CN110581211A - 压电陶瓷、压电元件和电子装置 - Google Patents

压电陶瓷、压电元件和电子装置 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及压电陶瓷、压电元件和电子装置。提供了一种包括晶粒的压电陶瓷，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。

Description

压电陶瓷、压电元件和电子装置
技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷，更具体地，涉及一种无铅压电陶瓷。本发明还涉及均使用所述压电陶瓷的压电元件和电子装置。
背景技术
作为压电陶瓷，一般使用化学式ABO3所表示的钙钛矿型金属氧化物，诸如锆钛酸铅(以下被称为“PZT”)。这样的材料被用在各种压电器件(诸如致动器、振荡器、传感器和滤波器)中。然而，PZT包含作为A位元素的铅，因此丢弃的压电陶瓷中的铅成分可能洗脱到土壤中以致不利地影响生态系统。因此，为了使压电器件无铅，新颖的无铅压电陶瓷已经被积极地开发。
钛酸钡已知为无铅钙钛矿型压电陶瓷。另外，为了改进其压电特性的目的，基于钛酸钡的组成的陶瓷已经被开发。
在Applied Physics Letters 104,252906(2014年)中，描述了通过用适当量的Zr等替换Ti位来提高压电常数。然而，根据Applied Physics Letters 104,252906(2014年)的图3，描述了居里(Curie)温度根据Zr的替换量降低。如上所述，压电常数和居里温度成权衡关系。
另外，在日本专利No.5344456中，公开了这样一种材料，在该材料中，压电特性通过用Ca替换钛酸钡的A位的一部分并且用Zr替换钛酸钡的B位的一部分而得到改进。然而，根据日本专利No.5344456的图1，所述材料具有低至小于100℃的居里温度，并且在高温下具有低耐久性，因此其对于电子装置的应用是困难的。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，并且提供了一种通过采用新的晶体微结构而在保持居里温度的同时具有高压电常数的压电陶瓷。
本发明还提供了一种压电元件和电子装置，所述压电元件和电子装置均使用所述压电陶瓷，并且驱动特性优越。
根据本发明的一个实施例，提供了一种包括晶粒的压电陶瓷，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。
根据本发明的一个实施例，提供了一种压电元件，所述压电元件包括：第一电极；压电陶瓷部分；以及第二电极，其中，用于形成压电陶瓷部分的压电陶瓷包括根据本发明的实施例的压电陶瓷。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电子装置，所述电子装置包括根据本发明的实施例的压电元件。
根据本发明的一个实施例，可以提供既实现高压电常数、又实现高居里温度的压电陶瓷。另外，根据本发明的一个实施例，可以提供均使用所述压电陶瓷并且驱动特性优越的压电元件、具有多层结构的压电元件和电子装置。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于例示说明根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的概念图。
图2A和图2B每个是用于例示说明本发明的压电陶瓷的晶体结构的示意图。
图3是用于例示说明根据本发明的一个实施例的压电元件的构造的示意图。
图4A和图4B每个是用于例示说明根据本发明的一个实施例的具有多层结构的压电元件的构造的示意性截面图。
图5是用于例示说明根据本发明的一个实施例的电子装置的示意图。
图6A是用于示出表1所示的本发明的例子1至7和比较例子1至3的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图6B是用于示出表1所示的本发明的例子1至7和比较例子2的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图6C是用于示出表1所示的本发明的例子1至7和比较例子2的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。
图7A是用于示出表1所示的本发明的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图7B是用于示出表1所示的本发明的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图7C是用于示出表1所示的本发明的例子8至10和比较例子4的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。
图8A是用于示出表1所示的本发明的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图8B是用于示出表1所示的本发明的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图8C是用于示出表1所示的本发明的例子11至13和比较例子5的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。
图9A是用于示出表1所示的本发明的例子14至17和比较例子6和7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和第二区域的横截面积比之间的关系的示图。图9B是用于示出表1所示的本发明的例子14至17和比较例子7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和居里温度之间的关系的示图。图9C是用于示出表1所示的本发明的例子14至17和比较例子7的压电陶瓷的情况下，烧制保持温度和压电常数之间的关系的示图。
具体实施方式
以下描述本发明的实施例。
(压电陶瓷)
如本文中所使用的术语“陶瓷”是指包含作为基本成分的金属氧化物并且通过热处理(烧制)烧烤(烧结)的晶粒的聚合物(块体)。陶瓷是指所谓的多晶体，并且包括在烧结之后处理的多晶体。然而，陶瓷不包括粉末和其中散布有粉末的悬浊液。
根据本发明的一个实施例的压电陶瓷包括晶粒，每个晶粒包括：第一区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及第二区域，其由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，其中，第二区域的横截面积与压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。
钙钛矿型金属氧化物一般用化学式ABO3来表示。在钙钛矿型金属氧化物中，元素A和B以离子的形式占据单位格子中的特定位置，这些特定位置分别被称为A位和B位。例如，就立方体单位格子来说，A位元素占据立方体的拐角，B位元素占据立方体的体中心位置。O元素作为氧的阴离子占据形成立方体的平面中的每个的面中心位置。当立方体单位格子在单位格子的[001]方向、[011]方向和[111]方向上畸变时，分别获得具有四方钙钛矿型结构、斜方钙钛矿型结构和菱形钙钛矿型结构的晶格。
在本发明中，在化学式ABO3中表示A位的A(mol)和表示B位的B(mol)之间的摩尔比(A/B)用符号“a”来表示。“a”的值除1以外的情况也落在本发明的范围内，只要金属氧化物具有作为主相的钙钛矿结构即可。
另外，在化学式ABO3中，B位处的元素和O元素之间的摩尔比为1:3，元素量的比率略有偏移(例如，在1％内)的情况也落在本发明的范围内，只要金属氧化物具有作为主相的钙钛矿结构即可。
例如通过对压电陶瓷进行X射线衍射或电子束衍射可以确定金属氧化物具有钙钛矿结构。只要钙钛矿结构是主晶相，压电陶瓷就可以另外还包含另一晶相。
用于形成根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的化合物的种类没有特别限制，可以使用例如PZT、钛酸钡、钛酸钙钡、钛酸铋钠、钛酸铅、铌酸锂、铌酸钾钠、铁酸铋、以及包含这些化合物作为主成分的金属氧化物。考虑到铅成分对环境的影响，希望本发明的压电陶瓷由无铅金属氧化物形成。包括小于1000ppm的铅成分的压电陶瓷可以说是无铅压电陶瓷，因为铅成分的洗脱的影响可以被消除。
图1中例示说明了通过沿着任意平面切割本发明的压电陶瓷并且观察截面而获得的示意图。为易于描述，8个代表性晶粒(颗粒)被提取，并且被例示为一个图形，但是实际上，大量晶粒以紧密接触的方式存在于图1的外部。
