压电陶瓷组合物的制作方法
【专利摘要】提供一种能够不含铅地组成并具有良好压电特性的压电陶瓷组合物。压电陶瓷组合物（10）由化学式｛Lix（K1-yNay）1-x｝（Nb1-zSbz）O3表示、并含有Bi和Fe作为添加物的金属元素。以摩尔比表示的Bi的添加量为v、以摩尔比表示的Fe的添加量为w时，满足0.03≤x≤0.045、0.5≤y≤0.58、0.03≤ｚ≤0.045、0.006≤v≤ｗ≤0.010的范围。
【专利说明】压电陶瓷组合物
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于致动器、超声波传感器、超声波振子等的碱金属铌酸盐系压电陶 瓷组合物。
【背景技术】
[0002] 压电陶瓷组合物用于致动器、超声波传感器、超声波振子等压电元件。目前，虽然 如锆钛酸铅（PZT)等含铅化合物的压电陶瓷组合物作为压电特性优良的压电陶瓷组合物已 经实用化，但是担心含铅化合物的压电陶瓷组合物对环境产生不良影响。因此，近年来不含 铅化合物的压电陶瓷组合物受到关注，其研究开发得到推进。作为不含该铅化合物的压电 陶瓷组合物，在专利文献1等中公开了碱金属铌酸盐系压电陶瓷组合物。
[0003] 专利文献1中公开的压电陶瓷组合物由化学式{Lix (KpyNay) (MvzSbz) O3表 示，并且 X、y、z 的组成范围为，0〈x < 0· 2、0〈y〈l、0〈 z < 2。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献1 :特许第4631246号公报；
[0006] 不过，本发明人利用专利文献1公开的制造方法尝试制造了上述组成的碱金属铌 酸盐系压电陶瓷组合物，但是难以得到致密的陶瓷，也未能获得压电特性良好的压电陶瓷 组合物。
【发明内容】
[0007] 本发明是鉴于上述课题作出的，其目的在于提供一种能够不含铅地组成并且具有 良好的压电特性的碱金属铌酸盐系压电陶瓷组合物。
[0008] 为解决上述课题，方案1的发明的要旨是一种压电陶瓷组合物，其特征在于，由化 学式{Li x (IVyNay) h} (%_zSbz) O3表示、并含有Bi和Fe作为添加物的金属元素，以摩尔 比表示的Bi的添加量为V、以摩尔比表示的Fe的添加量为w时，满足下述关系式的范围， 0· 03 彡 X 彡 0· 045、0· 5 彡 y 彡 0· 58、0· 03 彡 z 彡 0· 045、0· 006 彡 V 彡 w 彡 0· 010。
[0009] 根据方案1的发明，对由化学式{Lix (Uay) (NlvzSbz) O3表不的碱金属银 酸盐系组合物，以适当比例添加 Bi和Fe金属元素。这样，在组成不含铅的压电陶瓷组合物 中能够获得良好的压电特性。
[0010] 方案2的发明的主旨是，在方案1中，压电常数d33为250pC/N以上，居里温度为 330°C以上。
[0011] 根据方案2的发明，由于压电常数d33为250pC/N以上，居里温度为330°C以上，故 通过采用本发明的压电陶瓷组合物，能够构成压电特性良好并且耐热性优良的机电转换元 件(压电致动器、超声波传感器等)。
[0012] 方案3的发明的主旨是，在方案1或2中，上述压电陶瓷组合物是具有表面和背面 的圆板状，径向机电耦合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数ε 33τ/ ε。为1390以上。
[0013] 根据方案3的发明，由于径向机电耦合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数ε 33τ/ ε C1为1390以上，所以通过采用本发明的压电陶瓷组合物，能够构成压电性能良好的机电转 换元件(压电致动器、超声波传感器等)。
[0014] 方案4的发明的主旨是，在方案1或2中，上述压电陶瓷组合物是具有表面和背面 的圆板状，径向机电I禹合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数ε 33τ/ ε。为1390以上、介电损 耗tan δ为〇.〇3以下。
[0015] 根据方案4的发明，由于径向机电耦合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数ε 33τ/ ε。为1390以上、介电损耗tan δ为〇. 03以下，所以通过采用本发明的压电陶瓷组合物，能 够构成压电性能良好的机电转换元件(压电致动器、超声波传感器等)。
