DE102019106987A1

DE102019106987A1 - Piezoelektrische zusammensetzung und piezoelektrisches element

Info

Publication number: DE102019106987A1
Application number: DE102019106987.4A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Katoh; Yuiko HIROSE; Masakazu Hirose; Mirai ISHIDA
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: CN110282972A; US20190288181A1; CN110282972B; US11005028B2; DE102019106987B4

Abstract

Eine piezoelektrische Zusammensetzung, die Kupfer, Germanium und ein komplexes Oxid aufweist, die durch die Zusammensetzungsformel KNbOdargestellt ist und eine Perowskitstruktur aufweist, wobei m in der Zusammensetzungsformel 0,970 ≦ m ≦ 0,999 erfüllt, und bezüglich 1 mol des komplexen Oxids x mol% von Kupfer hinsichtlich eines Kupferelements und y mol% von Germanium hinsichtlich eines Germaniumelements enthalten sind, wobei x 0,100 ≦ × ≦ 1,000 erfüllt und y 0,000 < y ≦ 1,500 erfüllt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Zusammensetzung und ein piezoelektrisches Element daraus.
Die piezoelektrische Zusammensetzung weist, basierend auf einer spontanen Polarisierung aufgrund von Vorspannung einer elektrischen Ladung in Kristallen, einen Effekt (einen piezoelektrischen Effekt) des Erzeugens elektrischer Ladung auf der Oberfläche aufgrund des Empfangens einer externen Belastung, und einen Effekt (einen umgekehrten piezoelektrischen Effekt) des Erzeugens von Verformung aufgrund eines Anliegens eines externen elektrischen Felds, auf.
Piezoelektrische Elemente, an welche solche piezoelektrische Zusammensetzungen, die fähig sind, gegenseitig mechanische Energie und elektrische Energie umzuwandeln, angewandt werden, werden in diversen Gebieten weitgehend verwendet. Ein Aktuator als ein piezoelektrisches Element, das den umgekehrten piezoelektrischen Effekt bezüglich einer angelegten Spannung einsetzt, kann zum Beispiel eine winzige Verschiebung mit einer hohen Präzision bereitstellen und weist eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit auf. Der Aktuator kann folglich zum Beispiel als ein Antriebselement für ein Bauteil eines optischen Systems, ein HDD-Kopfantriebselement, ein Tintenstrahldrucker-Kopfantriebselement und ein ein Kraftstoffeinspritzventil antreibendes Element sein.
Es wird auch als ein Sensor zum Ablesen einer winzigen Kraft oder Verformungsmenge unter Verwenden des piezoelektrischen Effekts verwendet. Des Weiteren, da die piezoelektrische Zusammensetzung eine hervorragende Reaktionsfähigkeit aufweist, kann auch Resonanz durch Erregen der piezoelektrischen Zusammensetzung selbst oder eines elastischen Körpers, der mit der piezoelektrischen Zusammensetzung verbunden ist, durch Anlegen eines Wechselstromfelds bewirkt werden. Er wird folglich auch als ein piezoelektrischer Umwandler, ein Ultraschallmotor usw. verwendet.
Im Allgemeinen besteht die piezoelektrische Zusammensetzung aus einer polykristallinen Substanz und wird erhalten, indem die gebrannte ferroelektrische Zusammensetzung einer Polungsverarbeitung unterzogen wird. Nach dem Brennen ist die Richtung der spontanen Polarisierung in jedem Kristall in der ferroelektrischen Zusammensetzung zufällig. Und die ferroelektrische Zusammensetzung als ein Ganzes hat keine Vorspannung der elektrischen Ladung und zeigt den piezoelektrischen oder umgekehrten piezoelektrischen Effekt nicht auf. Durch Anlegen eines Gleichstromfelds, das höher ist als das koerzitive elektrische Feld, an die gebrannte ferroelektrische Zusammensetzung, wird folglich ein Vorgang ausgeführt, der Polungsverarbeitung genannt wird, bei dem die Richtung der spontanen Polarisierung in eine bestimmte Richtung ausgerichtet wird. Die ferroelektrische Zusammensetzung kann nach der Polungsverarbeitung Eigenschaften als die piezoelektrische Zusammensetzung aufzeigen.
Als die piezoelektrische Zusammensetzung wird häufig eine auf Blei basierende piezoelektrische Zusammensetzung zusammengesetzt aus Bleizirkonat (PbZrO₃) und Bleititanat (PbTiO₃) verwendet. Die auf bleibasierende piezoelektrische Zusammensetzung enthält jedoch 60 bis 70 Gewichtsprozent Bleioxid (PbO), das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, und Bleioxid verflüchtigt sich während des Brennens ohne Weiteres. Aus einer Sicht der Umweltbelastung ist folglich die Entwicklung einer bleifreien piezoelektrischen Zusammensetzung eine extrem wichtige Aufgabe.
Wie ein strukturiertes Wismutschichtmaterial, das als die bleifreie piezoelektrische Zusammensetzung bekannt ist. Da mit Wismut geschichtetes Ferroelektrikum jedoch eine starke Kristallanisotropie aufweist, ist es erforderlich, die spontane Polarisierung durch Einsetzen einer Scherbelastung auszurichten, die durch ein Warmschmiedeverfahren angewandt wird, was hinsichtlich der Produktivität ein Problem aufweiset.
Andererseits ist kürzlich eine Forschung an einer auf Alkalimetallniobat basierenden Verbindung als eine neue umweltfreundliche piezoelektrische Zusammensetzung fortgeschritten. Um der auf Alkalimetallniobat basierenden Verbindung neue Eigenschaften zu verleihen, wird eine Additivkomponente hinzugefügt. Die folgende Patentschrift 1 offenbart zum Beispiel eine piezoelektrische Zusammensetzung, in der ein Kupferoxid zu der auf Alkalimetallniobat basierenden Verbindung hinzugefügt wird. Zusätzlich offenbart die folgende Nicht-Patentschrift 1 eine piezoelektrische Zusammensetzung, in der ein Germaniumoxid zu der auf Alkalimetallniobat basierenden Verbindung hinzugefügt wird.
Patentschrift 1: JP-Patent Nr. 4398635
Nicht-Patentschrift 1: K. Chen, et al., „Effects of GeO2 Addition on Sintering and Properties of (K0.5Na0.5)NbO3 Ceramics", J. Am. Ceram. Soc., 1-6 (2016)
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um eine hohe Leistung und eine Verkleinerung eines Geräts zu realisieren, in dem das piezoelektrische Element, das die piezoelektrische Zusammensetzung aufweist, montiert wird, ist es erforderlich, die Größe des piezoelektrischen Elements zu reduzieren, während die Leistungen des piezoelektrischen Elements aufrechterhalten werden. In diesem Fall ist es auch erforderlich, die Größe der piezoelektrischen Zusammensetzung zu reduzieren, die mechanische Stärke der piezoelektrischen Zusammensetzung sinkt jedoch mit dem Reduzieren der Größe der piezoelektrischen Zusammensetzung. Falls die mechanische Stärke verringert wird, können mangelhafte Produkte während der Verarbeitung der piezoelektrischen Zusammensetzung erzeugt werden. Die piezoelektrische Zusammensetzung muss folglich eine bevorzugte mechanische Stärke aufweisen.
Da das Gerät, in dem das piezoelektrische Element montiert wird, in diversen Umgebungen verwendet wird, muss das piezoelektrische Element zusätzlich eine hohe Zuverlässigkeit in schwierigen Umgebungen aufweisen. Eine Bedingung einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit ist ein Beispiel der schwierigen Umgebung.
Gemäß der auf Alkalimetallniobat basierenden Verbindung, die in der oben genannten Patentschrift 1 offenbart ist, verflüchtigen sich jedoch die Alkalimetallelemente während des Brennens, es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Leerstellen, Mängel usw. innerhalb der piezoelektrischen Zusammensetzung nach dem Brennen erzeugt werden. Und daher bestand ein Problem, dass die mechanische Stärke gering ist. Die oben stehende Patentschrift 1 hat jedoch ihre mechanische Stärke überhaupt nicht bewertet. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass Feuchtigkeit wahrscheinlich durch Leerstellen, Mängel usw., die innerhalb der piezoelektrischen Zusammensetzung, die in der oben stehenden Patentschrift 1 offenbart ist, nach dem Brennen eindringt. Es wird daher angenommen, dass die Zuverlässigkeit gering ist.
Es wird beschrieben, dass ein Sintern bei niedriger Temperatur für die auf Alkalimetallniobat basierende Verbindung, die in der Nicht-Patentschrift 1 offenbart ist, möglich ist, dass jedoch die piezoelektrischen Eigenschaften, wie der mechanische Qualitätsfaktor Q_m, niedrig sind. Darüber hinaus wurden die mechanische Stärke und mechanische Zuverlässigkeit überhaupt nicht bewertet.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts solcher Umstände, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine piezoelektrische Zusammensetzung bereitzustellen, die mit einer mechanischen Stärke und einer piezoelektrischen Eigenschaft vereinbar ist, und die eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, und ein piezoelektrisches Element, das die piezoelektrische Zusammensetzung aufweist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um die oben stehende Aufgabe zu verwirklichen, ist ein Aspekt der Erfindung

