JPH02263761A - 鉛酸化物含有強誘電性磁器組成物およびそれを利用した圧電素子 - Google Patents

鉛酸化物含有強誘電性磁器組成物およびそれを利用した圧電素子

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JPH02263761A
JPH02263761A JP1086043A JP8604389A JPH02263761A JP H02263761 A JPH02263761 A JP H02263761A JP 1086043 A JP1086043 A JP 1086043A JP 8604389 A JP8604389 A JP 8604389A JP H02263761 A JPH02263761 A JP H02263761A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は強誘電性磁器組成物、特に、電気機械結合係数
が大きく、低温焼結可能な強誘電性磁器組成物およびそ
れを利用した圧電素子に関する。
(従来技術) 一般に、磁器圧電材料は、加工性、量産性および特性に
優れていることから、フィルター、圧電ブザー、あるい
はバイモルフ等の圧電素子に応用されている。この種の
圧電材料としては、チタン酸鉛系強誘電性磁器、チタン
酸ジルコン酸鉛系強誘電性磁器およびチタン酸バリウム
系強誘電性磁器が実用に供されている。
しかし、これらの強誘電性磁器は、焼結温度が1100
℃以上と高温であることから、金属板等の基板と一体化
した複合体を得ることができなかった。
また、強誘電性磁器が鉛酸化物含有強誘電性磁・器であ
る場合、その成分として揮発性のPbを含むため、焼成
時にPbOの一部が組成から失われ易く、特性の再現性
および均一性を図ることが困難であった。
さらに、これらの強誘電性磁器を、発振子(共振子)用
として利用する場合、電気機械結合係数が大きいためフ
ィルターの帯域幅が広くなく、使用に際し一部安定性に
欠けていた。
このため特開昭58−204579号公報にて、圧電セ
ラミックにケイ酸ガラス化合物、ソーダガラス化合物、
あるいは鉛ガラス化合物を1〜30wt%添加させるこ
とにより、フィルターの帯域幅を狭くし、安定度を向上
させた化合物入り圧電磁器が提案されている。
(従来技術の問題点) しかしながら、前記ガラス化合物入り圧電磁器は、ガラ
ス化合物の添加により電気機械結合係数が著しく低下す
るため、エネルギー変換効率が低下するという問題があ
った。
また、従来の強誘電性磁器組成物を広がり振動モードの
セラミック共振子に適応した場合、厚み縦振動であるス
プリアス振動に起因する異常発振を生ずるという問題も
あった。
(問題点を解決するための手段) 本発明の強誘電性磁器組成物は、主成分である強誘電性
磁器に対して、Pbの酸化物とGeの酸化物がそれぞれ
添加含有され、Pbの酸化物をPbOに換算し、Geの
酸化物をGeO2に換算し、PboとGeO2のモル比
を一般式:xPbO・yGe02として表したときX?
yがそれぞれx=1〜a、y=x〜3であり、かつ添加
、含有されたPbOとGeO2の合計量が0.01〜3
0重量%であることを特徴とする。
また、本発明の圧電素子は、上述の強誘電性磁器組成物
からなる板状の強誘電性磁器板と、この強誘電性磁器板
の両主表面に形成された電極と、からなることを特徴と
する。
さらに、本発明の圧電素子は、上述の強誘電性磁器組成
物からなる仮焼粉末を含有する厚膜ペーストが金属製の
基板上に塗布、焼き付けられて一体化され、この焼き付
けによって形成された強誘電性磁器層の表面に電極が形
成されたことを特徴とする。
本発明の強誘電性磁器組成物の主成分である強誘電性磁
器としては、チタン酸バリウム系強誘電性磁器、チタン
酸鉛系強誘電性磁器、チタン酸ジルコン酸鉛系強誘電性
磁器、メタニオブ酸鉛系強誘電性磁器および鉛含有複合
ペロブスカイト系磁器が代表的なものとして挙げられる
が、これらに限定されるものではない。
チタン酸バリウム系強誘電性磁器には、真性および変性
チタン酸バリウム系強誘電性磁器が含まれる。
チタン酸鉛系強誘電性磁器とは、真性および変性チタン
酸鉛を意味し、変性チタン酸鉛には、単純酸化物である
