[发明专利]长方体状单晶及制造方法、陶瓷及制造方法、压电元件、压电装置和电子设备

说明书

本发明提供长方体状单晶及制造方法、陶瓷及制造方法、压电元件、压电装置和电子设备。本发明为含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法，该方法包括在1200℃‑1250℃下加热铌酸铋钠和含钠的碱金属卤化物的混合物1以得到含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的工序，该铌酸铋钠由含有多个由通式(1)：Bi_2.5Na_m‑1.5NbmO_3m+3(m为2以上的整数)表示的晶体的颗粒形成并且其中m值的平均值m_a大于6。

本发明是申请号为201610152683.1、申请日为2016年03月17日、发明名称为“长方体状单晶的制造方法、长方体状单晶、陶瓷的制造方法、陶瓷、压电元件、压电装置和电子设备”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的制造方法。本发明还涉及使用含有铌酸钠作为主要成分的长方体状单晶的陶瓷的制造方法、陶瓷、压电元件、压电装置和电子设备。

背景技术

作为用于制造含有钙钛矿结构的铌酸钠作为主要成分的取向压电陶瓷的模板晶粒，已知铌酸钠板状颗粒和铌酸钠长方体状单晶。

作为以往的铌酸钠的模板晶粒，主要使用板状颗粒并且已通过两步熔融盐合成制造。“Ferroelectrics”(M.Cao等，2010,第404卷,39页-44页)公开了通过两步熔融盐合成制造铌酸钠板状颗粒的方法。而且，“Chemistry of Materials”(S.F.Poterala等，2010,第22卷，2061页-2068页)公开了通过两步熔融盐合成制造的板状颗粒成为多晶的机理。

具体地，在合成工艺的第一阶段中首先制备的铋层状结构化合物的板状颗粒为长方体状晶体。但是，在合成工艺的第二阶段中发生的涉及从铋层状结构向钙钛矿结构的结构变化的拓扑化学反应从作为中间体的铋层状结构化合物的板状颗粒的前表面向内部进行。因此，在板状颗粒表面的反应部和板状颗粒内的未反应部的界面上形成含有大量铋的液相边界层，并且由于边界层而失去外延生长。公开了结果板状颗粒没有变为长方体状单晶而是变为多晶。

近年来，作为铌酸钠的模板晶粒，具有长方体状单晶的形状的那些引人注目。“Japanese Journal of Applied Physics”(K.Ishii等，2013,第52卷，09KD04-1页至09KD04-6页)公开了通过一步熔融盐合成制造的铌酸钠的长方体状单晶的制造方法。具体地，公开了将用称量为预定的摩尔比的碳酸钠、氯化钠、氧化铌和氧化铋的混合粉末填充的铂坩埚在1225℃下保持12小时，然后在温水中将得到的产物洗涤两次或更多次以将氯化钠除去。然后，将副产物通过250目筛除去，由此得到钙钛矿结构的铌酸钠的长方体状单晶。根据“Japanese Journal of Applied Physics”(K.Ishii等，2013,第52卷，09KD04-1页至09KD04-6页)中描述的一步熔融盐合成，在铌酸钠的长方体状单晶的形成中，以与以往的两步熔融盐合成中相同的方式经由作为中间体的铋层状结构化合物即Bi_2.5Na_3.5Nb₅O₁₈(m＝5)制备铌酸钠板状颗粒。形成作为中间体的铋层状结构化合物的颗粒后，通过拓扑化学反应产生铌酸钠，于是得到长方体状单晶。将一步熔融盐合成中的热处理工序进行一次并且不需要酸洗。而且，生长的长方体状单晶具有平滑的前表面。

通过两步熔融盐合成得到的板状颗粒需要进行两次热处理和用于除去氧化铋的酸洗工序。而且，由于生长的板状颗粒为多晶并且表面凹凸大，因此该板状颗粒不适合作为用于制备取向陶瓷的模板晶粒，因此也从工业生产的观点和物质特性的观点出发，该板状颗粒具有各种问题。