專利名稱：：壓電/電致伸縮材料、壓電/電致伸縮體以及壓電/電致伸縮元件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及壓電/電致伸縮材料、壓電/電致伸縮體和壓電/電致伸縮元件。
背景技術：
：迄今，已知壓電/電致伸縮元件用于控制亞微米級的微小位移。特別地，除它們優(yōu)異的小位移可控性外，壓電/電致伸縮薄膜元件具有優(yōu)異的特性，例如高的機電轉換效率、高速響應性、高的耐久性和較低的功率損耗。壓電/電致伸縮薄膜元件包括由壓電/電致伸縮陶瓷組合物(壓電/電致伸縮材料)組成的壓電/電致伸縮部分和堆疊在陶瓷襯底上的電極。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)壓電/電致伸縮元件用于各種應用，如壓電型壓力傳感器、掃描隧道顯微鏡中的探針驅動機械裝置、超精密加工設備中的直進導向裝置、液壓伺服閥、盒式錄像機磁頭、平板型圖像顯示裝置中的像素和噴墨打印機頭。也研究了壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮陶瓷組合物。例如日本已審的專利申請公告44-17103和45-8145公開了Pb(Mg1/3Nb2/3)OrPbTi03-PbTi03(PZT)三元固溶體的壓電/電致伸縮陶瓷組組合物，或者PZT中的部分Pb原子被Sr或La置換的壓電/電致伸縮陶瓷的組合物。壓電/電致伸縮元件的壓電/電致伸縮特性主要依賴于壓電/電致伸縮部分。因此，包括具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性(例如壓電形變常數(shù))的壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮元件是所想要的。近年來，例如由酸雨引起的鉛浸出等環(huán)境影響已經(jīng)成為重要的問議題。考慮到環(huán)境的影響，日本未審查的專利申請公告2001-261435、2004-75449、51-12700和11-171643以及日本專利3830345和TadashiTakenaka等人的硅酸鹽工業(yè)(SILICATESINDUSTRIELS，7-8期，第136-142頁(1993年))描述了無鉛的壓電/電致伸縮材料，如(Bi，Na)Ti03壓電/電致伸縮材料，它們可以提供具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮元件。然而，由無鉛的壓電/電致伸縮陶瓷組合物形成的壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮元件很難獲得比由PZT組合物形成的壓電/電致伸縮體更大的位移。因此，PZT組合物在壓電/電致伸縮特性方面目前仍然優(yōu)于無鉛的組合物。因此，需要開發(fā)可以提供具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體和壓電/電致伸縮元件的無鉛壓電/電致伸縮材料。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的目標是提供一種壓電/電致伸縮材料，所述壓電/壓電/電致伸縮元件包括具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體或顯示出小的D-E曲線不對稱變化或大的壓電位移的壓電/電致伸縮部分。本發(fā)明的另一目標是提供具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體。本發(fā)明的另一目標是提供一種壓電/電致伸縮元件，所述壓電/電致伸縮元件包括顯示出小的D-E曲線不對稱變化或大的壓電位移的壓電/電致伸縮部分，并具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能。出于克服上述問題而進行勤奮研究的結果是，本發(fā)明人通過使用具有預定的組合物配方的壓電/電致伸縮材料來完成本發(fā)明。本發(fā)明提供以下的壓電/電致伸縮材料、壓電/電致伸縮體和壓電/電致伸縮元件。具有由通式(1)表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料(1-x)(BiaNabTi03+s)-x(KcNb03+0(1)其中，0.01<x<0.08、a<0.5、1.01《(a/b)<1.08、0.92<(a+b)/c<0.99以及0.9<c《l.l,并且當5=0時匸#0，當^=0時5#0。才艮據(jù)[l]所述的壓電/電致伸縮材料，其中，在通式(l)中，x滿足0.02《x<0.05的關系。才艮據(jù)[l]所述的壓電/電致伸縮材料，其中，在通式(l)中，x滿足0.04"O.08的關系。由根據(jù)[l]-[3]所述的壓電/電致伸縮材料所形成的壓電/電致伸縮體。[5]根據(jù)[4]所述的壓電/電致伸縮體，其中，壓電/電致伸縮體是以片的形式。—種壓電/電致伸縮元件，其包括陶瓷襯底和壓電/電致伸縮驅動部分。所述壓電/電致伸縮驅動部分包括至少一個由才艮據(jù)[l]-[3]任一項所述的壓電/電致伸縮材料形成的薄膜壓電/電致伸縮部分和至少兩個與壓電/電致伸縮部分電連接的薄膜電極。該壓電/電致伸縮部分直接固定在襯底上或通過一個電極固定在襯底上。根據(jù)[6]所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述至少一個壓電/電致伸縮部分是多個壓電/電致伸縮部分，并且該多個壓電/電致伸縮部分中的每個與每個電極交替層疊，使得每個壓電/電致伸縮部分被夾在一對電極之間。根據(jù)[6]或[7]所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述襯底包括薄的氧化鋯振動膜(diaphragm)部分和設置在振動膜部分周圍的厚的氧化鋯部分，所述振動膜部分和厚的部分形成與襯底外部連通的空腔，在與空腔相對的振動膜部分上設置壓電/電致伸縮驅動部分。根據(jù)[8]所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述振動膜部分可以與壓電/電致伸縮驅動部分的運動同步振動，因此壓電/電致伸縮元件可以用作傳感器。根據(jù)[8]或[9]所述的壓電/電致伸縮元件，其中，當壓電/電致伸縮部分通過一個電極固定在村底上時，設置在襯底上的電極的有效面積是所述空腔投影在基板上二維圖形的面積的0.45-0.5倍，所述壓電/電致伸縮部分的厚度(tp)與所述振動膜部分的厚度(td)的比(tp/td)在1-1.5范圍內(nèi)，在l-100Hz范圍內(nèi)的雙極驅動頻率下，正矯頑電場(Ec+)與負矯頑電場(Ec-)的比(IEc+I/IEc'I)的變化度是10%或更小。