CN111454054A - 压电组合物及压电元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压电组合物，其含有具有钙钛矿结构的氧化物，氧化物含有铋、钡、铁、及钛，极化处理后的压电组合物的X射线衍射图案在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰，第一峰的衍射角2θ比第二峰的衍射角2θ小，第一峰的强度表示为IL，第二峰的强度表示为IH，IH/IL为0.00以上且2.00以下。
Description
技术领域
本发明涉及压电组合物及压电元件。
背景技术
当前已实用化的压电组合物的大部分都是由锆酸铅(PbZrO3)及钛酸铅(PbTiO3)构成的固溶体(所谓的PZT系压电组合物)。PZT系压电组合物含有大量的氧化铅(PbO)作为主成分。因为氧化铅在低温下也极其容易挥发，所以在压电组合物或使用该压电组合物的压电元件的制造过程中，大量的氧化铅会向大气中扩散。由于铅是对人体有害的环境污染物，因此正在寻求不含铅的压电组合物。
不含铅的代表性的压电组合物是下述非专利文献1记载的铁酸铋(BiFeO3)。铁酸铋(BFO)呈现较大的自发极化。但是，因为BFO的各向异性高，较大的漏电流容易产生在BFO中，所以BFO不具有充分的压电性(例如，压电常数d33)。因此，正在寻求d33比BFO大的压电组合物。例如，下述专利文献1公开有由钛酸钡、铁酸铋、钛镁酸铋构成的三元系化合物。另外，下述专利文献2公开有由锆钛酸钡和铁酸铋构成的二元系化合物。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013-191751号公报
专利文献2：日本特开2016-6859号公报
非专利文献1：Zhenyong Cen et al.,“Effect of sintering temperature onmicrostructure and piezoelectric properties of Pb-free BiFeO3-BaTiO3ceramicsin the composition range of large BiFeO3 concentrations”,J Electroceram,31,p.15-20,2013.
发明内容
专利文献1中记载的压电组合物通过施加充分高的电场，会产生较大的变形。但是，专利文献1中记载的压电组合物难以在实施了极化处理后具有足够大的压电常数(d33)。专利文献2中记载的压电组合物具有较大的压电常数。但是，专利文献2中记载的压电组合物的居里温度及去极化温度(depolarization temperature)非常低。其结果是，在使用了压电组合物的压电元件的制造过程中，通过压电组合物的加热，压电组合物的压电性容易受损。例如，通过焊接(soldering)时的加热，会损害压电组合物的压电性。因此，专利文献2中记载的压电组合物不耐用。非专利文献1中记载的压电组合物也难以在实施了极化处理后具有足够大的压电常数。
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种具有较大的压电常数的压电组合物及具备该压电组合物的压电元件。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方面的压电组合物含有具有钙钛矿结构的氧化物，其中，氧化物含有铋、钡、铁、及钛，极化处理后的压电组合物的X射线衍射图案在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰，第一峰的衍射角2θ比第二峰的衍射角2θ小，第一峰的强度表示为IL，第二峰的强度表示为IH，IH/IL为0.00以上且2.00以下。
至少一部分的上述氧化物可以表示为x[BimFeO3]-y[BanTiO3]，x可以为0.6以上且0.8以下，y可以为0.2以上且0.4以下，x+y可以为1，m可以为0.96以上且1.06以下，n可以为0.96以上且1.06以下。
