JPH0443873B2 - - Google Patents
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- JPH0443873B2 JPH0443873B2 JP59188037A JP18803784A JPH0443873B2 JP H0443873 B2 JPH0443873 B2 JP H0443873B2 JP 59188037 A JP59188037 A JP 59188037A JP 18803784 A JP18803784 A JP 18803784A JP H0443873 B2 JPH0443873 B2 JP H0443873B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は圧電セラミツクスに関し、特に電気機
械エネルギ変換効率が高くかつ機械的強度が大き
いため、高出力圧電素子および高周波圧電素子と
して用いるのに好適な圧電セラミツクスに関す
る。
械エネルギ変換効率が高くかつ機械的強度が大き
いため、高出力圧電素子および高周波圧電素子と
して用いるのに好適な圧電セラミツクスに関す
る。
電気・機械エネルギ変換効率の高い圧電セラミ
ツクス材料の１つとしてチタン酸ジルコン酸鉛が
ある。このチタン酸ジルコン酸鉛（以下PZTと
略称する）はPb（ZrXTi1-X）O3の組成式で表わさ
れ、ｘ＝０〜0.9の広い範囲に亘つて固溶体を形
成し、特にｘ＝0.52〜0.53にあるモルフオトロピ
ツク相境界（以下MPBと略称する）近傍で高い
電気・機械エネルギ変換効率を示す材料として知
られている。
ツクス材料の１つとしてチタン酸ジルコン酸鉛が
ある。このチタン酸ジルコン酸鉛（以下PZTと
略称する）はPb（ZrXTi1-X）O3の組成式で表わさ
れ、ｘ＝０〜0.9の広い範囲に亘つて固溶体を形
成し、特にｘ＝0.52〜0.53にあるモルフオトロピ
ツク相境界（以下MPBと略称する）近傍で高い
電気・機械エネルギ変換効率を示す材料として知
られている。
圧電セラミツクスの分野では、その用途が高出
力領域および高周波領域に拡大するに従い、高エ
ネルギ変換効率を有しながらかつ高強度、高靱性
を有する圧電セラミツクス材料の出現が要望され
ている。この場合、エネルギ変換効率の点からみ
れば、MPB近傍の組成を有するPZTを用いるこ
とが望ましいが、MPB近傍では機械的強度が低
下するという問題点があり、それに加えて、
PZT自体が同じペロブスカイト型結晶構造を有
する圧電材料である例えばチタン酸バリウムに比
較して機械的強度が低いという性質を有している
ため、MPB近傍の組成を有するPZTを上記の用
途に用いることは機械的強度の点で難点があつ
た。
力領域および高周波領域に拡大するに従い、高エ
ネルギ変換効率を有しながらかつ高強度、高靱性
を有する圧電セラミツクス材料の出現が要望され
ている。この場合、エネルギ変換効率の点からみ
れば、MPB近傍の組成を有するPZTを用いるこ
とが望ましいが、MPB近傍では機械的強度が低
下するという問題点があり、それに加えて、
PZT自体が同じペロブスカイト型結晶構造を有
する圧電材料である例えばチタン酸バリウムに比
較して機械的強度が低いという性質を有している
ため、MPB近傍の組成を有するPZTを上記の用
途に用いることは機械的強度の点で難点があつ
た。
このため、従来よりPZTの機械的強度を向上
させるための種々の試みがなされ、その１つとし
て、PZTにSr，MnまたはCa等の添加物を添加す
る方法がある。しかしながら、このような添加物
を添加すると、その添加物によつてPZTの電気
的特性が変化して所望の特性が得られない欠点が
あり、満足な結果は得られなかつた。
させるための種々の試みがなされ、その１つとし
て、PZTにSr，MnまたはCa等の添加物を添加す
る方法がある。しかしながら、このような添加物
を添加すると、その添加物によつてPZTの電気
的特性が変化して所望の特性が得られない欠点が
あり、満足な結果は得られなかつた。