[1] eine piezoelektrische Zusammensetzung, die Kupfer, Germanium und einen Oxidkomplex aufweist, dargestellt durch eine Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ und eine Perowskitstruktur, in der m in der Zusammensetzungsformel 0,970 ≦ m ≦ 0,999 erfüllt und, bezüglich 1 mol des komplexen Oxids x mol% Kupfer hinsichtlich eines Kupferelements und y mol% Germanium hinsichtlich eines Germaniumelements enthalten sind, wobei x 0,100 ≦ x ≦ 1,000 erfüllt und y 0,000 < y ≦ 1,500 erfüllt.
[2] Piezoelektrische Zusammensetzung nach[1], wobei m 0,991 ≦ m ≦ 0,999 erfüllt.
[3] Eine piezoelektrische Zusammensetzung, die Kupfer, Germanium und einen Oxidkomplex aufweist, dargestellt durch eine Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ und mit einer Perowskitstruktur, wobei die piezoelektrische Zusammensetzung Kristallkörner aufweist, die eine Perowskitstruktur und eine Korngrenze aufweisen, und Germanium an der Korngrenze verteilt ist.
[4] Piezoelektrische Zusammensetzung nach[3], wobei die Korngrenze ein oder mehr Elemente verteilt, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Kalium, Niob und Kupfer besteht.
[5] Ein piezoelektrisches Element, das die piezoelektrische Zusammensetzung nach einem von[1] bis[4] aufweist.

In Fällen, in welchen die erfindungsgemäße piezoelektrische Zusammensetzung die oben stehenden Eigenschaften aufweist, ist es möglich, eine piezoelektrische Zusammensetzung bereitzustellen, die sowohl eine mechanische Stärke als auch eine piezoelektrische Eigenschaft erfüllen kann und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, und ein piezoelektrisches Element, das die piezoelektrische Zusammensetzung aufweist.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Elements.
2 ist eine schematische Querschnittansicht eines anderen Beispiels des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Elements.
3 ist ein STEM-Bild eines beispielhaften Querschnitts einer piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß einem Beispiel der Erfindung.
4 ist eine Ansicht, die EDS-Punktanalyseresultate an den Punkten 1 bis 5, die in 3 gezeigt sind, zeigt.

Nachstehend wird die Erfindung ausführlich basierend auf spezifischen Ausführungsformen in der folgenden Reihenfolge beschrieben.

1. Piezoelektrisches Element
- 1.1 Piezoelektrische Zusammensetzung
2. Verfahren zum Erzeugen eines piezoelektrischen Elements
3. Kurzdarstellung der Ausführungsform
4. Geänderte Ausführungsformen

