JPH0244062A - 強誘電性セラミックス - Google Patents

強誘電性セラミックス

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JPH0244062A
JPH0244062A JP63195445A JP19544588A JPH0244062A JP H0244062 A JPH0244062 A JP H0244062A JP 63195445 A JP63195445 A JP 63195445A JP 19544588 A JP19544588 A JP 19544588A JP H0244062 A JPH0244062 A JP H0244062A
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JP
Japan
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coupling coefficient
ferroelectric
ferroelectric ceramics
ceramics
composition
Prior art date
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Pending
Application number
JP63195445A
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English (en)
Inventor
Kazutoshi Kokubo
員利 小久保
Nobuhiro Yamauchi
山内 信洋
Masanaga Kikuzawa
菊澤 將長
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Inax Corp
Original Assignee
Inax Corp
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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、強誘電性セラミックスの改良に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
強誘電性セラミックスとして、従来PbZr O3−P
bTi O3系固溶体磁器や、PbZrO3−PbTi
O3−Pb (Mg1/Jb2/3)O3、の三成分系
固溶体磁器がよく知られており、さらに各種特性を向上
させるぺ(、様々な試みがなされている。
たとえば、特公昭44−17103号公報には、上記の
PbZr0a−PbTiO3−Pb (MHI/lNb
2h) 03系磁器において、pb原子の一部をSr、
 Ba又はCaで置換したものが記載されており、特公
昭45−30151号公報には、上記三成分系の磁器に
おいて、pb原子の一部をBiで置換したものが示され
ている。また特公昭45−30151号公報には、上記
三成分系磁器にMgOを過剰に添加することが示されて
いる。さらに特開昭62−286291号公報には、Z
nOとBi2O3を共に添加せしめることが記載されて
いる。そして特開昭63−64962号公報では、上記
三成分系磁器においてPb原子の一部をSrで置換する
と共に、SnOを添加せしめ、さらにZnOや旧203
若しくはNiOを添加したものが開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
強誘電性セラミックスの特性を示す指標として、比誘電
率(ε)、電気機械結合係数(k)及び圧電定数(d)
がある。ところが玉出のいずれの従来技術によっても、
ε、に、dの全てについて同時に満足できる優れた値を
持った強誘電性セラミックスを得るのは、極めて難しか
った。
本発明は、ε、に、dのいずれについても優秀な値を有
していると同時に、その他の特性、例えば銹電用失(t
anδ)、キュリー温度(丁c)などにおいても良好な
値を示す強誘電性セラミックスを提供することを目的と
するものである。
(課題を解決するための手段〕 本発明の特徴は、強誘電性セラミックスの組成中にSb
を含ませたことにある。すなわちPbTiC)+。
PbZrO3,Pb (Mg1/INb%) Q3 、
及び5rTi O3を基本組成とする強誘電性セラミッ
クスに対し、その組成中に少量のSbを含有せしめたこ
とである。
この場合、Sbと共に、少量の81及びZnを共存せし
めることが好ましい。さらにngの含有量を増大せしめ
ることにより、諸特性の一層め向上を図ることができる
また本発明は、上記基本組成を有すると共に、Pb (
Fe’% W 1/3 ) 03を副組成として有する
強誘電性セラミックスに対しても有効である。
〔作用〕
本発明に係る強誘電性セラミックスは、基本組成中にS
bを存在せしめたことにより、比誘電率ε。
電気機械結合係数k及び圧電定数dのいずれにおいても
向上が見られる。また同時にキュリー温度Tc4)高い
値が得られ、誘電m失tanδの悪化を来すということ
もない。このような誘電性及び圧電性の向上は、強誘電
性セラミックスの結晶粒界に不純物元素であるSb原子
が作用して、何らかの影響を与えているためと推測され
る。なお、Sbと共にBi及びZnを共存せしめると、
より一層、諸特性の向上が見られる。さらに、Sbの存
在下でMgの含有量を増大させると、電気機械結合係数
krを向上させることができる。
また副組成としてPb (Fe%W1/1) 03を有
する場合にも、Sbの添加により、各種特性の向上が示
される。しかも、副組成を有する場合には、基本組成の