そこで本発明者等はこの問題を解決すべく種々
の考察および数々の実験の結果、本発明を提案す
るに至つたものである。
の考察および数々の実験の結果、本発明を提案す
るに至つたものである。
本発明は良好な圧電特性と機械的強度とを兼ね
備えた圧電セラミツクスを提供することを目的と
する。
備えた圧電セラミツクスを提供することを目的と
する。
〔発明の概要〕
本発明は、PZT系酸化物を仮焼しかつ粉砕し
て得られた原料と0.05〜1.0重量％の繊維状炭化
けい素との混合物を成形および焼成してなる圧電
セラミツクスである。PZT系酸化物は、MPB近
傍の組成を有するPZTに以下に記載する２つの
グループの化合物すなわち、 (1) グループ１： Nb2O5，MnO2，Ta2O5，Cr2O3，Fe2O3，
NiO，Co2O3，PbNb2O6，PbTa2O6，BaTiO3，
CaTiO3，PbSrO3およびSrTiO3 (2) グループ２： Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Cd1/2W1/2）O3，Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2
Nb1/2）O3，Pb（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）
O3，Pb（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb
（Co1/2W1/2）O3およびSr（Li2/5W3/5）O3 の中から選ばれた少なくとも１つの化合物を添加
物として用いたもののほか、チタン酸鉛およびジ
ルコン酸鉛に、上記グループ２の化合物の中から
選ばれた１つの化合物を加えたものでもよい。さ
らに、この３つの酸化物に、上記した添加物（但
し前記グループの中から選ばれた１つの化合物を
除く）の中から選ばれた少なくとも１つを添加し
たものでもよい。
て得られた原料と0.05〜1.0重量％の繊維状炭化
けい素との混合物を成形および焼成してなる圧電
セラミツクスである。PZT系酸化物は、MPB近
傍の組成を有するPZTに以下に記載する２つの
グループの化合物すなわち、 (1) グループ１： Nb2O5，MnO2，Ta2O5，Cr2O3，Fe2O3，
NiO，Co2O3，PbNb2O6，PbTa2O6，BaTiO3，
CaTiO3，PbSrO3およびSrTiO3 (2) グループ２： Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Cd1/2W1/2）O3，Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2
Nb1/2）O3，Pb（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）
O3，Pb（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb
（Co1/2W1/2）O3およびSr（Li2/5W3/5）O3 の中から選ばれた少なくとも１つの化合物を添加
物として用いたもののほか、チタン酸鉛およびジ
ルコン酸鉛に、上記グループ２の化合物の中から
選ばれた１つの化合物を加えたものでもよい。さ
らに、この３つの酸化物に、上記した添加物（但
し前記グループの中から選ばれた１つの化合物を
除く）の中から選ばれた少なくとも１つを添加し
たものでもよい。
炭化けい素SiCはウイスカーであることが好ま
しく、後述する実施例では直径0.2〜0.5μmのもの
を用いたが、焼成するセラミツクス材料の粒径に
よつては、直径0.05〜1.5μmの範囲のSiCウイス
カーを用いることができる。またウイスカーの長
さは、マトリツクスとなるセラミツクス材料の粒
径より長いものが機械的強度を増加させるために
好適であり、後述する実施例では長さ30〜300μm
のSiCウイスカーを用いたが、0.1〜500μm程度の
範囲内のものを用いることができる。