(Piezoelektrisches Element)
Zunächst wird ein piezoelektrisches Element, an das die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform angewandt wird, beschrieben. Das piezoelektrische Element ist nicht besonders eingeschränkt, solange es ein Element ist, an das die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform angewandt werden kann. Bei der Ausführungsform werden ein beispielhaft gezeigter piezoelektrischer Wandler, ein Dünnfilmsensor und ein piezoelektrischer Ultraschallmotor usw. veranschaulicht.
Das piezoelektrische Element 5, das in 1 gezeigt ist, weist ein plattenförmiges piezoelektrisches Teil 1 und ein Paar von Elektroden 2 und 3 auf, die auf einem Paar entgegengesetzter Oberflächen 1a und 1b gebildet sind, die beide Hauptoberflächen des piezoelektrischen Teils 1 sind. Das piezoelektrische Teil 1 weist die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform auf. Einzelheiten der piezoelektrischen Zusammensetzung werden unten beschrieben. Das leitende Material, das in den Elektroden 2, 3 enthalten ist, ist nicht besonders eingeschränkt und kann beliebig gemäß den gewünschten Eigenschaften, dem gewünschten Gebrauch usw. eingestellt werden. Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) usw. sind in der Ausführungsform veranschaulicht.
Obwohl das piezoelektrische Teil 1 in 1 eine Rechteckparallelepipedform aufweist, ist die Form des piezoelektrischen Teils 1 nicht besonders eingeschränkt und kann nach Belieben gemäß den gewünschten Eigenschaften, dem gewünschten Gebrauch usw. festgelegt werden. Zusätzlich ist die Größe des piezoelektrischen Teils 1 nicht besonders eingeschränkt und kann beliebig gemäß den gewünschten Eigenschaften, dem gewünschten Gebrauch usw. eingestellt werden.
Das piezoelektrische Teil 1 ist in eine vorbestimmte Richtung gepolt. Bei dem piezoelektrischen Element 5, das in 1 gezeigt ist, ist es zum Beispiel in die Stärkenrichtung des piezoelektrischen Teils 1, nämlich in die Richtung, in die die Elektroden 2 und 3 entgegengesetzt sind, gepolt. Eine externe Stromversorgung (nicht gezeigt) wird zum Beispiel elektrisch mit den Elektroden 2, 3 über Drähte oder dergleichen (nicht gezeigt) verbunden, und eine vorbestimmte Spannung wird an das piezoelektrische Teil 1 über die Elektroden 2, 3 angelegt. Wenn die Spannung angelegt wird, wird eine elektrische Energie in eine mechanische Energie durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt in dem piezoelektrischen Teil 1 umgewandelt, und das piezoelektrische Teil 1 kann in eine vorbestimmte Richtung schwingen.
(Piezoelektrische Zusammensetzung)
Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform weist ein komplexes Oxid auf, das eine Perowskitstruktur aufweist, das durch eine allgemeine Formel ABO3 als ein Hauptbestandteil dargestellt ist. Weiter enthält die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform Kupfer (Cu) und Germanium (Ge) zusätzlich zu dem komplexen Oxid. Bei der Ausführungsform macht der Hauptbestandteil 90 mol% oder mehr bezüglich 100 mol% der piezoelektrischen Zusammensetzung aus.
In der Perowskitstruktur tendiert ein Element, das einen großen Ionenradius aufweist, wie Alkalimetallelemente, alkalische Erdmetalle dazu, einen A-Platz von ABO3 zu belegen, während ein Element, das einen kleineren Ionenradius aufweist, wie Übergangsmetallelemente, dazu tendieren, einen B-Platz von ABO₃ zu belegen. Dann bilden das BO₆-Sauerstoffoktaeder, das das B-Platz-Element und Sauerstoff aufweist, ein dreidimensionales Netzwerk, in dem die Spitzen des BO₆-Sauerstoffoktaeders gemeinsam sind, und die Perowskitstruktur wird durch Füllen des A-Platz-Elements in den Zwischenraumplatz des Netzwerks gebildet.
Bei der Ausführungsform kann die allgemeine Formel ABO₃ durch eine Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ dargestellt werden. Das heißt, dass das A-Platz-Element Kalium (K) ist, und dass das B-Platz-Element Niob (Nb) ist.
„m“ gibt in der oben stehenden Zusammensetzungsformel ein Verhältnis der Gesamtatomzahl des A-Platz-Elements bezüglich des einen des B-Platz-Elements an, ein sogenanntes A/B-Verhältnis. Es handelt sich nämlich um ein Verhältnis der Anzahl von K-Atomen zu der Anzahl von Nb-Atomen. Gemäß einer Ausführungsform erfüllt „m“ 0,970 ≦ m ≦ 0,999.
Das heißt, dass, wenn das B-Platz-Element (Nb) in Überschuss zu dem A-Platz-Element (K) vorliegt, eine bevorzugte mechanische Stärke erhalten werden kann. Übrigens, wenn „m“ größer ist als der oben stehende Bereich, zeigt die erhaltene piezoelektrische Zusammensetzung ein hohes Zergehen auf, die Stärke tendiert dazu, bemerkenswert niedrig zu sein und tendiert dazu, unfähig zu sein, einer Verarbeitung standzuhalten. Andererseits, wenn „m“ kleiner ist als der oben stehende Bereich, tendiert die Dichte der erhaltenen piezoelektrischen Zusammensetzung dazu, niedrig zu sein, und die mechanische Stärke tendiert dazu, zu sinken.
„m“ beträgt bevorzugt 0,970 oder mehr und bevorzugt 0,991 oder mehr. Andererseits beträgt „m“ bevorzugt 0,999 oder weniger.
In der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform, wenn ein Gehalt an Cu hinsichtlich eines Cu-Elements bezüglich 1 mol(100 mol%) des oben stehenden Verbundoxids x mol%, beträgt, erfüllt „x“ 0,100 ≦ x ≦ 1,000.
Solange Cu innerhalb des oben stehenden Bereichs enthalten ist, gibt es keine besonderen Einschränkungen zu seiner Existenzform, und Cu kann in den Körnern der Kristallkörner, die das Verbundoxid bilden, enthalten sein, oder kann in Korngrenzen vorliegen. Es kann eine Verbindung mit einem anderen Element, wenn es in der Korngrenze vorliegt, bilden. Es wird jedoch bevorzugt, dass eine große Anzahl von Kristallteilchen, die eine Kristallphase aufweisen, die das oben stehende K_mNbO₃ aufweist, existiert, und es wird nicht vorgezogen, dass es als eine andere Sekundärphase als die oben stehende vorliegt.
Durch die Gegenwart von Cu in Körnern und/oder Korngrenzen wird die Bondingstärke zwischen den Kristallkörnern stark, und die mechanische Stärke der piezoelektrischen Zusammensetzung kann verstärkt werden. Des Weiteren hängt der Gehalt an Cu mit dem oben beschriebenen „m“ zusammen. Durch Einstellen des Gehalts an Cu und des Bereichs von „m“ innerhalb des oben stehenden Bereichs, löst sich Cu in den Kristallkörnern oder bleibt in der Korngrenze, was es erschwert, eine Sekundärphase zu bilden, die Cu enthält. Als ein Resultat kann die Bondingkraft zwischen den Kristallkörnern weiter verstärkt werden.
Zusätzlich kann durch Einschließen von Cu ein mechanischer Qualitätsfaktor Q_m verbessert werden. Wenn der Gehalt an Cu jedoch zu groß ist, kann ein Leckstrom in dem Zeitpunkt der Polungsverarbeitung mit der piezoelektrischen Zusammensetzung erzeugt werden, und in einigen Fällen wird eventuell keine ausreichende Polung ausgeführt. In diesem Fall wird das Polen unzureichend, und die piezoelektrischen Eigenschaften, die durch Anordnen der Richtungen der spontanen Polung in eine vorbestimmte Richtung wirken, werden umgekehrt verringert. Bei der Ausführungsform ist es folglich durch Einschließen von Cu innerhalb des oben stehenden Bereichs und durch Einstellen des Bereichs von „m“ innerhalb des oben stehenden Bereichs möglich, die Sekundärphase zu unterbinden, was die Hauptursache für das Erzeugen des Leckstroms ist. Als ein Resultat kann ausreichend Polungsverarbeitung verarbeitet werden. Es kann daher ein Effekt des Verbesserns von Q_m erhalten werden, und Q_m kann verbessert werden.
„X“ beträgt bevorzugt 0,200 oder mehr und noch besser 0,600 oder mehr.
In der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform, wenn ein Gehalt an Ge hinsichtlich eines Ge-Elements bezüglich 1 mol(100 mol%) des oben stehenden Verbundoxids y mol%, beträgt, erfüllt „y“ 0,000 ≦ x ≦ 1,500.
Wenn Ge in dem oben stehenden Bereich enthalten ist, wird der Ausdruck von Zergehen, der der Kaliumniobatverbindung eigen ist, unterbunden, und eine auf der Kaliumniobatverbindung basierende piezoelektrische Zusammensetzung ergibt eine hohe Zuverlässigkeit sogar in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit. Falls der Gehalt an Ge jedoch zu groß ist, tendiert eine von Ge abgeleitete Sekundärphase dazu, sich zu bilden, und die mechanische Stärke der piezoelektrischen Zusammensetzung tendiert dazu, sich zu verringern.
„Y“ beträgt bevorzugt 0,100 oder mehr und bevorzugt 1.000 oder mehr.
Zusätzlich weist die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform Kristallkörner auf, die eine Perowskitstruktur aufweisen, das heißt, Kristallkörner, die ein komplexes Oxid und eine Korngrenze aufweisen.
Bei der Ausführungsform ist Ge hauptsächlich an der Korngrenze verteilt. Es wird davon ausgegangen, dass das Zergehen der piezoelektrischen Zusammensetzung durch Verteilen von Ge in der Korngrenze unterbunden werden kann. Es wird folglich bevorzugt, dass die gelöste Menge an Ge in den Körnern klein ist, und dass Ge nicht in Körner mit der Kaliumniobatverbindung gelöst wird.
Die vorliegenden Erfinder nehmen an, dass die Erscheinung des Zergehens der Kaliumniobatverbindung durch Folgendes bewirkt wird: Das Kalium, das in der Kaliumniobatverbindung enthalten ist, wird mit Feuchtigkeit in der Luft hydratisiert, was darin resultiert, dass der Teil, der reagiert hat, fragil wird und die Bondingstärke zwischen den Kristallkörnern geschwächt wird.
Da Germanium an der Korngrenze verteilt ist, ist es bei der Ausführungsform einfach, eine Form umzuwandeln, in der Kalium wahrscheinlich zu einer Form hydratisiert wird, in der Kalium geringfügig hydratisiert wird. Eine Verschlechterung der mechanischen Stärke basierend auf der Erscheinung des Zergehens kann unterbunden werden.
Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform kann die anderen Bestandteile neben den oben beschriebenen Bestandteilen enthalten. Mindestens ein Metallelement der Übergangsmetallelemente (Elemente von Gruppen 3 bis 11 in dem Periodensystem mit langer Periode) anders als das oben beschriebene Nb und Cu, die alkalischen Erdmetallelemente, die Elemente der Gruppe 12 in dem langen Periodensystem und die Elemente der Gruppe 13 des langen Periodensystem können enthalten sein. Das ermöglicht es, andere piezoelektrische Eigenschaften als Q_m, insbesondere den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k), zu verbessern.
