上,介电常数e低至1800~2200, 因此能够实现消耗电力低并且更适合于在高温环境下的使用的压电器件。而且,在本发明 中,居里温度Tc、矫顽电场、介电常数e是用在后述的实施例中记载的方法测定的值。
[0080]作为在压电陶瓷组合物中含有的Ag成分,能够举出Ag的氧化物(Ag2O)、碳酸盐 (Ag2CO3)等。
[0081]Ag成分的最大粒径优选为3ym以下。如果Ag成分的最大粒径为3ym以下,贝Ij Ag容易偏析在钙钛矿组合物的烧结体中的空隙。当超过3ym时,Ag成分析出在烧结体表 面,形成由Ag成分产生的二次相,有可能压电器件的产品寿命特性较低。将Ag成分的最大 粒径调整为3ym以下的方法没有特别限定,例如能够举出在粉末状态下进行筛选的方法、 在浆料状态下通过过滤器的方法等。
[0082] 而且,在本发明中,Ag成分的粒径利用TEM进行测定,将任意选择的200个之中最 大的粒径作为最大粒径。
[0083] Ag成分的含有量按氧化物换算,相对于钙钛矿组合物100质量份优选为0. 05~ 〇. 3质量份,更优选为0. 07~0. 15质量份。Ag成分的含有量不足0. 05质量份时,在低温 下难以进行烧结,在900°C下的体积密度(烧结体真密度)变小,有耐湿特性劣化的倾向,当 超过0. 3质量份时,在烧结体表面析出Ag成分,而形成Ag成分产生的二次相,有可能压电 器件的产品寿命特性降低。如果Ag成分的含有量在上述范围,则能够容易形成在钙钛矿组 合物的烧结体中的空隙偏析有Ag的压电陶瓷层。
[0084] 在本发明中,上述压电陶瓷组合物还可以含有Mn成分。通过含有Mn成分,得到的 压电陶瓷层硬化,Q值上升,能够进一步降低压电器件的消耗电力。
[0085] Mn成分的含有量相对于钙钛矿组合物100质量份按氧化物换算优选为0~1质 量%。另外,在本发明中,上述压电陶瓷组合物还可以含有Co成分。通过含有Co成分,能 够将压电特性、电介质特性进行微调为所期望的特性。Co成分的含有量相对于钙钛矿组合 物1〇〇质量份按氧化物换算优选为〇~1质量%。
[0086] 在本发明中,钙钛矿组合物的烧结体的粒径优选为3 ym以下。这样,能够使耐圧 寿命特性提尚。
[0087] 含有由式(1)表示的锆钛酸盐类钙钛矿组合物的压电陶瓷组合物,将Pb、La、Zr、 Ti、Ni、Nb、Zn的氧化物、碳酸盐等以成为由式(1)表示的锆钛酸盐类钙钛矿组合物的化学 计量比的方式进行混合,在水等湿式下混合后干燥,在大气气氛下,在820~850°C进行烧 制2~4小时。由此,各金属成分相互进行固相反应,形成由上述式(1)表示的锆钛酸盐类 钙钛矿组合物。形成钙钛矿组合物后,进行湿式粉碎或者干式粉碎,添加Ag成分,优选相 对于钙钛矿组合物100质量份添加0. 05~0. 3质量份,通过干燥处理而得到。而且,Ag成 分可以在形成钙钛矿组合物时与其他的原料一起添加,但是优选在形成钙钛矿组合物后添 加。通过在形成钙钛矿组合物后添加Ag成分,容易使Ag偏析在钙钛矿组合物的烧结体中 的空隙。
[0088] 另外,含有由式(2)表示的含碱铌酸盐类钙钛矿组合物的压电陶瓷组合物,将Li、 Na、K、Nb、Ta的氧化物、碳酸盐等以成为由式(2)表示的含碱铌酸盐类钙钛矿组合物的化学 计量比的方式进行混合,与上述同样地进行烧制,由此各金属成分相互进行固相反应,形成 由上述式(2)表示的含碱铌酸盐类钙钛矿组合物。然后,在形成钙钛矿组合物后,进行湿式 粉碎或者干式粉碎,添加Ag成分,优选相对于1?钛矿组合物100质量份添加0. 05~0. 3质 量份,通过干燥处理得到。
[0089] 在本发明的压电器件中,作为构成导体层的材料没有特别限定。优选低电阻材
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