[发明专利]压电陶瓷、压电陶瓷部件及使用该压电陶瓷部件的压电装置

说明书

技术领域

本发明涉及不含铅等重金属元素的含碱铌酸类钙钛矿结构的压电陶瓷、及使用该压电陶瓷的压电发声体、压电传感器、压电致动器、压电变压器、压电超声波电动机等压电陶瓷部件、以及使用该压电陶瓷部件的压电装置。

背景技术

压电陶瓷是将电能转换为机械能、将机械能转换为电能的一种压电材料，大多被应用于电子器件。作为该压电陶瓷，公知的有，例如：含有PbTiO₃－PbZrO₃两种成分的二成分类的含铅压电陶瓷（以下，称为“PZT”。）、将Pb（Mg_1／3Nb_2／3）O₃或Pb（Zn_1／3Nb_2／3）O₃作为第三成分具有的三成分类的含铅压电陶瓷。这些PZT具备高压电效果，因此，作为压电陶瓷部件被广泛使用。但是，对于以PZT为主成分的压电陶瓷，存在生产工序时的PbO的挥发、曝露于酸性雨中导致的Pb成分的流出等、环境负荷高的问题。

因此，正在寻求不含铅的非铅类压电陶瓷。作为非铅类压电陶瓷的公开例，例如，在Nature，432（4），2004，pp.84－87（非专利文献1）和Applied Physics Letters85（18），2004，pp.4121－41232（非专利文献2）中，公开有具有含碱铌酸类钙钛矿结构，且具有与PZT匹敌的压电效果的压电陶瓷。

这些具有含碱铌酸类钙钛矿结构的压电陶瓷，在特开2002－068835号公报（专利文献1）、特开2003－342069号公报（专利文献2）和特开2004－300012号公报（专利文献3）中也已公开。专利文献2、3的压电陶瓷以Li、Na、K、Nb、Ta、Sb和O为主成分，用通式｛Li_x［Na_1－yK_y］_1－x｝_a｛Nb_1－z－wTa_zSb_w｝_bO₃（式中、x、y、z、w、a和b表示摩尔比，0≤x≤0.2、0≤y≤1、0≤z≤0.4、0≤w≤0.2、a≤0.95、b≤1.05。）表示，具有高压电特性（压电常数、机电耦合系数等）。另外，如特开2008－169113号公报（专利文献4）中所公开的那样，相对于用上述通式表示的主成分的化合物1mol，作为添加元素添加0.001mol～0.15mol的Ag，由此，能够使压电常数、机电耦合系数、相对介电常数、介电损耗、居里温度中的任一个以上的特性提高。

但是，用上述的通式表示的压电陶瓷中，锑（Sb）属于重金属，担心对人体的毒性。因此，理想的是不含锑的压电陶瓷。另外，虽然可以利用钽（Ta）使居里温度降低提高压电陶瓷的介电常数，且提高压电常数等特性，但其反面是，要获得致密的陶瓷，必要的烧制温度就会上升。

这样，具有不含Sb和Ta而将Li、Na、K、Nb和O作为构成元素的含碱铌酸类钙钛矿结构的压电陶瓷（以下，称为“LNKN”。），具有优异的压电特性，而烧结性比含铅压电陶瓷差。例如，作为LNKN的一种的Li_0.06Na_0.47K_0.47NbO₃，如非专利文献2所记载，向其极化轴方向的位移特性d₃₃为235pC／N，显示优异的特性，但要获得致密的烧结体需要在1050℃～1100℃进行烧制。当在高烧制温度下进行烧制时，碱金属元素容易蒸发，成为压电效果劣化的原因。因此，为了获得具有足够高的压电效果的陶瓷，需要精密地控制烧制温度。

在特开2008－207999号公报（专利文献5）中，公开有一种技术，其通过使用混合有Li₂CO₃、LiBO₂、Li₂B₄O₇的烧结助剂，以低烧结温度获得致密的烧结体。但是，Li₂CO₃在烧制后作为Li₂O残存于烧结体中，因此陶瓷的电阻降低。另外，LiBO₂和Li₂B₄O₇成为使压电特性降低的原因。