压电陶瓷主要由晶粒40和孔(空孔)41形成。此外，晶粒40由第一区域401和第二区域402形成。
第一区域401占据压电陶瓷的体积的大部分。例如，第一区域401具有如图2A所示那样具有如下晶体结构的特征：在该晶体结构中，单位格子的中心元素位于非对称位置处。图2A是四方单位格子的例示说明，在该四方单位格子中，A位原子42布置在拐角处，氧原子44布置在面中心的位置处，B位原子43布置在C轴的正方向上偏离体中心位置的位置处。当第一区域401具有如上所述的其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构时，中心元素的非对称位置通过外部电场在相反的方向上转换，因此，表现出压电效应。另外，中心元素通过外部热量从非对称位置移到对称位置的温度是压电陶瓷的居里温度，因此，第一区域401的晶体结构是确定压电陶瓷的居里温度的晶体结构。也就是说，随着压电陶瓷中的第一区域401的面积比变大，居里温度可以升高地更多。
同时，第二区域402占据压电陶瓷的体积的小部分，并且存在于第一区域401的内部。例如，第二区域402具有如图2B所示那样具有如下晶体结构的特征：在该晶体结构中，单位格子的中心元素位于对称位置处。图2B是立方体单位格子的例示说明，在该立方体单位格子中，A位原子42布置在拐角处，氧原子44布置在面中心的位置处，B位原子43布置在体中心的位置处。具有如上所述的其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的第二区域402变为顺电物质，并且独自不表现出压电效应。然而，当第二区域402在其单位格子与第一区域401结合的状态下存在而被包括在第一区域401中时，第二区域402具有使第一区域402的单位格子畸变、因此使第一区域401的单位格子的对称性降低的效果。因此，可以提供进一步提高第一区域401表现出的压电常数的效果。另外，当第一区域401的单位格子畸变时，压电陶瓷的晶体结构进一步稳定。第二区域402的晶体的单位格子连续地与周围的第一区域401结合。也就是说，彼此独立的各个第二区域402属于与它们周围的第一区域401相同的晶粒40。
可以基于图1所示的截面观察图像来计算第二区域402的横截面积与本发明的压电陶瓷的横截面积之比。给出了例如涉及使用扫描电子显微镜(SEM)的方法和涉及使用透射电子显微镜(TEM)观察的方法。例如，在使用扫描电子显微镜的情况下，基于扫描电子显微镜的背散射电子图像来观察压电陶瓷的截面。在上述观察方法中，第一区域401和第二区域402被以不同的对比度观察，因此可以通过区分这些区域来确定横截面积比。横截面积比的计算方法如下所述。在如图1所示的截面观察图像中将被观察的、对应于第一区域(图1的第一区域401)的横截面积与压电陶瓷的总面积之比被定义为“第一区域的横截面积比”。类似地，对应于第二区域(图1的第二区域402)的横截面积与压电陶瓷的总面积之比被定义为“第二区域的横截面积比”。孔41和具有非钙钛矿型结构的部分也包括在将被观察的总面积中。
为了准确地计算第一区域401的横截面积比或第二区域402的横截面积比，优选的是以高分辨率获取图像。当以高分辨率获取图像时，可以提高每个区域的横截面积比的计算准确度。另外，当因为例如晶粒40的直径小而不能以高分辨率获取图像时，期望通过基于大量截面观察图像计算比率来提高计算准确度。
在本发明的压电陶瓷中，第一区域401和第二区域402的晶体结构均可以通过对用透射电子显微镜(TEM)对区域进行被选区域衍射法而获取的衍射像和基于已知文献的数据库进行比较来指定。被选区域观察法是指涉及在用透射电子显微镜(TEM)观察的放大图像中仅观察特定区域的衍射图案的方法。该方法使得能够仅观察由所述区域得到的衍射图案。另外，第一区域401占据压电陶瓷的大部分，因此也可以通过基于压电陶瓷的X射线衍射的晶体结构分析来指定。
在本发明的压电陶瓷中，第一区域401和第二区域402的组成均可以通过例如STEM-EDX法来进行分析。STEM-EDX法是指涉及在通过扫描透射电子显微镜(STEM)观察的样本图像的任意位置中、用能量分散X射线光谱法(EDX)测量荧光X射线强度的方法。
在本发明的压电陶瓷中，第一区域401和第二区域402的晶格间隔均可以如下确定：用TEM观察晶格像，对该晶格像进行傅里叶变换，并且基于快速傅里叶变换(FFT)像的轮廓来确定晶格间隔。
此外，在本发明的压电陶瓷中，第一区域401和第二区域402的晶体结构的细节均可以基于使用电子显微镜的衍射图案以及区域的组成和晶格间隔的值来确定。另外，在本发明的压电陶瓷中，表示第一区域401和第二区域402的晶体结构的空间群均可以基于使用电子显微镜的衍射图案以及区域的组成和晶格间隔的值来确定。
本发明的压电陶瓷具有第二区域402的横截面积与压电陶瓷的任意横截面的横截面积之比为0.1％或更小的特征。当上述横截面积的比为0.1％或更小时，第一区域401的单位格子畸变，并且可以提供具有高压电常数的压电陶瓷。第二区域402的横截面积比更优选地为0.05％或更小。当上述横截面积比为0.05％或更小时，可以提供在保持居里温度的同时具有高压电常数的压电陶瓷。
同时，当上述横截面积比大于0.1％时，因为第一区域401的晶体结构可能被破坏以致使居里温度降低，所以存在风险。因此，因为高压电常数和高居里温度这二者的实现(这是本发明的效果)变为不可能，所以存在风险。
当第二区域402的横截面积比为0.01％或更大时，压电常数与仅由具有相同组成的第一区域401形成的压电陶瓷的压电常数相比，可以提高2％或更大。
第二区域402的横截面积比更优选地为0.03％或更大。当上述横截面积比为0.03％或更大时，压电常数与仅由具有相同组成的第一区域401形成的压电陶瓷的压电常数相比，可以提高3％或更大。
可以以与第二区域402的横截面积比的情况相同的方式、基于图1所示的截面观察图像来计算本发明的压电陶瓷中的第一区域401的横截面积比。
在本发明的压电陶瓷中，第一区域401的横截面积与压电陶瓷的任意横截面的横截面积之比优选地为98％或更大。当上述横截面积比为98％或更大时，可以提供在保持高压电常数的同时具有高居里温度的压电陶瓷。
同时，当第一区域401的横截面积比小于98％时，存在居里温度由于其中结构变化易于与环境温度变化相关联地发生的区域的存在而降低的风险。
(晶粒)
优选的是，本发明的压电陶瓷的晶粒40的外围部分被第一区域401占据。晶粒40的外围部分被第一区域401占据的事实可以通过用SEM等观察到晶粒40的域结构存在于颗粒边界的附近而得到确认。
当晶粒40的外围部分被第一区域401占据时，晶粒40的晶体结构稳定，并且可以提高压电陶瓷的居里温度。同时，当晶粒40的外围部分被不同于第一区域401的区域占据时，暗示存在具有与第一区域401的晶体结构不同的晶体结构的区域，并且通过扩展，暗示存在具有不同的居里温度的区域。这样的情况并不是优选的，因为压电陶瓷的晶体结构变得不稳定，并且居里温度降低，或者压电特性在低于居里温度的温度下劣化的速率提高。另外，当具有与第一区域401的晶体结构不同的晶体结构的区域存在时，存在压电特性劣化的风险。
在本发明中，构成压电陶瓷的晶粒40优选地具有1.0μm或更大且10μm或更小的平均等效圆直径。当晶粒40具有落在上述范围内的平均等效圆直径时，本发明的压电陶瓷可以具有令人满意的压电常数、令人满意的机械品质因数(Qm)和令人满意的机械强度。在本发明中，晶粒40的等效圆直径是指在显微镜观察方法中一般称作的“投影面积的等效圆直径”，并且表示当用SEM等观察压电陶瓷的横截面时观察到的、具有与晶粒40的投影面积相同面积的真实的圆的直径。如本文中所使用的“晶粒40”是指如图1的晶粒40中那样包括第一区域401和第二区域402并且与相邻区域具有颗粒边界的区域。在颗粒边界中，单位格子彼此断续地接触。在本发明中，颗粒直径的测量方法没有特别限制。例如，可以通过以下操作来确定颗粒直径：基于日本工业标准(以下简称为JIS)R 1633等中规定的样本预备方法对压电陶瓷进行处理，用例如极化显微镜或SEM来观察基于JIS R1670等获得的压电陶瓷的横截面，并且对获得的照片图像进行图像处理。最佳的倍率根据目标颗粒直径而变化，因此，光学显微镜和电子显微镜这二者都可以根据情况使用。“平均等效圆直径”是指通过对针对观察场中的所有晶粒40确定的等效圆直径求取平均值而获得的值，在观察时均从观察场突出的晶粒40被从观察场排除。计算压电陶瓷中的金属氧化物的所有晶粒40的等效圆直径是困难的，但是平均等效圆直径是通过适当地调整观察场的大小和位置以及观察场的数量以使得压电陶瓷的颗粒直径分布可以基于JIS Z 8827-1等被恰当地获取而计算得到的。
