DE112019001519B4 - Piezoelektrische zusammensetzung und piezoelektrisches element - Google Patents

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Abstract

Piezoelektrische Zusammensetzung, umfassend:
ein komplexes Oxid mit einer Perowskit-Struktur, dargestellt durch die allgemeine Formel ABO3;
Kupfer; und
ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel und Zink,
wobei in ABO3 ein A-Stellen-Element Kalium ist und ein B-Stellen-Element Niob oder Niob und Tantal ist,
in Bezug auf 1 Mol des komplexen Oxids ein Gehaltsanteil des Kupfers in Form von CuO α Mol-% beträgt, ein Gehaltsanteil des einen oder der mehreren Elemente, die aus der aus Chrom, Nickel und Zink bestehenden Gruppe ausgewählt sind, β Mol-% in Form von CrO3/2, NiO, ZnO beträgt,
α eine Beziehung von 0,2 ≤ α ≤ 2,5 erfüllt, und
β eine Beziehung von 0,2 ≤ β ≤ 2,0 erfüllt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Zusammensetzung und ein piezoelektrisches Element mit der piezoelektrischen Zusammensetzung.
  • Eine piezoelektrische Zusammensetzung hat einen Effekt (piezoelektrischer Effekt) zur Erzeugung einer Ladung auf einer Oberfläche aufgrund der Aufnahme einer externen Spannung und einen Effekt (umgekehrter piezoelektrischer Effekt) zur Erzeugung einer Verzerrung aufgrund des Anlegens eines externen elektrischen Feldes auf der Grundlage einer spontanen Polarisation, die durch eine Ausrichtung von Ladungen in einem Kristall verursacht wird.
  • Ein piezoelektrisches Element, in welchem die piezoelektrische Zusammensetzung, die mechanische Energie und elektrische Energie gegenseitig umwandeln kann, zur Anwendung kommt, ist in verschiedenen Bereichen weit verbreitet. Zum Beispiel, kann ein Aktuator als piezoelektrisches Element unter Ausnutzung des umgekehrten piezoelektrischen Effekts als Antriebselement einer optischen Systemkomponente, als Kopfantriebselement einer Festplatte, als Kopfantriebselement eines Tintenstrahldruckers, als Antriebselement eines Kraftstoffeinspritzventils und dergleichen verwendet werden, da eine winzige Auslenkung genau im Verhältnis zu einer angelegten Spannung erzielt werden kann und die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung wird auch als Sensor zum Ablesen einer winzigen Kraft oder eines Verformungsbetrags unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts verwendet. Da die piezoelektrische Zusammensetzung ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten hat, ist es außerdem möglich, die piezoelektrische Zusammensetzung selbst oder einen elastischen Körper, der mit der piezoelektrischen Zusammensetzung verklebt ist, durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes zur Resonanz anzuregen, und die piezoelektrische Zusammensetzung wird auch als piezoelektrischer Transformator, Ultraschallmotor und dergleichen verwendet.
  • Im Allgemeinen setzt sich die piezoelektrische Zusammensetzung aus einem polykristallinen Körper zusammen und wird erhalten, indem die gebrannte ferroelektrische Zusammensetzung einem Polungsprozess unterzogen wird. In der ferroelektrischen Zusammensetzung nach dem Brennen ist eine Richtung der spontanen Polarisation in jedem Kristall zufällig, und in Bezug auf die gesamte ferroelektrische Zusammensetzung wird keine Ausrichtung der elektrischen Ladung erzeugt, und der piezoelektrische Effekt und der umgekehrte piezoelektrische Effekt treten nicht auf. Daher wird durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes, das gleich oder höher als ein elektrisches Koerzitivfeld ist, an der ferroelektrischen Zusammensetzung nach dem Brennen ein Vorgang ausgeführt, der als Polungsprozess bezeichnet wird, um die Richtung der spontanen Polarisation in eine feste Richtung auszurichten. Die ferroelektrische Zusammensetzung nach dem Polungsprozess kann Eigenschaften wie die piezoelektrische Zusammensetzung aufweisen.
  • Als piezoelektrische Zusammensetzung wird häufig eine piezoelektrische Zusammensetzung auf Bleibasis verwendet, die Bleizirkonat (PbZrO3) und Bleititanat (PbTiO3) enthält. Die piezoelektrische Zusammensetzung auf Bleibasis enthält jedoch etwa 60 bis 70 Gew.-% Bleioxid (PbO) mit einem niedrigen Schmelzpunkt, und das Bleioxid verflüchtigt sich beim Brennen leicht. Daher ist die Entwicklung einer bleifreien piezoelektrischen Zusammensetzung unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung zu einem äußerst wichtigen Thema geworden.
  • Andererseits wurde kürzlich als bleifreie, umweltfreundliche piezoelektrische Zusammensetzung eine Alkalimetall-Niobat-Verbindung erforscht. Beispielsweise wird in Patentliteratur 1 eine piezoelektrische Zusammensetzung offenbart, die eine Alkalimetall-Niobat-Verbindung als Hauptphase aufweist und weiterhin eine erste Oxidphase, die Si enthält, und eine zweite Oxidphase, die ein Element der Gruppe 2 und ein Element der Gruppe 4 enthält, aufweist.
  • Eine Patentliteratur 2 offenbart eine Keramikzusammensetzung aufweisend eine Perowskit-Verbindung mit der Zusammensetzung {Lix(K1-yNay)1-x} (Nb1-z-wTazSbw)O3 (mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x+z+w>0) und ein oder mehrere Zusatzelemente wie CuO oder NiO mit einem gesamten Anteil der Zusatzelemente von 0,0001 bis 0,15 MolProzent.