Im konkreten Fall sind die Übergangsmetallelemente, die Seltenerdeelemente ausschließen, beispielhaft Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Wolfram (W) und Molybdän (Mo). Beispielhafte Seltenerdeelemente sind Yttrium (Y), Lanthan (La), Cerium (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm) und Ytterbium (Yb).
Beispielhafte alkalische Erdmetallelemente sind Magnesium (Mg) und Strontium (Sr). Zink (Zn) ist zum Beispiel ein Element der Gruppe 12. Aluminium (Al), Gallium (Ga) und Indium (In) sind beispielhafte Elemente der Gruppe 13.
Obwohl die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform Blei (Pb) als eine Verunreinigung enthalten kann, beträgt ihr Gehalt daran bevorzugt 1 Masse-% oder weniger in 100 Masse-% der piezoelektrischen Zusammensetzung, bevorzugter enthält sie kein Pb. Aus der Sicht der geringen Verschmutzung, einer Umgebungsbeständigkeit und Ökologie, ist es möglich, ein Verflüchtigen von Pb im Zeitpunkt des Brennens zu minimieren, und es ist weiter möglich, das Freisetzen von Pb in die Umgebungen, nachdem ein elektronisches Gerät, in das das piezoelektrische Element mit der piezoelektrischen Zusammensetzung der Ausführungsform montiert ist, auf dem Markt verteilt wird und entsorgt wird, zu minimieren.
Die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, die die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform aufweisen, kann aus der Sicht des Darlegens piezoelektrischer Eigenschaften und mechanischer Stärke geprüft werden. Bei der Ausführungsform wird bevorzugt, dass die mittlere Kristallkorngröße zum Beispiel 0, 5 µm bis 20 µm beträgt.
(Verfahren zum Erzeugen eines piezoelektrischen Elements)
Nächstfolgend wird unten ein Beispiel des Erzeugungsverfahrens des piezoelektrischen Elements beschrieben.
Zunächst wird ein Ausgangsmaterial für die piezoelektrische Zusammensetzung vorbereitet. Als ein Ausgangsmaterial für das Verbundoxid kann eine Verbindung, die K enthält, oder eine Verbindung, die Nb enthält, verwendet werden. Beispiele von Verbindungen, die K enthalten, weisen Karbonate und Wasserstoffkarbonatverbindungen auf. Als die Verbindung, die Nb, sind zum Beispiel Oxide beispielhaft.
Ein Ausgangsmaterial für Kupfer kann Kupfer allein oder eine Kupfer enthaltende Verbindung sein. Bei der Ausführungsform handelt es sich bevorzugt um ein Oxid, das Kupfer enthält. Das Ausgangsmaterial für Germanium kann gleich wie Kupfer Germanium allein oder eine Germanium enthaltende Verbindung sein. Bei der Ausführungsform handelt es sich bevorzugt um ein Oxid, das Germanium enthält.
Nach dem Wiegen der Ausgangsmaterialien des vorbereiteten Verbundoxids in einem bestimmten Verhältnis, erfolgt während 5 bis 20 Stunden das Mischen zum Beispiel unter Verwenden einer Kugelmühle. Als ein Mischverfahren kann ein nasses oder ein trockenes Mischverfahren verwendet werden. In dem Fall des nassen Mischens, wird das gemischte Pulver getrocknet. Anschließend wird das gemischte Pulver oder ein Grünling, der durch Verdichten des gemischten Pulvers erhalten wird, einer Wärmebehandlung (Kalzinieren) in der Luft bei 750 bis 1050 °C während 1 bis 20 Stunden unterzogen, um ein kalziniertes Pulver des komplexen Oxids zu erhalten.
Das Verbundoxid, das das erhaltene kalzinierte Pulver bildet, hat eine Perowskitstruktur, die durch die allgemeine Formel KNbO₃ dargestellt wird.
Wenn das erhaltene kalzinierte Pulver aggregiert wird, wird vorgezogen, das kalzinierte Pulver während einer vorbestimmten Zeit unter Verwenden einer Kugelmühle zu mahlen, um ein zerriebenes Pulver zu erhalten. Das Ausgangsmaterial aus Kupfer und das Ausgangsmaterial aus Germanium, die mit einem vorbestimmten Verhältnis eingewogen sind, werden zu dem kalzinierten Pulver oder dem zerriebenen Pulver hinzugefügt, und während 5 bis 20 Stunden, zum Beispiel unter Verwenden einer Kugelmühle, gemischt, und das gemischte Pulver der piezoelektrischen Zusammensetzung wird erhalten. Das nasse Mischen oder das trockene Mischen können als ein Mischverfahren verwendet werden. In dem Fall von nassem Mischen wird das gemischte Pulver getrocknet, um ein gemischtes Pulver der piezoelektrischen Zusammensetzung zu erhalten.
Ein Verfahren des Verdichtens des gemischten Pulvers der piezoelektrischen Zusammensetzung ist nicht besonders eingeschränkt und es kann zweckdienlich gemäß einer gewünschten Form, Größe usw. ausgewählt werden. In dem Fall des Ausführens von Pressen, werden ein vorbestimmtes Bindemittel und, falls erforderlich, Zusatzstoffe zu dem gemischten Pulvers der piezoelektrischen Zusammensetzung hinzugefügt, und das Gemisch wird in eine vorbestimmte Form geformt, um einen Grünling zu erhalten. Weiter kann der Grünling erhalten werden, indem ein gekörntes Pulver verwendet wird, das zum Beispiel durch Hinzufügen eines vorbestimmten Bindemittels zu dem gemischten Pulver der piezoelektrischen Zusammensetzung und das Granulieren davon erhalten wird. Falls erforderlich, kann der erhaltene Grünling weiter einer Druckbehandlung, zum Beispiel CIP, unterzogen werden.
Eine Bindemittelentfernungsbehandlung wird an den erhaltenen Grünling angewandt. Als eine Bedingung des Bindemittelentfernens beträgt die Haltetemperatur bevorzugt 400 °C bis 800 °C, und die Temperaturhaltezeit beträgt bevorzugt 2 Stunden bis 8 Stunden.
Anschließend wird der Grünling nach der Bindemittelentfernungsbehandlung gebrannt. Als die Brennbedingungen beträgt die Haltetemperatur bevorzugt 950 °C bis 1060 °C, die Temperaturhaltezeit beträgt bevorzugt 2 Stunden bis 4 Stunden, die Temperaturanstiegs- und Kühlrate beträgt bevorzugt etwa 50 °C/Stunde bis 300 °C/Stunde, die Atmosphäre ist bevorzugt eine sauerstoffhaltige Atmosphäre.
Die erhaltene piezoelektrische Zusammensetzung als ein gesinterter Körper wird nach Bedarf poliert, eine Elektrodenpaste wird aufgetragen und ausgeheizt, um eine Elektrode zu bilden. Das Verfahren zum Bilden der Elektroden ist nicht besonders eingeschränkt, und Elektroden können durch eine Gasphasenabscheidung, ein Sputtern usw. gebildet werden.
Ein Gleichstromfeld zu 2 kV/mm bis 5 kV/mm wird während 5 Minuten bis 1 Stunde in einem Öl an einer vorbestimmten Temperatur angelegt, um den gesinterten Körper, auf dem die Elektrode gebildet ist, zu polen. Nach dem Ausführen der Polungsverarbeitung wird die piezoelektrische Zusammensetzung, in die die spontane Polarisierung in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet ist, erhalten.
Die piezoelektrische Zusammensetzung wird nach der Polungsverarbeitung auf eine vorbestimmte Größe nach Bedarf gebracht, um ein plattenförmiges piezoelektrisches Teil 1 zu bilden. Anschließend werden die Elektroden 2 und 3 auf dem piezoelektrischen Teil 1 zum Beispiel durch Gasphasenabscheidung gebildet, wodurch das piezoelektrische Element, das in 1 gezeigt ist, erhalten wird.
Kurzdarstellung der Ausführungsform)
Bei der Ausführungsform wird Kaliumniobat, das die Perowskitstruktur aufweist, als ein komplexes Oxid, das als ein Hauptbestandteil in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthalten ist, eingesetzt. Kupfer (Cu) und Germanium (Ge) werden weiter zu der piezoelektrischen Zusammensetzung innerhalb des oben genannten Bereichs hinzugefügt.
Da Cu, das in dem oben stehenden Bereich enthalten ist, bezüglich des Verbundoxids nicht übermäßig enthalten ist, sind die Sekundärphasen, die sich von Kristallkörnern, die das Verbundoxid bilden, unterscheiden, schwierig zu bilden. Cu ist nämlich in den Kristallkörnern, die das Verbundoxid bilden, feststoffgelöst oder liegt in der Korngrenze, die zwischen Kristallkörnern gebildet ist, vor. Die Existenz von Cu in solcher Form stärkt die Bondingkraft zwischen den Kristallkörnern, und als ein Resultat verbessert sich die mechanische Stärke der piezoelektrischen Zusammensetzung.
Die gebrannte piezoelektrische Zusammensetzung wird gelegentlich verarbeitet, zum Beispiel während der Polungsverarbeitung und des Erzeugens eines piezoelektrischen Elements. Falls die piezoelektrische Zusammensetzung keine bevorzugte mechanische Stärke aufweist, treten Probleme, wie Absplittern und Rissigwerden aufgrund unzureichender Stärke der piezoelektrischen Zusammensetzung während der Verarbeitung auf, was zu mangelhaften Produkten führt. Wenn solche mangelhaften Produkte verarbeitet werden, sinkt der Ertrag und eine hohe Produktivität kann nicht erzielt werden. Da mechanische Energie und elektrische Energie wiederholt an die piezoelektrische Zusammensetzung angelegt werden, ist es erforderlich, eine Stärke zu haben, die dem standhalten kann. Da die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform eine bevorzugte mechanische Stärke aufweist, hat sie eine bevorzugte Verarbeitungstauglichkeit und kann den Ertrag verbessern und die Produktionseffizienz des piezoelektrischen Elements verbessern. Des Weiteren weist die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform eine ausreichende Stärke auf, um wiederholt angelegter mechanischer Energie und elektrischer Energie standzuhalten.
Obwohl Cu eine Auswirkung auf das Verbessern des mechanischen Qualitätsfaktors Q_m aufweist, steigt, falls der Gehalt an Cu steigt, der Leckstrom während der Polungsverarbeitung der piezoelektrischen Zusammensetzung, wird die Polungsverarbeitung unzureichend, und umgekehrt besteht ein Problem, dass die Q_m sinkt. Bei der Ausführungsform ist es folglich durch Steuern des „m“ des Verbundoxids gemeinsam mit dem Gehalt von Cu möglich, das Erzeugen von Sekundärphasen zu unterbinden, um den Bereich des Gehalts an Cu zu erhöhen, der zu ausreichender Polungsverarbeitung fähig ist, und eine hohe Q_m zu realisieren.
Ge, das in dem oben stehenden Bereich enthalten ist, erhält die mechanische Stärke und piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Zusammensetzung aufrecht, und ihre Zuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit kann verstärkt werden.