[0016] 发明效果
[0017] 如上详细所述，根据方案1-4的发明，能够提供一种可以不含铅地组成并且具有 良好的压电特性的压电陶瓷组合物。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是表示一实施方式的压电陶瓷组合物的立体图。
【具体实施方式】
[0019] 下面基于附图详细说明本发明具体化的压电陶瓷组合物的一实施方式。
[0020] 图1是表示本实施方式的压电陶瓷组合物10的立体图。压电陶瓷组合物10是具 有表面和背面的圆板形状，具有直径15mm、厚度Imm的尺寸。压电陶瓷组合物10用作例如 构成超声波流量计的超声波传感器。
[0021] 本实施方式的压电陶瓷组合物10是铌酸钾钠系(碱金属铌酸盐系）压电陶瓷组合 物，含有钙钛矿结构的结晶相而构成。更详细而言，压电陶瓷组合物10由以下化学式（1)表 示，作为添加物的金属元素含有Bi (铋）以及Fe (铁)。
[0022] {Lix (IVyNay)(NVzSbz)O3 ... (1)
[0023] 但是，当Bi的添加量(摩尔比)为v、Fe的添加量(摩尔比)为w时,具有满足下述范 围的组成，〇· 03彡X彡0· 045、0· 5彡y<0. 58、0· 03彡 z 彡0· 045、0· 006彡 V彡 w<0. 010。
[0024] 以下详细说明压电陶瓷组合物10的制造方法。
[0025] 首先，准备 K2C03、Na2C03、Li2C0 3、Nb205、Sb203、Bi 203、Fe2O3 的原料粉末(纯度 99% 以 上)。然后，称量含有各金属元素的原料粉末以满足表1所示实施例1-18以及比较例1-19 的各组成，并用球磨机在乙醇中混合24小时而获得混合浆料。另外，对含有各金属元素的 原料粉末(化合物）的种类没有特别限制，但是可优选使用各金属元素的氧化物、碳酸盐等。
[0026] 接着，干燥所获得的混合浆料，在900°C下煅烧3小时后，利用球磨机粉碎24小时。 进而，添加聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，并造粒。然后，将造粒后的粉体在200MPa的压力下 加压成形为直径18mm、厚度2mm的圆板状，将该成形体在1000-1200°C下烧结2. 5小时，制 作烧结体。另外，此时的烧结温度选定在1000-1200°C之间、使烧结体成为最大密度的温度。
[0027] 接着，对烧结后的各烧结体的两个面进行平行研磨，加工成图1所示的直径约 15mm、厚度Imm的圆板形状后，在该圆板试样的两面涂敷银楽，并在700°C下烧银，形成对置 电极。接着，在130°C的硅油中于电极间施加3kV/mm的直流电压20分钟，使之在厚度方向 上极化，制成压电陶瓷组合物10。
[0028]【表1】
【权利要求】
1. 一种压电陶瓷组合物，其特征在于，由化学式{Lix (Ki_yNay) (Nb^Sbz) 03表不、 并含有Bi和Fe作为添加物的金属元素，以摩尔比表示的Bi的添加量为V、以摩尔比表示的 Fe的添加量为w时，满足下述关系式的范围， 0? 03 彡x彡 0? 045、0. 5 彡y彡 0? 58、0. 03 彡z彡 0? 045、0. 006 彡v彡w彡 0? 010。
2. 如权利要求1所述的压电陶瓷组合物，其特征在于，压电常数d33为250pC/N以上， 居里温度为330°C以上。
3. 如权利要求1或2所述的压电陶瓷组合物，其特征在于，上述压电陶瓷组合物是具有 表面和背面的圆板状，径向机电f禹合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数e33T/e^为1390 以上。
4. 如权利要求1或2所述的压电陶瓷组合物，其特征在于，上述压电陶瓷组合物是具有 表面和背面的圆板状，径向机电f禹合系数Kp为0. 44以上、相对介电常数e33T/e^为1390 以上、介电损耗tan8为〇. 03以下。
【文档编号】C04B35/00GK104379535SQ201280024744
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】流田贤治, 林敦浩 申请人:本多电子株式会社