  • Eine Patentliteratur 3 offenbart eine Keramikzusammensetzung, aufweisend eine Perowskit-Verbindung (Na0,5K0,4)NbO3 und 0,1 bis 3 Mol-% eines Metalloxids in der Zusammensetzung, bestehend aus mindestens einem von Fe2O3 und NiO, und mindestens einem von MnCO3 und CuO.
    • Patentliteratur 1: JP 2014 -177 355 A
    • Patentliteratur 2: DE 10 2005 027 928 A1
    • Patentliteratur 3: KR 10 1 043 041 B1
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Damit eine piezoelektrische Zusammensetzung ausreichende piezoelektrische Eigenschaften aufzeigt, muss eine Richtung der spontanen Polarisation während des Polungsprozesses in eine feste Richtung angepasst werden. Daher wird beim Polungsprozess eine hohe Spannung an die piezoelektrische Zusammensetzung angelegt. Wenn die hohe Spannung jedoch angelegt wird, kann es zu einem dielektrischen Durchschlag in der piezoelektrischen Zusammensetzung kommen, die ursprünglich ein Isolator ist, und es kann ein Leckstrom auftreten. Wenn ein solcher Leckstrom auftritt, wird der Polungsprozess nicht ausreichend ausgeführt, und die piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Zusammensetzung können nicht ausreichend in Erscheinung treten. Daher muss die piezoelektrische Zusammensetzung eine gute dielektrische Durchschlagfestigkeit aufweisen, um vorbestimmte piezoelektrische Eigenschaften zu zeigen.
  • Die in Patentliteratur 1 offen gelegte Alkalimetall-Niobat-Verbindung wird auf ihren Isolationswiderstand hin untersucht. Der Isolationswiderstand ist jedoch ein Index, der die Isolationseigenschaften angibt, und wird im Allgemeinen bei einer niedrigen Spannung gemessen, die keinen dielektrischen Durchschlag verursacht. Daher wird in Patentliteratur 1 die Isoliereigenschaft in einem Zustand, in dem eine hohe Spannung angelegt wird, wie beim Polungsprozess, nicht bewertet. In der Alkalimetall-Niobat-Verbindung verflüchtigt sich ein Alkalimetallelement während des Brennens, und nach dem Brennen tritt wahrscheinlich ein Hohlraum, ein Defekt und Ähnliches innerhalb der piezoelektrischen Zusammensetzung auf. Wenn die hohe Spannung an die piezoelektrische Zusammensetzung angelegt wird, kann der dielektrische Durchschlag aufgrund eines solchen Hohlraums, Defekts und dergleichen auftreten. Daher ist es sehr wichtig, ob die piezoelektrische Zusammensetzung nach dem Brennen eine vorbestimmte dielektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht und hat zum Ziel, eine piezoelektrische Zusammensetzung, die sowohl eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit als auch einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k31 erreichen kann, und ein piezoelektrisches Element einschließlich der piezoelektrischen Zusammensetzung bereitzustellen.
  • Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung
    • [1] eine piezoelektrische Zusammensetzung enthaltend:
      • ein komplexes Oxid mit einer Perowskitstruktur, dargestellt durch eine allgemeine Formel von ABO3;
      • Kupfer; und
      • ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Chrom, Nickel und Zink, wobei
      • in ABO3 ein Element an der A-Stelle Kalium und ein Element an der B-Stelle Niob oder Niob und Tantal ist,
      • in Bezug auf 1 Mol des komplexen Oxids ein Gehaltsanteil des Kupfers α Mol-% hinsichtlich CuO beträgt und ein Gehaltsanteil des einen oder mehrerer Elemente, die aus der aus Chrom, Nickel und Zink bestehenden Gruppe ausgewählt sind, β Mol-% hinsichtlich CrO3/2, NiO, ZnO beträgt,
      • α eine Beziehung von 0,2 ≤ α ≤ 2,5 erfüllt, und
      • β eine Beziehung von 0,2 ≤ β ≤ 2,0 erfüllt.
    • [2] Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß [1], wobei ABO3 durch eine Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 dargestellt wird und x in der Zusammensetzungsformel eine Beziehung von 0,980 ≤ x ≤ 0,999 erfüllt.
    • [3] Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß [1] oder [2], wobei ABO3 durch die Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 dargestellt wird und y in der Zusammensetzungsformel eine Beziehung von y ≤ 0,100 erfüllt.
    • [4] Ein piezoelektrisches Element einschließlich:
      • die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß einer der [1] bis [3].
  • Da die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung die oben genannten Eigenschaften aufweist, ist es möglich, die piezoelektrische Zusammensetzung, die sowohl die dielektrische Durchschlagsfestigkeit als auch den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k31 erreichen kann, und das piezoelektrische Element einschließlich der piezoelektrischen Zusammensetzung bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein piezoelektrisches Element nach einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für ein piezoelektrisches Element gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsformen in der folgenden Reihenfolge ausführlich beschrieben.
    1. 1. Piezoelektrisches Element
      • 1.1. Piezoelektrische Zusammensetzung
    2. 2. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elements
    3. 3. Wirkungen in der gegenwärtigen Ausführungsform
    4. 4. Geänderte Ausführungsformen
  • (1. Piezoelektrisches Element)
  • Zunächst wird ein piezoelektrisches Element beschrieben, in dem die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt wird. Das piezoelektrische Element ist nicht besonders begrenzt, solange es ein Element ist, in dem die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform werden ein piezoelektrischer Transformator, ein Dünnfilmsensor, ein piezoelektrischer Ultraschallmotor usw. beispielhaft dargestellt.