Da Ge zusätzlich an der Kerngrenze verteilt ist, wandelt sich Kalium, das dazu neigt, sich zu hydratisierten, ohne Weiteres in eine Form um, die kaum hydratisiert wird. Als ein Resultat wird die Verschlechterung der piezoelektrischen Zusammensetzung aufgrund der Erscheinung des Zergehens unterbunden, und die Zuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit kann verstärkt werden.
(Geänderte Ausführungsformen)
Bei der Ausführungsform, die oben beschrieben ist, wurde das piezoelektrische Element, in dem das piezoelektrische Teil eine einzige Schicht ist, beschrieben, aber ein piezoelektrisches Element, das eine Struktur aufweist, bei der die piezoelektrischen Teile geschichtet sind, kann verwendet werden. Weiter kann ein piezoelektrisches Element, das eine Kombination davon aufweist, verwendet werden.
Als das piezoelektrische Element, das eine Struktur aufweist, in der die piezoelektrischen Teile geschichtet sind, ist zum Beispiel das piezoelektrische Element 50, das in 2 gezeigt ist, beispielhaft. Dieses piezoelektrische Element 50 weist ein Laminat 10 auf, in dem mehrere piezoelektrische Schichten 11, die aus piezoelektrischer Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform hergestellt sind, und mehrere interne Elektroden 12 alternativ geschichtet. Ein Paar von Abschlusselektroden 21 und 22 ist an beiden Endteilen des Laminats 10 derart gebildet, dass es elektrisch mit den internen Elektrodenschichten 12, die abwechselnd innerhalb des Laminats 10 eingerichtet sind, verbunden ist.
Die Stärke (eine Zwischenschichtstärke) einer piezoelektrischen Schicht 11 ist nicht besonders eingeschränkt und kann beliebig gemäß den gewünschten Eigenschaften, dem gewünschten Gebrauch usw. eingestellt werden. Gewöhnlich beträgt die Zwischenschichtstärke bevorzugt etwa 1 µm bis 100 µm. Die Anzahl von Schichten der piezoelektrischen Schicht 11 ist nicht besonders eingeschränkt und kann beliebig gemäß den gewünschten Eigenschaften, dem gewünschten Gebrauch usw. eingestellt werden.
Als ein Verfahren zum Erzeugen des piezoelektrischen Elements 50, das in 2 gezeigt ist, kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Ein Greenchip, der das Laminat 10 sein soll, das in 2 gezeigt ist, wird zum Beispiel vorbereitet und gebrannt, um ein Laminat 10 zu erhalten. Dann werden Abschlusselektroden gedruckt und auf das Laminat 10 transferiert und gebrannt. Ein allgemeines Druckverfahren und ein Sheet-Verfahren, die jeweils Paste verwenden, sind beispielhafte Verfahren zum Erzeugen des Greenchip. Bei dem Druckverfahren und dem Sheet-Verfahren wird ein Greenchip gebildet, indem eine Paste verwendet wird, die durch Mischen von Rohmaterialpulvern der oben beschriebenen piezoelektrischen Zusammensetzung vorbereitet wird, und ein Träger, in dem ein Bindemittel in einem Lösemittel aufgelöst ist und eine Farbe bildet.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und Änderungen können an diversen Aspekten innerhalb eines Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden.
BEISPIEL
Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher unter Verwenden von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Zunächst wurden Kaliumhydrogencarbonatpulver (KHCO3) und Nioboxidpulver (Nb₂O₅) als Ausgangsmaterialien für das Verbundoxid (K_mNbO₃) vorbereitet, das ein Hauptbestandteil der piezoelektrischen Zusammensetzung ist. Pulver aus Kupferoxid (CuO) und Pulver aus Germaniumoxid (GeO₂) wurden auch als Ausgangsmaterialien für Kupfer (Cu) und Germanium (Ge), die in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthalten sind, vorbereitet.
Die vorbereiteten Ausgangsmaterialien wurden so gewogen, dass die piezoelektrische Zusammensetzung (der gesinterte Körper) nach dem Brennen die Zusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt ist, aufwies. Jedes gewogene KHCO₃- und Nb₂O₅-Pulver wurde durch eine Kugelmühle für 16 Stunden gemischt, anschließend bei 120 °C getrocknet, was ein gemischtes Pulver ergab. Das erhaltene gemischte Pulver wurde gepresst, um das gemischte Pulver zu verdichten, bei 1000 °C während 4 Stunden kalziniert, wodurch ein kalzinierter Körper des komplexen Oxids erhalten wurde. Anschließend wurde der kalzinierte Körper durch eine Kugelmühle für 16 Stunden gemahlen, um ein zerriebenes Pulver zu erhalten.
Jedes gewogene Pulver aus CuO und Pulver aus GeO₂ wurde zu dem erhaltenen zerriebenen Pulver hinzugefügt, mit einer Kugelmühle für 16 Stunden gemischt, anschließend bei 120 °C getrocknet, so dass ein Rohstoffmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung erhalten wurde. PVA wurde als ein Bindemittel zu dem erhaltenen Rohstoffmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung hinzugefügt, und durch ein bekanntes Verfahren granuliert. Anschließend wurde das erhaltene granulierte Pulver durch eine Pressmaschine unter einer Belastung von 196 MPa gepresst, und ein plattenförmiger Grünling wurde erhalten.
Der plattenförmige Grünling, der so erhalten wurde, wurde einer Bindemittelentfernungsbehandlung bei 550 °C für 2 Stunden unterzogen. Der Grünling wurde nach der Bindemittelentfernungsbehandlung unter Luftatmosphäre bei 1050 °C für 2 Stunden gebrannt, um eine piezoelektrische Zusammensetzung (einen gesinterten Körper) zu erhalten.
Der erhaltene gesinterte Körper wurde poliert, um eine parallele Plattenform zu erhalten, die eine Stärke von 1,0 mm aufweist, Silberpaste wurde auf beide Seiten des parallelen plattenförmigen gesinterten Körpers gedruckt, bei 800 °C ausgeheizt und mit gegenüberliegenden Silberelektroden versehen. Der gesinterte Körper wurde in eine Länge von 12 mm und eine Breite von 3 mm durch eine Vereinzelungssäge gemäß EM-4501 M von JEITA-(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)-Standard geschnitten, so dass eine Probe vor dem Polen erhalten wurde. Abschließend wurde ein Gleichstromfeld von 3 kV/mm an die Probe vor dem Polen in Silikonöl bei 150 °C für 5 Minuten angelegt, um die piezoelektrische Zusammensetzung zu polen, und Proben der piezoelektrischen Zusammensetzung (Beispiele 1 bis 18 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8) wurden erhalten.
Die mechanische Stärke und der mechanische Qualitätsfaktor Q_m wurden auf die folgende Art bezüglich der erhaltenen Probe gemessen.
Die piezoelektrische Zusammensetzung (der gesinterte Körper) wurde poliert und in eine Länge von 7,2 mm, eine Breite von 2,5 mm und eine Stärke von 0,32 mm durch eine doppelseitige Läppmaschine und eine Vereinzelungssäge geschnitten, und eine Probe zum Messen der mechanischen Stärke wurde erhalten. Für jede Probe wurden 20 Proben maximaler Lasten (N), wenn die Proben für mechanische Stärkenmessung gebrochen wurden, durch ein Dreipunktbiegen mit einem Zwischenhebelabstand von 5 mm mit 5543, hergestellt von INSTRON Co., Ltd., gemessen, und der Mittelwert davon wurde als die mechanische Stärke genommen. Bei diesem Beispiel wurde in Anbetracht der praktischen Verarbeitungstauglichkeit eine Probe, die die mechanische Stärke von 70 MPa oder mehr aufweist, als bevorzugt festgelegt. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die Q_m wurde mit dem 4194 A IMPEDANCE/GAIN-PHASE ANALYZER, hergestellt von HEWLETT PACKARD, gemessen. Bei diesem Beispiel wurde geurteilt, dass die Probe, die eine Q_m von 200 oder mehr aufweist, als bevorzugt festgelegt wurde. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
In der Spalte des mechanischen Qualitätsfaktors Q_m in Tabelle 1 stellt „-“ dar, dass die piezoelektrische Zusammensetzung nicht ausreichend gepolt werden konnte oder der dielektrische Durchschlag während der Polungsverarbeitung auftrat, so dass die piezoelektrischen Eigenschaften nicht erhalten wurden, was angibt, dass diese Q_m nicht gemessen werden konnte.
Weiter wurde der Test an den Proben nach dem Messen der mechanischen Stärke und der Q_m unter einer hohen Temperatur und hoher Umgebungsfeuchtigkeit ausgeführt, und dann wurden die oben stehende mechanische Stärke und die Q_m gemessen und die Zuverlässigkeit der Probe bewertet. Insbesondere wurde nach dem Messen der mechanischen Stärke und der Q_m die Probe in eine Kammer mit Thermostat, die bei Raumtemperatur gehalten wurde, platziert. In der Kammer mit Thermostat betrug die Zieltemperatur 85 °C (ein Fehler innerhalb plus oder minus 2 °C wurde akzeptiert), und die Zielfeuchtigkeit betrug 85 % RH (ein Fehler innerhalb plus oder minus 2 % wurde akzeptiert). Nach Aufrechterhalten dieser Bedingung während 1000 Stunden, wurde die Probe aus der Kammer mit Thermostat entfernt, und die mechanische Stärke und die Q_m wurden auf dieselbe Art wie oben gemessen. Aus den Messwerten wurden die Verschlechterungsraten der mechanischen Stärke und der Q_m anhand der folgenden Gleichung berechnet. Bei diesem Beispiel wird eine Probe, die eine mechanische Stärke von 70 MPa oder mehr und Verschlechterungsraten von 10 % oder weniger in beiden aufweist, in Tabelle 1 mit einem „A“ bezeichnet. Eine Probe, die eine mechanische Stärke von weniger als 70 MPa und Verschlechterungsraten von 10 % oder weniger in beiden aufweist, wird in Tabelle 1 mit einem „B“ bezeichnet. Eine Probe, die eine mechanische Stärke von weniger als 70 MPa und mindestens eine der Verschlechterungsraten von mehr als 10 % aufweist oder bei der mindestens eine der Verschlechterungsraten nicht messbar ist, wurde in Tabelle 1 mit „C“ bezeichnet. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Verschlechterungsrate (%) der mechanischen Stärke = (die mechanische Stärke vor dem Test bei hoher Temperatur und Test bei hoher Feuchtigkeit - die mechanische Stärke nach dem Test bei hoher Temperatur und Feuchtigkeit) × 100 / die mechanische Stärke vor dem Test mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit.
Verschlechterungsraten (%) von Q_m = (Q_m vor der hohen Temperatur und dem Test bei hoher Feuchtigkeit - Q_m nach dem Test bei hoher Temperatur und Test bei hoher Feuchtigkeit) × 100 / Q_m vor dem Test bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
Weiter wurde STEM-EDS-Analyse an dem Querschnitt der Probe ausgeführt. Es wurde bestätigt, dass, mit Ausnahme der Proben der Vergleichsbeispiele 5 und 7, Ge in einer Korngrenze zwischen zwei Körnern und in einem Korngrenzen-Dreifachpunkt vorlag.

