[发明专利]铋铁氧化物粉末、铋铁氧化物粉末的制造方法、介电陶瓷、压电元件、排液头和超声波马达

说明书

技术领域

本发明涉及铋铁氧化物粉末和铋铁氧化物粉末的制造方法。具体地，本发明涉及介电陶瓷的原料的纳米颗粒铋铁氧化物粉末和该纳米颗粒铋铁氧化物粉末的制造方法。本发明还涉及介电陶瓷，并且更具体地，涉及含有BiFeO₃作为主要组分的介电陶瓷。本发明还涉及使用该介电陶瓷的压电元件以及使用该压电元件的排液头和超声波马达。 

背景技术

在以往的电气和电子工业中，广泛使用含有铅的陶瓷材料。其典型的材料为Pb(Zr，Ti)O₃(以下称为“PZT”)或者含铅驰豫材料例如Pb(Mg，Nb)O₃。它们均具有钙钛矿型晶体结构，并且铅(Pb)占据晶体的A位点。PZT陶瓷具有高压电性能，因此将PZT陶瓷用作致动器等的压电元件。此外，含铅驰豫材料的陶瓷具有高介电常数并且能够与铁电材料例如PbTiO₃组合以得到良好的温度特性，因此，将该陶瓷用于元件例如堆叠陶瓷电容器。压电元件和电容器使用介电陶瓷，尤其是铁电陶瓷作为元件的主要组分，并且将压电元件和电容器均分类为介电元件。 

以这种方式，含有铅的陶瓷能够提供高性能介电元件。但是，制备该陶瓷以及将其废弃时担心对环境产生不良影响。因此，要求提供无铅的具有高性能的介电陶瓷。 

作为不含铅的介电陶瓷材料的候选者，具有钙钛矿型晶体结构、其A位点被铋(Bi)占据的材料受到关注。铅元素具有6s²6p²的最外层电子结构，如果钙钛矿结构的A位点被占据，其变为+2价。因此，最外层电子中的两个作为孤对电子存在于A位点的铅离子中。铋元素具有6s²6p³的最外层电子结构，如果钙钛矿结构的A位点被占据，其变 为+3价。因此，最外层电子中的两个作为孤对电子存在于A位点的铋离子中。以这种方式，铋钙钛矿中铋离子的电子结构与铅钙钛矿中铅离子的电子结构相似，因此能够预期相似的特性。特别地，认为BiFeO₃以及使用其的固溶液和化合物是无铅介电陶瓷材料的有希望的候选者。 

例如，日本专利申请公开No.2007-287739公开了Bi_1-xLa_xFeO₃作为含有BiFeO₃作为主要组分的压电材料。但是，通常已知施加电压时BiFeO₃和含有BiFeO₃作为主要组分的材料具有大电流(漏电流)值，因此BiFeO₃和含有BiFeO₃作为主要组分的材料不适合作为介电材料。 

作为减小BiFeO₃的漏电流值的方法之一，日本专利申请公开No.2007-221066公开了用锰(Mn)将BiFeO₃膜中Fe的一部分置换的方法。于是能够实现BiFeO₃膜的漏电流值的减小。但是，关于通过添加Mn来减小块体BiFeO₃陶瓷中的漏电流没有任何记载，并且没有公开块体陶瓷中的效果。 

发明内容

本发明为了解决该问题而完成，并且其目的在于提供具有低漏电流值的无铅介电陶瓷、作为其原料的铋铁氧化物粉末和该铋铁氧化物粉末的制造方法。本发明的另一目的是提供使用该介电陶瓷的压电元件、排液头和超声波马达。 

作为解决上述问题的介电陶瓷的原料的本发明的铋铁氧化物粉末至少包括：(A)包括铋铁氧化物的由铋、铁和氧组成的颗粒(grain)，其具有钙钛矿型晶体结构；(B)包括铋铁氧化物的由铋、铁和氧组成的颗粒，其具有分类为空间群Pbam的晶体结构；和(C)包括铋氧化物的由铋和氧组成的颗粒或者包括铋铁氧化物的由铋、铁和氧组成的颗粒，其具有分类为空间群I23的晶体结构。 

作为解决上述问题的介电陶瓷的原料的铋铁氧化物粉末的制造方法包括：在将硝酸铁和硝酸铋溶解于硝酸溶液中而得到的溶液中添加碳酸氢铵和氨水，以得到铋铁复合氧化物；使用非离子聚合物絮凝剂使该铋铁复合氧化物附聚以得到聚集体；和在400℃-650℃的温度下 煅烧该聚集体。 

解决上述问题的介电陶瓷包括具有分类为空间群Pbam的晶体结构的铋铁氧化物晶体和具有钙钛矿型晶体结构的铋铁氧化物晶体，其由铋铁氧化物制成，其中该具有分类为空间群Pbam的晶体结构的铋铁氧化物晶体分布在该具有钙钛矿型晶体结构的铋铁氧化物晶体的晶粒的晶界处。