m可以为1.02以上且1.05以下，n可以为1.02以上且1.05以下。
氧化物的至少一部分可以为菱面体(rhombohedron)晶。
本发明的一个方面的压电组合物可以包含含有铋及铁的氧化物的菱面体晶。
本发明的一个方面的压电元件具备上述的压电组合物。
发明效果
根据本发明，提供一种具有较大的压电常数的压电组合物及具备该压电组合物的压电元件。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的压电组合物所含的氧化物的钙钛矿结构的晶胞的立体图。
图2是本发明的一个实施方式的压电组合物所含的氧化物的菱面体晶的立体图。
图3是构成图2所示的菱面体晶的晶胞的立体图。
图4是本发明的一个实施方式的压电元件的示意性的立体图。
图5是本发明的一个实施方式的压电组合物的制造过程(烧成工序)的温度的曲线图。
图6是本发明的实施例C1的压电组合物的X射线衍射图谱、及比较例1的压电组合物的X射线衍射图谱。
符号说明
2……基板
4……第一电极
6……压电体(压电组合物)
8……第二电极
uc……钙钛矿结构的晶胞
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。本发明不限定于下述实施方式。
本实施方式的压电组合物具备含有铋(Bi)、钡(Ba)、铁(Fe)和钛(Ti)的氧化物。为了便于说明，含有Bi、Ba、Fe及Ti的氧化物表示为“BFO-BTO”。BFO-BTO具有钙钛矿结构。BFO-BTO可以包含选自钙钛矿结构的菱面体晶(rhombohedral crysta1)、钙钛矿结构的四方晶(tetragonal crystal)及钙钛矿结构的立方晶(cubic crystal)中的至少一种晶体。图1表示钙钛矿结构的晶胞的一个例子。钙钛矿结构的晶胞uc可以由位于A位点的元素A、位于B位点的元素B、及氧(O)构成。元素A可以是Bi或Ba。元素B可以是Fe或Ti。图2表示BFO-BTO的菱面体晶的一个例子。图2中的构成菱面体晶的晶胞uc与图3中的晶胞uc对应。为了便于制图，在图3中省略了元素B及O。图1及图2中的a1、b1及c1是构成立方晶或四方晶的基本向量。图3中的a2、b2及c2是构成菱面体晶的基本向量。基于a1、b1及c1的[111](晶体取向)与基于a2、b2及c2的[001]h对应。如图2所示，钙钛矿结构的菱面体晶与BiFeO3同样，可以具有反铁磁性应变位移(antiferromagnetic strain displacernent)。如图2所示，菱面体晶可以由沿着[111]周期性排列的两个晶胞uc构成。压电组合物可以具有自发极化。即，压电组合物可以是热电体或铁电体。
极化处理后的压电组合物的X射线衍射图谱在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰。所谓极化处理，是通过对压电组合物施加电场，使压电组合物沿着电场进行极化。第一峰的衍射角2θ比第二峰的衍射角2θ小。例如，第一峰的衍射角2θ可以是约38.851°。例如，第二峰的衍射角2θ可以是约39.177°。X射线衍射图谱的测定所使用的入射X射线可以是CuKα1射线。第一峰的强度表示为IL。第二峰的强度表示为IH。IH/IL为0.00以上且2.00以下。IL及IH各自的单位可以为任意单位(arbitrary unit；a.u.)。含有BFO-BTO且IH/IL为0.00以上且2.00以下的压电组合物能够具有较大的压电常数(d33)。第一峰及第二峰各自的衍射角2θ不限定于上述的值，可以根据BFO-BTO的组成来变动。