Cr2O3,Nb2O5,Ta205. Bi 203
. MnO2など金属酸化物を添加したもの、Pbサイ
トをMg、Ca。
Sr、Ba’PLa203.Nd2O3,Y2O3等の
希土類で置換したもの、およびPbTiO3の一部を後
述の一般式(I)〜(VI)で示される少なくとも一種
の複合ペロブスカイト化合物で置換した2成分系、3成
分系その他の多成分系磁器あるいはこれらの組合せたも
のが含まれる。
また、チタン酸ジルコン酸鉛系強誘電性磁器とは、真性
および変性チタン酸ジルコン酸鉛を意味し、変性チタン
酸ジルコン酸鉛には、Pb(Ti、 Zr)03にCr
’203. Nb2O5,Ta205. B 1203
. MnO2など金属酸化物を添加したもの、Pbサイ
トをMg、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属やL
a2O3,Nd2O3,Y2O3等の希土類で置換した
もの、およびPb(Ti、Zr)03の一部を後述の一
般式(I)〜(VI)で示される少なくとも一種の複合
ペロブスカイト化合物で置換した3成分系、4成分系そ
の他の多成分系磁器あるいはこれらの組合せたものが含
まれる。
さらに、メタニオブ酸鉛系強誘電性磁器とは、真性およ
び変性メタニオブ酸鉛を意味し、変性メタニオブ酸鉛に
は、単純酸化物であるCr2O3,Nb2O5゜Ta2
05.Bi2O3,MnO2など金属酸化物を添加した
もの、Pbの一部をMB、 Ca、 Sr、 Ba等の
アルカリ土類金属やLa203eNd203tY203
等の希土類で置換したもの、およびメタニオブ酸鉛に後
述の一般式(I)〜(■)で示される少なくとも一種の
複合ペロブスカイト化合物で添加した2成分系、3成分
系その他の多成分系磁器が含まれる。
鉛含有複合ペロブスカイト系磁器には、後述の一般式(
1)〜(Vl)で示される鉛含有複合へロブスカイト化
合物の他、それらの2種以上のもしくはそれらの少なく
とも1種と他の複合ペロブスカイト化合物とからなる2
成分系、3成分系その他の多成分系磁器が含まれる。た
とえば、 Pb (Fe2zaWxz3) 03s Pb (Fe
172Nb 1/2) 03等の1成分系、Pb(Fe
l/2Nbl/2)03−Pb(Fe2/3W1/3)
03等の2成分系、Pb (Mnx/aNJ/3) 0
s−Pb (Fe 1/2Nbl/2)03−Pb (
Fe2/aWx/3)Oat Pb(Zn1/3Nb2/3)03−Pb(Fe1/2
Nbl/2)03−Pb (Fe2/3W1/3)03
等の3成分系複合ヘロフスカイト化合物等が挙げられる
前記複合ベロアスカイト化合物の代表的なものとしては
、 一般式(1):A”(B2+1/3B”2/3)(13
で示される化合物、たとえば、 Ba(Zn1/Jb2/3)03t Ba (Cdx/
Jt)+73)03sBa(Mg1/3Nb2/3)0
3s 5r(Cd1/aNb2/3)03sPb(Mg
1/3Nb2/3)03ツPb(Ni1/3Nb2/3
)03tPb(Mg1/3Nb2/3)03j Pb 
(Mg1/3Ta2/3)03tPb(Ni t/3T
a2/3)03*Pb(Cd1/3Nb2/3)03;
一般式(11)=A”(B ”1/2B”1/2)03
で示される化合物、たとえば、 Ba(Fe1/2Nb1/2)03.Ba(Se1/2
Nb1/2)03+Ca(Cr1/2Nb1/2)03
.Pb(Fe1/2Nb1/2)03゜Pb(Fe1/
2Ta1/2)03.Pb(SC1/2Nb172)0
3゜Pb(SC1/2Ta1/2)03.Pb(Yb1
/2Nb1/2)03゜Pb(Yb172Ta1/2)
039Pb(Lu1/2Nb1/2)03IPb(In
x72Nb17z)03; 一般式(111)’A2+(B”1/2B”1/2)0
3で示される化合物、たとえば、 Pb(Cd1/2Wx/2)口3IPb(Mn1/2W
1/2)03シPb(Zn1/2胃1/2)03.Pb
(Mg1/2W1/2)03゜Pb(Cd1/2Wx/
2)03*Pb(Ni 1z2Wt/2)03sPb(
Mgt/2Tet72)03yPb(Mn1/2W1/
2)03sPb(Cd1/2Wx/2)03; 一般式(IV)=A2”(B”2/3B”1/3)03
