[发明专利]钨青铜型压电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料及其制备方法，更具体地，涉及由取向的钨青铜结构金属氧化物构成的压电材料及其制备方法。

背景技术

压电器件将电能转换为机械能例如机械位移、应力或振动，或者将机械能转换为电能，并且应用于超声马达、喷墨头等。

目前为止，以锆钛酸铅(Pb(Ti_xZr_1-x)O₃)为代表的含有铅作为主要组分的压电材料已广泛地用于压电器件。据报道，作为无铅压电材料的代表，通过在压电材料中包括碱金属，使压电特性提高(日本专利No.4,135,389)。但是，包括碱金属在其实际使用上产生问题，原因在于由于吸湿性等对其使用环境存在限制。此外，在钨青铜结构金属氧化物中，为了提高其功能已尝试控制取向(日本专利申请公开No.2006-264316)。

常规的压电材料主要含有铅，并且从环境负荷的观点出发，期待压电材料不含铅。同时，已报道用不含铅的含有碱金属的氧化物压电材料使压电特性提高。但是，在含有碱金属的压电材料中，作为原材料的Na和K的化合物为水溶性。因此，在工业生产方面存在问题，不能采用在水中混合原材料，然后将混合的浆料干燥的简单步骤。此外，担心在长期使用过程中由于迁移在晶粒间界和与电极的界面处晶体中的Na离子和K离子偏析，并且压电材料可能吸湿。因此，由这样的材料制备器件时，认为难以将该器件投入实用，原因在于该器件显示差的稳定性和耐久性。

此外，无铅、无碱的钨青铜结构金属氧化物具有这样的特征：形状各向异性大并且极化轴方向是C-轴方向，C-轴方向是晶体的晶胞的短方向。因此，认为无铅的钨青铜结构金属氧化物可只具有180°畴。因此，在采用一般的陶瓷制备方法形成的具有无规取向的无铅、无碱的钨青铜结构金属氧化物中，可有助于压电特性的有效的畴数小，并且不能获得大的压电常数。

发明内容

鉴于上述情况而完成了本发明。本发明的目的是提供新型化合物、具有令人满意的烧结性的取向压电材料，其不含作为危险物质的Pb并且不含水溶性碱离子，和其制备方法。

用于解决上述问题的化合物是包括钨青铜结构金属氧化物的化合物，其中该钨青铜结构金属氧化物至少含有金属元素Ba、Bi、Ca和Nb，该金属元素以摩尔比计满足下述条件；并且具有C-轴取向：Ba/Nb＝a：0.363＜a＜0.399；Bi/Nb＝b：0.0110＜b＜0.0650；和Ca/Nb＝c：0.005＜c＜0.105.

应指出的是，金属元素的摩尔比是指通过荧光X-射线装置测定和计算的每种金属元素的重量比，表示为原子百分率(原子％)。例如，得到的化合物为Ca_1.4Ba_3.6Nb₁₀O₃₀的情况下，以金属元素的摩尔比计Ba/Nb为0.14。

此外，用于解决上述问题的压电材料包括上述化合物。

此外，用于解决上述问题的化合物的制备方法是包括如下步骤的化合物的制备方法：步骤(A)，提供浆料，在该浆料中使通过形成至少金属元素Ba、Bi、Ca和Nb的固溶体而得到的钨青铜结构金属氧化物的粉末分散；步骤(B)，通过将该浆料放置在基底(base)上，对该浆料进行旋转磁场处理而使该浆料取向，然后将该浆料干燥，从而提供成型体；和步骤(C)，将该成型体烧结。

此外，在化合物的制备方法中，提供成型体的步骤(B)中基底的表面具有通过形成至少金属元素Ba、Bi、Ca和Nb的固溶体而得到的钨青铜结构金属氧化物构成的底涂层(undercoat layer)。

此外，在化合物的制备方法中，提供成型体的步骤(B)中基底的表面具有通过形成至少金属元素Ba、Bi、Ca、Nb和Mn的固溶体而得到的钨青铜结构金属氧化物构成的底涂层。

此外，化合物的制备方法中，使底涂层取向。

根据本发明，能够提供高度取向的压电材料，其具有令人满意的烧结性，不含作为危险物质的Pb并且不含水溶性碱离子，及其制备方法。

特别地，使本发明的钨青铜结构金属氧化物构成的化合物在特定方向上取向。因此，有助于极化的畴的比例增加以使充分的极化处理可能，由此能够得到具有大的压电特性的压电材料。

此外，由本发明的化合物构成的压电材料能够用于各种其他的用途例如电容器材料、超声马达和喷墨头。

由以下参照附图对示例性实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1是本发明的实施例1和比较例1中的θ-2θ测定的x-射线衍射(XRD)图；