しく、後述する実施例では直径0.2〜0.5μmのもの
を用いたが、焼成するセラミツクス材料の粒径に
よつては、直径0.05〜1.5μmの範囲のSiCウイス
カーを用いることができる。またウイスカーの長
さは、マトリツクスとなるセラミツクス材料の粒
径より長いものが機械的強度を増加させるために
好適であり、後述する実施例では長さ30〜300μm
のSiCウイスカーを用いたが、0.1〜500μm程度の
範囲内のものを用いることができる。
また圧電セラミツクスの機械的強度を高めるた
めに有効なSiCウイスカーの添加量は0.05〜1.0重
量％の範囲内である。このSiCウイスカーの添加
量と機械的強度との関係は、原料となるPZT系
酸化物における添加物の種類および添加量によつ
て若干異なるが、適正量のSiCウイスカーが添加
された圧電セラミツクスは、添加されない場合と
比較して機械的強度が35〜44％も増大することが
確認された。
めに有効なSiCウイスカーの添加量は0.05〜1.0重
量％の範囲内である。このSiCウイスカーの添加
量と機械的強度との関係は、原料となるPZT系
酸化物における添加物の種類および添加量によつ
て若干異なるが、適正量のSiCウイスカーが添加
された圧電セラミツクスは、添加されない場合と
比較して機械的強度が35〜44％も増大することが
確認された。
また、本発明による圧電セラミツクスにおいて
は、繊維状のSiCの添加により、その機械的強度
が増大するのみでなく、その電気的特性も使用目
的により好ましい変化を示す。すなわち、厚み振
動を利用する円板状共振子において、径方向の電
気機械結合係数Kpは減少するが、厚み方向の電
気機械結合係数Ktはほとんど変化しないため、
厚み方向の振動モードが強調されることが確認さ
れた。
は、繊維状のSiCの添加により、その機械的強度
が増大するのみでなく、その電気的特性も使用目
的により好ましい変化を示す。すなわち、厚み振
動を利用する円板状共振子において、径方向の電
気機械結合係数Kpは減少するが、厚み方向の電
気機械結合係数Ktはほとんど変化しないため、
厚み方向の振動モードが強調されることが確認さ
れた。
厚み方向の電気機械結合係数Ktと径方向の電
気機械結合係数Kpとの比Kt／Ksは、SiCウイス
カーを添加しない場合0.78であつたものが、SiC
ウイスカーを0.25重量％添加した場合Kt／Kpが
1.0となり、またSiCウイスカーを0.70％添加した
場合1.47に増加することが確認された。
気機械結合係数Kpとの比Kt／Ksは、SiCウイス
カーを添加しない場合0.78であつたものが、SiC
ウイスカーを0.25重量％添加した場合Kt／Kpが
1.0となり、またSiCウイスカーを0.70％添加した
場合1.47に増加することが確認された。
実施例 １
MPB近傍の組成を有するPb（Zr0.53Ti0.47）O3
に対し、圧電特性の向上のため0.5モル％のNb2
O5を添加した材料を用いた。
に対し、圧電特性の向上のため0.5モル％のNb2
O5を添加した材料を用いた。
出発原料は、いずれも99.5％以上の高純度の酸
化物を用い、また焼成時の鉛の蒸発を考慮して、
PbOを１モル％過剰に添加したため、調合組成は
以下の組成式であらわされるものとなつた。
化物を用い、また焼成時の鉛の蒸発を考慮して、
PbOを１モル％過剰に添加したため、調合組成は
以下の組成式であらわされるものとなつた。
Pb（Zr0.53Ti0.47）O3＋0.5モル％Nb2O5＋１モル
％PbO 上記組成の混合物を、密閉した硬質アルミナケ
ースに入れ、電気炉中で昇温し、800〜850℃の温
度で２時間の仮焼を行なつた。
％PbO 上記組成の混合物を、密閉した硬質アルミナケ
ースに入れ、電気炉中で昇温し、800〜850℃の温
度で２時間の仮焼を行なつた。
次にこの仮焼物をアルミナ乳鉢で粉砕後、市販
のSiCウイスカーを0.05重量％から10重量％加え、
ボールミルを用いて１〜10時間湿式混合を行なつ
た。本実施例で用いたSiCウイスカーは、直径0.2
〜0.5μm、長さ30〜300μmの範囲のものである。