第一峰的强度的衍射角2θ与铁酸铋(BFO)的菱面体晶的(006)面中的衍射X射线的衍射角2θ大致相等。第二峰的强度的衍射角2θ与铁酸铋的菱面体晶的(202)面中的衍射X射线的衍射角2θ大致相等。因此，压电组合物中所含的氧化物(BFO-BTO)的一部分或全部有可能是与铁酸铋同样的菱面体晶。即，压电组合物所含的氧化物(BFO-BTO)的一部分或全部有可能具有铁酸铋系的钙钛矿结构。铁酸铋的衍射X射线的衍射角2θ和晶面的对应关系例如可以根据Inorganic Crystal Structure Database(ICSD)的代码No.194991来特定。铁酸铋的菱面体晶的自发极化的取向为[001]h，是(006)面的法线方向。即，(006)面越在一个方向上定向，铁酸铋越容易沿着[001]h进行极化。同样，BFO-BTO的菱面体晶的自发极化的取向也是[001]h，是(006)面的法线方向。因此，与(006)面的衍射X射线对应的第一峰的强度IL越大，朝向自发极化取向的(006)面越多，压电组合物越容易被极化。例如，在压电组合物的厚度均匀，且通过垂直于厚度方向的压电组合物的表面的面外(out of plane)测定(2θ/θ法)来测定第一峰的情况下，IL越大，与压电组合物的表面大致平行的(006)面越多，压电组合物越容易在其厚度方向([001]h)上被极化。另一方面，铁酸铋的菱面体晶难以在[101]h上被极化。即，铁酸铋的菱面体晶难以在(202)面的法线方向上被极化。同样，BFO-BTO的菱面体晶也难以在(202)面的法线方向上被极化。因此，(202)面的对应于衍射X射线的第二峰的强度IH越大，无助于自发极化的(202)面越多，压电组合物越难以被极化。由以上理由可知，IL相对地越比IH大，压电组合物越容易被极化，压电组合物的压电常数(d33)越增加。而且，通过IH/IL为0.00以上且2.00以下，压电组合物能够具有充分大的压电常数。从同样的理由来看，IH/IL可以优选为0.00以上且1.50以下，更优选为0.00以上且1.00以下。因为压电组合物容易具有充分大的压电常数，所以氧化物(BFO-BTO)的一部分或全部可以是菱面体晶。
压电组合物具有较大的压电常数(d33)的理由不一定限定于上述的机理。
至少一部分氧化物(BFO-BTO)可以用下述化学式1来表示。下述化学式1可以与化学式2相等。
x[BimFeO3]-y[BanTiO3] (1)
(BixmBayn)(FexTiy)O3 (2)
x+y为1。x可以为0.6以上且0.9以下，优选为0.6以上且0.8以下。y可以为0.1以上且0.4以下，优选为0.2以上且0.4以下。m可以为0.93以上且1.07以下，优选为0.96以上且l.06以下，更优选为1.02以上且1.05以下。n可以为0.93以上且1.07以下，优选为0.96以上且1.06以下，更优选为1.02以上且1.05以下。化学式1是指压电组合物中所含的氧化物的组成由铁酸铋(BFO)的菱面体晶和钛酸钡(BTO)的四方晶的两相之和来表示的意思。这两相共存的组成容易具有准同型相界(MPB)。其结果是，在压电组合物中容易发生极化旋转，压电组合物容易具有较大的压电常数(d33)。另外，在压电组合物所含的氧化物用化学式1来表示的情况下，压电组合物容易具有较高的去极化温度(depolarization temperature)。
在m及n都在上述的范围内的情况下，因为不具有压电性的异相难以形成在压电组合物中，所以压电常数容易增加。特别是在m为1.02以上且1.05以下，且n为1.02以上且1.05以下的情况下，难以发生钙钛矿结构的A位点上的Bi及Ba的缺陷，钙钛矿结构的结晶性提高。由于Bi及Ba的缺陷会妨碍磁畴的运动，因此通过Bi及Ba的缺陷被抑制，钙钛矿结构的结晶性提高，从而磁畴钉扎被抑制，压电组合物内的磁畴容易反转。其结果是，压电常数容易增加。
压电组合物可以仅由选自Bi、Fe、Ba、Ti及O中的一种的氧化物构成。压电组合物的一部分可以是由BimFeO3构成的相。因为压电组合物容易具有充分大的压电常数(d33)，所以压电组合物可以包含含有铋及铁的氧化物的菱面体晶。例如，压电组合物的一部分也可以是BimFeO3的菱面体晶。压电组合物中的一部可以是由BanTiO3构成的相。压电组合物也可以含有Bi、Fe、Ba、Ti及O以外的元素作为添加物或杂质。例如，压电组合物可以还含有选自银(Ag)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)及锰(Mn)中的至少一种元素。