[发明专利]压电陶瓷及其制造方法以及压电元件

说明书

本发明提供介质损耗角正切tanδ得到改善的压电陶瓷及其制造方法以及压电元件。本发明的压电陶瓷的构成元素不含铅，所述压电陶瓷的特征在于：所含有的颗粒的粒径的变动系数C.V.为35％以下，并且，在用电子背散射衍射(EBSD)法对所述压电陶瓷的截面进行分析所得到的图像质量(IQ)图像中，能够观察到粒径为3μm～5μm且畴在颗粒中所占的面积比例为85％以上的颗粒。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷及其制造方法以及压电元件。

背景技术

压电元件可利用将机械能转换成电能的正压电效应，用于传感器元件和发电元件等。另外，压电元件还可利用将电能转换成机械能的逆压电效应，用于振子、发音体、致动器、超声波电动机和泵等。而且，压电元件还能够通过正压电效应和逆压电效应的同时使用，用于电路元件和振动控制元件等。

作为构成压电元件的压电陶瓷的组成，锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O₃、PZT)及其固溶体被广泛使用。这样的PZT类的压电陶瓷虽然具有优异的压电特性，但是含有作为有害物质的铅被视为问题，因此，进行了取代该压电陶瓷的不含铅的压电陶瓷的开发。

作为不含铅的压电陶瓷组成的一个例子，已知有以钛酸铋钠((Bi_0.5Na_0.5)TiO₃、BNT)和钛酸钡(BaTiO₃、BT)为主要成分的压电陶瓷(BNT-BT类)(专利文献1、2)。在专利文献1中记载有：该文献中记载的压电陶瓷适合作为清洗机用和加工机用的螺栓紧固朗之万型超声波振子等强力超声波应用设备、鱼群探测器等超声波振子中使用的元件，机电耦合系数kt、机械品质因数Qm、相对介电常数ε₃₃^T/ε₀和居里温度Tc较大。另外，在专利文献2中记载有：该文献中记载的压电陶瓷具有大的机械品质因数Qm，从而成为弹性能量效率高的材料，用于压电器件的用途广。

此外，作为不含铅的压电陶瓷组成的另一个例子，已知有以铌酸钠钾((K,Na)NbO₃)为主要成分的压电陶瓷(专利文献3)。在专利文献3中记载有：该文献中记载的压电陶瓷具有大的机械品质因数Qm，适合用于超声波致动器、传感器、滤波器、振子、超声波电动机等。

另外，作为不含铅的压电陶瓷组成的又一个例子，已知有以锆钛酸钡钙(BCTZ)为主要成分的压电陶瓷(专利文献4)。在专利文献4中记载有：在含有Mn的BCTZ类的压电陶瓷中，通过使晶体粒径和畴宽为特定的值，能够提供大的压电常数(d₃₁)和大的机械品质因数(Qm)两者兼得的压电材料，并且该压电材料也能够用于超声波振子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-327863号公报

专利文献2：日本特开2010-150060号公报

专利文献3：日本特开2009-96668号公报

专利文献4：日本特开2019-29671号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

压电元件中，振子和超声波电动机等是在共振点等产生大振幅的条件下被连续驱动，因此，元件自身容易发热。发热会导致压电特性的劣化或失活，因此，抑制发热成为实现元件的实用化的关键。已知压电元件的发热是由压电陶瓷的机械损失和电损失引起的。已知在压电陶瓷中，通过提高作为压电特性之一的机械品质因数Qm能够使机械损失降低，通过降低介质损耗角正切(损失)tanδ能够使电损失降低。因此，对于在振子和超声波电动机等中使用的压电陶瓷，要求机械品质因数Qm大、并且介质损耗角正切tanδ小。