[发明专利]压电陶瓷

说明书

本发明涉及压电陶瓷。更详细地说，涉及不含铅、可得到大的压电应变常数，进而对压电应变常数的温度依存性小的压电陶瓷。本发明的压电陶瓷可作为振子、激励器、传感器、过滤器等压电器件使用。

在此之前批量生产的压电陶瓷，以PT(钛酸铅)、PZT(钛酸锆酸铅)等为代表的含有铅和/或氧化铅的居多。可是，在这些铅系压电陶瓷的烧成中难免产生氧化铅等的挥发。为了处理铅及铅化合物对于环境影响所花的费用或成本变大。为此迫切希望实现不含铅的非铅系压电陶瓷。目前，作为此非铅系压电陶瓷，引人注目的是(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(以下，称为“BNT”。)及铋层状化合物。可是若这些材料与含铅的压电陶瓷比较，存在着压电应变常数小、对于施加了负荷的电压的应变或对于负荷应力的产生电荷小的问题。为此，作为振子等的能动元件使用是困难的。

特开平4-60073号公报列举了将此BNT作为端部成分的压电陶瓷。在此公报中公开了作为非铅系压电陶瓷的新的组成。可是，作为压电应变常数公开的最高值不过是99×10^-12C/N。另外，虽然涉及到压电应变常数对温度的依存性，但为了得到在广的温度范围的稳定性能，必须使压电应变常数的温度系数尽可能接近0。

本发明就是要解决上述的课题的，其目的在于，提供在非铅系压电陶瓷中具有大的压电应变常数的压电陶瓷。其目的还在于，提供具有大的压电应变常数且对温度依存性低的压电陶瓷。

本发明的第1方面的压电陶瓷，含有Ba、Bi、Na、Ti及O，其特征是摩尔比满足0.990＜Bi/Na≤1.01，且Ba/Bi＝2x/(a-x)(其中0.99≤a≤1.01；0＜x＜a)。

上述Bi/Na及上述Ba/Bi在上述范围外压电常数容易变小。

本发明的第2方面压电陶瓷，优选的是用组合式xBaTiO₃-(a-x)(Bi_bNa_c)TiO₃表示的。

即本发明第2方面的压电陶瓷是固溶物，优选的是钙钛矿型结构，但也可以是以钙钛矿相作为主结晶相的结构。即在不影响压电特性的范围内也可与其他的结晶相混合存在。另外，上述的组合式中的b及c是0.990＜b/c≤1.01。

进而，按本发明的第3方面，优选的是0.05≤x≤0.5。x值不足0.05时或大于0.5时，压电应变常数容易降低。可以认为这是由于此下限位于变晶相界限x＝0.05～0.06附近。因此，对于不足此值时，压电应变常数急剧下降，难以得到大的(170×10^-12C/N以上)压电应变常数。

此x优选的是0.1≤x≤0.5；更优选的是0.2≤x≤0.5。只要在此范围内，就可以得到特别大的压电应变常数。进而，除了在此范围可得到大的压电应变常数之外，也可将其压电应变常数对温度依存性抑制到很小。此x的范围表示比起上述变晶相界限，钛酸钡是多固溶的组成。

x只要在上述优选的范围内，按本发明的第4方面，可得到按照EMAS-6100(电子材料工业会的标准规格)测定的、温度为20℃的压电应变常数d₃₃^20℃是100×10^-12C/N以上(通常是170×10^-12C/N以下；优选的是100×10^-12～160×10^-12C/N、更优选的是110×10^-12～160×10^-12C/N，且由上述的d₃₃^20℃和温度为80℃的压电应变常数d₃₃^80℃，可以得到按照上述通式(1)算出的压电应变常数的温度系数d₃₃t是0.15％/℃以下(通常是0.05％/℃以上；优选的是0.08～0.12％/℃；更优选的是0.08～0.11％/℃)的优良的压电陶瓷。