当平均等效圆直径为1.0μm或更大时，认为压电陶瓷的晶体结构中的四方体畸变增大，因此介电常数提高，结果是压电常数d提高。另外，当平均等效圆直径为1.0μm或更大时，认为由晶粒边界或域之间的边界(被称为域壁)造成的内部损耗与介电损耗tanδ之比降低，因此获得适合作为压电陶瓷的高Qm。
Qm是表示当压电陶瓷被作为振荡器进行评估时由于振荡而导致的弹性损耗的因数。Qm的幅值被观察为阻抗测量中的谐振曲线的锐度。也就是说，Qm是表示振荡器的谐振的锐度的因数。随着Qm变高，通过振荡损耗的能量越小。当绝缘性或Qm提高时，在压电陶瓷变为压电元件并且压电元件通过施加电压而被驱动的情况下，可以确保压电元件的长期可靠性。Qm可以根据EM-4501A测得，EM-4501A是日本电子和信息技术工业协会的标准。
同时，晶粒40具有10μm或更小的平均等效圆直径的情况是优选的，因为晶粒40之间的结合增强，并且压电陶瓷的机械强度提高。
(居里温度)
居里温度TC一般是指压电陶瓷的压电性在其下或其以上损失的以摄氏度(℃)为单位的温度。在本文中，在铁电相(其通常是四方相)和顺电相(立方相)之间的相位转变温度附近介电常数在其下变为最大的温度被定义为TC。TC可以通过测量介电常数来指定，例如，通过使用阻抗分析器改变测量温度的同时施加具有1kHz的频率和10V/cm的电场强度的交流电场来测量介电常数。
本发明的压电陶瓷优选地具有100℃或更高的居里温度。借助于100℃或更高的居里温度的存在，本发明的压电陶瓷即使在假定在夏天在车里发生的80℃的恶劣条件下也可以保持压电性，并且在宽泛的实际的温度范围内可以具有令人满意的且稳定的压电常数。
(压电常数)
可以通过基于日本电子和信息技术工业协会的标准(JEITA EM-4501)从用市售的阻抗分析器获得的谐振频率和反谐振频率的测量结果进行计算，来确定压电元件的压电常数和机械品质因数。该方法在下文中被称为谐振-反谐振法。
本发明的压电陶瓷的压电常数的绝对值|d31|在25℃的环境温度下测量时优选地为80pm/V或更大。当压电常数的绝对值|d31|为80pm/V或更大时，在本发明的压电陶瓷用于压电器件的情况下，表现出令人满意的驱动效率。同时，当压电常数的绝对值|d31|小于80pm/V时，在本发明的压电陶瓷用于压电器件的情况下，驱动效率降低，并且在一些情况下，需要更高的驱动电压。
(相对密度)
本发明的压电陶瓷的相对密度(烧结体的体积密度/理论密度×100)优选地为93％或更大且100％或更小。“相对密度”是指测得的密度(烧结体的体积密度)与基于压电陶瓷的晶格常数和压电陶瓷的组成元素的原子重量计算的理论密度之比。可以通过例如X射线衍射法来计算晶格常数。可以通过例如阿基米德(Archimedes)法来测量密度。
当相对密度为93％或更大时，压电陶瓷可以说是足够致密的，表现出高压电常数和高机械品质因数，并且进一步地，机械强度提高。相对密度更优选地落在95％或更大且100％或更小的范围内。
(基于钛酸钡的金属氧化物)
根据本发明的压电陶瓷的一个实施例的第一区域401的主要成分没有特别限制，但是第一区域401更优选地包含钛酸钡作为主成分。压电元件中所涉及的相关技术的压电陶瓷中的大多数是包含锆钛酸铅作为主成分的压电陶瓷。因此，已经指出，当例如压电元件被丢弃以致暴露于酸雨或者被留在恶劣环境中时，压电陶瓷中的铅成分具有洗脱到土壤中以致不利地影响生态系统的可能性。当压电陶瓷作为主成分包含具有小于1000ppm的铅的含量的钛酸钡时，即使当例如压电元件被丢弃以致暴露于酸雨或被留在恶劣环境中时，压电陶瓷中的铅成分也具有低的不利地影响环境的可能性。另外，在均没有铅成分的压电陶瓷之中，包含钛酸钡作为主成分的压电陶瓷具有压电常数的高绝对值|d|。因此，可以使获得相同畸变量所需的电压降低。
(基于钛酸钡的金属氧化物的组成比)
在本发明中，更优选的是，基于钛酸钡的金属氧化物包含Ca。此外，更优选的是，表示Ca的含量(mol)与表示Ba和Ca的总含量的A(mol)之比的x的值为0.02或更大且0.30或更小。
通过包含Ca，温度降低时从四方晶体到斜方晶体的相位转变温度(以下被称为“Tto”)以及温度升高时从斜方晶体到四方晶体的相位转变温度(以下被称为“Tot”)降低。当x的值为0.02或更大且0.10或更小时，Tto和Tot均接近于室温，并且在室温左右(例如，从0℃到40℃)获得大的|d31|值(例如，150pm/V或更大)。另外，x的值大于0.10的情况是更优选的，因为Tto和Tot均小于0℃，并且压电常数的温度依赖性降低。同时，当x的值为0.30或更小时，Ca加速地固溶，并且可以使烧制保持温度降低。
在本发明中，更优选的是，基于钛酸钡的金属氧化物包含Zr或Mn。此外，更优选的是，表示Zr的含量与表示Ti、Zr和Mn的总含量的B(mol)的摩尔比的y的值为0.01或更大且0.095或更小。
通过合并Zr，温度Tto和Tot升高。当y的值被设置为0.01或更大时，Tto和Tot均接近于室温，并且操作温度范围(例如，从-30℃到60℃)内的压电常数增大。因此，可以使例如均使用压电陶瓷的压电元件、具有多层结构的压电元件、振动波马达、光学器件和电子装置的驱动所需的电功率降低。同时，当y的值被设置为0.095或更小时，TC高达例如100℃或更高，并且去极化在高温下使用时被进一步抑制。因此，压电器件的操作保证温度范围扩大，并且压电常数随着时间的降低减小。
在本发明中，优选的是，表示Mn的含量与表示Ti、Zr和Mn的总含量的B(mol)的摩尔比的z的值为0.003或更大且0.012或更小。
z的值落在从0.003或更大且0.012或更小的范围内的情况是更优选的，因为Qm在室温下的值为1200或更大。Mn具有从2到4的原子价变化的性质，并且对于补偿压电陶瓷中的电荷平衡的缺乏起到作用。当z的值被设置为0.003或更大时，认为压电陶瓷的晶格中的氧空位的浓度升高，并且由于非180度域的域切换而导致的在晶粒之间产生的残余应力降低，结果是Qm的值增大。同时，当z的值被设置为0.012或更小时，Mn加速地固溶，并且耐绝缘性可以进一步提高。Mn不限于金属Mn。Mn仅需要作为Mn成分包含在压电陶瓷中，并且任何合并形式是允许的。例如，Mn可以被固溶在B位，或者可以包含在颗粒边界中。可替代地，Mn成分可以以例如金属、离子、氧化物、金属盐或复合物的形式包含在压电陶瓷中。从绝缘性和可烧结性的角度来讲，Mn是更优选地存在的。虽然Mn一般可能具有4+、2+或3+的原子价，但是当Mn具有小于4+的原子价时，Mn用作受体。当Mn作为受体存在于具有钙钛矿结构的晶体中时，在晶体中形成氧空位。当氧空位形成缺陷偶极子时，可以使压电陶瓷的Qm增大。为了使Mn可以以小于4+的原子价存在，优选的是，三价元素存在于A位处。三价元素优选地为Bi。关于这一点，可以通过测量磁化率的温度依赖性来对Mn的原子价进行评估。
在本发明的压电陶瓷中，A/B的值优选地为0.98或更大且1.01或更小，A/B代表表示Ba和Ca的总含量的A(mol)与表示Ti、Zr和Mn的总含量的B(mol)之比。当A/B的值落在上述范围内时，压电陶瓷易于致密化，因此机械强度提高。另外，晶粒40生长所需的温度降至1500℃或更低，在该温度下，可以用一般的烧炉来执行烧制。
A/B的值优选地落在0.990或更大且0.999或更小的范围内。当A/B的值落在上述范围内并且压电陶瓷在低于1400℃的温度下烧制时，可以形成本发明的第二区域402。A/B的值更优选地落在0.992或更大且0.997或更小的范围内。
(晶体结构)
根据本发明的压电陶瓷的一个实施例的第二区域402的晶体结构优选地为立方体或GdFeO3型结构。GdFeO3型结构是指其中中心元素位于对称位置处、并且即使当与第一区域401相邻时也可以稳定地存在的斜方钙钛矿型结构。第二区域402具有GdFeO3型结构的事实可以通过对照数据库检查对应部分的电子束衍射图案来确定。当第二区域402的晶体结构是立方体或GdFeO3型结构时，可以确保使第一区域401的四方单位格子畸变的效果和晶体结构的稳定性。因此，可以提供在保持居里温度的同时具有高压电常数的压电陶瓷。
表示根据本发明的压电陶瓷的第二区域402的晶体结构的空间群优选地为Pnma。空间群Pnma是表示GdFeO3型结构的典型的空间群。当表示第二区域402的晶体结构的空间群是Pnma时，可以确保使第一区域401的四方单位格子畸变的效果和晶体结构的稳定性。因此，可以提供在保持居里温度的同时具有高压电常数的压电陶瓷。
表示根据本发明的压电陶瓷的第一区域401的晶体结构的空间群优选地为P4mm。空间群P4mm是表示四方结构的典型的空间群。当表示第一区域401的晶体结构的空间群是P4mm时，在第二区域402存在于第一区域401内部时，可以表现出高压电特性。