みからなる強誘電性セラミックスよりも、高いε値が得
られる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を、後に掲げる表1〜3を用いて
説明する。
本発明に係る強誘電性セラミックスを製造するには、基
本原料、副原料及び添加原料を、表1に示す比率に配合
し、これを樹脂ポットミルと樹脂ボールとを用いて20
時時間式混合したのち、乾燥させ、これを32メンシユ
アンダーに造粒する。次いで、造粒粉を500 kg 
f / cdで加圧成形し、得られた成形体を1000
℃で2時間仮焼する。続いて仮焼物を破砕し、樹脂ボッ
トミル及び樹脂ボールにて16時時間式粉砕後、粘着剤
としてPVAを微量添加し、スプレードライヤーを用い
て顆粒状に造粒する。こうして得られた顆粒を1001
00O/cjで、直径20■■厚さ2龍の円板に加圧成
形したのち、マグネジするつぼ中で2時間本焼を行う。
本焼後、得られた焼成体の両面を研磨した後、銀電極を
焼付ける。そしてシリコンオイル中に浸漬させて40℃
で30分間、1.5kv/mmの直流電界を印加させて
分極を行わせる。これにより、目的とする強誘電性セラ
ミックスが製造される。
なお表1において、賦香l〜17は本発明に係るもので
あり、いずれも基本原料及び副原料の合計100mol
に対し、Bi2O3、ZnO,5b20aをそれぞれo
、s:t、o  :0.5のモル比で配合している。
はじめの賦香l〜5は副原料を加えない系であり、Mg
CO3の配合量を漸次増量させたものである。
一方、賦香6〜17は副原料を加えて副組成を有するよ
うにした系であり、Mg003ばかりでなく、副原料で
あるPe203及びWO3の配合量も変化させている。
但し、本実施例では、Fe2O3及びW O3の配合割
合を等モル量とした。また表1に示す添加原料の配合比
率は、基本原料及び副原料に対する外割りのana1%
で表したものである。
賦香18〜22は従来例に係るものであって、賦香18
は特公昭44−17103号公報に記載の組成に相当し
、賦香19は特公昭45−30151号公報に記載の組
成に相当し、賦香20は特開昭62−286291号公
報に記載のものに相当し、賦香21及び22は特開昭6
3−64962号公報に記載のものに相当している。
賦香23〜26も本発明に係るものであり、特にSbの
有無によって、諸特性に上記従来の組成よりもどれだけ
の向上が見られるか、またSbの配合量の変化が、誘電
性、圧電性にどのようなifを及ぼすかを調べるための
ものである。このうち賦香24は、賦香1と同一のもの
である。
表2は、表1の原料配合比率に基づいて製造された強誘
電性セラミックスの組成を示すと共に、諸特性の測定結
果を示すものである。この実施例で採用した焼成温度は
、1230℃である。なお表2中で用いた組成比を表す
各記号と、各成分との対応は、次に示すとおりである。
また表中の組成比を示す数値の単位はいずれもmo1%
である。但し、副組成及び添加系の比率は、基本組成1
00 mo1%に対する外割りのmo1%で表しである
a−1bT i O3b−PbZr O3cm1’b(
MgI/INb2h)03m−−−SrTiO3n−P
b (Fe恥W1/3)Oa)03 r−’−Bi20
3s−−ZnOt−−3b203  u−5nO2Δ・
−Mg CO3の増量分 さらに、諸特性を示す指標として採用した各用語の意味
を簡単に説明すると、次の如くである。
比誘電率(ε)二強誘電性セラミックスで満たしたコン
デンサの電気容量と、これ と同じ電極配置を持った真空コン デンサの電気容量との比率、この 値は高いほど良い。
誘電Ti失(tanδ):変化する電界中に強誘電性セ
ラミックスを置いた際、熱に変換 されて損失する電気エネルギー この値は小さい程良い。
電気機械結合係数(k):電気的エネルギーから機械的
エネルギーへの変換効率を 示す係数、この値は大きいほど良 い、なお本実施例では、krについ て測定した結果を示しである。
圧電定数(d):電気系と力学系の結合の状態を表す定
数で、大きいほど良い。な お本実施例では、d31について測 定した結果を示しである。
キュリー温度(Tc) :強誘電性から常誘電性への遷
移が生ずる温度で、キュリー点と も言う、この値が高いほど温度安 定性に優れるので、使用時に温度 変化を伴うようなものに適用する 際に有効である。
(以下余白) 表2において、賦香1〜17及び23〜26と、賦香1
8〜22との比較から明らかなように、本発明に係る強
誘電性セラミックスは、比誘電率慮、電気機械結合係数
kr及び圧電定数d31のいずれにおいても、従来のも
のよりも圧倒的に優れた数値を得ている。すなわち、本
発明に係る強誘電性セラミックスは、εが約5000〜
6300. krが約54〜62、d31が約−250
〜−320という優れたvi値を有しているのに対し、
従来組成に基づいて製造したもののうち、最も特性が優
れていると思われる賦香22のものでさえ、εはたかだ
か4411. krは53.3、d3+は−252であ
るにすぎない。
参考までに、前述した各先願公報に記載されている実施
例から、最も特性が優れていると思われるもののeとk
とを転記すると下記の如くである。
上記から明らかなように、従来はg、 kr+  d3
+の全部について良好な数値を得ることは困難であった
。しかるに本発明は、t 1 kr+  ’ 31のす
べてについて優れた値を得ることに成功している。しか
も、だからといって、その他の特性たとえば誘電tn失
tanδ等を11牲にするということもまったくない。
次の表3は、本発明に係る強誘電性セラミックスについ
て、キエリー温度Tcを測定すると共に、各種特性と焼
