压电陶瓷、制造压电陶瓷的方法、压电元件和电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及无铅且无碱金属的压电陶瓷以及制造压电陶瓷的方法。本申请还涉及 压电元件、振动器件、喷液头、喷液装置、超声电机、光学装置、振动单元、除尘单元、图像感 测装置和电子装置，每项都使用了压电陶瓷。
【背景技术】
[0002] 压电陶瓷典型地是具有钙钛矿结构的金属氧化物，诸如锆钛酸铅（后文称为 PZT)。但是PZT含有影响环境的铅。这是个问题。所以，期望无铅压电陶瓷。
[0003] 已经公知钛酸钡为无铅压电陶瓷。另外，为了改进无铅压电陶瓷的特性，一直在研 发钛酸钡基材料。
[0004] 日本专利公开No. 2009-215111公开了一种钛酸钡基的压电陶瓷，其中Ca置换了 钛酸钡A位的一部分并且Zr置换了钛酸钡B位的一部分以增强钛酸钡的压电性质。这种 材料就压电常数而言优于钛酸钡，但是其机械品质因数低。
[0005] Japanese Journal of Applied Physics 2010 年第 49 卷 09MD03-1 至 09MD03-4 公开了含有置换了钛酸钡A位的一部分的Ca并且还含有Mn和Fe或Cu的钛酸钡基材料。 这种材料就机械品质因数而言优于钛酸钡，但是其机电耦合系数k 31低至0. 119。
[0006] 公知现有技术中的压电陶瓷不同时满足对机械品质因数和机电耦合系数的要求， 并且使用这种压电陶瓷的压电元件不期望地消耗大功率。
【发明内容】
[0007] 本申请提供了具有高机械品质因数并且展现出低功耗的无铅且无碱金属的压电 陶瓷，以及制造所述压电陶瓷的方法。本申请还提供了压电元件、振动器件、喷液头、喷液装 置、超声电机、光学装置、振动单元、除尘单元、图像感测器件和电子装置，每项都使用了所 述压电陶瓷。
[0008] 根据本申请的实施例的压电陶瓷具有剩余极化（remanent polarization)。所述 压电陶瓷包含含有钛酸钡的钙钛矿型金属氧化物和Μη。当压电陶瓷的表面沿着剩余极化的 方向在室温中受到X射线衍射分析时，（002)面的衍射强度与（200)面的衍射强度的比值 为1.0或更大，并且（002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度。另外，压电陶瓷的c轴 的晶格常数c及a轴的晶格常数a满足关系：1. 004 < c/a < 1. 010。
[0009] 根据本申请的实施例的制造压电陶瓷的方法意在生产上述压电陶瓷。该方法包括 形成原料粉末坯体的步骤；以及烧结坯体以产生压电陶瓷的步骤，所述烧结步骤包括以高 达IKKTC至1400°C的最高温度的温度加热坯体，以及以50°C /h或更大的冷却速率冷却坯 体。
[0010] 根据本申请的实施例的压电元件包括第一电极、压电陶瓷制成的压电材料部以及 第二电极。第一和第二电极与压电陶瓷的剩余极化的方向相交。
[0011] 根据本申请的实施例的制造压电元件的方法意在制造上述压电元件。该方法包 括形成原料粉末坯体的步骤；烧结坯体以产生压电陶瓷的步骤；在压电陶瓷上形成第一和 第二电极的步骤；以及使压电陶瓷极化的步骤。形成第一和第二电极的步骤包括以高达 700°C至900°C的最高温度的温度加热压电陶瓷以及第一和第二电极，以及以100°C/h或更 大的冷却速率冷却压电陶瓷以及第一和第二电极。
[0012] 根据本申请的实施例的振动器件包括压电元件以及其上设置压电元件的隔膜。当 压电材料部的压电陶瓷的更接近隔膜的表面是其底表面，并且压电陶瓷的与底表面相对的 表面是其前表面时，底表面附近的测量表面的（002)八200)衍射强度比值A与前表面附近 的测量表面的（002)八200)衍射强度比值B在室温中满足关系A>B。
[0013] 根据本申请的实施例的喷液头包括液体室和限定与液体室连通的喷口的部分，所 述液体室包括设有上述压电元件的振动部。