根據(jù)[8]所述的壓電/電致伸縮元件，其中，當壓電/電致伸縮部分通過一個電極固定在基板上時，設置在襯底上的電極的有效面積是所述空腔投影在襯底上二維圖形的面積的0.45-0.5倍，所述壓電/電致伸縮部分的厚度(tp)與所述振動膜部分的厚度(td)的比(tjAj)在1-1.5范圍內(nèi)，并且在單極驅動期間振動膜部分的位移至少為0.2pm。本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料包括均具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分。本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料可以用于生產(chǎn)表現(xiàn)出小的D-E曲線不對稱變化或大的壓電位移、并且具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮元件。本發(fā)明的壓電/電致伸縮體具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性。本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件包括壓電/電致伸縮部分，并具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能，如小的D-E曲線不對稱變化或大的壓電位移。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的壓電/電致伸縮元件的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的壓電/電致伸縮元件的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的壓電/電致伸縮元件的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的壓電/電致伸縮元件的截面圖；圖5是包括根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件的傳感器的平面圖；圖6是沿圖5中的線A-A的截面圖；圖7是沿圖5中的線B-B的截面圖。具體實施例方式現(xiàn)在將參考優(yōu)選的實施方式來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不應限于以下的實施方式。本領域技術人員將認識到，在沒有脫離本發(fā)明主旨的情況下，可以對以下的實施方式進行變化和修改。這些變化和修改也應包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。1.壓電/電致伸縮材料根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮材料具有由以下通式(1)表示的非化學計量組成(l-x)(BiaNabTi03+6)-x(KcNb03+i:)(1)其中，0.01《x<0.08、a<0.5、1.01<(a/b)<1.08、0.92<(a+b)/c<0.99以及0.9<c《l.l，并且當5-0時C-0，當《=0時5#0。這種非化學計量組成可以提供具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮特性的壓電/電致伸縮體或具有壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮元件如傳感器。此處所使用的術語"壓電/電致伸縮材料"包括"瓷"和"單晶"。當壓電/電致伸縮材料具有由通式(1)表示的組成時，構成壓電/電致伸縮體或由壓電/電致伸縮材料所形成的壓電/電致伸縮部分的晶粒的平均粒徑通常是7pm或更小，優(yōu)選在l-5iim的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在l-3jim的范圍內(nèi)。因此，使用本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料，可以提供由具有相對小粒徑的晶粒構成的壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分。因此，壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分可以具有高的機械強度。此外，使用本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料，可以提高壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分的密度。因此，可以同時獲得高的機械強度和優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能。當通式(1)中的"x，，滿足0.01《x<0.08時，可以顯著提高壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮特性。當通式(l)中的"x，，小于0.01時，鈮(Nb)和鉀(K)的含量太低以致不能提高壓電/電致伸縮特性。當通式(1)中的"x"是0.08或更高時，壓電/電致伸縮體具有差的壓電/電致伸縮特性。在包括形成于基板的薄膜壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮元件中，應用于壓電/電致伸縮部分的應力依賴于(i)壓電/電致伸縮部分的彈性常數(shù)和(ii)壓電/電致伸縮部分與襯底之間的熱膨脹系數(shù)的差。由以下等式(2)表示應用于壓電/電致伸縮部分的應力(F):FaYx(ai-a2)(2)其中，F(xiàn)表示應用于壓電/電致伸縮部分的應力，Y表示壓電/電致伸縮的彈性常數(shù)，OH表示壓電/電致伸縮部分的熱膨脹系數(shù)，以及(X2表示襯底的熱膨脹系數(shù)?？梢杂筛鶕?jù)日本電子材料制造商協(xié)會標準"EMAS-6100"的彈性柔量來計算壓電/電致伸縮部分的彈性常數(shù)。