  • Ein in 1 dargestelltes piezoelektrisches Element 5 umfasst ein plattenförmiges piezoelektrisches Teil 1 und ein Paar Elektroden 2 und 3, die auf einem Paar gegenüberliegender Flächen 1a und 1b ausgebildet sind, die beide Hauptflächen des piezoelektrischen Teils 1 sind. Der piezoelektrische Teil 1 enthält die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführung. Einzelheiten der piezoelektrischen Zusammensetzung werden später beschrieben. Das in den Elektroden 2, 3 enthaltene leitende Material ist nicht besonders begrenzt und kann je nach gewünschten Eigenschaften, Verwendung usw. beliebig eingestellt werden. Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) usw. sind in der vorliegenden Ausführung beispielhaft dargestellt.
  • Obwohl das piezoelektrische Teil 1 in 1 die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat, ist die Form des piezoelektrischen Teils 1 nicht besonders begrenzt und kann je nach gewünschten Eigenschaften, Verwendung usw. beliebig eingestellt werden. Darüber hinaus ist die Größe des piezoelektrischen Teils 1 nicht besonders begrenzt und kann je nach den gewünschten Eigenschaften, der Verwendung usw. beliebig eingestellt werden.
  • Das piezoelektrische Teil 1 wird in eine vorgegebene Richtung gepolt. Zum Beispiel ist das in 1 gezeigte piezoelektrische Element 5 in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Teils 1 polarisiert, d.h. es ist in der Richtung polarisiert, in der sich die Elektroden 2 und 3 gegenüberliegen. Zum Beispiel ist eine externe Stromversorgung (nicht dargestellt) über Drähte (nicht dargestellt) elektrisch mit den Elektroden 2, 3 verbunden, und eine vorbestimmte Spannung wird über die Elektroden 2, 3 an das piezoelektrische Teil 1 angelegt. Wenn eine Spannung angelegt wird, wird eine elektrische Energie durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt im piezoelektrischen Teil 1 in eine mechanische Energie umgewandelt, und das piezoelektrische Teil 1 kann seitlich in einer lateralen Richtung schwingen.
  • (1.1. Piezoelektrische Zusammensetzung)
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführung enthält als Hauptkomponente das komplexe Oxid mit einer Perowskitstruktur, die durch eine allgemeine Formel von ABO3 dargestellt wird. Nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Hauptkomponente 90 Mol-% oder mehr, bezogen auf 100 Mol-% der piezoelektrischen Zusammensetzung.
  • In der Perowskitstruktur neigt ein Element mit einem großen Ionenradius, wie z.B. Alkalimetallelemente, Erdalkalimetallelemente dazu, eine A-Stelle von ABO3 einzunehmen, während ein Element mit einem kleinen Ionenradius, wie z.B. Übergangsmetallelemente, dazu neigen, eine B-Stelle von ABO3 einzunehmen. Dann bilden die BO6-Sauerstoffoktaeder einschließlich des Elements an der B-Stelle und des Sauerstoffs ein dreidimensionales Netzwerk, in dem die Spitzen der BO6-Sauerstoffoktaeder gemeinsam geteilt werden, und die Perowskitstruktur wird durch das Einsetzen des A-Stellen-Elements an den Zwischengitterstellen des Netzwerks gebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die allgemeine Formel von ABO3 durch eine Zusammensetzungsformel von Kx(Nb1-yTay)O3 dargestellt werden. Das heißt, das Element an der A-Stelle ist Kalium (K) und das Element an der B-Stelle ist Niob (Nb) und Tantal (Ta).
  • In der obigen Zusammensetzungsformel gibt „x“ das Verhältnis der Anzahl der K-Atome zur Anzahl der Atome des Elements an, das die B-Stelle besetzt. Daher bezeichnet „x“ ein Verhältnis der Gesamtzahl der Atome des Elements an der A-Stelle zu der Gesamtzahl der Atome des Elements an der B-Stelle, d.h. ein sogenanntes A/B-Verhältnis. In der vorliegenden Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass „x“ ein Verhältnis von 0,980 ≤ x ≤ 0,999 erfüllt. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass das komplexe Oxid mit der Perowskitstruktur, die durch die allgemeine Formel von ABO3 dargestellt wird, ein an der B-Stelle reiches komplexes Oxid ist. Durch Einstellung von „x“ innerhalb des obigen Bereichs können sowohl die dielektrische Durchschlagsfestigkeit als auch der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 weiter verbessert werden.
  • Weiterhin ist es mehr vorzuziehen, dass „x“ 0,985 oder mehr beträgt, und es ist noch weiter vorzuziehen, dass „x“ 0,991 oder mehr beträgt. Auf der anderen Seite ist es mehr vorzuziehen, dass „x“ 0,995 oder weniger beträgt.
  • In der obigen Zusammensetzungsformel gibt „y“ ein Verhältnis der Anzahl der Ta-Atome an, die Nb an der B-Stelle ersetzen. In der vorliegenden Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass „y“ ein Verhältnis von 0,000 < y ≤ 0,100 erfüllt. Durch Einstellung von „y“ innerhalb des obigen Bereichs kann die dielektrische Durchschlagsfestigkeit weiter verbessert werden.