形成根据本发明的压电陶瓷的第二区域402的金属氧化物优选地包含Ca和Ti。当形成第二区域402的金属氧化物包含Ca和Ti时，金属氧化物容易具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构。结果，可以确保使第一区域401的单位格子畸变的效果和晶体结构的稳定性。
形成根据本发明的压电陶瓷的第一区域401的金属氧化物优选地包含Ba和Ti。当形成第一区域401的金属氧化物包含Ba和Ti时，金属氧化物容易具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构。结果，在第二区域402存在于第一区域401内部时，可以表现出高压电常数。
此外，当形成第一区域401的金属氧化物包含Ba和Ti、形成第二区域402的金属氧化物包含Ca和Ti时，本发明的压电陶瓷具有5.5g/cm3或更大且5.8g/cm3或更小的绝对密度的情况是优选的，因为压电陶瓷的晶粒40之间的粘合力增大，并且机械强度提高。
(压电陶瓷的制造方法)
根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的制造方法没有特别限制，但是涉及使用基于钛酸钡的金属氧化物的典型的制造方法在下面被作为例子描述。
(原始材料)
作为根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的原始材料粉末的制造方法，可以采用涉及在正常压力下烧结例如包含组成元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐的固体粉末的一般技术。固体粉末由金属化合物(诸如Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物或Mn化合物)形成。
特别地，Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物和Mn化合物全都使用钙钛矿型金属氧化物并且被混合的情况是优选的，因为获得在烧结之后缩小晶粒40的大小的效果，并且在压电陶瓷或压电元件处理时裂缝和缺口的出现可以被进一步抑制。另外，这样的情况是更优选的，因为形成了其中第二区域402存在于第一区域401内部的晶粒40。
可以使用的Ba化合物的例子包括氧化钡、碳酸钡、草酸钡、乙酸钡、硝酸钡、钛酸钡、锆酸钡和锆钛酸钡。
可以使用的Ca化合物的例子包括氧化钙、碳酸钙、草酸钙、乙酸钙、钛酸钙和锆酸钙。
可以使用的Ti化合物的例子包括氧化钛、钛酸钡、锆钛酸钡、和钛酸钙。
可以使用的Zr化合物的例子包括氧化锆、锆酸钡、锆钛酸钡和锆酸钙。
可以使用的Mn化合物的例子包括碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、三氧化四锰和乙酸锰。
另外，为了调整Ti、Zr和Mn的摩尔数的总数与Ba和Ca的摩尔数的总数之比，原始材料没有特别限制。Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物和Mn化合物具有相同的效果。
A/B的值更优选地被调整为落在0.98或更大且1.01或更小的范围内，A/B代表表示Ba和Ca的总含量的A(mol)与表示Ti、Zr和Mn的总含量的B(mol)之比。当A/B的值被调整为落在上述范围内时，压电陶瓷易于致密化，因此机械强度提高。另外，晶粒40生长所需的温度降至1500℃或更低，在该温度下，可以用一般的烧炉来执行烧制。
A/B的值仍更优选地被调整为落在0.990或更大且0.999或更小的范围内。当A/B的值被调整为落在上述范围内并且压电陶瓷在低于1400℃的温度下烧制时，可以形成本发明的第二区域402。此外，A/B的值更优选地被调整为落在0.992或更大且0.997或更小的范围内。
(获得用于形成的颗粒体的步骤)
根据本发明的一个实施例的用于将压电陶瓷的原始材料粉末颗粒化以获得用于形成的颗粒体的方法没有特别限制。作为在颗粒化时可以使用的粘合剂，给出了例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和丙烯酸树脂。相对于压电陶瓷的原始材料粉末的100重量份，将被添加的粘合剂的量优选地为1重量份至10重量份，并且从提高紧致物的密度的角度来讲，更优选地为2重量份至5重量份。适当的是，将通过机械混合Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物和Mn化合物而获得的混合粉末颗粒化，或者在大约800℃至大约1300℃下对这些化合物进行煅烧、然后将化合物颗粒化。可替代地，适当的是，对Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物和Zr化合物进行煅烧，然后将Mn化合物与粘合剂一起添加到它们。任何方法都可以用作颗粒化方法，但是从可以使用于以颗粒体的形式形成的颗粒化粉末的颗粒大小更均匀这样的角度来讲，喷雾干燥法是最优选的颗粒化方法。
(获得紧致物的步骤)
制作根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的紧致物的方法没有特别限制。紧致物是指从原始材料粉末、颗粒化粉末或悬浮液制作的固体。作为制作紧致物的方法，可以使用单轴向压制、冷等静压制、热等静压制、灌浆成形、挤出成形等。
(通过烧结获得压电陶瓷的步骤)
烧结根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的方法没有特别限制。烧结方法的例子包括使用电子炉进行烧结、使用气体炉进行烧结、传导加热法、微波烧结法、毫米波烧结法和热等静压制(HIP)。用于烧结的电子炉和气体炉均可以是连续式炉或分批式炉。
烧结方法中的压电陶瓷的烧制温度没有特别限制。烧制温度优选地为每个化合物在其下进行反应以引起足够的晶体生长的温度。烧制温度优选地为1200℃或更高且1400℃或更低，更优选地为1300℃或更高且1400℃或更低。当表示A位和B位之间的比的比率A/B被设置为落在0.990或更大且0.999或更低的范围内时，在落在上述范围内的温度下烧结的压电陶瓷可以在其中形成本发明的第二区域402，并且在保持居里温度的同时表现出令人满意的压电性能。比率A/B更优选地落在0.992或更大且0.997或更低的范围内。
为了使将以良好的再现性通过烧结处理获得的压电陶瓷的性质稳定，适当的是，以被设置为上述范围内的常数的烧制温度执行烧结处理2小时或更长时间且24小时或更短时间。
可以使用诸如两阶段烧结法的烧结方法，并且考虑到生产率，不涉及突然的温度变化的方法是优选的。
(压电元件)
接着，描述本发明的压电元件。
图3是用于例示说明根据本发明的一个实施例的压电元件的构造的示意图。根据本发明的一个实施例的压电元件至少包括第一电极1、压电陶瓷部分2和第二电极3，其中，形成压电陶瓷部分2的压电陶瓷是本发明的压电陶瓷。
根据本发明的一个实施例的压电陶瓷的压电性可以通过形成至少包括第一电极1和第二电极3的压电元件来进行评估。第一电极1和第二电极3均由具有大约5nm至大约10μm的厚度的导电层形成。用于其的材料没有特别限制，只需要是一般将用于压电元件的材料。其例子可以包括金属，诸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu以及它们的混合物。
第一电极1和第二电极3中的每个均可以由那些材料的一种种类形成，或者通过堆叠其两种或更多种种类而获得。另外，第一电极1和第二电极3可以由彼此不同的材料形成。
用于第一电极1和第二电极3中的每个的制作方法是没有限制的。第一电极1和第二电极3均可以通过烘烤金属膏或者通过溅射、气相沉积等来形成。另外，第一电极1和第二电极3均可以通过按期望的形状构图来形成。
(极化轴和极化处理)
更优选的是，压电元件具有在某个方向上对齐的极化轴。如本文中所使用的“极化轴”是指构成压电陶瓷的多晶体的每个晶体的自发极化的方向。“在某个方向上对齐的极化轴”意味着多晶体的晶体的自发极化的方向基本上是相同的。当极化轴在某个方向上对齐时，压电元件的压电常数增大。极化轴在某个方向上对齐的事实可以通过例如极化-电场(P-E)迟滞测量中的剩余极化的存在来得到确认。另外，除了上述之外，极化轴在某个方向上对齐的事实可以通过当用d33计施加应力时将产生的电荷量来得到确认。当在第一电极1向上布置时用d33计测得的电荷量和在第二电极3向上布置时用d33计测得的电荷量具有相反符号时，极化轴在某个方向上对齐。
一般来说，陶瓷是细晶体的聚合物，每个晶体由带正电的原子和带负电的原子形成。大多数陶瓷处于正电荷和负电荷均衡的状态。然而，在介电陶瓷中，被称为铁电陶瓷的一些陶瓷在微尺度上在晶体中的正电荷和负电荷之间均是失衡的，并且即使在自然状态下也引起电荷偏差(自发极化)。
