[发明专利]压电陶瓷及压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于压电致动器、超声波振子和压电发声体等的压电陶瓷以及使用该压电陶瓷的压电元件。 

背景技术

作为用于压电致动器、超声波振子和压电发声体等压电元件的压电陶瓷，广泛采用可以获得大压电常数的锆钛酸铅(PZT)类的压电陶瓷。另外，为了改善PZT类压电陶瓷的特性，还开发了大量含第三成分的三成分类的压电陶瓷。 

作为三成分类的压电陶瓷，已知有以PbTiO₃-PbZrO₃-Pb(M2_1/3Nb_2/3)O₃(M2为Ni、Zn等2价的金属元素)表示的压电陶瓷。 

例如，专利文献1中，作为可获得良好的介电常数温度系数且烧结性提高了的铁电性陶瓷，记载有以43.5mol％PbTiO₃、44.0mol％PbZrO₃、12.5mol％Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃为基本组成且添加有少量的Bi和Zn的铁电性陶瓷。 

此外，专利文献2中，作为可在不足1150℃的温度下烧成、具有大的机械品质系数、高电场驱动引起机械品质系数的下降小的压电陶瓷组合物，记载有如下的压电陶瓷组合物：包含以(Pb_uA_1-u)_v{(Zn_1/3Nb_2/3)_xTi_yZr_z}_2-vO₃表示的组合物、换算成MnO₂相对于所述组合物为0.7～3mol％的Mn、换算成Al₂O₃相对于所述组合物为0.7～2.4mol％的Al、换算成SiO₂相对于所述组合物为0.1～1.5mol％的Si，所述组成式中，A为选自La、Nd、Pr和Bi的至少一种元素，u和v分别满足0.92≤u≤0.99、0.97≤v≤1.03，x、y和z分别满足0.06≤x≤0.18、0.43≤y≤0.53、0.29≤z≤0.51且x+y+z＝1的关系。 

专利文献1：日本专利特开平3-40965号公报 

专利文献2：日本专利特开2001-181037号公报 

发明的揭示 

另外，压电陶瓷的应变量以压电常数d的绝对值和驱动电场E的积(|d|×E)表示。因此，为了获得大的应变量，提高压电常数d并加大驱动电场E是有效的。但是，对于像压电发声体这样施加交流电场的用途的压电元件，如果以矫顽电场(Ec)以上的电场强度驱动，则发生脱极化，因此驱动电场E的值被限制在矫顽电场Ec以下。因此，用于施加交流电场的用途的压电元件的压电陶瓷较好是在具有大的压电常数d的同时，具有大的矫顽电场Ec。 

此外，压电陶瓷有时通过将压电陶瓷和内部电极同时烧成来制造。该情况下，内部电极必须具有比压电陶瓷的烧成温度高的熔点，内部电极中含有熔点高的Pd等。但是，像Pd这样熔点高的金属一般价格昂贵。因此，为了减少Pd等高价金属的含量来实现原料成本的降低，必须降低压电陶瓷的烧成温度。具体来说，为了将内部电极中的Pd的比例减少至价格较低的Ag为95～100％、Pd为0～5％的程度，需要使压电陶瓷的烧成温度降至950℃左右。 

据本发明人所知，专利文献1中所记载的铁电性陶瓷的矫顽电场的值不足，如果施加大的交流电场，则发生脱极化，所以在施加交流电的用途中难以获得大的位移量。另外，烧成温度也在1200℃以上，具备内部电极的情况下不得不提高内部电极中的Pd的含有率，难以降低原料成本。 

此外，专利文献2中所记载的压电陶瓷组合物强调可以低温烧成，但难以在1000℃以下烧成，需要进一步降低烧成温度。 

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供具有大的矫顽电场的值的同时，可在950℃以下的低温下烧成的压电陶瓷。此外，其目的还在于提供采用该压电陶瓷的即使在施加交流电的用途中也可以获得大的位移量的压电元件。 

本发明人为了解决上述课题而认真研究后，对于PZT类的压电陶瓷，得到了如下的发现。