當通式(1)中的"x"在0.02-0.05的范圍內(nèi)時，在包括形成于襯底的薄膜壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮傳感器中，應用于壓電/電致伸縮部分的正矯頑電場(Ec+)和負矯頑電場(Ec-)的絕對值增加。因此，可以制造高敏感性的壓電/電致伸縮薄膜傳感器。換句話說，當通式(1)中的"x"在0.02-0.05的特性。從進一步提高傳感器性能的觀點來看，通式(1)中的"x"優(yōu)選在0.02-0.03的范圍內(nèi)。當"x"小于0.02時，在壓電/電致伸縮部分的表面上產(chǎn)生大的張應力，可能導致裂紋。當"x"大于0.05時，在壓電/電致伸縮薄膜傳感器中，應用于壓電/電致伸縮部分的正矯頑電場(Ec+)和負矯頑電場(Ec-)的絕對值降低。因此壓電/電致伸縮薄膜傳感器可能具有較低的探測靈敏度。當通式(l)中的"x，，滿足0.04《xO.08時，在包括形成于襯底的薄膜壓電/電致伸縮部分的壓電/電致伸縮薄膜致動器中，壓電/電致伸縮部分的壓電常數(shù)增加。因此，應用應力與反壓電效應相結合可以增加位移。因此，由此制造的壓電/電致伸縮薄膜致動器可以具有大的位移。換句話說，當通式(l)中的"x"滿足0.04《x<0.08時，特別是在致動器中形成壓電/電致伸縮部分的材料可以具有改進的特性。從進一步提高致動器特性的觀點來看，通式(1)中的"x"優(yōu)選在0.04-0.06范圍內(nèi)。當通式(1)中的"a"為0.5或更高時，Bi與Ti的比超出其化學計量比(a=0.5)。當Bi與Ti的比大于化學計量比時，在煅燒期間可能在晶界處產(chǎn)生具有較小絕緣電阻的第二相。這可能導致漏電。因此，在本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料中，當通式(l)中的"a，，小于0.5時，在煅燒期間幾乎不產(chǎn)生第二相。因此，本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料可以提供均具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能的壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮元件。"a"優(yōu)選在0.47-0.49范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.48-0.49范圍內(nèi)。當通式(1)中的"a/b"小于1.01時，諸如壓電/電致伸縮體的產(chǎn)品具有減小的密度，并含有具有增加粒徑的晶粒。因此，該產(chǎn)品可能具有差的壓電/電致伸縮性能。當"a/b"大于1.08時，在極化期間可能發(fā)生介質擊穿。介質擊穿可以使壓電/電致伸縮陶資不能使用。當通式(l)中的"(a+b)/c，，小于0.92時，由該材料所形成的產(chǎn)品，如壓電/電致伸縮體的晶粒的粒徑減小。因此產(chǎn)品可以具有增加的強度，但可以具有較低的密度和較差的壓電/電致伸縮性能。當"(a+b)/c"為0.99或更高時，諸如壓電/電致伸縮體的產(chǎn)品具有減小的密度，并且含有增加粒徑的晶粒。因此，該產(chǎn)品可能具有差的壓電/電致伸縮性能。"(a+b)/c"優(yōu)選在0.92-0.96范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.94-0.95范圍內(nèi)。當通式(1)中的"c"小于0.9時，從材料中離析出Nb基的雜相(hetero-phase)，因此極大地抑制了晶粒生長，導致性能惡化。當"c"大于1.1時，過量的易電離的K或Na的溶出可以極大地降低該材料的絕緣電阻。"c"優(yōu)選在0.95-1.05范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.95-1.00范圍內(nèi)。在通式(1)中，當5=0時G當^=0時5*0。換句話說，在通式(1)中，C或5不為"0"。在這種條件下的本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料中，極大地抑制了異常晶粒生長。因此，均由本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料形成的度。"口、。'^、''現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明實施方式制備壓電/電致伸縮材料的方法。首先，將構成所述壓電/電致伸縮材料的金屬元素、其氧化物或碳酸鹽、或者含有多種這些元素的化合物以如下量混合，使得這些元素滿足由通式(1)所表示的組合物的摩爾比。可以通過常規(guī)方法如在球磨機中進行混合。具體地，預定量的原料、球和水在球磨機中混合預定的時間，以制備混合的漿料。隨后，可以通過蒸發(fā)或過濾干燥該混合的漿料，以制備原料混合物。可以煅燒該原料混合物，以生成具有由通式(1)所表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料?？梢栽诳諝庵谢蛟谘鯕夥罩羞M行煅燒。在使用X射線衍射儀測量的壓電/電致伸縮材料衍射強度中，除鉀鈦礦相之外的其它相的最強衍射線的強度與鉤鈦礦相的最強衍射線的強度的比優(yōu)選為5%或更小，更優(yōu)選為2%或更小。壓電/電致伸縮材料可以在普通的粉磨機(pulverizer)，如球磨機、磨碎機或砂磨機中進行研磨，以生產(chǎn)粒狀(或粉末狀)的壓電/電致伸縮材料。粒狀壓電/電致伸縮材料具有優(yōu)選在O.l-l.Opm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.2-0.7pin范圍內(nèi)的平均粒徑。可以優(yōu)選通過在預定的溫度下加熱粉末狀壓電/電致伸縮材料來控制其粒徑。較細的顆粒易于團聚在一起形成較大顆粒。因此粉末狀壓電/電致伸縮材料因此可以具有更為均勻的粒徑分布。這導致壓電/電致伸縮體或壓電/電致伸縮部分均具有更為均勻的粒徑分布。也可以通過醇鹽法或共沉淀法來生產(chǎn)壓電/電致伸縮材料。2.壓電/電致伸縮體成。換句話說，本發(fā)明的壓電/電致伸縮體由具有通式(1)所表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料來形成。如上所描述的，作為本發(fā)明一個方面的壓電/電致伸縮材料可以提供具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能的壓電/電致伸縮體。