のSiCウイスカーを0.05重量％から10重量％加え、
ボールミルを用いて１〜10時間湿式混合を行なつ
た。本実施例で用いたSiCウイスカーは、直径0.2
〜0.5μm、長さ30〜300μmの範囲のものである。
次に過乾燥後、バインダーとして８％PVA
溶液を５重量％加え、造粒および整粒後、1000
Kg／cm2の圧力で直径25mm、厚さ1.5mmの円板状に
加圧成形した。
溶液を５重量％加え、造粒および整粒後、1000
Kg／cm2の圧力で直径25mm、厚さ1.5mmの円板状に
加圧成形した。
次にこの成形体をケース内に収容し、電気炉中
で1100℃〜1280℃の温度で本焼成を行なつた。焼
成時間は温度に依存し、1100℃では６時間、1150
℃では３時間、1180℃では２時間、1280℃では１
時間の焼成を必要とした。なお、成形体を収容す
るケースは、鉛雰囲気を密封するため蓋付のもの
で、アルミナ質の緻密なものあるいはマグネシア
質のものを用いた。
で1100℃〜1280℃の温度で本焼成を行なつた。焼
成時間は温度に依存し、1100℃では６時間、1150
℃では３時間、1180℃では２時間、1280℃では１
時間の焼成を必要とした。なお、成形体を収容す
るケースは、鉛雰囲気を密封するため蓋付のもの
で、アルミナ質の緻密なものあるいはマグネシア
質のものを用いた。
次にこの焼成体を直径20mm、厚さ0.5mmの円板
状に加工し、さらに両面に銀電極を焼付けて分極
処理したものを電気的特性測定のための試料とし
た。また、この焼成体を2.5×１×10mmの寸法の
直方体に加工したものを機械的強度測定のための
試料とした。機械的強度の測定は３点曲げ法によ
る抗折力の測定によつて行ない、PZTに対する
SiCウイスカー添加量を０重量％から10重量％ま
で段階的に変化させた各試料について抗折力を測
定した。
状に加工し、さらに両面に銀電極を焼付けて分極
処理したものを電気的特性測定のための試料とし
た。また、この焼成体を2.5×１×10mmの寸法の
直方体に加工したものを機械的強度測定のための
試料とした。機械的強度の測定は３点曲げ法によ
る抗折力の測定によつて行ない、PZTに対する
SiCウイスカー添加量を０重量％から10重量％ま
で段階的に変化させた各試料について抗折力を測
定した。
第１図は、温度1180℃で２時間焼成して得た圧
電セラミツクスの抗折強度のワイブルプロツトか
ら求めた平均抗折強度をSiCウイスカー添加量に
対してプロツトしたものを示す。
電セラミツクスの抗折強度のワイブルプロツトか
ら求めた平均抗折強度をSiCウイスカー添加量に
対してプロツトしたものを示す。
第１図によれば、SiCウイスカーの添加量が0.7
重量％までは、抗折力はSiCウイスカーの添加量
にほぼ比例して増加することが示されており、
SiCウイスカーの無添加の場合、平均抗折強度は
890Kg／cm2である。SiCウイスカーを0.05重量％添
加することにより平均抗折強度は920Kg／cm2に増
加し、0.25重量％添加した場合は1060Kg／cm2、
0.5重量％の添加で1210Kg／cm2となり、SiCウイス
カー無添加の場合より機械的強度が36％も増加
し、0.7重量％添加すれば平均抗折強度が1270
Kg／cm2となり、約43％も向上した。しかしなが
ら、添加量が0.7重量％を超えると抗折強度が低
下しはじめ、1.0重量％の添加量で1030Kg／cm2に
減少し、1.2重量％添加すると無添加の場合より
も強度が低下することが確認された。
重量％までは、抗折力はSiCウイスカーの添加量
にほぼ比例して増加することが示されており、
SiCウイスカーの無添加の場合、平均抗折強度は
890Kg／cm2である。SiCウイスカーを0.05重量％添
加することにより平均抗折強度は920Kg／cm2に増
加し、0.25重量％添加した場合は1060Kg／cm2、
0.5重量％の添加で1210Kg／cm2となり、SiCウイス
カー無添加の場合より機械的強度が36％も増加
し、0.7重量％添加すれば平均抗折強度が1270