通过压电组合物含有这些元素，压电组合物的电阻率(ρ)容易升高，压电组合物中的漏电流容易被抑制。因此，容易对压电组合物施加高电压，压电组合物容易被充分极化，压电组合物容易具有较大的压电常数。压电组合物可以含有选自钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、铝(A1)、硫(S)、锆(Zr)、硅(Si)、磷(P)、铜(Cu)、锌(Zn)及铪(Hf)中的至少一种作为添加物或杂质。本实施方式的压电组合物可以不含有Pb。但是，含有Pb的压电组合物不一定要从本实施方式的技术范围内排除出外。
压电组合物整体的平均组成例如可以通过荧光X射线分析(XRF法)或电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法来分析。压电组合物的结构可以通过X射线衍射(XRD)法来特定。
极化处理后的压电组合物的d33例如可以为102pC/N以上且250pC/N以下。压电组合物的去极化温度例如可以为200℃以上且643℃以下。
如图4所示，本实施方式的压电元件10具备：基板2、重叠在基板2的表面上的第一电极4、重叠在第一电极4的表面上的压电体6、重叠在压电体6的表面上的第二电极8。压电体6含有本实施方式的上述压电组合物。压电体6可以是压电组合物的烧结体。压电体6除了含有压电组合物以外，也可以含有其它成分。图4所示的压电体6为较薄的长方体，但压电体6的形状及尺寸没有限定。基板2例如也可以为金属、半导体、树脂、玻璃或陶瓷。只要第一电极4及第二电极8具有导电性，则第一电极4及第二电极8各自的组成就没有限定。第一电极4及第二电极8可以分别是金属单体或合金。第一电极4及第二电极8也可以分别是具有导电性的金属氧化物。本实施方式的压电元件10的结构不限定于图4所示的结构。
本实施方式的压电元件的用途是多方面的。压电元件例如可以是压电麦克风、声纳、超声波探测器、陶瓷滤波器、压电变压器、收集器(harvester)、压电蜂鸣器、超声波电动机、振荡器、谐振器、或声学多层膜。压电元件例如也可以是压电致动器。压电致动器可以用于触觉反馈器(haptics)。即，压电致动器可以用于要求基于皮肤感觉(触觉)的反馈的各种设备。要求基于皮肤感觉的反馈的设备例如可以是可穿戴设备、触摸板、显示器、或游戏控制器。压电致动器也可以用于磁头组件、磁头堆组件、或硬盘驱动器。压电致动器例如也可以用于打印头、或喷墨打印机装置。压电致动器也可以用于压电开关。压电元件例如也可以是压电传感器。压电传感器例如可以用于陀螺仪传感器、压力传感器、AE(声频发射，Acoustic Emission)传感器、脉搏波传感器、超声波传感器、加速度传感器或冲击传感器。上述的各压电元件可以是微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems；MEMS)的一部分或全部。
本实施方式的压电组合物可以通过以下制造方法来制造。
在压电组合物的制造中，由起始原料调制原料粉末(原料颗粒)。通过原料颗粒的冲压成型，形成成型体。通过成型体的烧成，得到烧结体。通过对烧结体实施极化处理，得到压电体。本实施方式的压电组合物是指极化处理前的烧结体、及极化处理后的烧结体双方。下面，各工序的详细如下所述。
在造粒工序中，称量压电组合物的起始原料。可以使用多种起始原料。起始原料含有Bi、Fe、Ba及Ti。起始原料可以是各元素的单体(金属)、或化合物。化合物例如可以是氧化物、碳酸盐、氢氧化物、草酸盐、或硝酸盐等。各起始原料可以是固体(例如粉末)。通过各起始原料的称量，起始原料的整体的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比可以被调节到上述化学式1中的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比。