因此，通過煅燒所述的壓電/電致伸縮材料而形成的本發(fā)明壓電/電致伸縮體不含Pb，它是生態(tài)友好的，并具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能。本發(fā)明的壓電/電致伸縮體由許多具有7jxm或更小、優(yōu)選在l-5pm范圍內(nèi)、更優(yōu)選在l-3)im范圍內(nèi)的平均粒徑的晶粒構成。具有大于7pm平均粒徑的晶?？赡芙档蛪弘?電致伸縮體的強度。本發(fā)明的壓電/電致伸縮體可以具有任何形狀。本發(fā)明的壓電/電致伸縮體可以優(yōu)選為塊體(或者體材料)或薄片。因為PZT組合物具有高的介電常數(shù)，PZT片具有大的電容。相反，因為本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料具有低的介電常數(shù)，因此由該壓電/電致伸縮材料所形成的片狀壓電/電致伸縮體具有比由PZT組合物形成的片狀壓電/電致伸縮體更小的電容。因此，本發(fā)明的片狀壓電/電致伸縮體顯示出優(yōu)異的節(jié)能效果?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明實施方式制備壓電/電致伸縮體的方法。首先，將粉末狀壓電/電致伸縮材料壓成具有所需尺寸的生坯。該生坯在800-1300。C溫度范圍內(nèi)煅燒1分鐘-10小時，以生產(chǎn)具有預定形狀的煅燒產(chǎn)品。然后將煅燒產(chǎn)品切割成具有合適尺寸的片。在每片上形成電極。在極化(poling)之后，生產(chǎn)出壓電/電致伸縮體(塊體)?？梢砸匀缦路绞絹硇纬善瑺顗弘?電致伸縮體。將壓電/電致伸縮材料、增塑劑、分散劑和溶劑在混合器如球磨機中混合以生產(chǎn)漿料。該漿料通過薄片成形機械如刮板來形成薄片。3.壓電/電致伸縮元件圖l是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件的截面圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件51包括陶瓷襯底1和設置在村底1上的壓電/電致伸縮驅動部分42。該壓電/電致伸縮驅動部分42包括薄膜壓電/電致伸縮部分2和與壓電/電致伸縮部分2電連接的膜電極4和5。壓電/電致伸縮部分2被固定在設置于襯底1上的電極4上，使得壓電/電致伸縮驅動部分42被設置在襯底1上。該壓電/電致伸縮部分2可以直接地設置在襯底1上。此處使用的術語"固定"指的是，通過固相反應而沒有使用有機或無機的粘合劑來使壓電/電致伸縮部分2與襯底1或電極4緊密接觸。述的壓電/電致伸縮材料來形成。換句話說，根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件51的壓電/電致#縮部分2由具有通式(1)表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料來形成。因此，根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件51包括具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能的壓電/電致伸縮部分2。如圖1所示，通過對包括薄膜壓電/電致伸縮部分2和薄膜電極4和5的元件(壓電/電致伸縮薄膜元件)使用應力所產(chǎn)生的矯頑電場小于塊狀元件的矯頑電場。因此，才艮據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件51可以通過使用更低的電場來極化。因此，該壓電/電致伸縮元件51具有優(yōu)異的節(jié)能效果。如圖3所示，包括多個壓電/電致伸縮部分2和3以及多個電極4、5和6的壓電/電致伸縮驅動部分42也是優(yōu)選的。壓電/電致伸縮部分2和3以及電極4、5和6交替地層疊，使得壓電/電致伸縮部分2和3被夾在相應的電極對4、5和6之間。壓電/電致伸縮驅動部分42具有多層結構，并可以通過應用低的電壓來顯示出大的彎曲位移。在根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件51(參見圖1)中，壓電/電致伸縮部分2具有優(yōu)選在0.5-50jam范圍內(nèi)、更優(yōu)選在0.8-40jum范圍內(nèi)、最優(yōu)選在1.0-3OjLtm范圍內(nèi)的厚度。當壓電/電致伸縮部分2的厚度小于0.5ym時，即使由本發(fā)明的壓電/電致伸縮材料形成的壓電/電致伸縮部分可能具有不足的密度。當壓電/電致伸縮部分2的厚度大于50ium時，壓電/電致伸縮材料在煅燒期間具有較大的收縮應力。因此，必須增加襯底1的厚度以阻止襯底1的損壞。因此難以滿足元件的微型化。在圖3所示的多層壓電/電致伸縮驅動部分42中，壓電/電致伸縮部分2和3的厚度意指壓電/電致伸縮部分2和3的每層厚度。當襯底1由陶瓷制造時，該陶瓷可以是任何類型的。優(yōu)選地，根據(jù)耐熱性、化學穩(wěn)定性和絕緣性能，該陶瓷含有選自穩(wěn)定的氧化鋯(鋯土)、氧化鋁、氧化鎂、莫來石、氮化鋁、氮化硅和玻璃組成的組中的至少一種。在它們中，穩(wěn)定的氧化鋯(鋯土)是更為優(yōu)選的，因為其高的機械強度和高的韌性。此處所使用的術語"穩(wěn)定的氧化鋯"意指通過添加穩(wěn)定劑減少晶體相變的氧化鋯，它包括部分分穩(wěn)定的氧化鋯。穩(wěn)定的氧化鋯的例子包括含有1-30摩爾％作為穩(wěn)定劑的氧化鈣、氧化鎂、氧化釔、氧化鈧、氧化鐿、氧化鈰或稀土金屬氧化物的氧化鋯。在它們中，含有作為穩(wěn)定劑的氧化釔的氧化鋯是優(yōu)選的，因為其作為振動膜時高的機械強度。氧化釔的含量優(yōu)選在1.5-6摩爾％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在2-4摩爾％范圍內(nèi)。優(yōu)選地，氧化鋯進一步含有0.1-5摩爾％的氧化鋁。當穩(wěn)定的氧化鋯的晶相是立方晶體+單斜晶體的混合相、四方晶體+單斜晶體的混合相或立方晶體+四方晶體+單斜晶體的混合相時，根據(jù)強度、韌性和耐久性，主要由四方晶體或四方晶體+立方晶體的混合相構成的晶相是優(yōu)選的。襯底1的厚度優(yōu)選在ljim-lmm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1,5-500pm范圍內(nèi)，最優(yōu)選在2-200iim范圍內(nèi)。當襯底1的厚度小于liim時，壓電/電致伸縮元件的機械強度可能降低。