Kg／cm2となり、約43％も向上した。しかしなが
ら、添加量が0.7重量％を超えると抗折強度が低
下しはじめ、1.0重量％の添加量で1030Kg／cm2に
減少し、1.2重量％添加すると無添加の場合より
も強度が低下することが確認された。
なお焼成温度が1300℃を超えた場合、SiCウイ
スカーの添加による抗折強度の増加は見られなか
つた。すなわち1300℃を超える温度では、セラミ
ツクス材料とSiCとの反応が著しく生じてSiCウ
イスカーの強度が劣化することが判明した。従つ
て、特に鉛成分の多いチタン酸ジルコン酸鉛系の
材料では、SiCとの反応の少ない焼成温度および
焼成時間を選択する必要がある。
スカーの添加による抗折強度の増加は見られなか
つた。すなわち1300℃を超える温度では、セラミ
ツクス材料とSiCとの反応が著しく生じてSiCウ
イスカーの強度が劣化することが判明した。従つ
て、特に鉛成分の多いチタン酸ジルコン酸鉛系の
材料では、SiCとの反応の少ない焼成温度および
焼成時間を選択する必要がある。
一方、機械的強度の測定に用いた試料と同じ焼
成条件、すなわち1180℃で２時間焼成を行なつて
得られた電気的特性測定用の試料についての誘電
特性および圧電特性の測定結果は次のとおりであ
る。
成条件、すなわち1180℃で２時間焼成を行なつて
得られた電気的特性測定用の試料についての誘電
特性および圧電特性の測定結果は次のとおりであ
る。
誘電率はSiCウイスカーの添加によつて減少し
た。誘電損失tanδは、SiCウイスカー無添加のと
き1.75％であり、SiCウイスカーの添加によつて
若干増加はするが、添加量0.7重量％までは1.9〜
2.1％の範囲である。
た。誘電損失tanδは、SiCウイスカー無添加のと
き1.75％であり、SiCウイスカーの添加によつて
若干増加はするが、添加量0.7重量％までは1.9〜
2.1％の範囲である。
周波数定数fr・ｄは、SiCウイスカー無添加の
とき約2000Hzｍであるが、SiCウイスカーの添加
によつて増加し、0.5重量％のSiCウイスカーの添
加によつて、2200Hzｍとなり、0.7重量％の添加
によつて2250Hzｍとなつて10〜12％の増加が見ら
れた。
とき約2000Hzｍであるが、SiCウイスカーの添加
によつて増加し、0.5重量％のSiCウイスカーの添
加によつて、2200Hzｍとなり、0.7重量％の添加
によつて2250Hzｍとなつて10〜12％の増加が見ら
れた。
Qn（機械的Ｑ）は、無添加のとき53で、SiCウ
イスカーの添加によつてやや増加するが、添加量
が0.5重量％までは55〜62と若干増加する。添加
量が0.7重量％では48とやや減少するが、減少度
は10％以内である。
イスカーの添加によつてやや増加するが、添加量
が0.5重量％までは55〜62と若干増加する。添加
量が0.7重量％では48とやや減少するが、減少度
は10％以内である。
電気機械結合係数についてみれば、円板状素子
の径方向の電気機械結合係数Kpは、SiCウイスカ
ー無添加の場合に0.64である。SiCウイスカーを
0.05重量％添加するとKpは0.59となり、0.1重量％
の添加で0.55となり、0.35重量％の添加で0.46，
0.50重量％の添加で0.40，0.7重量％の添加で
0.34，1.0重量％の添加で0.29と減少するが、圧電
材料として十分実用になる変換効率を保つてい
る。
の径方向の電気機械結合係数Kpは、SiCウイスカ
ー無添加の場合に0.64である。SiCウイスカーを
0.05重量％添加するとKpは0.59となり、0.1重量％
の添加で0.55となり、0.35重量％の添加で0.46，
0.50重量％の添加で0.40，0.7重量％の添加で
0.34，1.0重量％の添加で0.29と減少するが、圧電
材料として十分実用になる変換効率を保つてい
る。
一方、厚み方向の電気機械結合係数Ktは、径
方向の電気機械結合係数Kpに比較してSiCウイス
カー添加による減少の割合が小さい。従つて、両
者の比率Kt／Kpは、第２図に示すようにSiCウイ