3 zeigt ein STEM-Bild des Querschnitts der Probe wie in Beispiel 7. Die Resultate der EDS-Punktanalyse in dem STEM-Bild, das in 3 gezeigt ist, sind in 4 gezeigt. Die EDS-Punktanalyse wurde an den Punkten 1 bis 5, die in 3 gezeigt sind, ausgeführt. Die Punkte 1 bis 3 sind Analysepunkte auf zwei Kerngrenzen, und die Punkte 4 und 5 sind Analysepunkte auf Kristallkörnern.
[Tabelle 1]

Probe Nr.	K_mNBO₃	Bestandteil		Eigenschaften
	m	Cu	Ge	Mechanische Festigkeit (MPa)	Mechanische Qualitäts- faktor Qm	Verschlechterungsraten (%)		Bewertung
	m	x (mol%)	y (mol%)	Mechanische Festigkeit (MPa)	Mechanische Qualitäts- faktor Qm	Mechanische Festigkeit	Qm	Bewertung
Ex. 1	0.999	0.1	0.8	75	350	1	4	A
Ex. 2	0.998	0.2	0.8	115	680	1	4	A
Ex. 3	0.996	0.4	0.8	114	1200	1	3	A
Ex. 4	0.995	0.6	0.8	116	1650	1	3	A
Ex. 5	0.994	0.8	0.8	116	1780	1	2	A
Ex. 6	0.994	0.9	0.8	114	1850	1	2	A
Ex. 7	0.994	1.0	0.8	115	1930	1	1	A
Ex. 8	0.991	1.0	0.8	116	860	1	3	A
Ex. 9	0.983	1.0	0.8	118	410	1	3	A
Ex. 10	0.983	0.9	0.8	117	380	2	6	A
Ex. 11	0.970	1.0	0.8	78	220	3	7	A
Ex. 12	0.970	0.9	0.8	76	210	4	8	A
Ex. 13	0.994	1.0	0.1	112	1900	7	9	A
Ex. 14	0.994	1.0	0.2	113	1910	6	8	A
Ex. 15	0.994	1.0	0.3	113	1910	5	7	A
Ex. 16	0.994	1.0	0.5	114	1920	4	6	A
Ex. 17	0.994	1.0	1.0	113	1890	1	2	A
Ex. 18	0.994	1.0	1.5	112	1880	1	2	A
Comp. Ex.	0.994	0.0	0.8	65	260	1	2	B
Comp. Ex. 2	0.994	1.1	0.8	60	-	1	-	C
Comp. Ex. 3	1.001	0.1	0.8	67	280	3	3	B
Comp. Ex. 4	0.969	1.0	0.8	60	-	1	-	C
Comp. Ex. 5	1.001	0.1	0.0	67	280	12	18	C
Comp. Ex. 6	1.001	0.1	1.6	45	275	1	2	B
Comp. Ex. 7	1.001	1.0	0.0	68	265	8	16	C
Comp. Ex. 8	1.001	1.0	1.6	43	135	1	2	B