當襯底1的厚度大于lmm時，襯底1抵抗由應用電壓于壓電/電致伸縮部分所產(chǎn)生的收縮應力的剛性增加。這可以降低壓電/電致伸縮部分的彎曲位移。襯底1可以具有如圖2所述的形狀。具體地，襯底1包括薄的振動膜部分lc和設置在振動膜部分lc周圍的厚的部分lb。振動膜部分lc具有粘合表面la。薄的振動膜部分lc具有上述的厚度。厚的部分lb具有大于振動膜部分lc的厚度。振動膜部分lc和厚的部分lb形成與襯底1的外部連通的空腔60。電極4(或壓電/電致伸縮部分)被固定在粘合表面la上。換句話說，壓電/電致伸縮驅動部分42被設置在與空腔60相對的振動膜部分lc的表面(粘合表面la)上。具有這種結構的襯底1可以提供顯示出大的彎曲位移和高的機械強度的壓電/電致伸縮元件。根據(jù)另一個實施方式的壓電/電致伸縮元件可以具有如圖4所示的結構。共同的襯底20包括一系列如圖2所示的襯底1。在共同襯底20上設置多個壓電/電致伸縮元件單元10(壓電/電致伸縮驅動部分42),每個壓電/電致伸縮元件單元10均包括第一壓電/電致伸縮部分12、第二壓電/電致伸縮部分13和電極4、5和6。在包括如圖2所示襯底1的壓電/電致伸縮元件51中，振動膜部分lc可以與壓電/電致伸縮驅動部分42的運動同步振動。因此壓電/電致伸縮元件51可以用作傳感器。在后面將詳細地描述本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件作為傳感器的應用。在本發(fā)明壓電/電致伸縮元件中的襯底的表面形狀(在圖1中電極4所固定的表面)可以是^f旦不限于矩形、正方形、三角形、橢圓形、絕對的圓形、圓邊的正方形、圓邊的矩形或它們組合的形狀。整塊襯底可以是但不限于其中具有空腔的容器(c叩sule)。在根據(jù)本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件中，電極與壓電/電致伸縮部分電連接。優(yōu)選地，壓電/電致伸縮部分設置于電極之間。所述電極優(yōu)選被設置于包括壓電/電致伸縮部分的彎曲位移區(qū)域。例如，參考附圖3，電極4、5和6優(yōu)選覆蓋第一壓電/電致伸縮部分12和第二壓電/電致伸縮部分13的每個表面的至少80%,包括其中間部分。在本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件中，電極可以由選自Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ir和它們的合金組成的組中的至少一種金屬構成。在它們中，Pt或Pt合金是優(yōu)選的，因為在煅燒壓電/電致伸縮部分過程中它們高的耐熱性。電極的厚度優(yōu)選為15ym或更小，更優(yōu)選4jum或更小。具有大于15iam厚度的電極可以作為弛豫層(relaxationlayer),從而減少了彎曲位移。電極可以具有至少0.05iLim的厚度，以起到電極的作用?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明一實施方式制備壓電/電致伸縮元件的方法，首先，在陶瓷襯底上或在形成于襯底上的第一電極上形成壓電/電致伸縮材料層?？梢酝ㄟ^離子束濺射、真空蒸發(fā)、物理氣相沉積(PVD)、離子鍍、化學氣相沉積(CVD)、電鍍、絲網(wǎng)印刷、噴涂或浸漬來形成第一電極。優(yōu)選地，按照在第一電極與襯底之間以及第一電極與壓電/電致伸縮部分之間的連接，通過濺射或絲網(wǎng)印刷形成第一電極。由此所形成的第一電極可以在600-1400。C溫度范圍內(nèi)進行煅燒(熱處理)，以使其與基板和/或壓電/電致伸縮部分結合成為一個煅燒。通過離子束濺射、真空蒸發(fā)、PVD、離子鍍、CVD、電鍍、溶膠-凝膠法、氣浮沉積(aerosoldeposition)、絲網(wǎng)印刷、噴涂或浸漬，可以在襯底上形成壓電/電致伸縮材料層。在它們中，絲網(wǎng)印刷是優(yōu)選的，因為可以毫無困難地連續(xù)形成具有精確形狀和精確厚度的壓電/電致伸縮材料層。然后，通過上述的相同方法，可以在壓電/電致伸縮材料層上形成第二電極。在該電極上，可以交替層疊壓電/電致伸縮材料層和電極，以形成所想要的多層產(chǎn)品。然后煅燒該多層產(chǎn)品，以直接或通過笫一電極將壓電/電致伸縮部分固定在基板上。壓電/電致伸縮部分由壓電/電致伸縮材料的晶粒構成?？梢栽诿總€單獨的壓電/電致伸縮材料層形成之后進行煅燒。優(yōu)選地，考慮生產(chǎn)率，可以在電極熱處理的同時進4亍煅燒。煅燒溫度可以優(yōu)選在950-1100。C范圍內(nèi)，更優(yōu)選在975-1050。C范圍內(nèi)，最優(yōu)選在1000-105(TC范圍內(nèi)。低于95(TC的煅燒溫度可能導致壓電/電致伸縮部分在基板上或在第一電極上不充分的固定，或壓電/電致伸縮部分的不充分的密度。高于IIO(TC的煅燒溫度可能難以使用具有相對低的耐熱性的電極，例如Ag電極或Ag-Pd電極。煅燒中的最高溫度的持續(xù)時間優(yōu)選在1分鐘-10小時范圍內(nèi)，更優(yōu)選5分鐘-4小時范圍內(nèi)。最高溫度的持續(xù)時間低于1分鐘，可能導致壓電/電致伸縮部分的不充分的密度。最高溫度的持續(xù)時間超過10小時，可能增加壓電/電致伸縮材料中的蒸發(fā)元素如Bi和K的總量，即使在控制煅燒氣氛時。這可能引起失效，例如差的壓電/電致伸縮特性或經(jīng)常的介質擊穿。然后在合適的條件下極化該煅燒產(chǎn)品。如常規(guī)方法中的一樣，優(yōu)選在樣品加熱時進行極化(poling)。根據(jù)壓電/電致伸縮陶瓷的居里點,加熱溫度優(yōu)選在40-200。C范圍?？梢砸匀缦路绞叫纬善瑺顗弘?電致伸縮部分。將壓電/電致伸縮材料、增塑劑、分散劑和溶劑在混合設備如球磨機中混合以生產(chǎn)漿料。使用薄片成形機械如刮板將漿料成形為薄片。例如通過絲網(wǎng)印刷，在片狀壓電/電致伸縮部分上形成具有預定圖案的導電薄膜(導電材料基薄膜)，以形成電極。壓電/電致伸縮材料層和電極交替層疊并且壓制形成具有預定厚度的粗坯陶瓷層壓產(chǎn)品。穿孔的片材可以層疊形成蜂窩結構?？梢造褵摯峙魈沾蓪訅寒a(chǎn)品，以生成煅燒的層壓產(chǎn)品。使用蜂窩結構可以提供蜂窩驅動的壓電/電致伸縮元件?？梢栽诿總€單獨的壓電/電致伸縮材料層形成之后進行煅燒。優(yōu)選地，考慮到生產(chǎn)效率，在電極熱處理的同時進行煅燒。圖5是包括根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件的傳感器的平面圖。圖6是沿著圖5中的線A-A的截面圖。