JP2000264732A - 圧電セラミックス - Google Patents
圧電セラミックスInfo
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Abstract
機械的品質係数(Q m)を有する圧電セラミックスを提
供する。 【解決手段】 Sr、Ba、BiおよびNbを含有する
ビスマス層状化合物であり、SrBi2Nb2O9型結晶
を含み、原子比Ba/(Sr+Ba)が 0<Ba/(Sr+Ba)≦0.2 である圧電セラミックス。
Description
用圧力センサ等の分野に幅広く応用可能な圧電セラミッ
クスに関する。
よって電気分極が変化する圧電効果と、電界を印加する
ことにより歪みを発生する逆圧電効果とを有する材料で
ある。圧電体は、センサ、レゾネータ、アクチュエータ
などに応用されている。
は、正方晶系または菱面体晶系のPZT(PbZrO3
−PbTiO3固溶体)系や、正方晶系のPT(PbT
iO3)系などのペロブスカイト構造を有する強誘電体
が一般的である。そして、これらに様々な副成分を添加
することにより、様々な要求特性への対応がはかられて
いる。例えば、直流的な使い方で大きな変位量が求めら
れる位置調整用のアクチュエータなどには、機械的品質
係数(Qm)が小さいかわりに圧電定数(d33)が大き
いものが、また、超音波モータに用いられる超音波発生
素子のような交流的な使い方をする用途には、圧電定数
(d33)が小さいかわりに機械的品質係数(Qm)が大
きいものが利用されている。
低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛(PbO)を多量
(60〜70重量%程度)に含んでいるため、生態学的
な見地および公害防止の面からも好ましくない。具体的
には、これら鉛系圧電材料をセラミックスや単結晶とし
て製造する際には、焼成、溶融等の熱処理が不可避であ
り、工業レベルで考えた場合、揮発性成分である酸化鉛
の大気中への揮発、拡散量は極めて多量となる。また、
製造段階で放出される酸化鉛は回収可能であるが、工業
製品として市場に出された圧電材料に含有される酸化鉛
は、現状ではその殆どが回収不能であり、これらが広く
環境中に放出された場合、公害の原因となることは避け
られない。
えば、正方晶系に属するペロブスカイト構造のBaTi
O3がよく知られているが、これはキュリー点が120
℃と低いため、実用的ではない。
られている。しかし、鉛を全く含有しないビスマス層状
化合物は、レゾネータに適用する場合に重要となるQm
が小さいという問題がある。Qmが小さくなってしまう
のは、抗電界が大きく十分な分極ができないためと考え
られる。
含まず、優れた圧電特性、特に、大きな機械的品質係数
(Qm)を有する圧電セラミックスを提供することであ
る。
の本発明により達成される。 (1) Sr、Ba、BiおよびNbを含有するビスマ
ス層状化合物であり、SrBi2Nb2O9型結晶を含
み、原子比Ba/(Sr+Ba)が 0<Ba/(Sr+Ba)≦0.2 である圧電セラミックス。
ら発行された「圧電セラミック材料の動向調査報告書」
第17ページの表4には、SrBi2Nb2O9およびB
aBi2Nb2O9が記載されている。しかし、これらを
複合添加することは記載されていない。
r、Ba、BiおよびNbを含有する複合酸化物であ
る。本発明の圧電セラミックス中において、原子比Ba
/(Sr+Ba)は、 0<Ba/(Sr+Ba)≦0.2 である。Baが含まれないと、Qmを大きくすることが
できなくなる。一方、Ba/(Sr+Ba)が大きすぎ
てもQmが低くなってしまう。Ba/(Sr+Ba)の
好ましい範囲は、 0<Ba/(Sr+Ba)<0.2 であり、より好ましい範囲は 0.04≦Ba/(Sr+Ba)≦0.15 である。
状化合物であるSrBi2Nb2O9型結晶を含み、実質
的にこの結晶から構成されていることが好ましいが、完
全に均質でなくても、例えば異相を含んでいてもよい。
この圧電セラミックス中において、BaはSrBi2N
b2O9型結晶のSrサイトを主に置換していると考えら
れるが、一部が他のサイトを置換していてもよく、ま
た、一部が結晶粒界に存在していてもよい。
一般に(Sr1-xBax)Bi2Nb2O9とすればよい
が、これから偏倚していてもよい。例えば、Nbに対す
るSr+Baの比率や、Nbに対するBiの比率が、化
学量論組成から±5%程度ずれていてもよい。また、酸
素量も、金属元素の価数や酸素欠陥などに応じて変化し
得る。
純物ないし微量添加物として例えばPbなどの他の元素
が含有されていてもよいが、これらの合計含有量は、P
bOなどの酸化物に換算して全体の0.5重量%以下で
あることが好ましい。これらの元素の含有量が多すぎる
と、本発明の効果を損なうことがある。なお、本発明の
圧電セラミックスにはPbが含まれないことが最も好ま
しいが、上記程度の含有量であれば実質的に問題はな
い。
錘状ないし針状である。その平均結晶粒径は特に限定さ
れないが、長軸方向において、好ましくは1〜10μ
m、より好ましくは3〜5μmである。結晶粒径が大きす
ぎる場合、焼結密度が低くなっており、高いQmが得ら
れない。一方、結晶粒径が小さすぎる場合、焼結が不十
分であり、同様に焼結密度が低くなっている。
は、少なくとも300℃以上であり、実用上、十分に高
い。また、本発明では、Baの置換率を適切な値とする
ことにより、Qmを4.5MHz付近において少なくとも1
000以上にでき、2000以上とすることも容易であ
る。
タ、高温用センサ等に好適である。使用モードは特に限
定されず、例えば厚み縦振動や厚みすべり振動等のいず
れのモードも利用可能である。
る方法の一例を説明する。
焼成により酸化物に変わりうる化合物、例えば、炭酸
塩、水酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩等、具体的にはSr
CO3、BaCO3、Bi2O3、Nb2O5等の粉末を用意
し、これらをボールミル等により湿式混合する。
時間程度仮焼し、得られた仮焼物をスラリー化し、ボー
ルミル等を用いて湿式粉砕する。
物に水を少量(4〜8重量%程度)添加し、1〜4t/c
m2程度の圧力でプレス成形して、成形体を得る。この
際、ポリビニルアルコール等のバインダを添加してもよ
い。
スを得る。焼成温度は、好ましくは1100〜1300
℃の範囲から選択し、焼成時間は、好ましくは1〜5時
間程度とする。焼成は大気中で行ってもよく、大気中よ
りも酸素分圧の低い雰囲気や高い雰囲気、あるいは純酸