[0014] 根据本申请的实施例的喷液头包括液体室和限定与液体室连通的喷口的部分，所 述液体室包括设有上述振动器件的振动部。
[0015] 根据本申请的实施例的喷液装置包括其上放置有转印介质的部分以及喷液头。
[0016] 根据本申请的实施例的超声电机包括上述振动器件，以及与振动器件接触的移动 器件。
[0017] 根据实施例的光学装置包括设有超声电机的驱动部。
[0018] 根据本申请的实施例的振动单元包括振动器件，所述振动器件包括上述压电元件 和其上设置压电元件的隔膜。
[0019] 根据本申请的实施例的除尘单元包括设有振动单元的振动部。
[0020] 根据本申请的实施例的图像感测装置包括除尘单元，以及具有光接收面的图像感 测元件单元。除尘单元设置在图像感测单元的光接收面处。
[0021] 根据本申请的实施例的电子装置包括压电声学部件，所述压电声学部件包括上述 压电元件。
[0022] 本申请提供了具有高机械品质因数并且展现出低功耗的无铅和碱金属的压电陶 瓷，以及制造所述压电陶瓷的方法。
[0023] 本申请还提供了压电元件、振动器件、喷液头、喷液装置、超声电机、光学装置、振 动单元、除尘单元、图像感测装置和电子装置，每项都使用了所述压电陶瓷。
[0024] 参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得明白。
【附图说明】
[0025] 图1是根据本申请的实施例的压电陶瓷的截面图；
[0026] 图2是例示了如何确定实施例的压电陶瓷的剩余极化的方向的示意图；
[0027] 图3是例示了实施例的压电陶瓷中的晶粒的a畴（a domain)和c畴（c domain) 的概念图；
[0028] 图4是例示了实施例的压电陶瓷的X射线衍射分析的示意图；
[0029] 图5是根据本申请的实施例的压电元件的截面图；
[0030] 图6是根据本申请的实施例的振动器件的示意图；
[0031] 图7A和图7B是根据本申请的实施例的喷液头的示意图；
[0032] 图8是根据本申请的实施例的喷液装置的示意图；
[0033] 图9是根据本申请的实施例的喷液装置的示意图；
[0034] 图10是根据本申请的实施例的超声电机的示意图；
[0035] 图IlA和IlB是根据本申请的实施例的光学装置的示意图；
[0036] 图12是根据本申请的实施例的光学装置的示意图；
[0037] 图13A和图13B是根据本申请的实施例的用作除尘单元的振动单元；
[0038] 图14A至14C是用在除尘单元中的压电元件的示意图；
[0039] 图15A和图15B是例示了除尘单元的振动原理的示意图；
[0040] 图16是根据本申请的实施例的图像感测装置的示意图；
[0041] 图17是根据本申请的实施例的图像感测装置的示意图；
[0042] 图18是根据本申请的实施例的电子装置的示意图。
【具体实施方式】
[0043] 现在将描述本申请的一些实施例。
[0044] 根据实施例的压电陶瓷具有剩余极化并包含含有钛酸钡和Mn的钙钛矿型金属氧 化物。当压电陶瓷的沿着剩余极化方向的表面在室温中受到X射线衍射分析时，（002)面 的衍射强度与（200)面的衍射强度的比值（后文称为（002)八200)衍射强度比值）为1.0 或更大，（002)面的衍射峰具有1.2°或更小的半宽度，并且其c轴的晶格常数c及其a轴 的晶格常数a满足关系：1. 004 <c/a< 1.010。
[0045] 在本实施例中，通过控制钛酸钡基陶瓷的晶体结构提供了具有高机械品质因数并 且展现出低功耗的无铅和碱金属的压电陶瓷。
[0046] 本实施例的压电陶瓷包含含有钛酸钡和Mn的钙钛矿型金属氧化物。
[0047] 在本实施例中使用的钙钛矿型金属氧化物的钙钛矿结构是指理想地具有如在岩 波理化学词典第五版（Iwanami Dictionary of