  • Ferner ist es mehr vorzuziehen, dass „y“ 0,010 oder mehr beträgt, und es ist noch weiter vorzuziehen, dass „y“ 0,020 oder mehr beträgt. Durch Setzen einer unteren Grenze von „y“ auf den obigen Wert können sowohl die dielektrische Durchschlagsfestigkeit als auch der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 weiter verbessert werden. Auf der anderen Seite ist es mehr vorzuziehen, dass „y“ 0,080 oder weniger beträgt, und es ist noch weiter vorzuziehen, dass „y“ 0,060 oder weniger beträgt.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführungsform enthält Kupfer (Cu) als Unterkomponente. Wenn ein Gehalt an Cu in Form von CuO in Bezug auf 1 mol (100 Mol-%) des komplexen Oxids α Mol-% beträgt, ist es vorzuziehen, dass „α“ eine Beziehung von 0,2 ≤ α ≤ 2,5 erfüllt. Ferner ist es vorzuziehen, dass „α“ 0,3 oder mehr beträgt, und es ist mehr vorzuziehen, dass „α“ 0,5 oder mehr beträgt. Andererseits ist es vorzuziehen, dass „α“ 2,0 oder weniger beträgt, und es ist mehr vorzuziehen, dass „α“ 1,5 oder weniger beträgt. Durch einen Cu-Gehalt innerhalb des obigen Bereichs kann die dielektrische Durchschlagfestigkeit der piezoelektrischen Zusammensetzung unter Beibehaltung des guten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k31 verbessert werden.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführung enthält als Unterkomponente ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Zink (Zn). Wenn ein Gehalt an Cr, Ni und Zn in Form von CrO3/2, NiO und ZnO in Bezug auf 1 Mol (100 Mol-%) des komplexen Oxids β Mol-% ist, ist es vorzuziehen, dass „β“ eine Beziehung von 0,2 ≤ α ≤ 2,0 erfüllt. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass „β“ 0,3 oder mehr beträgt, und es ist mehr vorzuziehen, dass „β“ 0,4 oder mehr beträgt. Auf der anderen Seite ist es vorzuziehen, dass „β“ 1,6 oder weniger beträgt, und es ist mehr vorzuziehen, dass „β“ 1,2 oder weniger beträgt. Indem ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Cr, Ni und Zn innerhalb des obigen Bereichs enthalten sind, können der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 und die dielektrische Durchschlagsfestigkeit verbessert werden.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführungsform kann als Unterkomponente zusätzlich zu den obigen Unterkomponenten eine weitere Unterkomponente enthalten. So kann z.B. mindestens ein Übergangsmetallelement (Elemente der Gruppen 3 bis 11 in einem Periodensystem vom langen Perioden-Typ) außer den oben beschriebenen Elementen Nb, Ta, Cr, Ni und Cu, ein Erdalkalimetallelement, Elemente der Gruppe 12 im Periodensystem vom langen Perioden-Typ außer Zn und Metallelemente der Gruppe 13 im Periodensystem vom langen Perioden-Typ enthalten sein.
  • Beispiele für andere Übergangsmetallelemente als ein Seltenerdelement sind Eisen (Fe), Kobalt (Co), Wolfram (W), Molybdän (Mo) und ähnliche. Beispiele für Elemente der Seltenen Erden sind Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und ähnliche.
  • Beispiele für Erdalkalimetallelemente sind Magnesium (Mg), Strontium (Sr) und dergleichen. Beispiele für Metallelemente der Gruppe 13 sind Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und dergleichen.
  • Es ist vorzuziehen, dass die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführungsform nicht wesentlich Natrium (Na) und Lithium (Li) enthält. Insbesondere in dem komplexen Oxid mit der Perowskitstruktur, die durch die allgemeine Formel von ABO3 dargestellt wird, ist es vorzuziehen, dass Na und Li nicht als Element der A-Stelle vorhanden sind. Insbesondere, wenn die allgemeine Formel von ABO3 als eine Zusammensetzungsformel (KxNaaLib)NbO3 ausgedrückt wird, ist es vorzuziehen, dass „a“ 0,10 oder weniger, „b“ 0,05 oder weniger und „a + b“ 0,15 oder weniger beträgt.
  • Ferner ist es vorzuziehen, dass „x + a + b“ eine Beziehung von 0,980 ≤ x + a + b ≤ 0,999 erfüllen. In diesem Fall ist es mehr vorzuziehen, dass „x + a + b“ 0,985 oder mehr beträgt, und es ist noch weiter vorzuziehen, dass „x + a + b“ 0,990 oder mehr beträgt. Auf der anderen Seite ist es mehr vorzuziehen, dass „x + a + b“ 0,995 oder weniger beträgt.
  • Ob Na und/oder Li als A-Stellen-Element in der Perowskitstruktur vorhanden sind, kann z.B. auf der Basis bestimmt werden, ob ein Peak einer Perowskitverbindung, die Na und/oder Li enthält, in einem durch XRD-Messung erhaltenen Röntgenbeugungsmuster detektiert wird.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführungsform kann Blei (Pb) als Verunreinigung enthalten, aber es ist vorzuziehen, dass dessen Gehalt 1 Gew.- % oder weniger beträgt, und es ist mehr vorzuziehen, dass die piezoelektrische Zusammensetzung überhaupt kein Pb enthält. Der Grund ist, dass die Verflüchtigung von Pb zum Zeitpunkt des Brennens oder die Freisetzung von Pb in eine Umgebung, nachdem ein elektronisches Gerät, in dem das piezoelektrische Element einschließlich der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform montiert ist, auf einem Markt vertrieben und entsorgt wird, unter dem Gesichtspunkt einer geringen Verschmutzung, der Umweltbeständigkeit und des ökologischen Aspekts auf ein Minimum reduziert werden kann.
  • Eine durchschnittliche Kristallkorngröße der Kristallkörner, die die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Darstellung bilden, kann unter dem Gesichtspunkt der Ausprägung der piezoelektrischen Eigenschaften und der mechanischen Festigkeit gesteuert werden. In der vorliegenden Ausführung ist es wünschenswert, dass die mittlere Kristallkorngröße z.B. 0,5 µm bis 20 µm beträgt.
  • (2. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elements)
  • Als nächstes wird ein Beispiel für eine Methode zur Herstellung des piezoelektrischen Elements beschrieben.
  • Zunächst wird ein Rohmaterial für die piezoelektrische Zusammensetzung vorbereitet. Als Rohmaterial für das komplexe Oxid als Hauptkomponente kann eine Verbindung, die K enthält, und eine Verbindung, die Nb enthält, verwendet werden, und bei Bedarf kann eine Verbindung, die Ta enthält, verwendet werden. Beispiele für Verbindungen, die K enthalten, sind ein Carbonatsalz, eine Hydrogencarbonat-Verbindung und ähnliches. Beispiele für Verbindungen, die Nb und Verbindungen, die Ta enthalten, sind Oxide und dergleichen.