Aus Tabelle 1, wenn „m“ innerhalb des oben stehenden Bereichs in dem Verbundoxid ist, das durch die Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ dargestellt wird, und der Gehalt an Kupfer und an Germanium bezüglich des Verbundoxids innerhalb des oben stehenden Bereichs liegt, wurde bestätigt, dass eine bevorzugte mechanische Stärke erhalten werden kann, dass sich die Q_m verbessert, und dass eine hohe Zuverlässigkeit erhalten werden kann. Insbesondere wurde bestätigt, dass die Verschlechterungsrate in den Vergleichsbeispielen 5 und 7, in welchen kein Germanium enthalten war, zunimmt.
Aus den 3 und 4 wurde bestätigt, dass Germanium hauptsächlich in der Kerngrenze enthalten ist, und in Kristallteilchen so gut wie nicht enthalten ist.
Da die erfindungsgemäße piezoelektrische Zusammensetzung sowohl eine gute mechanische Stärke als auch eine gute Q_m erfüllen kann und hohe Zuverlässigkeit aufweist, kann sie zweckdienlich für piezoelektrische Elemente in diversen Gebieten verwendet werden.
Beschreibung von Bezugszeichen

5		Piezoelektrisches Element
	1	Piezoelektrisches Teil
	2, 3	Elektroden
50		Piezoelektrisches Element
	10	Mehrschichtiger Körper