铋化合物可以是氧化铋(Bi2O3)、硝酸铋(Bi(NO3)3)等。铁化合物可以是氧化铁(Fe2O3)、氯化铁(FeCl3)、或硝酸铁(Fe(NO3)3)等。钡化合物可以是氧化钡(BaO)、碳酸钡(BaCO3)、草酸钡(BaC2O4)、醋酸钡((CH3COO)2Ba)、硝酸钡(Ba(NO3)2)、硫酸钡(BaSO4)、或钛酸钡(BaTiO3)等。钛化合物可以是氧化钛(TiO2)等。
在造粒工序中，可由上述的起始原料制备原料颗粒。也可以制备组成不同的多种原料颗粒。原料颗粒的制备方法例如如下所述。
可以通过将起始原料和溶剂混合，来制备浆料。可以通过使用球磨机等进行浆料的湿式混合，将浆料中的起始原料粉碎。浆料的制备中使用的溶剂例如可以为水。溶剂也可以为乙醇等醇。溶剂可以为水和乙醇的混合物。湿式混合后的起始原料可以通过喷雾干燥器等来干燥。
通过将粉碎后的起始原料的混合物成型，形成预成型体。通过将预成型体在氧化气氛中加热(煅烧，calcine)，能得到煅烧体。氧化气氛例如可以为大气。煅烧的温度可以为700℃以上且1050℃以下。煅烧的时间可以为1～3小时左右。通过煅烧体的粉碎，可得到原料颗粒。可以将原料颗粒和溶剂混合来制备浆料。可以通过使用球磨机等进行的浆料的湿式混合，将浆料中的原料颗粒粉碎。可以通过该湿式混合，来调节原料颗粒的一次粒径的平均值。原料颗粒的一次粒径的平均值例如可以为0.01μm以上且20μm以下。湿式混合后的原料颗粒可以通过喷雾干燥器等来干燥。
通过原料颗粒及粘合剂的混合物的冲压成型，得到成型体。粘合剂可以为聚乙烯醇或乙基纤维素等有机粘合剂。分散剂可以添加到粘合剂中。
在烧成工序中，通过将成型体在氧化气氛中进行烧成(sinter)，得到烧结体。在成型体的烧成前，可以进行成型体的脱粘合剂处理。即，可以通过成型体的加热，使成型体中的粘合剂分解。脱粘合剂处理及烧成也可以连续地进行。脱粘合剂处理及烧成也可以分别进行。
如图5所示，在烧成工序中，优选分两个阶段来加热成型体。即，烧成工序优选具备第一烧成过程和接着第一烧成过程的第二烧成过程。在第一烧成过程中，优选在第一烧成温度下加热成型体，在第二烧成过程中，优选在第二烧成温度下加热成型体，第一烧成温度优选比第二烧成温度高。通过在烧成工序中分两个阶段加热成型体，容易得到具有大的压电常数(d33)及高去极化温度的压电组合物。第一烧成过程的升温速度优选为15℃/分钟以上且1000℃/分钟以下。第一烧成过程的升温速度是在第一烧成过程中成型体的温度从室温升至第一烧成温度的升温速度。第一烧成温度优选为1100℃以上且1300℃以下。第二烧成温度优选为900℃以上且1000℃以下。在第一烧成过程的升温速度、第一烧成温度及第二烧成温度在上述范围内的情况下，容易得到具有大的压电常数及高的去极化温度的压电组合物。第一烧成过程的时间例如可以为0.5小时以上且2小时以下。第二烧成过程的时间例如可以为2小时以上且32小时以下。在烧成工序后，也可以在比第二烧成工序还低的温度下对烧结体进行退火。
在后述的极化处理之前，通过烧结体的切断，可以形成由烧结体构成的薄板。可以对烧结体的薄板的表面实施研磨。作为烧结体的切断，可以使用切割机、切片机或切割锯等切断机。在研磨后，分别在烧结体的一对相对的表面上形成极化处理用的临时电极。临时电极可以通过真空蒸镀法或溅射来形成。临时电极容易通过使用氯化铁溶液等进行蚀刻处理而被去除。
在极化处理中，对夹着烧结体的一对临时电极间施加极化电场。在极化处理中，可以加热烧结体。极化处理中的烧结体的温度可以为80℃以上且300℃以下。施加极化电场的时间可以为1分钟以上且30分钟以下。极化电场可以为烧结体的矫顽电场的0.9倍以上。
在极化处理后，从烧结体去除临时电极。通过烧结体的加工，可以形成具有所期望的形状的压电组合物(压电体)。
以上对本发明的最佳实施方式进行了说明，但本发明不一定限定于上述的实施方式。例如，本发明的压电组合物也可以为压电薄膜。
[实施例]
下面，利用实施例及比较例对本发明进行详细说明。但是，本发明不限定于以下实施例。
(实施例A1)
