专利名称：压电陶瓷的利记博彩app
技术领域：
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(Bi0.5Na0.5)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)(BibNac)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d3320℃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d3320℃和温度为80℃的压电应变常数d3380℃，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。
这些d3320℃及d33t的值是可同时达到的值，d3320℃可以是100×10-12C/N以上(通常是170×10-12C/N以下)、且d33t可作到0.15％/℃以下(通常是0.05％/℃以上)。另外，更优选的按本发明的第5方面，d3320℃是105×10-12～150×10-12C/N、且d33t可作到0.05～0.14％/℃、更优选的是d3320℃是110×10-12～135×10-12C/N、且d33t是0.08～0.12％/℃的压电陶瓷。
另外，在本发明中，除了压电应变常数大之外，最好压电输出常数g33也大，可得到18×10-3～21×10-3V·m/N的压电陶瓷。由此，除了作为有源元件之外，也可作为无源元件使用。
压电陶瓷即使在含有相同成分时，也可由于其含量极小不同而可得到较大不同的压电特性。即，即使含有的元素相同也可得到由于其含量及成分比例而不同的特性。特公平4-60073号公报公开的压电陶瓷含有与本发明相同元素，但其成分比例不同。特别是Ba在本发明中比上述公报公开的含量含有得多。即，比上述公报钛酸钡的比例高。进而，对于成分比例，即使Na及Bi含有几乎相同量也是不同的。
以下，用实施例详细地说明本发明。(1)压电陶瓷及压电元件的制作分别称量市售的BaCO3粉末、Bi2O3粉末、Na2CO3粉末及TiO2粉末作成如表1所示的组合式的比例。将此各粉末投入球磨机中，加入乙醇进行15小时的湿式混合。将得到的泥状物蒸煎干燥，在大气气氛中，在800℃下预烧2小时。然后，在得到的预烧物中加入有机粘合剂、分散剂及乙醇后，投入到球磨机中，进行15小时的湿式混合。接着将此泥状物蒸煎干燥造粒，通过1GPa的单轴加压，成型成直径5mm、厚度15mm的圆柱状。然后，在15GPa的压力下进行CIP(冷轧各向静水压加压)处理，将此成型体在大气气氛下，在1050～1250℃下保持2小时烧成得到压电陶瓷。另外，在表1中，*是表示本发明的范围以外的。
表1
接着，对得到的压电陶瓷的上下面进行平面研磨。进而，通过丝网印刷将银膏涂敷在此上下面上进行烧结，形成电极。然后，在保温10～200℃的绝缘油(硅酮油)中，通过加3～7kV/mm的直流电流30分钟，进行分极处理，得到压电元件。(2)压电特性的测定压电应变常数、压电输出常数及压电应变常数的温度系数的测定按照EMAS-6100，使用阻抗分析器(赫来特帕卡社制、型号“4194A”)，在保持温度20℃的恒温槽中，测定在(1)中得到的各压电元件的压电应变常数d3320℃及压电输出常数g33。将此值表示在表2中。
进而，在保持温度80℃的恒温槽中，进行相同的测定，将得到的d3380℃和上述的d3320℃代入上述通式(1)中，算出d33t。将此值一并记入表2中。另外，在表2中，*是表示本发明范围以外的。
表2
如表2的结果表明，对于本发明品的实验例2～8，得到x在0.05～0.5的范围，压电应变常数是76×10-12～159×10-12C/N的大值。特别是对于实验例3～7表明，可得到x是0.2～0.5的范围，温度系数被抑制在极小的0.08～0.12％/℃(即，温度依存性小)，且压电应变常数是92×10-12～131×10-12C/N的大值。另外表明，在实验例9中，由于在摩尔比中Bi/Na的比例是0.990，所以压电常数变小。
另外，在本发明中，不受上述的具体的实施例所述的限制，可根据目的、用途在本发明的范围内作成各种变更的实施例。特别是作为本发明的压电陶瓷的成分，可含有Li及K。这些成分在压电陶瓷中可以任何形态含有，但优选的是与固溶在BNT中的Na的一部分置换后存在。另外，除了这些成分之外，也可含有在实质上不影响本发明的压电陶瓷的压电特性的范围内的其他成分等或不可避免的杂质等。
若按照本发明的第1方面，对于以往的BNT系压电陶瓷，可大大地提高压电应变常数。若按照本发明的第2方面，可得到具有大的压电应变常数且其温度依存性低的压电陶瓷。
权利要求
1.一种压电陶瓷，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。
2.如权利要求1所述的压电陶瓷，其是以组合式xBaTiO3-(a-x)(BibNac)TiO3表示的，满足0.990＜b/c≤1.01。
3.如权利要求2所述的压电陶瓷，其中，上述组合式中0.05≤x≤0.5。
4.如权利要求1～3中任何一项所述的压电陶瓷，其中按照EMAS-6100测定时，温度为20℃的压电应变常数d3320℃是100×10-12C/N以上，且从上述的d3320℃和温度为80℃的压电应变常数d3380℃可以得到按照下述通式(1)算出的压电应变常数的温度系数d33t是0.15％/℃以下，d33t(％/℃)＝(d3380℃-d3320℃)/{(80℃-20℃)×d3320℃}×100 (1)。
5.权利要求4所述的压电陶瓷，其是105×10-12＜d3320℃(C/N)＜150×10-12，且0.05＜d33t(％/℃)＜0.14。
全文摘要
本发明在于提供不含有铅,可得到大的压电应变常数的压电陶瓷。进而,提供具有大的压电应变常数,且其温度依存性低的压电陶瓷。本发明的压电陶瓷含有Ba、Bi、Na、Ti及O,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)。此压电陶瓷是将规定的BaCO
文档编号H01B3/12GK1368739SQ01102480
公开日2002年9月11日 申请日期2001年2月6日 优先权日2001年2月6日
发明者高濑雅纪, 大林和重 申请人:日本特殊陶业株式会社