スカーの添加量の増加に応じて増加する。第２図
から明らかなように、SiCウイスカー無添加の場
合、Kt／Kpは0.78であつたが、SiCウイスカーの
添加量が0.05重量％、0.35重量％、0.50重量％、
0.70重量％および1.0重量％と増加するに従い、
Kt／Kpはそれぞれ0.84，1.13，1.20，1.47および
1.72と増加し、厚み方向の振動モードが強調され
るようになる。この特性は例えばチタン酸系圧電
セラミツクスの圧電特性に近いものであり、音波
の送受器用素子のように、縦方向のモードの音波
や機械的振動エネルギの電気的エネルギへの変
換、およびその逆の電気的エネルギから縦方向の
モードをもつ機械的振動エネルギへの変換を目的
とし、横方向モードの振動の影響を小さくしたい
場合のトランスデユーサの材料として好適であ
る。
方向の電気機械結合係数Kpに比較してSiCウイス
カー添加による減少の割合が小さい。従つて、両
者の比率Kt／Kpは、第２図に示すようにSiCウイ
スカーの添加量の増加に応じて増加する。第２図
から明らかなように、SiCウイスカー無添加の場
合、Kt／Kpは0.78であつたが、SiCウイスカーの
添加量が0.05重量％、0.35重量％、0.50重量％、
0.70重量％および1.0重量％と増加するに従い、
Kt／Kpはそれぞれ0.84，1.13，1.20，1.47および
1.72と増加し、厚み方向の振動モードが強調され
るようになる。この特性は例えばチタン酸系圧電
セラミツクスの圧電特性に近いものであり、音波
の送受器用素子のように、縦方向のモードの音波
や機械的振動エネルギの電気的エネルギへの変
換、およびその逆の電気的エネルギから縦方向の
モードをもつ機械的振動エネルギへの変換を目的
とし、横方向モードの振動の影響を小さくしたい
場合のトランスデユーサの材料として好適であ
る。
以上述べた特性は、PZTにNb2O5を0.5モル％
添加した組成物を温度1180℃で２時間焼成した圧
電セラミツクスに対するSiCウイスカーの添加に
よつて得られたものであるが、焼成条件を変えた
場合、例えば焼成温度を1150℃から1280℃の間で
変化させ、これに応じて焼成時間を６時間から１
時間まで変化させた場合にも、機械的特性、誘電
特性および圧電特性に関して同様の結果が得られ
た。
添加した組成物を温度1180℃で２時間焼成した圧
電セラミツクスに対するSiCウイスカーの添加に
よつて得られたものであるが、焼成条件を変えた
場合、例えば焼成温度を1150℃から1280℃の間で
変化させ、これに応じて焼成時間を６時間から１
時間まで変化させた場合にも、機械的特性、誘電
特性および圧電特性に関して同様の結果が得られ
た。
このような結果は、圧電セラミツクス材料と
SiCとの複合化により形成されるセラミツクスの
微構造により得られるものである。
SiCとの複合化により形成されるセラミツクスの
微構造により得られるものである。
本実施例においては、PZTにNb2O5を添加し
た圧電セラミツクス材料に、SiCウイスカーを添
加した場合であるが、PZTに他の複合酸化物が
添加された組成を有するPZT系の圧電セラミツ
クス材料にSiCウイスカーを添加した複合材料に
おいても同様の効果を奏することができる。その
一例を実施例2.に示す。
た圧電セラミツクス材料に、SiCウイスカーを添
加した場合であるが、PZTに他の複合酸化物が
添加された組成を有するPZT系の圧電セラミツ
クス材料にSiCウイスカーを添加した複合材料に
おいても同様の効果を奏することができる。その
一例を実施例2.に示す。
実施例 ２
PZTにPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加した組成を有
する材料とSiCウイスカーとの複合化を行なつ
た。用いた圧電材料の組成は0.275PbZrO3−
0.350PbTiO3−0.375Pb（Mg1/3Nb2/3）O3であり、
この原料混合物を温度850℃で２時間仮焼して得
られた仮焼物を粉砕した後、SiCウイスカーを