  • Das Rohmaterial für Kupfer, das die Unterkomponente darstellt, kann entweder eine einfache Substanz aus Kupfer oder eine kupferhaltige Verbindung sein. In der gegenwärtigen Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass das Rohmaterial für Kupfer ein kupferhaltiges Oxid ist. Es ist vorzuziehen, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser eines Rohstoffpulvers für Kupfer in einem Bereich von 0,1 m bis 5 m liegt.
  • Ein Rohmaterial für Chrom, ein Rohmaterial für Nickel und ein Rohmaterial für Zink, die Unterkomponenten sind, werden vorbereitet. Ähnlich wie bei Kupfer können diese Rohstoffe entweder einfache Substanzen dieser Metalle allein oder Verbindungen, die diese Metalle enthalten, sein. In der gegenwärtigen Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass diese Rohstoffe Oxide sind, die diese Metalle enthalten. Es ist zu bevorzugen, dass die durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Rohstoffpulvern dieser Metalle in einem Bereich von 0,1 m bis 5 m liegen.
  • Die aufbereiteten Rohstoffe des komplexen Oxids werden in einem vorgegebenen Verhältnis gewogen und dann 5 bis 20 Stunden lang mit einer Kugelmühle o.ä. gemischt. Als Mischverfahren kann ein Nassmischverfahren oder ein Trockenmischverfahren verwendet werden. Im Falle des Nassmischens wird ein gemischtes Pulver getrocknet. Anschließend wird das gemischte Pulver oder ein Formkörper, der durch Formen des gemischten Pulvers erhalten wird, einer Wärmebehandlung (Kalzinierung) in einer Atmosphäre bei 750°C bis 1050°C für 1 Stunde bis 20 Stunden unterzogen, um ein kalziniertes Pulver des komplexen Oxids zu erhalten.
  • Das komplexe Oxid, aus dem das erhaltene kalzinierte Pulver besteht, hat die Perowskitstruktur, die durch die allgemeine Formel KNbO3 oder K(Nb,Ta)O3 dargestellt wird.
  • Wenn das erhaltene kalzinierte Pulver angesammelt ist, ist es vorzuziehen, dass das kalzinierte Pulver für eine vorbestimmte Zeit unter Verwendung der Kugelmühle und ähnlichem pulverisiert wird, um ein pulverisiertes Pulver zu erhalten. Das Rohmaterial (Rohmaterial für Kupfer, Rohmaterial für Chrom, Rohmaterial für Nickel und Rohmaterial für Zink) für die im vorgegebenen Verhältnis gewogene Unterkomponente wird dem kalzinierten Pulver oder dem pulverisierten Pulver hinzugefügt und gemischt, um ein Rohmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung zu erhalten. In der gegenwärtigen Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass die Mischmethode die Kugelmühle, eine Perlmühle und dergleichen ist.
  • Ein Verfahren zum Formen des Rohmaterialpulvers der piezoelektrischen Zusammensetzung ist nicht besonders begrenzt und kann entsprechend einer gewünschten Form, Größe und dergleichen angemessen ausgewählt werden. Bei der Durchführung des Pressformens werden dem Rohmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung ein vorbestimmtes Bindemittel und, falls erforderlich, Additive zugegeben, und die Mischung wird in eine vorbestimmte Form gegossen, um einen Formkörper zu erhalten. Ferner kann der Formkörper durch Verwendung eines granulierten Pulvers erhalten werden, das durch Zugabe des vorbestimmten Bindemittels und dergleichen zu dem Rohmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung und Granulieren der Mischung erhalten wird. Falls erforderlich, kann der erhaltene Formkörper einer weiteren Druckverarbeitung durch CIP und dergleichen unterzogen werden.
  • Der erhaltene Formkörper wird einer Behandlung zur Bindemittelentfernung unterzogen. Als Bedingung für die Bindemittelentfernung ist eine Haltetemperatur von vorzugsweise 400°C bis 800°C und eine Temperaturhaltezeit von vorzugsweise 2 Stunden bis 4 Stunden vorgesehen.
  • Anschließend wird der Formkörper nach der Bindemittelentfernungsbehandlung gebrannt. Als Brennbedingungen gelten eine Haltetemperatur von vorzugsweise 950°C bis 1060°C, eine Haltezeit von vorzugsweise 2 Stunden bis 4 Stunden, Temperaturanstieg und Abkühlraten von vorzugsweise etwa 50°C/Stunde bis 300°C/Stunde und eine Atmosphäre, die vorzugsweise sauerstoffhaltig ist.
  • Die als Sinterkörper erhaltene piezoelektrische Zusammensetzung wird je nach Bedarf poliert, und es wird eine Elektrodenpaste aufgetragen und zu einer Elektrode gebrannt. Ein Verfahren zur Bildung der Elektrode ist nicht besonders begrenzt, und eine Elektrode kann durch Aufdampfen, Sputtern und dergleichen gebildet werden.
  • Der Sinterkörper, auf dem die Elektrode gebildet wird, wird mit einer Trennsäge in eine gewünschte Form gebracht, und ein elektrisches Feld von 2 kV/mm bis 5 kV/mm wird in Öl bei einer vorbestimmten Temperatur für etwa 5 Minuten bis etwa 1 Stunde an den Sinterkörper angelegt, um den Polungsprozess durchzuführen. Nach dem Polungsprozess wird die piezoelektrische Zusammensetzung erhalten, in der die spontane Polarisation in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach dem Polungsprozess wird in eine vorbestimmte Größe verarbeitet, wie sie zur Bildung des plattenförmigen piezoelektrischen Körpers 1 erforderlich ist. Als nächstes werden die Elektroden 2 und 3 auf dem piezoelektrischen Körper 1 durch Aufdampfen und dergleichen gebildet, um das in 1 gezeigte piezoelektrische Element zu erhalten.