で示される化合物、たとえば、 Pb(Fe2/3W1/3)03; 一般式(V)二A2+(B2+1/2B4+1/2)0
3で示される化合物、たとえば、 Pb(Sn1/2Sb1/2)03.La(Mg1/2
W1/2)03゜Wb(M8t/2Ti 1/2)03
;および・一般式(■戸(A”1/2A”172) B
 4+03で示される化合物、たとえば、 (Na1/2La1/2)T1039(K1/2La1
/2)Ti03p(Nat/2Cet/2)TiQ3s
 (Na17Jdt/2)TiO3’(Ndt/2Bi
 x/2)Ti03シ(K1/2Bi t/2)Ti0
3などが挙げられる。
(作用) 本発明は、主成分のチタン酸バリウム系、チタン酸鉛系
、チタン酸ジルコン酸鉛系、メタニオブ酸鉛系および鉛
含有複合ペロブスカイト系等の強誘電性磁器に、副成分
として、Pbの酸化物をPboに換算し、Geの酸化物
をGeO2に換算し、PboとGeO2のモル比を一般
式:xPbO−yGe02として表したときx、yがそ
れぞれx=1〜6. y=l〜3となるように添加、含
有させて焼成すると、液相焼結により異相セラミックバ
ルクを生成させることによって、主成分のチタン酸バリ
ウム系、チタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系、メタ
ニオブ酸鉛系および鉛含有複合ペロブスカイト系等の強
誘電性磁器が本来有する電気機械結合係数を低下させる
ことなく850〜1000℃の低温で焼結させることを
可能にし、それによって、従来、不可能であった金属製
の基板との一体焼結を可能にしたものである。
また、本発明に係る強誘電性磁器は、スクリーン印刷法
、塗布法、プレス成形法、押出し成形法。
シート成形法、ホットプレス法等の任意の方法で成形あ
るいは加工でき、たとえば、厚膜ペーストをスクリーン
印刷法により金属製の基板の表面に印刷し、焼結させる
ことにより、一体焼結型の圧電素子を得ることがtきる
副成分としてPbの酸化物とGeの酸化物がそれぞれ添
加含有され、Pbの酸化物をPboに換算し、[reの
酸化物をGeO2に換算し、PbOとGe09のモル比
を一般式:xPbO−yGe02として表したときXy
3’がそれぞれx=1〜6. y=l〜3であり、かつ
添加、含有されたPboとGeO2の合計量が0.01
〜30重量%としたのは、0.01重量%未満ではその
効果がさほど期待されず、また、30重量%を超えると
、焼結温度は低くなるが、電気機械結合係数の低下が目
立つようになるからである。
特に、添加、含有されたPbOとGeO2の合計量を0
.1〜10重量%にすると、焼結温度が低く、かつ、電
気機械結合係数が大きな強誘電性磁器組成物が得られる
。また、×、yの値をx=1−6ty=1〜3としたの
は、低温での焼結を可能とするために、Pbの酸化物お
よびGeの酸化物で、その融点が850℃以下となるも
のを選んだ。さらに、本発明に係る強誘電性磁器組成物
は、その主成分が鉛酸化物含有強誘電性磁器である場合
に、高抗折強度を示すようになる。これは、主成分中の
酸化鉛と副成分中の酸化鉛との間に化学的結合力が生じ
、粒界での機械的強度が高められるからであると考えら
れる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
(実施例1) 原料としてPb3O4,Ti 02. ZrO2および
Nb2O5を用い、これらをPbTi o、 48zr
0.5203−1 、0wt%Nb2O5の組成を有す
る主成分となる強誘電性磁器が得られるように秤量する
とともに、副成分の原料としてPb3O4およびGeO
2を用い、Pb3O4をPboに換算し、GeO2をG
eO2に換算し、PboとGeO2のモル比を一般式:
xPbO・yGe02として表したときX、Yがそれぞ
れx=1〜B、 y=1〜3となるように、第1表に示
す割合で添加、含有し、20時時間式混合して混合物を
得た。
次に、この混合物を脱水、乾燥し、850℃で2時間仮
焼した後、粉砕し、仮焼粉末を得た。
次に、得られた仮焼粉末に樹脂と溶剤からなる有機バイ
ンダを10重量%混合して厚膜ペーストを調製した。
次に、調製した厚膜ペーストを直径20mm、厚さ0.