成温度との関係についても調べた結果を示すものである
(以下余白) 特公昭44−32343号 特公昭45−30151号 特公昭46−25824号 特開昭62−286291号 特開昭63−64962号 2200    i   67.0 2663    i   63.9 +700    :   66 4430    i    52.4 4544    i   59.6 表 表2及び表3から次のようなことがわかる。
1)Sbの添加によって、ε、 kr及びd31の全て
が共に大幅な向上を示す(表2の賦香20及び23参照
)、シかも、この向上度合は、同量のSnを添加した場
合よりも大きい。
1i)Sbの添加によって、l kr、  d3+のみ
ならず、キュリー温度Tcも高い値が得られる。しかも
、誘電損失tanδが悪化するというような弊害も生じ
ない。
1ii)Sbの好ましい添加量は、Bi2O3及びZn
Oに対する配合モル比が1 : 2 :  1.0−1
.5となる範囲である。
iv)Mg含有量が増大すると、kr値が高くなる傾向
にある。但し、Mgの過剰な増量は、εの低下をもたら
すので好ましくない。
v)Mg含有量が増大すると、キュリー温度Tcも上昇
する傾向にある。
vi)副組成の比率が増大すると、ε値が増大する。
特にMgも増量したときに、ε値の増大化が著しい、但
しkrは減少傾向にあるが、従来例に比べれば、充分に
高い数値を保っている。
vi)焼成温度を高くすると、副組成を含まない系につ
いては、ε、 kr共に向上する傾向にある。
一方、副組成を有する系にあっては、ε、 krの値に
焼成温度の違いによる特定の変動傾向を認め難い。
上述のように、本発明に係る強誘電性セラミックスの諸
特性は、副原料や添加原料の種類や配合比率により、或
いは焼成温度により、多少の増減をするものである。し
かし、いずれにしても、従来のものと比較すれば、非常
に優れた値を示すものである。
なお本発明に係る強誘電性セラミックスの実施態様は、
上記のものに限定されない。例えば、配合原料としてP
bO,MgCO3,5b203に代え、Pb3O4、M
gO,5b205を用イル等、金属元素の供給源として
、他の化合物を使用することもできる。また、添加原料
として5n02を5b20aと併用することも可能であ
る。さらに原料の調整方法や加圧条件9焼成温度、成形
体の形状等は、実施の態様に即して適宜変更できるもの
である。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、Sbを
組成中に含有せしめたことにより、従来では困難であっ
た、強誘電性セラミックスに°おける比誘電率ε、電気
機械結合係数に、圧電定数dの全てにわたる向上を図る
ことができる。その上、キュリー温度Tcも高い値を示
すと共に、誘電損失tanδが悪化することもない。
要するに、本発明に係る強誘電性セラミックスは、その
優れた誘電性及び圧電性により極めて実用的価値が高い
ので、幅広い応用が可能であり、多様な用途への通用を
図ることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.PbTiO_3、PbZrO_3、Pb(Mg1/
    3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3を基本組成
    とするものであって、少量のSbが含まれていることを
    特徴とする強誘電性セラミックス。
  2. 2.PbTiO_3、PbZrO_3、Pb(Mg1/
    3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3を基本組成
    とするものであって、少量のBi、Zn及びSbが含ま
    れていることを特徴とする強誘電性セラミックス。
  3. 3.PbTiO_3、PbZrO_3、Pb(Mg1/
    3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3を基本組成
    とするものであって、少量のBi、Zn、Sbが含まれ
    ていると共に、さらにMgの含有量が増加されているこ
    とを特徴とする強誘電性セラミックス。
  4. 4.PbTiO_3、.PbZrO_3、Pb(Mg1
    /3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3からなる
    基本組成を有すると共に、さらにPb(Fe2/3W1
    /3)O_3を副組成として有するものであって、少量
    のSbが含まれていることを特徴とする強誘電性セラミ
    ックス。
  5. 5.PbTiO_3、PbZrO_3、Pb(Mg1/
    3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3からなる基
    本組成を有すると共に、さらにPb(Fe2/3W1/
    3)O_3を副組成として有するものであって、少量の
    Bi、Zn及びSbが含まれていることを特徴とする強
    誘電性セラミックス。
  6. 6.PbTiO_3、PbZrO_3、Pb(Mg1/
    3Nb2/3)O_3、及びSrTiO_3からなる基
    本組成を有すると共に、さらにPb(Fe2/3 W1
    /3)O_3を副組成として有するものであって、少量
    のBi、Zn、Sbが含まれていると共に、さらにMg
    の含有量が増加されていることを特徴とする強誘電性セ
    ラミックス。
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