烧结之后的铁电陶瓷具有各种自发极化方向，并且显然被看作在整个陶瓷中电荷是均衡的。然而，当高电压被施加于其时，自发极化的方向在统一的方向上对齐，并且即使当电压被移除时，也不返回。对齐自发极化的方向并在某个方向上对齐极化轴的上述方式一般被称为极化处理。另外，当外部电压被施加于经过极化处理的铁电陶瓷时，陶瓷中的正电荷中心和负电荷中心均吸引或排斥外部电荷，陶瓷本身膨胀或收缩(相反的压电效应)。
这样的极化处理不对应于本发明中使两个或更多个电极电气短路的方法。
用于压电元件的极化处理方法没有特别限制。压电处理可以在空气中或者在硅酮油(silicone oil)中执行。极化处理温度的最佳条件根据形成压电元件的压电陶瓷的组成而变化。例如，就由基于钛酸钡的金属氧化物形成的压电陶瓷来说，极化处理温度优选地为接近于居里温度的80℃至150℃。另外，将被施加用于执行极化处理的电场优选地为800V/mm至2.0kV/mm。
(绝缘性)
本发明的压电陶瓷在25℃和1kHz的频率下优选地具有0.006或更小的tanδ。本发明的压电陶瓷在25℃下优选地具有1GΩm或更大的电阻率。在tanδ为0.006或更小的情况下，即使当高达500V/cm的电场在压电元件的驱动条件下施加于压电陶瓷时，也可以获得稳定的操作。当电阻率为1GΩm或更大时，极化处理的效果被充分获得。tanδ和电阻率可以通过例如使用阻抗分析器施加具有1kHz的频率和10V/cm的电场强度的交流电场来测得。
(具有多层结构的压电元件)
接着，描述本发明的具有多层结构的压电元件。
根据本发明的一个实施例的具有多层结构的压电元件包括至少一个内部电极，并且具有多层结构，在该多层结构中，均由压电陶瓷形成的压电陶瓷层和层形式的所述至少一个内部电极交替堆叠。
图4A和图4B每个是用于例示说明根据本发明的一个实施例的具有多层结构的压电元件的构造的示意性截面图。根据本发明的一个实施例的具有多层结构的压电元件包括交替堆叠的压电陶瓷部分(压电陶瓷层54)和包括电极(内部电极55)的电极层。在具有多层结构的压电元件中，压电陶瓷层54均由压电陶瓷形成。除了内部电极55之外，电极层还可以包括诸如电极(第一电极51)和电极(第二电极53)的外部电极。图4A是本发明的具有多层结构的压电元件的构造的例示说明，在该构造中，两层压电陶瓷层54和一层内部电极55交替堆叠，并且多层结构被夹在第一电极51和第二电极53之间。如图4B所示，压电陶瓷部分(多个压电陶瓷层504)和电极(内部电极505a和505b)是可以增加的，并且层的数量是没有限制的。在具有图4B的多层结构的压电元件中，九层压电陶瓷层504和八层内部电极505(505a或505b)交替堆叠。所述多层结构具有其中压电陶瓷层504被夹在电极(第一电极501和第二电极503)之间的构造，并且包括用于使交替形成的内部电极505短路的外部电极506a和外部电极506b。
内部电极55和505、外部电极506a和506b、第一电极51和501以及第二电极53和503无需与压电陶瓷层54和504大小和形状相同，并且均可以被划分为多个部分。内部电极55和505、外部电极506a和506b、第一电极51和501以及第二电极53和503均由具有大约5nm至大约10μm的厚度的导电层形成。用于每个电极的材料没有特别限制，只需要是一般将用于压电元件的材料。其例子可以包括金属，诸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu以及它们的混合物。内部电极55和505以及外部电极506a和506b中的每个均可以由其一种种类形成，可以由两种或更多种种类的混合物或合金形成，或者可以由其两种或更多种种类的多层体形成。另外，多个电极可以分别由彼此不同的材料形成。
内部电极55和505均优选地包含Ag和Pd，并且具有0.25或更大且4.0或更小的、Ag的含量重量M1和Pd的含量重量M2之间的重量比M1/M2。重量比M1/M2更优选地为0.3或更大且3.0或更小。重量比M1/M2小于0.25的情况不是期望的，因为内部电极55和505的烧结温度提高。同时，重量比M1/M2大于4.0的情况不是期望的，因为内部电极55和505变为岛形，导致平面内不均匀。
从电极材料便宜的角度来讲，内部电极55和505均优选地包含选自由Ni和Cu组成的组的至少任何一种种类。当选自由Ni和Cu组成的组的至少任何一种种类用于内部电极55和505时，本发明的具有多层结构的压电元件优选地在降低的气氛中烧制。
如图4B所示，包括内部电极505的多个电极可以彼此短路，以用于使它们的驱动电压的相位一致的目的。例如，内部电极505a和第一电极501可以通过外部电极506a短路。内部电极505b和第二电极503可以通过外部电极506b短路。内部电极505a和内部电极505b可以交替布置。另外，电极彼此短路的模式是没有限制的。用于短路的电极或布线可以设在压电元件的具有多层结构的侧表面上，或者电极可以通过形成通过压电陶瓷层504的通孔并且在该通孔内部布置导电材料而彼此短路。
(电子装置)
接着，描述本发明的电子装置。在本发明中，所述电子装置包括压电元件或具有多层结构的压电元件。
所述电子装置的例子包括包含内部压电声学组件(诸如扬声器、蜂鸣器和麦克风)的电子装置。除了上述之外，作为包括压电元件作为驱动源的电子装置，给出了例如液体排放设备、振动设备、除尘设备、可移动镜设备、超声振荡设备、传感器设备和快门设备。
图5是从前面看到的、作为根据本发明的优选实施例的电子装置的例子的数字照相机的主体931的大体透射图。光学器件901、麦克风914、频闪光发射单元909和填充光单元916布置在数字照相机的主体931的前表面上。麦克风914安装在主体中，因此用虚线例示说明。在麦克风914的前面，提供有用于收集外部声音的孔形状。
电源按钮933、扬声器912、缩放控制杆932和用于执行聚焦操作的释放按钮908布置在主体931的顶表面上。扬声器912安装在主体931中，因此用虚线例示说明。在扬声器912的前面，提供有用于将声音传送到外部的孔形状。
本发明的压电元件作为压电声学组件被用作数字照相机的麦克风914或扬声器912中的至少一个。
虽然数字照相机已经被描述为本发明的电子装置，但是本发明的电子装置也可以被应用于各种类型的包括压电声学组件的电子装置，诸如声音再现设备、声音记录设备、蜂窝电话或信息终端。
如上所述，本发明的压电元件和具有多层结构的压电元件优选地被用在振动波马达、光学器件和电子装置中。
通过使用本发明的压电元件和具有多层结构的压电元件，可以提供具有与使用相关技术的包含铅的压电元件的情况下的驱动力和耐久性相比相当或更高的驱动力和耐久性的振动波马达。
通过使用本发明的振动波马达，可以提供具有与使用相关技术的包含铅的压电元件的情况下的耐久性和操作准确性相比相当或更高的耐久性和操作准确性的光学器件。
通过使用包括本发明的压电元件或具有多层结构的压电元件的压电声学组件，可以提供具有与使用相关技术的包含铅的压电元件的情况下的声音生成性能相比相当或更高的声音生成性能的电子装置。
本发明的压电陶瓷可以被用在诸如以下的器件中：超声振荡器、压电致动器、压电传感器和铁电存储器、以及振动波马达和电子装置。
例子
以下通过例子来描述本发明的压电陶瓷。然而，本发明不限于以下例子。
为了制作本发明的例子和比较例子的压电陶瓷，预备钛酸钡(平均颗粒直径：300nm，纯度：99.99％或更高)、钛酸钙(平均颗粒直径：300nm，纯度：99.99％或更高)和锆酸钙(平均颗粒直径：300nm，纯度：99.99％或更高)(每个均用作钙钛矿型金属氧化物)、以及四氧化三猛(Mn3O4)粉末(纯度：99.5％或更高)、氧化铋(Bi2O3)粉末(纯度：99.9％或更高)、碳酸钡(BaCO3)粉末(纯度：99.9％或更高)和氧化钛(TiO2)粉末(纯度：99.9％或更高)。
例子1
(压电陶瓷的原始材料的称重和混合)
对上述原始材料进行称重，以使得在公式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3所表示的金属氧化物中，获得以下组成比：X＝0.187，Y＝0.060，Z＝0.00952。另外，对钛酸钡粉末进行称重，以使得“a”被调整为0.9950。这些原始材料被用球磨机干式混合24小时。从而，制作出混合粉末。
(颗粒化和形成)
用喷雾干燥器使相对于混合粉末的总重量的100重量份的、3重量份的PVA粘合剂粘附到混合粉末的表面。从而，获得颗粒化粉末。
接着，在模具中填充获得的颗粒化粉末，并且使用压模机将200MPa的形成压力施加于该粉末以制作出盘形紧致物。另外，当使用冷等静压压模机对紧致物进一步加压时，获得类似的结果。
(烧制)