1mIIIlの耐熱性金属、たとえばNi−Cr系の金
属製の基板の上に直径18m+nの円としてスクリーン
印刷した後、第1表に示す焼成温度で焼成して、50μ
III厚の一体焼結型の複合体を得た。
次に、この得られた複合体のセラミック表面に焼付は法
により銀電極を形成し、銀電極と金属製の基板の間に8
0℃で3〜4KV/mmの直流電圧を印加して30分間
分極処理を行い、磁器圧電体の試料(試料番号1〜6)
t−得た。
各試料について、比誘電率(Cr)および円板の屈曲振
動の電気機械結合係数(Kv)を測定し、この結果を第
1表に示した。
なお、第1表には、比較例として副成分のPb3O4お
よびGeO2を添加していない試料(試料番号7)、P
bTi 0.4BZrO05203−1,0wt%Nb
2O5の仮焼粉末に副成分としてPbo:132o3−
sio2系ガラス化合物を0.1wt%を添加して調製
した厚膜ペーストを用いて作製した試料(試料番号3)
、および PbTi0.48zr0.5203=1.0wt%Nb
2O5の仮焼粉末に副成分としてMa2O・B2O3・
5i02系ガラス化合物を5wt%を添加して調製した
厚膜ペーストを用いて作製した試料(試料番号9)につ
いても同様の測定を行い、その結果をあわせて示してい
る。
(実施例2) まず、副成分の原料としてPb3O4とGeO2を用い
、Pt1sOat)’boに換算し、GeO2をGeO
2に換算し、PboとGeO’2のモル比を一般式:x
PbO・yGe02として表したときXyyがそれぞれ
x=5.y=3とするとともに、主成分に対しては、第
2表に示すような配合比で添加。
含有させた以外は、実施例1と同様にして仮焼粉末得た
次に、得られた仮焼粉末に有機バインダを2〜3重量%
加え、20時時間分して造粒し、プレス成型して)4 
、5mmX10mmX20mcの角板を形成し、この角
板を第2表に示す温度で2時間焼成して磁器角板の試料
(試料番号10〜16)を得た。
各試料について3点曲げ試験法(支持点間距離:11m
m)により抗折強度(kg/cm2)を測定し、その結
果を第2表に示した。
なお、試料番号to、13.16は、本発明の範囲外で
ある。
(実施例3) まず、原料としてPb3O4,TiO2,ZrO2,5
n02,5b203およびMnO2を用い、0.05P
b(Sn、、2Sb1,2)03−0、47PbTf0
3−0.48PbZr03−0.7wt%MnO2の組
成を有する強誘電性磁器が得られるように秤量し、仮焼
温度を900℃とした以外は、実施例1と同様にして仮
焼粉末を得た。なお、第3表には、PbOとGeO2の
モル比、およびPbOとGeO2との合計量の主成分に
対する添加量(wt%)を示している。
次に、得られた仮焼粉末に有機バインダを6〜7wt%
加えて20時間間層した後、ドクターブレード法により
シート成形し、パンチングして直径20mm、厚さ0.