作为起始原料，可使用Bi2O3的粉末、Fe2O3的粉末、BaCO3的粉末及TiO2的粉末。以起始原料的整体中的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比与下述化学式1的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比一致的方式称量BaCO3、TiO2、Bi2O3及Fe2O3。在实施例A1的情况下，化学式1中的x、y、m及n的值为下述表1所示的值。
x[BimFeO3]-y[BanTiO3] (1)
所有起始原料和纯水用球磨机混合10小时。在使混合后的起始原料干燥以后，通过起始原料的冲压成型，得到预成型体。通过在800℃下加热预成型体，得到了煅烧体。煅烧体用球磨机进行粉碎。通过使粉碎后的煅烧体干燥，得到了原料颗粒。通过原料颗粒及粘合剂(聚乙烯醇)的混合物的冲压成型，得到了成型体。通过成型体的加热，除去粘合剂。
在脱粘合剂处理后，通过以下的烧成工序，得到烧结体。
作为烧成工序，实施第一烧成过程和接着第一烧成过程的第二烧成过程。在第一烧成过程中，使成型体的温度以升温速度VT从室温上升至第一烧成温度。在第一烧成过程中，在大气中在第一烧成温度TS1下加热成型体。第一烧成过程的时间为1小时。在第二烧成过程中，在第二烧成温度TS2下加热成型体。第二烧成过程的时间为10小时。实施例A1的升温速度VT、第一烧成温度TS1、及第二烧成温度TS2如下述表1所示。
通过使用双面研磨盘及切割锯对烧结体进行加工，形成由烧结体构成的板。加工后的烧结体的尺寸为长16mm×宽16mm×厚0.5mm。
使用真空蒸镀装置，在烧结体的两面分别形成由Ag构成的电极。各电极的厚度为1.5μm。各电极的尺寸为15mm×15mm。
通过对由一对电极夹着的烧结体施加电场，使烧结体极化。施加于烧结体的电场的强度为矫顽电场的1.5～2倍。对烧结体施加15分钟的电场。上述的极化处理在温度为120℃的硅油槽中实施。
通过以上方法，得到实施例A1的压电组合物。基于荧光X射线分析的分析结果为，压电组合物中的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比与上述化学式1的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比一致。即，化学式1中的x、y、m及n各自的值与下述表1所示的值一致。
通过极化处理后的压电组合物的表面的面外(out of plane)测定(2θ/θ法)，测定了X射线衍射图谱。在X射线衍射图谱的测定中，作为X射线源的靶，可使用Cu，向压电组合物的表面入射Cu的特性X射线。测定了X射线衍射图谱的压电组合物的表面垂直于极化方向。极化方向是极化处理中的直流电场的方向。通过用软件对所测定出的X射线衍射图谱进行处理，来源于CuKα2线的衍射X射线的峰被从X射线衍射图谱中去除。即，从所测定出的X射线衍射图谱中提取来源于CuKα1射线的X射线衍射图谱。CuKα1射线的波长为
以下记载的X射线衍射图谱是表示来源于CuKα1射线的X射线衍射图谱的意思。通过X射线衍射图谱，可确认压电组合物具有钙钛矿结构。X射线衍射图谱在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰。第一峰的衍射角2θ比第二峰的衍射角2θ小。第一峰的强度的衍射角2θ为约38.909°。第二峰的强度的衍射角2θ为约39.367°。根据第一峰的强度IL和第二峰的强度IH，计算出IH/IL。实施例A1的IH/IL如下述表1所示。
使用d33测试仪，测定了极化处理后的压电组合物的压电常数d33(单位：pC/N)。d33测试仪是用于通过基于JIS(Japanese Industrial Standards)R 1696的柏林涂装法(Berlin coating)，来测定d33的装置。在柏林涂装法中，利用对压电组合物赋予了振动时的正压电效应，测定d33。因此，在柏林涂装法中，与利用对压电组合物施加了电场时的逆压电效应的测定方法不同，不受电致伸缩的影响，可得到压电组合物的本来的d33。实施例A1的d33如下述表1所示。