  • (3. Wirkungen in der gegenwärtigen Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird als das komplexe Oxid mit der Perowskitstruktur, das als Hauptkomponente in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthalten ist, eine Kaliumniobat-Verbindung verwendet, die nicht wesentlich Lithium (Li) und Natrium (Na) in der Perowskitstruktur aufweist. Weiterhin enthält die piezoelektrische Zusammensetzung Kupfer (Cu) und ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Zink (Zn) ausgewählt sind, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Durch Einstellen des Gehalts an Kupfer und den oben genannten Elementen innerhalb des vorgegebenen Bereichs kann die dielektrische Durchschlagfestigkeit verbessert werden, während gleichzeitig der gute elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 beibehalten wird, der eine wichtige piezoelektrische Eigenschaft ist.
  • Wie oben beschrieben, wird die piezoelektrische Zusammensetzung nach dem Brennen dem Polungsprozess unterzogen. Zu dem Zeitpunkt, wenn eine angelegte elektrische Feldstärke niedrig wird, wird ein Anteil der spontanen Polarisation, die in der festen Richtung orientiert ist, gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften einer solchen piezoelektrischen Zusammensetzung sind niedriger als die piezoelektrischen Eigenschaften, die erhalten werden, wenn der größte Teil der spontanen Polarisation in der festen Richtung orientiert ist. Wenn die angelegte elektrische Feldstärke erhöht wird, kann es daher in der piezoelektrischen Zusammensetzung, die ein Isolator ist, zu einem dielektrischen Durchschlag kommen. Damit die piezoelektrische Zusammensetzung ausreichend piezoelektrische Eigenschaften aufweist, ist es daher notwendig, dass der dielektrische Durchschlag auch dann nicht auftritt, wenn eine hohe elektrische Feldstärke angelegt wird, die ausreicht, um den größten Teil der spontanen Polarisation in die feste Richtung zu orientieren.
  • Da die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Ausführung eine hohe dielektrische Durchschlagfestigkeit aufweist, kann daher ein ausreichender Polungsprozess durchgeführt werden und ein Potential der piezoelektrischen Zusammensetzung ausreichend ausgeprägt werden.
  • Ein solcher Effekt wird durch die Einstellung des AB-Verhältnisses im komplexen Oxid, d.h. „x“ innerhalb des obigen Bereichs, weiter verbessert. Ferner wird ein solcher Effekt durch Substitution von Nb im komplexen Oxid durch Ta in einem vorbestimmten Verhältnis weiter verbessert.
  • (4. Geänderte Ausführungsformen)
  • In der vorliegenden, oben beschriebenen Ausführungsform wurde das piezoelektrische Element beschrieben, bei dem der piezoelektrische Teil eine einzelne Schicht ist. Aber auch ein piezoelektrisches Element mit einer Struktur, in der piezoelektrische Teile laminiert sind, kann verwendet werden. Ferner kann ein piezoelektrisches Element, das eine Kombination aus beiden darstellt, verwendet werden.
  • Ein piezoelektrisches Element, das eine Struktur hat, in der piezoelektrische Teile laminiert sind, ist z.B. im in 2 gezeigten piezoelektrischen Element 50 beispielhaft dargestellt. Dieses piezoelektrische Element 50 enthält ein Laminat 10, in dem abwechselnd mehrere piezoelektrische Schichten 11 aus der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und mehrere Innenelektroden 12 laminiert sind. Ein Paar Anschlusselektroden 21 und 22 sind an beiden Endteilen des Laminats 10 ausgebildet, um mit den abwechselnd im Inneren des Laminats 10 angeordneten inneren Elektrodenschichten 12 elektrisch verbunden zu werden.
  • Die Dicke (Zwischenschichtdicke) pro einer Schicht der piezoelektrischen Schichten 11 ist nicht besonders begrenzt und kann je nach gewünschten Eigenschaften, Verwendung usw. beliebig eingestellt werden. In der Regel beträgt die Zwischenschichtdicke vorzugsweise etwa 1 µm bis 100 µm. Die Anzahl der Schichten der piezoelektrischen Schicht 11 ist nicht besonders begrenzt und kann je nach den gewünschten Eigenschaften, der Verwendung usw. beliebig eingestellt werden.
  • Als Herstellungsverfahren für das in 2 gezeigte piezoelektrische Element 50 kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel wird ein grüner Chip, der das in 2 gezeigte Laminat 10 bilden soll, vorbereitet und gebrannt, um ein Laminat 10 zu erhalten. Dann werden Anschlusselektroden auf das Laminat 10 gedruckt oder aufgebracht und gebrannt. Als Verfahren zur Herstellung des grünen Chips werden ein allgemeines Druckverfahren und ein Folienverfahren, jeweils unter Verwendung von Paste, beispielhaft genannt. Bei dem Druckverfahren und dem Folienverfahren wird ein grüner Chip unter Verwendung einer Paste gebildet, die durch Mischen von Rohmaterialpulvern der oben beschriebenen piezoelektrischen Zusammensetzung und eines Trägers, in dem ein Bindemittel in einem Lösungsmittel gelöst ist, hergestellt wird und einen Anstrich bildet.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene vorliegende Ausführungsform beschränkt, und Änderungen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise vorgenommen werden.