1mmの円板を形成し、この円板を第3表に示す焼成温
度で2時間焼成して磁器円板を得た。次に、得られた磁
器円板の両主表面に銀電極を焼付け、両電極間に8°0
℃で3〜4KV/mmの直流電圧を印加して30分間分
極処理を行い、磁器圧電体の試料(試料番号18〜22
)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および円板の拡がり
振動の電気機械結合係数(Kp)を測定し、その結果を
第3表に示した。
なお、第3表には比較例として副成分のPb3O4およ
びGeO2を添加していない試料(試料番号17)、0
、05Pb (Sn 172Sb 1/2) 03−0
 、47P bT 103−0.48P bZr03−
0.7wt%MnO2の仮焼粉末に副成分としてPbO
−B2O3・5i02系ガラメガラス化5wt%を添加
して実施例8と同様にして作製した試料(試料番号24
)、および0、05Pb (Sn 1/2sb 1z2
) 03−0.47PbT 1o3−0.48PbZr
03−0.7wt%MnO2の仮焼粉末に副成分として
Na204203−3i02系ガラス化合物を0.1w
t%を添加して実施例8と同様にして作製した試料(試
料番号25)についても同様の測定を行い、その結果を
あわせて示している。
また、第3表中の試料番号23は、本発明の範囲外であ
る。
(実施例4) まず、副成分の原料としてPb3O4とGeO□を用い
、Pb3O4をPboに換算し、GeO2をGeO2に
換算し、PboとGeO2のモル比を一般式:xPbO
・yGe02として表したときX+Yがそれぞれx=5
.y=3とするとともに、主成分に対しては、第4表に
示すような配合比で添加。
含有させた以外は、実施例3と同様にして仮焼粉末を得
た後、実施例2と同様の方法で磁器角板の試料(試料番
号26〜32)を得た。
各試料について3点曲げ試験法(支持点間距離: I 
Imm)により抗折強度(kg/C111”)を測定し
、その結果を焼成温度とともに、第4表に示した。
なお、試料番号26,29.32は、本発明の範囲外で
ある。
(実施例5) まず、原料としてPb3O4,TiO2,ZrO2,M
nO2およびNb2O5を用い0.05Pb(Mn1 
z3Nb273)03−0.45PbTi03−0、5
0PbZr03の組成を有する強誘電性磁器を得られる
ように秤量した以外は、実施例3と同様にして仮焼粉末
を得た。なお、第5表には、PbOとGeO2のモル比
、およびPbOとGeO2との合計量の主成分に対する
添加量(wt%)を示している。
次に、得られた仮焼粉末に有機バインダを2〜3wt%
加えて20時間間層した後、造粒し、プレス成形して直
径15mm、厚さ1mmの円板を形成し、この円板を第
5表に示す焼成温度で2時間焼成して磁器円板を得た。
次に、得られた磁器円板の両主表面に銀電極を焼付け、
80℃中で両電極間に3〜4KV/mmの直流電圧を印
加して30分間分極処理を行い、磁器圧電体の試料(試
料番号34〜33)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および円板の拡がり
振動の電気機械結合係数(Kp)を測定し、その結果を
第5表に示した。
なお、第5表には比較例として副成分のPb30″4お
よびGeO2を添加していない試料(試料番号33)、
0、05Pb (t4n173Nb2y3) 03−0
.45PbTi03−0.50PbZr03の仮焼粉末
に副成分としてPbo・B2O3・S i02系ガラス
化合物をO,1wt%を添加して実施例5と同様にして
作製した試料(試料番号40)、および 0、05Pb (Mn173Nb273) 03−0.