素雰囲気中で行ってもよい。
サンプルを作製した。
Bi2O3、Nb2O5の粉末を、最終組成が(Sr1-xB
ax)Bi2Nb2O9となるように配合し、純水中でジル
コニアボールを利用したボールミルにより10時間湿式
混合した。各サンプルにおけるxの値を表1に示す。
形した後、800〜900℃で2時間仮焼した。得られ
た仮焼物をボールミルで粉砕した後、乾燥し、バインダ
(ポリビニルアルコール)を加えて造粒した。得られた
造粒粉を一軸プレス成形機を用いて2000〜3000
kgf/cm2の荷重を加え、平面寸法20mm×20mm、厚さ
約20mmの柱状に成形した。得られた成形体に熱処理を
施してバインダを揮発させた後、1100〜1300℃
で2〜4時間焼成した。得られた焼結体を切断し、さら
に厚さ約0.3mmとなるまで研磨して薄板状とした。そ
の後、両面の全面に銀電極を塗布し、焼き付けた。次い
で、150〜250℃のシリコーンオイルバス中で7〜
10MV/mの電界を1〜30分間印加して分極処理を施
し、特性測定用サンプルとした。
ード社製LCRメータHP4394Aと電気炉を用いて
キュリー点の測定を行った。また、ラディアントテクノ
ロジー社製RT−6000HVSを用いてD−Eヒステ
リシスを測定し、250℃における抗電界を求めた。ま
た、ヒューレットパッカード社製インピーダンスアナラ
イザHP4194Aによる測定を行い、共振反共振法を
利用して厚み縦方向電気機械結合係数(kt)および機
械的品質係数(Qm)を求めた。なお、ktおよびQ
mは、下記式により算出した。
Srの一部を所定量のBaで置換することにより、Qm
が向上することがわかる。なお、Baを添加するとキュ
リー点は低下するが、それでも300℃以上と十分に高
い値が得られている。
び周波数−インピーダンス曲線を、図1に示す。同図か
ら、このサンプルではスプリアスが発生しないことがわ
かる。なお、他のサンプルにおいても、サンプルNo.5
と同様に、共振周波数は4.5MHz付近であった。
o.5について、断面の走査型電子顕微鏡写真を図2およ
び図3にそれぞれ示す。これらの図から、La添加によ
り空孔が減少し、焼結体が緻密化していることがわか
る。なお、これらの写真において空孔は、白い斑点の中
央に存在している。これらのサンプルについての、拡大
率のより高い走査型電子顕微鏡写真から、結晶粒が紡錘
状ないし針状であることが確認できた。
においてxを変化させたときの粉末X線回折の解析結果
を示す。同図には、ピーク同定結果も示してある。図4
から、SrをBaで置換しても、SrBi2Nb2O9型
結晶の単一相である焼結体が得られることがわかる。
電特性、特に、大きな機械的品質係数(Qm)を有する
圧電セラミックスが実現する。
相角曲線および周波数−インピーダンス曲線を示すグラ
フである。
ンプル断面の走査型電子顕微鏡写真である。
サンプル断面の走査型電子顕微鏡写真である。
変化させたときの粉末X線回折の解析結果を示すチャー
トである。
Claims (1)
- 【請求項1】 Sr、Ba、BiおよびNbを含有する
ビスマス層状化合物であり、SrBi2Nb2O9型結晶
を含み、原子比Ba/(Sr+Ba)が 0<Ba/(Sr+Ba)≦0.2 である圧電セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11076952A JP2000264732A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 圧電セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11076952A JP2000264732A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 圧電セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000264732A true JP2000264732A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13620125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11076952A Pending JP2000264732A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 圧電セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000264732A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100709162B1 (ko) * | 2003-03-14 | 2007-04-19 | 샤프 가부시키가이샤 | 조광 소자 및 그것을 이용한 표시 소자 |
| JP2007261847A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Asahi Glass Co Ltd | ニオブ酸ビスマス系微粒子の製造方法 |
| JP2013137842A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Ube Material Industries Ltd | 磁気記録媒体及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-03-19 JP JP11076952A patent/JP2000264732A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100709162B1 (ko) * | 2003-03-14 | 2007-04-19 | 샤프 가부시키가이샤 | 조광 소자 및 그것을 이용한 표시 소자 |
| JP2007261847A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Asahi Glass Co Ltd | ニオブ酸ビスマス系微粒子の製造方法 |
| JP2013137842A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Ube Material Industries Ltd | 磁気記録媒体及びその製造方法 |
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