11	Piezoelektrische Schicht
12	Interne Elektrodenschicht
21, 22		Abschlusselektroden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4398635 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K. Chen, et al., „Effects of GeO₂ Addition on Sintering and Properties of (K_0.5Na_0.5)NbO₃ Ceramics“, J. Am. Ceram. Soc., 1-6 (2016) [0010]

Claims

Piezoelektrische Zusammensetzung, die Kupfer, Germanium und ein komplexes Oxid umfasst, dargestellt durch eine Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ und mit einer Perowskitstruktur, wobei m in der Zusammensetzungsformel 0,970 ≦ m ≦ 0,999 erfüllt, und bezüglich 1 mol des komplexen Oxids x mol% Kupfer hinsichtlich eines Kupferelements und y mol% Germanium hinsichtlich eines Germaniumelements enthalten sind, wobei x 0,100 ≦ x ≦ 1,000 erfüllt und y 0,000 < y ≦ 1,500 erfüllt.
Piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei m 0,991 ≦ m ≦ 0,999 erfüllt.
Piezoelektrische Zusammensetzung, die Kupfer, Germanium und ein komplexes Oxid umfasst, dargestellt durch eine Zusammensetzungsformel K_mNbO₃ und mit einer Perowskitstruktur, wobei die piezoelektrische Zusammensetzung Kristallkörner umfasst, die eine Perowskitstruktur und eine Korngrenze aufweisen, und Germanium an der Korngrenze verteilt ist.
Piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Korngrenze ein oder mehrere Elemente verteilt, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Kalium, Niob und Kupfer besteht.
Piezoelektrisches Element, das die piezoelektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.