45PbTi03−0.50PbZr03の仮焼粉末に
副成分としてNa20−B2O3・St 02系ガラス
化合物を5wt%を添加して実施例5と同様にして作製
した試料(試料番号41)についても同様の測定を行い
、その結果をあわせて示している。
また、第5表中の試料番号39は、本発明の範囲外であ
る。
(実施例6) まず、実施例5で0.05Pb(t4nt/3Nb2z
s)O3−0.45PbTi03−0.50PbZr0
3の組成となるように秤量するとともに、副成分の原料
としてPb3O4とGeO2を用い、Pb3O4をPb
oに換算し、GeO2をGeO2に換算し、一般式: 
xPbO−yGe02のモル比ををx=5. y=3と
するとともに、主成分に対して、第6表に示すような配
合比で添加、含有させた以外は、実施例5と同様にして
仮焼粉末を得た後、実施例2と同様にして磁器角板の試
料(試料番号42〜43)を得た。
各試料について3点曲げ試験法(支持点間距@=11m
m)により抗折強度(kg/Cm2)を測定し、その結
果を焼成温度とともに、第6表に示した。
なお、試料番号42.45,4Bは、本発明の範囲外で
ある。
(実施例7) まず、原料としてPb3O4,TlO2,La2O3お
よびMnO2を用い、Pbo、 55La(1,10T
i03−0.7wt%MnO2の組成を有する強誘電性
磁器が得られるように秤量し、仮焼温度を950℃とし
た以外は、実施例1と同様にして仮焼粉末を得た。なお
、第7表には、PbOとGeO2のモル比、およびPb
OとGeO2との合計量の主成分に対する添加量(wt
%)を示している。
次に、得られた仮焼粉末に、有機バインダを4〜5wt
%加えて20時間間層した後、押出し成形してグリーン
シートを得、これをパンチングして直径10mm。
厚さ0.5mmの円板を形成し、この円板を第7表に示
す焼成温度で2時間焼成して磁器円板を得た。
次に1.得られた磁器円板の両主表面に銀電極を焼付け
、両電極間に80℃中で3〜4KV/mmの直流電圧を
印加して30分間分極処理を行い、磁器圧電体の試料(
試料番号50〜54)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および円板の厚み方
向の振動の電気機械結合係数(Kt)を測定し、その結
果を第7表に示した。
なお、第7表には比較例として副成分のPb3O4およ
びGaO2を添加していない試料(試料番号49)、P
b□、 85Lao、 10TIO3−0,7wt%M
nO2の仮焼粉末に副成分としてPbO・8203・S
iO□系ガラメガラス化合物tχを添加して実施例7と
同様にして作製した試料(試料番号56)、およびPb
O,8!5LaO,t、’rto3−o、 7wt%M
nO2の仮焼粉末に副成分としてNa2O・B2O3・
5i02系ガラス化金物を10wt%を添加して実施例
7と同様にして作製した試料(試料番号57)について
も同様の測定を行い、その結果をあわせて示している。
また、第7表中の試料番号55は、本発明の範囲外であ
る。
(実施例3) まず、実施例7でPb□、 85Lao、 1(、Ti
03−0.7wt%MnO2の組成となるように秤量し
た主成分に対して、副成分の原料としてPb3O4とG
eO2を用い、Pb3O4をPb。
に換算し、GeO2をGeO2に換算し、一般式: x
PbO・yGeO2のモル比ををx=5.y=3とする
とともに、第8表に示すような配合比で添加、含有させ
た以外は、実施例2と同様にして磁器角板の試料(試料
番号58〜64)を得た。
各試料について3点曲げ試験法(支持点間距離:11m
m)により抗折強度(kg/Cm2)を測定し、その結
果を焼成温度とともに、第8表に示した。
なお、試料番号5B、61.64は、本発明の範囲外で
ある。
(実施例9) まず、原料としてBaCO3,Ti02.CaCf13
およびMnO2を用い、これらを(BaO,92ca0
.06)Ti03−0.2wt%MnO2の組成を有す
る強誘電性磁器が得られるように秤量し、仮焼温度を1
100℃とした以外は、実施例1と同様にして仮焼粉末
を得た。なお、第9表には、PboとGeO2のモル比
、およびPboとGeO2との合計量の主成分に対する
添加量(wt%)を示している。
次に、得られた仮焼粉末に、有機バインダを6〜7wt
%加えて20時間間層して厚膜ペーストを調製した。
次に、調製した厚膜ペーストをドクターブレード法によ
りシート成形し、パンチングして直径10@釦、厚さ0
.1mmの円板を形成し、この円板を第9表に示す焼成
温度で2時間焼成して磁器円板を得た。
次に、得られた磁器円板の両主表面に銀電極を焼付け、