首先用电子炉、在空气气氛中将获得的紧致物加热到600℃并且保持在该温度，然后使温度升高到1340℃并且保持在该温度5小时，然后通过自然放到冷却来使温度降至室温。通过上述步骤，获得盘形烧结紧致物(例子1的多晶压电陶瓷)。紧致物被保持的温度在表1中被示为例子1的烧制保持温度(℃)。
(对于压电陶瓷的分析方法)
通过电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法来对例子1的制作的压电陶瓷的组成进行评估。在该例子中，原始材料的装料比符合公式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3所表示的、烧结之后的金属氧化物中的Ca的量的分析值、Zr的量的分析值、以及Ba和Ca的摩尔量与Ti、Zr和Mn的摩尔量之间的比率的分析值。
用Shimadzu Corporation制造的XRD-6100、通过X射线衍射法(XRD)来对例子1的压电陶瓷的已经被镜面抛光的表面进行分析。结果，发现具有钙钛矿结构的四方晶体作为主相包括在内。
在例子1的压电陶瓷的已经被镜面抛光的表面上层压碳膜，并且基于SEM(Quanta250FEG:由FEI Japan制造)的背散射电子图像来获取如图1所示的截面观察图像。在获取的截面观察图像中，占据晶粒40的大部分的区域A和存在于区域A内部的区域B基于对比度差异得到确认。
此外，具有1μm厚度×10μm宽度×5μm长度的大小的分析样本是用聚焦的离子束从存在区域A和区域B的压电陶瓷的表面的一部分切割出来的。该样本被附连到透射电子显微镜(TEM)观察网格，并且被用与将被处理的样本的长度方向平行的聚焦的离子束照射以便给出具有大约5μm的宽度和大约100nm的样本厚度的区域。
通过在厚度方向上用电子束辐照经由STEM-EDX(Tecnai F30：由FEI Japan制造)对分析样本进行区域A和区域B的组成分析。结果，确认区域A由包含Ca、Zr和Mn的BaTiO3形成。同时，假定区域B由CaTiO3形成，因为Ca、Zr和Mn能够被确认，而Ba不能被确认。
此外，用透射电子显微镜(TEM)(Tecnai F30：由FEI Japan制造)通过被选区域衍射法来获取区域B的电子束衍射图案。从组成分析获得的组成信息和从电子束衍射图案确定的晶格间隔是通过对照基于已知文献的数据库进行检查而指定的。结果，确认区域B具有CaTiO3的GdFeO3结构，该结构是其中中心元素位于对称位置处的斜方钙钛矿型结构。
从这些结果揭示了占据晶粒40的大部分的区域A对应于第一区域401，第一区域401具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构。同时，揭示了区域B对应于第二区域402，第二区域402具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构。
另外，除了均具有钙钛矿型结构的第一区域401和第二区域402之外，截面观察图像还包括孔42和具有非钙钛矿型结构的部分。基于图像的对比度的差异，计算横截面积比，横截面积比是第一区域401和第二区域402的面积中的每个与总观察面积的比率。计算的横截面积比在表1中示出。当第一区域401和第二区域402的横截面积比的总和小于100％时，剩余部分被孔41和具有非钙钛矿型结构的部分占据。
另外，在截面观察图像中，确认晶粒40的域结构存在于颗粒边界的附近。
制作的压电陶瓷的晶粒的平均等效圆直径主要是通过使用市售的图像处理软件对用极化显微镜获得的观察图像进行分析而确定的。为了指定小晶粒的颗粒直径，使用扫描电子显微镜(SEM)。确定的平均等效圆直径在表1中示出。
制作的压电陶瓷的绝对密度是用阿基米德法测得的。测得的绝对密度在表1中示出。
制作的压电陶瓷的相对密度是通过计算以下二者之间的比率而确定的：从压电陶瓷的晶格常数和组成元素的原子重量计算的理论密度；和绝对密度。
计算的相对密度在表1中示出。
(压电元件的制作)
对获得的压电陶瓷进行抛光以便给出0.5mm的厚度，然后通过DC溅射法在压电陶瓷的前表面和后表面两个表面上形成电极。具体地说，将钛形成到作为接触层的、具有30nm的厚度的膜中，然后将金形成到具有400nm的厚度的膜中。对具有电极的压电陶瓷进行切割以制作具有图3所示的构造和10mm×2.5mm×0.5mm的大小的例子1的压电元件。
将所述元件放置在具有110℃至140℃的表面温度的热板上。将直流电压施加于形成在压电元件的两个表面上的电极30分钟以使得获得1.0kV/mm的电场强度，然后在施加电压的同时使所述元件冷却到室温。从而，执行极化处理。
(压电常数和居里温度的评估)
将例子1的压电元件放置在其中周围温度被调整为25℃的恒温室中，并且通过基于日本电子和信息技术工业协会的标准(JEITA EM-4501)从用市售的阻抗分析器(4294A精度阻抗分析器：由Agilent Technologies,Inc.制造)获得的谐振频率和反谐振频率的测量结果进行计算来确定例子1的压电元件的压电常数(d31)。
如下所述那样确定例子1的压电元件的居里温度。通过在测量温度改变的同时施加具有1kHz的频率的微交流电场来测量介电常数。将居里温度确定为介电常数在其下变为最大的温度。
如上所述的压电常数和居里温度在表1中被示为例子1的压电陶瓷的压电常数和居里温度。
例子2至17和比较例子1至7
接着，例子2至10和比较例子1至4的压电陶瓷均以与例子1中的方式相同的方式制作而成，除了公式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3所表示的金属氧化物中的组成比(X、Y、Z和a)以及保持温度如表1所示那样变化之外。另外，在例子11至17和比较例子5至7中，例子11至17和比较例子5至7的压电陶瓷均以与例子1中的方式相同的方式制作而成，除了通过将Bi按照表1所示的就金属而言的摩尔份添加到一般公式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3所表示的金属氧化物的100摩尔份来制作混合粉末之外。如例子1中那样，在例子2至17和比较例子1至7中的每个中，原始材料的装料比符合公式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3所表示的、烧结之后的金属氧化物中的Ca的量的分析值、Zr的量的分析值、以及Ba和Ca的摩尔量与Ti、Zr和Mn的摩尔量之间的比率的分析值。
例子1至17和比较例子1至7中制作的压电陶瓷的评估结果如表1所示。
另外，表1所示的本发明的例子和比较例子的压电陶瓷的情况下的烧制保持温度与第二区域的横截面积比、居里温度和压电常数之间的关系在图6A至图6C、图7A至图7C、图8A至图8C以及图9A至图9C中示出。
在例子1至例子17中的每个中，第二区域402的存在能够在第一区域的内部得到确认，第二区域402的横截面积比为0.1％或更小。
同时，在比较例子1至比较例子6中的每个中，第二区域402不能得到确认。在表1中，“ND”表示烧结之后的压电陶瓷的绝对密度和相对密度小并且烧结不足的状态。
如例子1至例子17所示，当第二区域402存在于第一区域401的内部时，表现出高压电常数，同时保持居里温度。
例子1至4和比较例子1和2之间的比较
例子1至4和比较例子1和2的压电陶瓷具有如表1所示那样的组成元素的相同的组成比。如表1和图6A至图6C所示，在已经在1400℃或更低的保持温度下烧制的、例子1至4的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.010％至0.100％。同时，在已经在1480℃或更低的保持温度下烧制的、比较例子2的压电陶瓷中，在第一区域401的内部没有产生第二区域402。因此，获得以下结果：例子1至4的压电陶瓷均具有比比较例子2的压电陶瓷的压电常数的绝对值|d31|高7％或更大的压电常数的绝对值。另外，具有0.05％或更小的第二区域402的横截面积比的、例子3和例子4的压电陶瓷中的每个均能够在保持高居里温度的同时在压电常数的绝对值|d31|上有所增大。同时，在烧制保持温度低至1300℃的比较例子1中，获得的压电陶瓷的相对密度低至小于93％的90.8％，机械强度低，而且还烧结不足。
例子4和例子5之间的比较
例子4和例子5的压电陶瓷具有如表1所示那样的(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3中的X、Y和Z的相同的值。然而，例子4与例子5在以下条件中是不同的：在例子4中，“a”的值为0.9950，烧结保持温度为1400℃，而在例子5中，“a”的值为0.9920，烧结保持温度为1320℃。在例子4和例子5的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.010％，压电常数的绝对值|d31|能够在保持高居里温度的同时有所增大。然而，在例子5的压电陶瓷中，平均等效圆直径大到大于10μm的45.1μm，因此机械强度与例子4的压电陶瓷的机械强度相比降低。