  • Beispiele
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • Zunächst wurden ein Pulver aus Kaliumhydrogencarbonat (KHCO3), ein Pulver aus Nioboxid (Nb2O5) und ein Pulver aus Tantaloxid (Ta2O5) als Rohstoffe für ein komplexes Oxid (Kx(Nb1-yTay)O3) hergestellt, das eine Hauptkomponente einer piezoelektrischen Zusammensetzung war. Ein Kupferoxid-Pulver (CuO), ein Chromoxid-Pulver (Cr2O3), ein Nickeloxid-Pulver (NiO) und ein Zinkoxid-Pulver (ZnO) wurden jeweils als Rohmaterial für ein Kupfer-Rohmaterial (Cu), ein Chrom-Rohmaterial (Cr), ein Nickel-Rohmaterial (Ni) und ein Zink-Rohmaterial (Zn) als in der piezoelektrischen Zusammensetzung enthaltene Unterkomponenten hergestellt.
  • Die vorbereiteten Rohmaterialien wurden so gewogen, dass die piezoelektrische Zusammensetzung (Sinterkörper) nach dem Brennen die in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen aufweist. Gewogene Pulver von KHCO3, Nb2O5 und Ta2O5 wurden mit einer Kugelmühle 16 Stunden lang gemischt und dann bei 120°C getrocknet, um ein Mischpulver zu erhalten. Das so erhaltene Mischpulver wurde gepresst und 4 Stunden lang bei 1000°C kalziniert, um einen kalzinierten Körper aus dem komplexen Oxid zu erhalten. Anschließend wurde der kalzinierte Körper 16 Stunden lang mit der Kugelmühle pulverisiert, um ein pulverisiertes Pulver zu erhalten.
  • Jedes gewogene Pulver aus CuO, Cr2O3, NiO und ZnO wurde zu dem erhaltenen pulverisierten Pulver hinzugefügt, 16 Stunden lang durch die Kugelmühle gemischt und dann bei 120°C getrocknet, um ein Rohmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung zu erhalten. PVA als Bindemittel wurde zu dem erhaltenen Rohmaterialpulver der piezoelektrischen Zusammensetzung hinzugefügt und nach einem bekannten Verfahren granuliert. Als nächstes wurde das erhaltene granulierte Pulver durch Aufbringen einer Belastung von 196 MPa mit einer Pressformmaschine pressgeformt, um einen plattenförmigen Formkörper zu erhalten.
  • Der so erhaltene plattenförmige Formkörper wurde einer 2-stündigen Behandlung zur Bindemittelentfernung bei 550°C unterzogen. Der Formkörper wurde nach der Entbinderungsbehandlung 2 Stunden lang bei 1050°C in Luftatmosphäre gebrannt, um die piezoelektrische Zusammensetzung (Sinterkörper) zu erhalten.
  • Nachdem der erhaltene Sinterkörper in eine parallele Plattenform mit einer Dicke von 1,0 mm poliert und auf beide Seiten des parallelen plattenförmigen Sinterkörpers eine Silberpaste aufgedruckt wurde, wird bei 800°C gebrannt, um einander zugewandte Silberelektroden zu erhalten, und das resultierende Produkt wurde mit einer Trennsäge in eine Länge von 12 mm und eine Breite von 3 mm geschnitten, um vor dem Polungsprozess eine Probe zu erhalten.
  • Die erhaltene Probe vor dem Polungsprozess wurde dem Polungsprozess unterzogen, indem ein elektrisches Feld von 3 kV/mm in Silikonöl bei 150°C für 5 Minuten angelegt wurde, um Proben für die Bewertung der piezoelektrischen Eigenschaften zu erhalten (Beispiele 1 bis 25, Vergleichsbeispiele 1 bis 4).
  • Die dielektrische Durchschlagsfestigkeit und der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 der erhaltenen Probe vor dem Polungsprozess und der Probe für die Bewertung der piezoelektrischen Eigenschaften wurden wie folgt gemessen.
  • Die dielektrische Durchschlagfestigkeit wurde wie folgt berechnet. Ein elektrisches Feld, das an die vor dem Polungsprozess erhaltene Probe angelegt wurde, wurde mit einer Rate von 100 V/s in Silikonöl erhöht, und ein elektrischer Feldwert, wenn ein Strom von 10 mA oder mehr floss, wurde als die dielektrische Durchschlagsfestigkeit definiert. Im vorliegenden Beispiel wurde es als vorteilhaft beurteilt, wenn die Probe eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von 5,0 kV/mm oder mehr hat, und es wurde als vorteilhafter beurteilt, wenn die Probe eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von 7,0 kV/mm oder mehr hat. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 der erhaltenen Probe für die Bewertung der piezoelektrischen Eigenschaften wurde durch Messung einer Resonanzfrequenz fr und einer Antiresonanzfrequenz fa bei Raumtemperatur mit einem Impedanzanalysator 4294A (hergestellt von KEYSIGHT TECHNOLOGIES) gemäß der japanischen Norm JEITA EM-4501M (Japan Electronics and Information Technology Industries Association Standard) berechnet. Im vorliegenden Beispiel wurde es als vorteilhaft beurteilt, wenn die Probe den k31-Wert von 14,0 oder mehr aufweist, und es wurde als vorteilhafter beurteilt, wenn die Probe den k31-Wert von 16,0 oder mehr aufweist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
    Tabelle 1
    Probe Nr. Zusammensetzung Eigenschaften
    Hauptkomponente Unterkomponente