両電極間に80℃で3〜4KV/n+mの直流電圧を印
加して30分間分極処理を行い、磁器圧電体の試料(試
料番号66〜63)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および円板の拡がり
振動の電気機械結合係数(Kp)を測定し、その結果を
第8表に示した。
なお、第9表には比較例として副成分のPb3O4およ
びGeO2を添加していない試料(試料番号65)、(
BaO,92Ca0. oθ)’rio3−o、 2w
t%MnO2の仮焼粉末に副成分としてPbO−B2O
3・5i02系ガラメガラス化1wt%を添加して実施
例9と同様にして作製した試料(試料番号69)、およ
び(Ba□、 92Cao、o3)’r;o3−o、 
2wt%MnO3の仮焼粉末に副成分としてNa2O・
B2O3・SiO□系ガラメガラス化合物wt%を添加
して実施例9と同様にして作製した試料(試料番号70
)についても同様の測定を行い、その結果をあわせて示
している。
(以下余白) 第 表 第 表 第 表 第 表 第 表 第8表 第9表 第1表〜第9表の結果から明らかなように、本発明に係
る強誘電性磁器組成物は、副成分を含まない強誘電性磁
器よりも100℃〜400℃低い焼成温度で焼結するこ
とができ、しかもそれとほぼ同程度の電気機械結合係数
および比誘電率を示している。
また、本発明に係る強誘電性磁器組成物は、xPbO・
yGe02(x=1〜6.y=1−3)のモル比となる
ように添加する副成分となるPb3O4およびGaO2
の量の増加とともに、電気機械結合係数および比誘電率
が低下するが、その度合は、PbO・B2O3・5i0
2系ガラス化合物やNa2O・B2O3・S 1−02
系ガラス化合物を添加した場合と比較して著しく少ない
(実施例10) まず、原料としてPb3O4,TiO2,ZrO2,M
nO2およびNb2O5を用い、 0、1Pb(Mn、3Nb273)03−0.52Pb
Tt03−0.38PbZr03の組成を有する強誘電
性磁器を得られるように秤量し、副成分の原料としてP
b3O4とGeO2を用い、Pb3O4をPboに換算
し、GeO2をGeO2に換算し、一般式:*PbO・
yGe02のモル比ををx=5.y=3とするとともに
、主成分に対して、第10表に示すような配合比で添加
含有させた以外は、実施例3と同様にして仮焼粉末を得
た。
次に、得られた仮焼粉末に有機バインダを2〜3wt%
加えて20時間間層した後、造粒し、プレス成形して角
板を形成し、この角板を第10表に示す焼成温度で2時
間焼成して、−辺が5mmで厚さ0.5mmの磁器角板
を得た。
次に、得られた磁器角板の両主表面に銀電極を焼付け、
80℃中で両電極間に3〜4KV/mmの直流電圧を印
加して30分間分極処理を行い、面内に垂直方向に分極
された発振子(共振子)の試料(試料番号71〜73)
を得た。
各試料を第1図の発振回路にそれぞれ接続し、発振周波
数455K)Izで発振させた。図中、1は発振子、I
C1は反転増幅器、R4は抵抗、CLl、Cu2はコン
デンサである。そして、各試料について、この発振回路
で100回動作させ、この100回のうち、発振周波数
が455KHzから4.5MHzへの異常発振が発生し
た回数を第10表に示した。
なお、第10表中の試料番号71.73,75,77は
、本発明の範囲外である。
(以下余白) 第10表 第10表の結果から明らかなように、本発明に係る強誘
電性磁器組成物を用いた発振子では、異常発振が全く認
められなかったが、副成分を含まない本発明の範囲外の
ものでは、第2図に示すように、厚み縦振動のスプリア
スが生じ4.5MHz付近での異常光iが認められた。
これは、強誘電性磁器に添加した副成分が結晶粒界の強
度を高めるだけでなく、発振子として利用した場合、主
振動に悪影響を与えることなく、厚み縦振動のスプリア
スを低下させるためであると考えられる。
したがって、本発明に係る強誘電性磁器組成物は、基本
発振周波数より高い振動の減衰に有利である。なお、こ
のような効果は、拡がり振動を利用した発振子だけでな
く、辺振動を利用する発振子等の材料としての強誘電性
磁器組成物についても認められた。
(実施例11) まず、原料としてPb3O4,Fe2O3,Nb2O5
およびWO3を用い、 0.70Pb(Fe172Nb172)03−0.30
Pb(Fe2z3L73)03の組成を有する強誘電性
磁器が得られるように秤量し、副成分の原料としてPb
3O4とGeO2を用い、Pb3O4をPboに換算し
、GeO2をGeO2に換算し、一般式: xPbo・