圖7是沿著圖5中的線B-B的截面圖。如圖5-7中所描述的，根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮元件(壓電/電致伸縮薄膜傳感器41)包括氧化鋯襯底40和壓電/電致伸縮驅動部分42。襯底40包括薄的振動膜部分43和設置在振動膜部分43周圍的厚的部分62。振動板部分43和厚的部分62形成通過通孔49與襯底40的外部連通的空腔。在襯底40的振動膜部分43上設置壓電/電致伸縮驅動部分42。壓電/電致伸縮驅動部分42具有薄膜壓電/電致伸縮部分45與一對膜電極(第一電極44和第二電極46)的層狀結構，壓電/電致伸縮部分45被夾在該對薄膜電極間。在輔助電極48旁邊的第一電極44的一端靠近振動膜部分43的中心來設置，而不是靠近振動膜部分43的相應端來設置。輔助電極48位于壓電/電致伸縮部分45以下，通過不完整連接部分47與第一電極44相互隔離。第一電極44的另一端和設置在厚的部分62上的輔助電極48作為引線端子。可以在不完整的連接部分47(在第一電極44與輔助電極48之間)上形成用于連接壓電/電致伸縮部分45和振動膜部分43的層。在第一電極44和輔助電極48上形成壓電/電致伸縮部分45。在壓電/電致伸縮部分45和輔助電極48上形成第二電極46。第二電極46與輔助電極48電連接。壓電/電致伸縮部分45具有向外張開部分61。然而，當必須減少電常數(shù)的波動或由時間決定的變化時，壓電/電致伸縮部分45可以具有與第一電極44幾乎相同的尺寸，而沒有向外張開部分61。在壓電/電致伸縮薄膜傳感器41中，振動膜部分43與壓電/電致伸縮驅動部分42的運動同步振動。振動膜部分43的厚度通常為50jum或更小、優(yōu)選為30nm或更小、更優(yōu)選為15lam或更小，使得不阻礙壓電/電致伸縮部45的振動。振動膜部分43的平面形狀可以是矩形、正方形、三角形、橢圓形或絕對圓形。在要激發(fā)的共振模必須簡化的傳感器中，振動膜部分43的平面形狀優(yōu)選為矩形或絕對圓形。通常，當使用Sawyer-Tower電路測量壓電/電致伸縮薄膜傳感器的D-E曲線時，剩余極化強度(2Pr)隨著操作條件(液體傳感器中的流速或壓力傳感器中的壓應力)的變化而改變。壓電/電致伸縮薄膜傳感器利用剩余極化強度的這種變化。在通常的壓電/電致伸縮薄膜傳感器中，D-E曲線是不對稱的。在不對稱D-E曲線中，在((Ec+)+(EO)/2的電場中測量電位移(P)。當D-E曲線的對稱性變化時，在每次進行檢測時，必須使用校正電路測量電場KEc+)+(Ec0〉/2中的電位移(P)。當D-E曲線對稱性沒有變化時，不需要校正電路。因此能以較快的速度進行檢測。當在無載荷(液體傳感器中零流速或壓力傳感器中零壓應力)條件下操作壓電/電致伸縮薄膜傳感器時，可以利用不對稱參數(shù)IEc+I/IEc-I來用于質量控制。具體地，當以l-100Hz范圍內(nèi)的雙極驅動頻率掃描壓電/電致伸縮薄膜傳感器時，IEc+I/IEc-I較小程度的變化表示更為穩(wěn)定的傳感器。通過如下式(3)計算變化度。變化度(％)=(最大偏差/平均變化)xlOO(3)在圖5所示的壓電/電致伸縮薄膜傳感器41中，第一電極44的有效面積是空腔60投影在襯底40上的二維圖形的面積的0.45-0.55倍。壓電/電致伸縮部分45的厚度(tp)與振動膜部分43的厚度(td)的比(tp/td)在1-1.5范圍內(nèi)。在l-100Hz范圍內(nèi)的雙極驅動頻率下，正矯頑電場(Ec+)與負矯頑電場(Ec"的比IEc+I/IEc-I的變化度是10%或更小。因此，根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電/電致伸縮薄膜傳感器41可以進行非常穩(wěn)定的檢測。為了提供更為穩(wěn)定的傳感器，變化度優(yōu)選在0-8%范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0-6%范圍內(nèi)，而第一電極與空腔60的二維圖形的有效面積的比以及比值(tp/td)都在相同范圍內(nèi)。本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件不僅可以用作傳感器，而且可以用作致動器。迄今，由極化增加的壓電/電致伸縮部分的剩余應變通過應力松弛降低。相反，可以將厚度方向上的大的壓應力應用于本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件，所述壓電/電致伸縮元件包括由上述的壓電/電致伸縮材料所形成的薄膜壓電/電致伸縮部分。換句話說，在本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件中，壓力減小了壓電/電致伸縮部分的剩余應變。因此，本發(fā)明的壓電/電致伸縮元件可以比現(xiàn)有壓電/電致伸縮元件產(chǎn)生更大的位移。更具體地，當在形成于襯底上的電極上固定壓電/電致伸縮部分時，電極的有效面積是空腔60投影在村底40上的二維圖形的面積的0.45-0.5倍。壓電/電致伸縮部分的厚度(tp)與振動膜部分的厚度(td)的比(tp/td)在1-1.5范圍內(nèi)，在單極驅動期間振動膜部分的位移至少為0.2|im,優(yōu)選至少為0.22pm,更優(yōu)選至少為0.24pm。以下參考圖5-7中所述的壓電/電致伸縮薄膜傳感器41,描述用于本發(fā)明壓電/電致伸縮元件，特別是用作傳感器的本發(fā)明壓電/電致伸縮元件中的部件的材料。襯底40的材料優(yōu)選具有耐熱性、化學穩(wěn)定性和絕緣性能。這是因為可以將第一電極44、壓電/電致伸縮部分45和第二電極46熱處理成為一個單元。這也是因為壓電/電致伸縮薄膜傳感器可以用于導電的液體或腐蝕性液體。襯底40的材料的實例包括穩(wěn)定的氧化鋯(鋯土)、氧化鋁、氧化鎂、莫來石、氮化鋁、氮化硅和玻璃。在它們中，穩(wěn)定的氧化鋯是最為優(yōu)選的，因為它可以顯示出高的機械強度和高的韌性，即使在振動膜部分具有非常小的厚度時。此外，在氧化鋯和壓電/電致伸縮材料組合中，氧化鋯的熱膨脹系數(shù)小于壓電/電致伸縮材料的熱膨脹系數(shù)。因此，在煅燒后的冷卻期間，可以沿著壓電/電致伸縮部分45的表面產(chǎn)生由熱膨脹差異所導致的張應力(在厚度方向上壓應中，這可以有效地減少剩余應變和增加彎曲位移。壓電/電致伸縮薄膜傳感器41的壓電/電致伸縮部分45由具有通式(1)所表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料來形成。