    Kx(Nb1,000-yTay)O3 CuO CrO3/2, NiO, ZnO Dielektrische Durchschlagsfestigkeit (kV/mm) elektromechanischer Kopplungskoeffizient k31 (%)
    x y α (Mol-%) Art β (Mol-%)
    Beispiel 1 0,995 0,000 0,2 NiO 0,5 5,1 19,0
    Beispiel 2 0,995 0,000 0,5 NiO 0,5 5,3 18,0
    Beispiel 3 0,995 0,000 0,8 NiO 0,5 5,4 16,7
    Beispiel 4 0,995 0,000 1,0 NiO 0,5 5,8 14,9
    Beispiel 5 0,995 0,000 1,5 NiO 0,5 5,9 14,2
    Beispiel 6 0,995 0,000 2,0 NiO 0,5 5,4 14,1
    Beispiel 7 0,991 0,000 0,8 NiO 0,5 6,0 16,8
    Beispiel 8 0,995 0,000 0,8 NiO 0,2 5,5 16,9
    Beispiel 9 0,995 0,000 0,8 NiO 0,5 5,7 17,6
    Beispiel 10 0,995 0,000 0,8 NiO 1,0 5,7 17,9
    Beispiel 11 0,995 0,000 0,8 NiO 1,5 5,4 15,5
    Beispiel 12 0,995 0,000 0,8 NiO 2,0 5,4 15,5
    Beispiel 13 0,995 0,000 0,8 CrO3/2 0,5 6,0 16,3
    Beispiel 14 0,995 0,000 0,8 ZnO 0,5 6,4 16,0
    Beispiel 15 0,995 0,000 0,7 NiO 0.5 5,5 16,8
    ZnO 0.2
    Beispiel 16 0,995 0,000 0,7 NiO 0.5 5,5 16,1
    CrO3/2 0.2
    Beispiel 17 0,995 0,002 0,8 NiO 0,5 6,7 16,7
    Beispiel 18 0,995 0,010 0,8 NiO 0,5 7,2 17,2
    Beispiel 19 0,980 0,050 0,8 NiO 0,5 7,3 17,3
    Beispiel 20 0,995 0,050 0,8 NiO 0,5 7,8 18,1
    Beispiel 21 0,999 0,050 0,8 NiO 0,5 7,8 17,9
    Beispiel 22 0,995 0,100 0,8 NiO 0,5 7,5 16,3
    Beispiel 23 0,995 0,200 0,8 NiO 0,5 5,6 14,1
    Beispiel 24 0,975 0,020 0,8 NiO 0,5 6,5 16,4
    Beispiel 25 1,003 0,020 0,8 NiO 0,5 5,5 14,2
    Vergleichsbeispiel 1 0,980 0,000 0,8 NiO 0,1 4,7 16,5
    Vergleichsbeispiel 2 0,980 0,000 0,8 NiO 2,2 5,2 13,2
    Vergleichsbeispiel 3 0,980 0,000 0,1 NiO 0,5 4,0 19,1
    Vergleichsbeispiel 4 0,980 0,000 2,5 NiO 0,5 5,3 12,0
  • Aus Tabelle 1 wurde in einer Kaliumniobat-Verbindung mit Perowskitstruktur bestätigt, dass durch Einstellung eines Gehaltsanteils von Cu und eines Gehaltsanteils von einem oder mehreren aus Cr, Ni und Zn ausgewählten Elementen innerhalb des obigen Bereichs sowohl eine gute dielektrische Durchschlagfestigkeit als auch ein guter elektromechanischer Kopplungskoeffizient k31 erreicht werden können.
  • Ferner wurde bestätigt, dass bei einer Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 durch das Einstellen von „x“, d.h. einem A/B-Verhältnis innerhalb des obigen Bereichs, die dielektrische Durchschlagfestigkeit und der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 auf einem höheren Niveau erreicht werden können. Weiterhin wurde bestätigt, dass in der Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 durch Einstellen von „y“, d.h. einem Substitutionsanteils durch Ta von Nb innerhalb des obigen Bereichs, die dielektrische Durchschlagsfestigkeit und der elektromechanische Kopplungskoeffizient k31 auf einem höheren Niveau erreicht werden können.
  • Die piezoelektrische Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung kann für das piezoelektrische Element in verschiedenen Bereichen geeignet eingesetzt werden, da gleichzeitig eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit und gute piezoelektrische Eigenschaften erreicht werden können.
    • 5
    Piezoelektrisches Element
    1
    Piezoelektrisches Teil
    2, 3
    Elektrode
    50
    Piezoelektrisches Element
    10
    Mehrschichtiger Körper
    11
    Piezoelektrische Schicht
    12
    Interne Elektrodenschicht
    21, 22
    Anschlusselektrode

Claims (4)

  1. Piezoelektrische Zusammensetzung, umfassend: ein komplexes Oxid mit einer Perowskit-Struktur, dargestellt durch die allgemeine Formel ABO3; Kupfer; und ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel und Zink, wobei in ABO3 ein A-Stellen-Element Kalium ist und ein B-Stellen-Element Niob oder Niob und Tantal ist, in Bezug auf 1 Mol des komplexen Oxids ein Gehaltsanteil des Kupfers in Form von CuO α Mol-% beträgt, ein Gehaltsanteil des einen oder der mehreren Elemente, die aus der aus Chrom, Nickel und Zink bestehenden Gruppe ausgewählt sind, β Mol-% in Form von CrO3/2, NiO, ZnO beträgt, α eine Beziehung von 0,2 ≤ α ≤ 2,5 erfüllt, und β eine Beziehung von 0,2 ≤ β ≤ 2,0 erfüllt.
  2. Piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei ABO3 durch eine Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 dargestellt wird und x in der Zusammensetzungsformel eine Beziehung von 0,980 ≤ x ≤ 0,999 erfüllt.
  3. Piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ABO3 durch die Zusammensetzungsformel Kx(Nb1-yTay)O3 dargestellt ist und y in der Zusammensetzungsformel die Beziehung y ≤ 0,100 erfüllt.
  4. Piezoelektrisches Element, umfassend: die piezoelektrische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
DE112019001519.2T 2018-03-23 2019-03-19 Piezoelektrische zusammensetzung und piezoelektrisches element Active DE112019001519B4 (de)

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