yGe02のモル比ををx=5.y=3とするとともに
、主成分に対して、第11表に示すような配合比で添加
含有させた以外は、実施例3と同様にして仮焼粉末を得
た。
次に、得られた仮焼粉末に、有機バインダを2〜3wt
%加えて20時間間層して造粒した後、プレス成形して
円板を成形し、これを第11表に示す焼成温度で2時間
焼成して、直径10mm、厚さ1.0市の磁器円板を得
た。
次に、得られた磁器円板の両主表面に銀電極を焼き付け
てコンデンサの試料(試料番号79〜84)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および抗折強度(k
g/cmりを測定し、その結果を第11表に示した。
なお、試料番号79,81.83は、本発明の範囲外で
ある。
(実施例12) まず、原料としてPb3O4,ZnO,Nb2O5,F
e2O3,WO3を用い、これらを0.16Pb(Zn
1/3Nb273)03−0、48Pb (Fe1/2
Nb17z) 03−0.36Pb(Fe2/5Wt7
3) 03の組成を有する強誘電体磁器が得られるよう
に秤量し、実施例8と同様にして仮焼粉末を得た。
次に、得られた仮焼粉末に、有機バインダを2〜3wt
χ加えて20時間間層して造粒した後、プレス成形して
円板を成形し、これを第12表に示す焼成温度で2時間
焼成して、直径10mI!l、厚さ1.0mmの磁器円
板を得た。
次に、得られた磁器円板の両主表面に銀電極を焼き付け
てコンデンサの試料(試料番号85〜83)を得た。
各試料について、比誘電率(εr)および抗折強度(k
glc、l112)を測定し、その結果を第12表に示
した。
なお、第12表中の試料番号85.87は、本発明の範
囲外である。
(以下余白) 第11表および第12表の結果から明らかなように、酸
化鉛を含む複合ペロブスカイト系のコンデンサ材料につ
いてもPbの酸化物をPbOに換算し、Geの酸化物を
GeO2に換算し、PbOとGeO2のモル比を一般式
:xPbO・yGe02(x=1−6. y=1〜3)
として、これらを副成分として0.01〜30重量%添
加、含有させたことにより、比誘電率および抗折強度を
向上させることが受きる。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、85
0〜1000℃の低い焼成温度で焼結し、しかも、電気
機械結合係数が大きく、比誘電率が大きい強誘電性磁器
が得られるので、エネルギー変換効率が高い圧電素子を
製造できる。
また、焼結温度が低いことから金属製の基板との一体焼
結が可能となり、一体焼結型のブザーやバイモルフ等の
電歪素子を製造できるだけではなく、焼成時、PbO雰
囲気調整が不要となり、匣や焼成炉の延命化、および省
エネルギー化を図ることができるなど優れた効果が得ら
れる。
さらに、抗折強度を低下させることがなく、しかも、発
振子に利用した場合に、スプリアスの発生を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はセラミック発振子を含む発振回路を示す回路図
、第2図は第1図の発振回路での主振動である拡がり振
動とスプリアス振動の厚み縦振動を示す図である。 1・・・セラミック発振子 IC1・・・反転増幅器 R1・・・抵抗 CLl、Cl3・・・コンデンサ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主成分である強誘電性磁器に対して、副成分とし
    てPbの酸化物とGeの酸化物がそれぞれ添加含有され
    、Pbの酸化物をPbOに換算し、Geの酸化物をGe
    O_2に換算し、PbOとGeO_2のモル比を一般式
    :xPbO・yGeO_2として表したときx,yがそ
    れぞれx=1〜6,y=1〜3であり、かつ添加、含有
    されたPbOとGeO_2の合計量が0.01〜30重
    量%であることを特徴とする強誘電性磁器組成物。
  2. (2)請求項(1)に記載の強誘電性磁器組成物からな
    る板状の強誘電性磁器板と、この強誘電性磁器板の両主
    表面に形成された電極と、からなることを特徴とする圧
    電素子。
  3. (3)請求項(1)に記載の強誘電性磁器組成物からな
    る仮焼粉末を含有する厚膜ペーストが金属製の基板上に
    塗布,焼き付けられて一体化され、この焼き付けによっ
    て形成された強誘電性磁器層の表面に電極が形成された
    ことを特徴とする圧電素子。
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