[发明专利]压电陶瓷及使用了该陶瓷的压电陶瓷元件

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷及使用了该陶瓷的压电陶瓷元件。特别涉及可用作压电陶瓷薄膜、压电陶瓷振荡器及压电陶瓷振子等压电陶瓷元件等的材料的压电陶瓷及使用了该陶瓷的压电陶瓷元件。

背景技术

以往，用于压电陶瓷薄膜、压电陶瓷振荡器及压电陶瓷振子等压电陶瓷元件的压电陶瓷广泛采用以钛酸锆酸铅(Pb(Ti_xZr_1-x)O₃)或钛酸铅(PbTiO₃)为主成分的压电陶瓷。但是，以钛酸锆酸铅或钛酸铅为主成分的压电陶瓷的组成中含有大量的铅，在制造过程中由于铅氧化物的蒸发，出现产品的均匀性下降的问题。为了防止这一问题的产生，最好使用组成中完全不含铅的压电陶瓷或组成中铅含量较少的压电陶瓷。另外，从环境污染的观点考虑，也是铅含量越少越好。

从这一观点考虑，以CaBi₄Ti₄O₁₅等铋的层状化合物为主成分的压电陶瓷，由于其组成中不含铅氧化物，所以作为能够解决上述问题的材料正倍受瞩目。

但是，以CaBi₄Ti₄O₁₅等铋的层状化合物为主成分的压电陶瓷用于压电陶瓷振荡器等情况下存在的问题是，频带内即谐振频率和反谐振频率间的频率的电品质因数(1/tanδ)的最大值Q_max不能够达到满足实际使用要求的足够大的数值。

发明的揭示

本发明的主要目的是提供以CaBi₄Ti₄O₁₅为主成分、完全不含铅或铅化合物或仅含有少量铅或铅化合物、可具有满足实际使用的Q_max的可用作压电陶瓷元件等的材料的压电陶瓷及使用了该陶瓷的压电陶瓷元件。

本发明的压电陶瓷以Ca、Bi、Ti及氧组成的铋的层状化合物为主成分，该陶瓷的特征是，作为主成分的铋的层状化合物中的Ca、Bi及Ti的摩尔比为a∶b∶c时，满足0.15≤a/c＜0.25、且3.5≤(2a+3b)/c≤3.88的关系。

本发明的压电陶瓷中，对应于主成分中的1摩尔Ti，Ca以外的2价金属元素或Bi以外的3价金属元素的含量在0.1摩尔以下(不包含0)。这种情况下，主成分中包含的Ca以外的2价金属元素为选自Mg、Sr、Ba及Pb的至少1种。主成分中包含的Bi以外的3价金属元素为选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Er及Yb的至少1种。

本发明的压电陶瓷中，对应于主成分中的1摩尔Ti，Zr含量不足0.25摩尔(不包含0)。

本发明的压电陶瓷中，Mn换算成MnCO₃的含量在1.5重量％以下(不包含0)。

本发明的压电陶瓷元件是包括本发明的压电陶瓷和形成于该压电陶瓷的电极的压电陶瓷元件。

本发明的压电陶瓷以Ca、Bi、Ti及氧组成的铋的层状化合物为主成分，作为主成分的铋的层状化合物中的Ca、Bi及Ti的摩尔比为a∶b∶c时，满足0.15≤a/c＜0.25、且3.5≤(2a+3b)/c≤3.88关系的理由是，如果在此范围之外，则不能够获得可供实际使用的Q_max。

本发明的压电陶瓷中，如果对应于主成分中的1摩尔Ti，Ca以外的2价金属元素或Bi以外的3价金属元素的含量在0.1摩尔以下(不包含0)，则本发明的效果更显著。对应于主成分中的1摩尔Ti，所含的Ca以外的2价金属元素或Bi以外的3价金属元素的含量在0.1摩尔以下(不包含0)的理由是，如果含量超过此范围，则Q_max反而小于未添加这些金属元素时的Q_max，这样就不能够显现出添加这些金属元素后的效果。

本发明的压电陶瓷中，如果对应于主成分中的1摩尔Ti，Zr的含量不足0.25摩尔(不包含0)，则本发明的效果更显著。对应于主成分中的1摩尔Ti，Zr含量不足0.25摩尔(不包含0)的理由是，如果含量超过此范围，则Q_max反而小于未添加Zr时的Q_max，这样就不能够显现出添加Zr后的效果。