例子4和例子7之间的比较
例子4和例子7的压电陶瓷具有如表1所示那样的(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3中的X、Y和Z的相同的值。然而，例子4与例子7在以下条件中是不同的：在例子4中，“a”的值为0.9950，烧结保持温度为1400℃，而在例子7中，“a”的值为0.9970，烧结保持温度为1420℃。在例子4和例子7的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.010％，压电常数的绝对值|d31|比比较例子2的压电陶瓷的压电常数的绝对值|d31|高，在比较例子2中，第二区域402不存在于第一区域401的内部。然而，在例子7的压电陶瓷中，第一区域401的横截面积比小到小于98％的95.0％，因此居里温度降低2℃。
例子2和例子6之间的比较
例子2和例子6的压电陶瓷具有如表1所示那样的(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZryMnz)O3中的X、Y和Z的相同的值。然而，例子2与例子6在以下条件中是不同的：在例子2中，“a”的值为0.9950，烧结保持温度为1360℃，而在例子6中，“a”的值为0.9930，烧结保持温度为1340℃。在例子2和例子6的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.070％，压电常数的绝对值|d31|能够在保持高居里温度的同时有所增大。另外，当“a”的值如例子6中那样小时，即使在低的烧制保持温度下，第二区域402也能够形成于压电陶瓷的第一区域401的内部。
比较例子3
在比较例子3的压电陶瓷中，“a”的值大到1.0000，因此即使当烧制保持温度被设置为1420℃时，相对密度也低至小于93％的91.7％，并且烧结不足。
例子8至10和比较例子4之间的比较
例子8至10和比较例子4的压电陶瓷具有如表1所示那样的组成元素的相同的组成比。如表1和图7A至图7C所示，在已经在1380℃或更低的烧制保持温度下烧制的、例子8至10的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.019％至0.050％。同时，在已经在1400℃的烧制保持温度下烧制的、比较例子4的压电陶瓷中，在第一区域401的内部没有产生第二区域402。因此，获得以下结果：例子8至10的压电陶瓷均具有比比较例子4的压电陶瓷高2.5％或更大的压电常数的绝对值|d31|。另外，具有0.05％或更小的第二区域402的横截面积比的、例子8至10的压电陶瓷具有相同的居里温度，但是压电常数的绝对值|d31|随着第二区域402的横截面积比变大而变高。
例子11至13和比较例子5之间的比较
例子11至13和比较例子5的压电陶瓷具有如表1所示那样的组成元素的相同的组成比。如表1和图8A至图8C所示，在已经在1380℃或更低的烧制保持温度下烧制的、例子11至13的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.020％至0.045％。同时，在已经在1400℃的烧制保持温度下烧制的、比较例子5的压电陶瓷中，在第一区域401的内部没有产生第二区域402。因此，获得以下结果：例子11至13的压电陶瓷均具有比比较例子5的压电陶瓷高5.7％或更大的压电常数的绝对值|d31|。另外，例子11至13的压电陶瓷具有相同的居里温度，但是压电常数的绝对值|d31|随着第二区域402的横截面积比变大而变高。
例子14至17和比较例子6和7之间的比较
例子14至17和比较例子6和7的压电陶瓷具有如表1所示那样的组成元素的相同的组成比。如表1和图9A至图9C所示，在已经在1340℃或更高且1400℃或更低的烧制保持温度下烧制的、例子14至17的压电陶瓷中的每个中，第二区域402的横截面积比为0.010％至0.100％。同时，在已经在1420℃或更高的烧制保持温度下烧制的、比较例子7的压电陶瓷中，在第一区域的内部没有产生第二区域402。因此，获得以下结果：例子14至17的压电陶瓷均具有比比较例子7的压电陶瓷高2.1％或更大的压电常数的绝对值|d31|。另外，具有0.05％或更小的第二区域402的横截面积比的、例子16和例子17的压电陶瓷中的每个均能够在保持高居里温度的同时在压电常数的绝对值|d31|上有所增大。同时，在烧制保持温度低至1320℃的比较例子6的压电陶瓷中，相对密度低至88.4％，机械强度低，而且还烧结不足。
本发明的压电陶瓷在保持居里温度的同时表现出高压电性。另外，本发明的压电陶瓷是无铅的，因此对环境具有小的负担。因此，即使对于使用大量压电陶瓷的设备(诸如压电元件或包括压电元件的电子装置)，本发明的压电陶瓷也可以没有任何问题地使用。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被给予最广泛的解释以便包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (17)

1.一种包括晶粒的压电陶瓷，其特征在于，每个晶粒包括：
第一区域，所述第一区域由具有其中单位格子的中心元素位于非对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成；以及
第二区域，所述第二区域由具有其中单位格子的中心元素位于对称位置处的晶体结构的钙钛矿型金属氧化物形成，并且存在于第一区域的内部，
其中，所述第二区域的横截面积与所述压电陶瓷的横截面积之比为0.1％或更小。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第一区域的横截面积与所述压电陶瓷的横截面积之比为99％或更大。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述晶粒中的每个的外围部分被第一区域占据。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷具有100℃或更高的居里温度。
5.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷在25℃下具有80pm/V或更大的压电常数的绝对值|d31|。
6.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述晶粒具有1.0μm或更大且10μm或更小的平均等效圆直径。
7.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷具有93％或更大且100％或更小的相对密度。
8.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第二区域具有立方体或GdFeO3型晶体结构。
9.根据权利要求8所述的压电陶瓷，其中，所述第二区域的晶体结构用空间群Pnma表示。
10.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，所述第一区域的晶体结构用空间群P4mm表示。
11.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，形成所述第二区域的金属氧化物包括Ca和Ti。
12.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其中，形成所述第一区域的金属氧化物包括Ba和Ti。
13.根据权利要求1所述的压电陶瓷，
其中，形成所述第二区域的金属氧化物包括Ca和Ti，以及
其中，形成所述第一区域的金属氧化物包括Ba和Ti。
14.根据权利要求13所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷具有5.5g/cm3或更大且5.8g/cm3或更小的绝对密度。
15.一种压电元件，其特征在于，包括：
电极；以及
至少一个压电陶瓷部分，
其中，形成所述至少一个压电陶瓷部分的压电陶瓷包括根据权利要求1所述的压电陶瓷。
16.根据权利要求15所述的压电元件，
其中，所述电极和所述至少一个压电陶瓷部分交替地堆叠。