因此，壓電/電致伸縮薄膜傳感器41包括具有優(yōu)異的壓電/電致伸縮性能和高的機械強度的壓電/電致伸縮部分45。當在壓電/電致伸縮部分45與襯底40之間提供粘合層時，粘合層的材料機材料或無機材料。粘合層的材料優(yōu)選具有介于襯底1材料與壓電/電致伸縮部分45材料(壓電/電致伸縮材料)的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹系數(shù)，以獲得牢固連接。當壓電/電致伸縮部分45進行熱處理時，粘合層的材料優(yōu)選是軟化點高于壓電/電致伸縮部分45的熱處理溫度的玻璃材料。這是因為玻璃材料可以將壓電/電致伸縮部分45牢固地連接到襯底40上，并且由于其高的軟化點，熱處理很難使其變形。電極(第一電極44、第二電極46和輔助電極48)的材料可以是金、金合金、柏、鉑合金、銀或者銀合金。以下描述用于制備本發(fā)明壓電/電致伸縮元件，特別是用作傳感器的本發(fā)明壓電/電致伸縮元件的方法，以用于制備如圖5-7所示的壓電/電致伸縮薄膜傳感器41的方法作為實例。可以通過粗坯片層壓技術來生產(chǎn)襯底40。具體地，制備預定數(shù)目的陶瓷粗坯片。例如用提供有沖頭和沖模的沖孔機，對所需數(shù)目的陶瓷粗坯片進行沖孔，以形成具有預定形狀的開口，在層壓之后，它形成為空腔60。對所需數(shù)目的陶瓷粗坯片進行沖孔，形成具有預定形狀的開口，在層壓之后該開口形成為通孔49。具有形成通孔49的開口的陶瓷粗坯片、具有形成空腔60的開口的陶瓷粗坯片和構成振動膜部分43的陶瓷粗坯片依該次序層疊，以形成粗坯層壓體。煅燒該粗坯層壓體以生產(chǎn)襯底40?？梢酝ㄟ^制備陶瓷的已知方法來生產(chǎn)陶瓷粗坯片。例如，將陶資粉末、粘結劑、溶劑、分散劑和增塑劑混合以生成漿料。在脫氣之后，通過片成型法如刮板法(doctorblademethod)、逆輥涂布機法或逆刮刀輥涂布機法，將該漿料成型為陶資粗坯片。可以單獨生產(chǎn)壓電/電致伸縮驅動部分42,然后粘附到襯底40上?？蛇x擇地，可以直接在襯底40上形成壓電/電致伸縮驅動部分42，正如以下所述的。首先，通過已知的薄膜形成方法，在襯底40的振動膜部分43上形成第一電極44和輔助電極48。薄膜形成方法的實例包括諸如離子束濺射、真空蒸發(fā)、CVD、離子鍍和電鍍的薄膜形成方法；以及諸如絲網(wǎng)印刷、噴涂和浸漬的厚膜形成方法。特別地，濺射和絲網(wǎng)印刷是適合的?？梢酝ㄟ^普通的厚膜形成方法如沖壓和絲網(wǎng)印刷來形成粘合層?？蓛?yōu)選通過噴墨方法形成具有幾十微米到幾百微米厚度的粘合層。可以在形成壓電/電致伸縮部分45之前熱處理該粘合層?？蛇x擇地，粘合層可以與壓電/電致伸縮部分45—起進行熱處理。通過如第一電極44和輔助電極48中的已知薄膜形成方法，可以形成壓電/電致伸縮部分45。其中，絲網(wǎng)印刷是適合的，因為其低的成本。壓電/電致伸縮部分45可與第一電極44、輔助電極48和粘合層一起進行熱處理。熱處理溫度在900-1400。C的范圍內(nèi)。壓電/電致伸縮部分45和壓電/電致伸縮材料的蒸發(fā)源可以優(yōu)選在受控氣氛中進行加熱，以阻止壓電/電致伸縮部分45在高溫下變得不穩(wěn)定。通過如第一電極44和輔助電極48中的相同薄膜形成方法，可以形成第二電極46。在薄膜形成之后，可以熱處理該第二電極，以使其與壓電/電致伸縮部分45和輔助電極48結合形成一體結構。第一電極44、粘合層、壓電/電致伸縮部分45和第二電極46可以在每個部件形成后依序進行熱處理，或者可以在所有構件形成后同時進行熱處理。適當?shù)卮_定熱處理溫度，以獲得牢固的連接和阻止由組成元素的擴散所引起的惡化。這些方法提供包括襯底40和壓電/電致伸縮驅動部分42的壓電/電致伸縮薄膜傳感器41。優(yōu)選地，用酸溶液或純水清洗整個壓電/電致伸縮薄膜傳感器41或至少壓電/電致伸縮驅動部分42。這種清洗可以去除壓電/電致伸縮部分45的表面上的鈉、鉀和其它雜質。這些雜質的去除確保了甚至在高濕度下的壓電/電致伸縮部分45的表面絕緣性能。通過應用直流高電壓，對壓電/電致伸縮部分45進行極化。在極化中，脈沖電壓優(yōu)選隨著電壓脈沖數(shù)增加，以便在短時間內(nèi)增加極化度。這可能因為在壓電/電致伸縮部分45極化的同時釋放壓電/電致伸縮部分45的內(nèi)應力。在極化之后，優(yōu)選加熱(80-100°C)壓電/電致伸縮部分45，以使壓電/電致伸縮部分45的電常數(shù)會聚。在會聚之后或過程中，優(yōu)選再次極化壓電/電致伸縮部分45。這可以穩(wěn)定壓電/電致伸縮薄膜傳感器41的性能。壓電/電致伸縮部分45的電常數(shù)可以是電容、損耗因數(shù)、電阻、電抗、電導、電納或電感。實施例在下面實施例中將更具體地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于這些實施例。下面將描述用于評價物理性能和其它性能的方法。組成分析通過熒光X射線方法分析燒結體(壓電/電致伸縮體)。用校正曲線測定燒結體的組成。壓電常數(shù)dw:根據(jù)日本電子材料制造商協(xié)會標準"用于表征壓電陶瓷振蕩器的電子測試方法EMAS-6100"。密度根據(jù)阿基米德原理進行測量。晶粒尺寸:通過樣線截取法測定平均粒徑。"樣線截取法"利用顯微鏡(例如，SEM顯微鏡或激光顯微鏡)圖像或照片以簡單方式測量晶粒尺寸。在圖像或照片上畫出具有參考長度的線，在圖像上由放大倍數(shù)或刻度確定該參考長度。對線上的顆粒數(shù)進行計數(shù)。通過等式"平均粒徑-參考長度/顆粒數(shù)"來計算晶粒尺寸?；蛘?，畫出經(jīng)過預定數(shù)的晶粒的線。通過等式"平均粒徑=線長度/顆粒數(shù)"來計算晶粒尺寸。通過增加線數(shù)，可以測定更為統(tǒng)計的平均粒徑。彈性常數(shù)(Y):根據(jù)"EMAS-6100"由彈性柔量來計算。熱膨脹系數(shù)(cc):根據(jù)JISR1618:2002"通過熱力學分析測量精細陶瓷的熱膨脹的測量方法"，測定壓電/電致伸縮體(塊體)和襯底的熱膨脹系數(shù)。矯頑電場對壓電/電致伸縮元件應用三次士8kV/mm的三角波脈沖。在第三次脈沖獲得D-E電滯曲線。在正電場側的磁滯曲線上的D-O的點稱為"正矯頑電場Ec+"。在負電場側的磁滯曲線上的D-O的點稱為"負矯頑電場Ec"'。計算(<IEc+I+IEcTI>/2)平均值作為矯頑電場。變化度對壓電/電致伸縮元件應用三次±8kV/mm三角波脈沖。從1Hz到100Hz以lHz步進的頻率下，在第三次脈沖獲得D-E電滯曲線。對于每條D-E曲線，計算正矯頑電場和負矯頑電場的絕對值的比|Ec+|/Ec-|。