通过在极化处理后的压电组合物的两面形成电极，来制作压电元件。压电元件的整体设置在恒温槽内。通过一边使恒温槽内的压电元件的温度从室温开始上升，一边连续地测定压电组合物的压电常数(d33)，特定出压电组合物的去极化混度Td(单位：℃)。去极化温度Td是在升温过程中压电组合物的d33变成零的瞬间的压电组合物的温度。d33的测定可使用阻抗分析仪。实施例A1的Td如下述表1所示。
(实施例A2～A10、B1～B15、C1～C15、D1～D15、E1～E11及比较例1～5)
在实施例A2～A10、B1～B15、C1～Cl5、D1～D15、E1～E11及比较例1～5的情况下，通过起始原料的称量，x、y、m及n被调节到下述表1～5所示的值。
在实施例A2～A10、B1～B15、C1～C15、D1～D15、E1～E11及比较例1～5的情况下，升温速度VT、第一烧成温度TS1、及第二烧成温度TS2为下述表1～5所示的值。
除了上述的事项以外，通过与实施例A1同样的方法，制作出其它实施例及比较例各自的压电组合物。通过与实施例A1同样的方法，对其它实施例及比较例各自的压电组合物进行分析及测定。
即使在实施例A2～A10、B1～B15、C1～C15、D1～D15、E1～E11及比较例1～5中的任一例的情况下，压电组合物的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比都与上述化学式1中的Bi、Fe、Ba及Ti的摩尔比一致，化学式1中的x、y、m及n各自的值与下述表1～5所示的值一致。
即使在实施例A2～A10、B1～B15、C1～C15、D1～D15、E1～E11及比较例1～5中的任一例的情况下，都可确认压电组合物具有钙钛矿结构。在比较例1以外的所有实施例及比较例的情况下，X射线衍射图谱都在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰，第一峰的衍射角2θ比第二峰的衍射角2θ小。比较例1以外的实施例及比较例各自的IH/IL如下述表1～5所示。实施例C1及比较例1各自的X射线衍射图谱如图6所示。如图6所示，比较例1的X射线衍射图谱没有第一峰。即，比较例1的IL为零。因此，不能计算出比较例1的IH/IL。
在实施例A2～A10、B1～B15、C1～C15、D1～D15、E1～E11及比较例1～5的情况下，d33及Td为下述表1～5所示的值。d33优选为100pC/N以上，更优选为200pC/N以上。Td优选为260℃以上，更优选为300℃以上。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
工业上的可利用性
本发明的压电组合物例如可用于压电致动器。
Claims (6)
1.一种压电组合物，其中，
所述压电组合物含有具有钙钛矿结构的氧化物，
所述氧化物含有铋、钡、铁、及钛，
极化处理后的所述压电组合物的X射线衍射图案在衍射角2θ为38.6°以上且39.6°以下的范围内具有第一峰及第二峰，所述第一峰的衍射角2θ比所述第二峰的衍射角2θ小，
所述第一峰的强度表示为IL，
所述第二峰的强度表示为IH，
IH/IL为0.00以上且2.00以下。
2.根据权利要求1所述的压电组合物，其中，
至少一部分所述氧化物表示为x[BimFeO3]-y[BanTiO3]，
x为0.6以上且0.8以下，
y为0.2以上且0.4以下，
x+y为1，
m为0.96以上且1.06以下，
n为0.96以上且1.06以下。
3.根据权利要求2所述的压电组合物，其中，
m为1.02以上且1.05以下，
n为1.02以上且1.05以下。
4.根据权利要求1所述的压电组合物，其中，
所述氧化物的至少一部分为菱面体晶。
5.根据权利要求1所述的压电组合物，其中，
包含含有铋及铁的氧化物的菱面体晶。
6.一种压电元件，其具备权利要求1所述的压电组合物。
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