17.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括根据权利要求15或16所述的压电元件。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10868232B2 (en) * 2017-02-14 2020-12-15 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, manufacturing method for piezoelectric material, piezoelectric element, vibration wave motor, optical equipment, and electronic device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1953947A (zh) * 2004-01-20 2007-04-25 株式会社Iai 压电陶瓷组合物
CN1968910A (zh) * 2005-04-28 2007-05-23 株式会社村田制作所 压电陶瓷组合物和压电陶瓷电子部件
CN104891987A (zh) * 2014-03-07 2015-09-09 佳能株式会社 陶瓷粉末、压电陶瓷、压电元件和电子设备
US20160204336A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric ceramic, piezoelectric element, piezoelectric device and piezoelectric ceramic manufacturing method
US20160268045A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 Tdk Corporation Dielectric ceramic composition and ceramic electronic device
CN105986319A (zh) * 2015-03-17 2016-10-05 佳能株式会社 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

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52128327A (en) 1976-04-19 1977-10-27 Kyokuto Shibosan Kk Tin*2* acetylaceton chelate and preparation thereof
JP2006278489A (ja) 2005-03-28 2006-10-12 Seiko Epson Corp 圧電素子及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP5344456B2 (ja) 2008-03-11 2013-11-20 独立行政法人物質・材料研究機構 非鉛系圧電材料
JP2010265146A (ja) 2009-05-15 2010-11-25 Seiko Epson Corp セラミックスの製造方法、セラミックス、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
CN103237774B (zh) * 2010-11-26 2016-05-11 佳能株式会社 压电陶瓷、其制造方法、压电元件、排液头、超声波马达和清尘器
JP5932216B2 (ja) 2010-12-22 2016-06-08 キヤノン株式会社 圧電セラミックス、その製造方法、圧電素子、液体吐出ヘッド、超音波モータ、塵埃除去装置、光学デバイスおよび電子機器
EP2729971B1 (en) 2011-07-05 2017-06-07 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material
US9412931B2 (en) 2012-03-30 2016-08-09 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric ceramics, piezoelectric element, liquid ejection head, ultrasonic motor, and dust removing device
JP6643089B2 (ja) 2015-01-09 2020-02-12 キヤノン株式会社 圧電材料、圧電素子、およびこれを用いた装置
US9917245B2 (en) * 2015-11-27 2018-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric element, method of manufacturing piezoelectric element, piezoelectric actuator, and electronic apparatus
US10868232B2 (en) 2017-02-14 2020-12-15 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, manufacturing method for piezoelectric material, piezoelectric element, vibration wave motor, optical equipment, and electronic device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1953947A (zh) * 2004-01-20 2007-04-25 株式会社Iai 压电陶瓷组合物
CN1968910A (zh) * 2005-04-28 2007-05-23 株式会社村田制作所 压电陶瓷组合物和压电陶瓷电子部件
CN104891987A (zh) * 2014-03-07 2015-09-09 佳能株式会社 陶瓷粉末、压电陶瓷、压电元件和电子设备
US20160204336A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric ceramic, piezoelectric element, piezoelectric device and piezoelectric ceramic manufacturing method
US20160268045A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 Tdk Corporation Dielectric ceramic composition and ceramic electronic device
CN105986319A (zh) * 2015-03-17 2016-10-05 佳能株式会社 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

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PETER NEUMEISTER等: "Effective permittivity of air-filled cracks in piezoelectric ceramics due to crack bridging", vol. 61, pages 1061 - 1069, XP028964123, DOI: 10.1016/j.actamat.2012.10.006 *
周志勇等: "超高居里温度钙钛矿层状结构压电陶瓷研究进展", vol. 33, no. 33, pages 251 - 258 *
周昌荣等: "铋基无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiCrO3的微观组织与电性能", vol. 19, no. 19, pages 1289 - 1293 *
徐玲芳等: "锆钛酸铅镧纤维1-3压电复合材料的制备及性能", vol. 35, no. 35, pages 1152 - 1156 *
陆翠敏;董正伟;刘庆锁;王丽娜;: "0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺及性能研究", vol. 46, no. 24, pages 24100 - 24104 *

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