計算所有比和偏差的平均值。通過等式(3)計算其變化度變化度(％)=(最大偏差/平均偏差)xi00(3)彎曲位移在第一電極與第二電極之間施加電壓，使得電場為7.5kV/mm。用激光位移測量儀來測量彎曲位移。實施例1-32和比較例1-20充分干燥原料氧化鉍(Bi203)、酒石酸氫鈉一水合物(NaHQHA;^20)、氧化鈦(Ti02)、酒石酸氫鉀(KHC4H406)和鈮(V)氧化物(Nb205)。稱取原料以提供預定的組成(參見表1和2)。在乙醇溶劑中，將該原料與(D2mm的氧化鋯圓石一起混合16小時。干燥所制得的混合物，在空氣中于90(TC下煅燒2小時，在球磨機中濕磨2小時。研磨的粉末漿料通過420目的尼龍篩，以除去未研磨的顆粒和團聚物，并且充分干燥，以生產(chǎn)壓電/電致伸縮材料。壓電/電致伸縮材料被壓制成具有10mm厚度的0)20mm薄片。將該壓片在空氣中于1150。C下煅燒2小時。所燒結的陶瓷加工成具有12mm長度、3mm寬度和lmm厚度的陶瓷。在硅油中于厚度方向上對陶瓷應用6kV/mm的電場IO分鐘，以極化該陶瓷，從而生產(chǎn)壓電/電致伸縮體(實施例1-32和比較例1-20)。表1和2所示的是壓電/電致伸縮體(實施例1-32和比較例1-20)的組成("x"、"a/b"、"a+b"、"c"、"a"、"S，，和"；，，)、壓電常數(shù)(131(pm/V)、密度(g/cm3)、晶粒尺寸(pm)、"Yai"(kPa/K)和4斧頑電場(kV/mm)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>*1:因為擊穿或漏電從而沒有極化*2:無壓電性實施例33-36和比4交例21-25通過絲網(wǎng)印刷，將實施例9、17、20和27以及比較例8、10、15、16和20中所制備的壓電/電致伸縮材料應用于設置在氧化鋯襯底上的Pt電極。在1050。C煅燒之后，形成壓電/電致伸縮薄膜。在壓電/電致伸縮薄膜上形成Au電極。因此所形成的壓電/電致伸縮元件具有圖5所示的結構(實施例33-36和比較例21-25)。壓電/電致伸縮元件具有0.47的Sl/S2(Sl:電極的有效面積，S2:空腔的面積)以及1.3的tp/td(tp:壓電/電致伸縮部分的厚度，td:振動膜部分的厚度)。表3所示的是壓電/電致伸縮元件的變化度(％)和彎曲位移((am)。在表3中，"aO,5"欄中的"o"表示滿足"a<0.5，，條件，"x"表示不滿足"a<0.5"條件。比津交例26除了使用"Pb(Zro.52Tio.48)03"組成的PZT,以與實施例33-36和比較例21-25相同的方式制備壓電/電致伸縮元件(比較例26)。表3所示的是壓電/電致伸縮元件的變化度(％)和彎曲位移(pim)。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>*1:在極化過程中被擊穿日het、i/iiv^/^p,ni甲m石；t^力卞口ik人v4^^r樸yEi^7^:電/電致伸縮元件。壓電/電致伸縮元件適用于致動器或傳感器,'縮性能的壓權利要求1.一種壓電/電致伸縮材料，其具有由通式(1)表示的非化學計量組成(1-x)(BiaNabTiO3+δ)-x(KcNbO3+ζ)(1)其中，0.01≤x＜0.08、a＜0.5、1.01≤(a/b)≤1.08、0.92≤(a+b)/c＜0.99以及0.9≤c≤1.1，并且當δ＝0時ζ≠0，當ζ＝0時δ≠0。2.根據(jù)權利要求1所述的壓電/電致伸縮材料，其中，在通式(1)中，x滿足0.02<x《0.05的關系。3.根據(jù)權利要求1所述的壓電/電致伸縮材料，其中，在通式(1)中，x滿足0.04《xO.08的關系。4.一種壓電/電致伸縮體，其由權利要求1-3中任一項所述的壓電/電致伸縮材料來形成。5.根據(jù)權利要求4所述的壓電/電致伸縮體，其中，所述壓電/電致伸縮體是以片的形式。6.—種壓電/電致伸縮元件，其包括陶瓷襯底；以及壓電/電致伸縮驅動部分，所述壓電/電致伸縮驅動部分包括至少一個薄膜壓電/電致伸縮部分，它由權利要求1-3中任一項所述的壓電/電致伸縮材料來形成；以及至少兩個與壓電/電致伸縮部分電連接的薄膜電極，所述壓電/電致伸縮部分被直接固定在襯底上或通過一個電極被固定在襯底上。7.根據(jù)權利要求6所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述至少一個壓電/電致伸縮部分是多個壓電/電致伸縮部分，該多個壓電/電致伸縮部分中的每個部分和每個電極交替層疊，使得每個壓電/電致伸縮部分被夾在一對電極之間。8.根據(jù)權利要求6或7所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述襯底包括薄的氧化鋯振動膜部分和設置在振動膜部分周圍的厚的氧化鋯部分，所述振動膜部分和厚的部分形成與襯底外部連通的空腔，在與空腔相對的振動膜部分上設置壓電/電致伸縮驅動部分。9.根據(jù)權利要求8所述的壓電/電致伸縮元件，其中，所述振動膜部分可以與壓電/電致伸縮驅動部分的運動同步振動，因此壓電/電致伸縮元件可以用作傳感器。10.根據(jù)權利要求8或9所述的壓電/電致伸縮元件，其中，當壓電/電致伸縮部分通過一個電極固定在襯底上時，設置在襯底上的電極的有效面積是所述空腔投影在襯底上的二維圖形的面積的0.45-0.5倍，所述壓電/電致伸縮部分的厚度(tp)與振動膜部分的厚度(td)的比(tp/td)在1-1.5范圍內(nèi)，在l-100Hz范圍內(nèi)的雙極驅動頻率下，正矯頑電場(Ec+)與負矯頑電場(Ec-)的比(IEc+I/IECI)的變化度是10%或更小。11.根據(jù)權利要求8所述的壓電/電致伸縮元件，其中，當壓電/電致伸縮部分通過一個電極固定在襯底上時，設置在襯底上的電極的有效面積是所述空腔投影在襯底上的二維圖形的面積的0.45-0.5倍，所述壓電/電致伸縮部分的厚度(tp)與振動膜部分的厚度(td)的比(tp/td)在1-1.5范圍內(nèi)，在單極驅動期間的振動膜部分的位移至少為0.2|im。全文摘要具有由通式(1)表示的非化學計量組成的壓電/電致伸縮材料(1-x)(Bi_aNa_bTiO_3+δ)-x(K_cNbO_3+ζ)(1)；其中，0.01≤x＜0.08、a＜0.5、1.01≤(a/b)≤1.08、0.92≤(a+b)/c＜0.99以及0.9≤c≤1.1，并且當δ＝0時ζ≠0，當ζ＝0時δ≠0。文檔編號C04B35/462GK101182202SQ20071014189公開日2008年5月21日申請日期2007年8月16日優(yōu)先權日2006年11月15日發(fā)明者小泉貴昭,清水秀樹申請人:日本礙子株式會社