0.05重量％から３重量％加え、攪拌装置を用いて
２〜６時間湿式混合を行なつた。
する材料とSiCウイスカーとの複合化を行なつ
た。用いた圧電材料の組成は0.275PbZrO3−
0.350PbTiO3−0.375Pb（Mg1/3Nb2/3）O3であり、
この原料混合物を温度850℃で２時間仮焼して得
られた仮焼物を粉砕した後、SiCウイスカーを
0.05重量％から３重量％加え、攪拌装置を用いて
２〜６時間湿式混合を行なつた。
過乾燥後、バインダーとして５重量％メチル
セルロース溶液を６重量％加え、造粒と整粒を行
ない、再び乾燥した後、直径25mm、厚さ1.5mmの
円板状に1000Kg／cm2の圧力下で加圧成形した。
セルロース溶液を６重量％加え、造粒と整粒を行
ない、再び乾燥した後、直径25mm、厚さ1.5mmの
円板状に1000Kg／cm2の圧力下で加圧成形した。
この成形体を、1150〜1300℃の温度で６〜１時
間焼成を行ない、圧電セラミツクス素子を得、実
施例１の場合と同様の方法で機械的強度および電
気的特性の測定を行なつた。
間焼成を行ない、圧電セラミツクス素子を得、実
施例１の場合と同様の方法で機械的強度および電
気的特性の測定を行なつた。
一例として、1280℃の温度で２時間焼成した試
料についてみると、SiCウイスカーの添加によつ
て平均抗折強度の増大がみられた。すなわちSiC
ウイスカーを0.10重量％、0.25重量％および0.50
重量％添加することによつて、それぞれ平均抗折
強度が８％、19％および36％増大することが確認
された。また温度1150℃で６時間、1250℃で３時
間、および1300℃で１時間または２時間焼成した
複合材料でも同様の平均抗折強度の増大が確認さ
れた。
料についてみると、SiCウイスカーの添加によつ
て平均抗折強度の増大がみられた。すなわちSiC
ウイスカーを0.10重量％、0.25重量％および0.50
重量％添加することによつて、それぞれ平均抗折
強度が８％、19％および36％増大することが確認
された。また温度1150℃で６時間、1250℃で３時
間、および1300℃で１時間または２時間焼成した
複合材料でも同様の平均抗折強度の増大が確認さ
れた。
しかしながら、SiCウイスカーの添加量が0.6な
いし0.8重量％を超えると、抗折強度の減少が始
まるため、この組成物に対し、機械的強度を改善
できるSiCウイスカーの添加量は1.0重量％が限度
であつた。
いし0.8重量％を超えると、抗折強度の減少が始
まるため、この組成物に対し、機械的強度を改善
できるSiCウイスカーの添加量は1.0重量％が限度
であつた。
焼成温度が高い場合、例えば1330℃で２時間焼
成すると、SiCウイスカーの添加による強度増大
は見られず、本実施例における焼成温度の上限は
1300℃であつた。
成すると、SiCウイスカーの添加による強度増大
は見られず、本実施例における焼成温度の上限は
1300℃であつた。
誘電特性および圧電特性について見ると、誘電
率は実施例１と同様にSiCウイスカーの添加に伴
ない減少した。誘電損失は、SiCウイスカーの添
加量が0.7重量％までは一定で、添加量が1.0重量
％を超えると増加した。
率は実施例１と同様にSiCウイスカーの添加に伴
ない減少した。誘電損失は、SiCウイスカーの添
加量が0.7重量％までは一定で、添加量が1.0重量
％を超えると増加した。
周波数定数およびQn（機械的Ｑ）はSiCウイス
カーの添加量の増加に伴ない実施例１と同様の傾
向を示した。
カーの添加量の増加に伴ない実施例１と同様の傾
向を示した。
また電気機械結合係数についても、径方向の
KpはSiCウイスカーの添加量の増加に伴ない減少
するが、縦方向のKtがほぼ一定であるため、
Kt／KpはSiCウイスカーの添加量の増加に伴ない
増加した。このように本実施例の組成において
も、SiCウイスカーの添加により、縦方向モード
が強調された材料が得られた。なお、SiCウイス
カーを1.0重量％より多く添加すると、Kpは0.25
あるいはこれより小さい値となつた。
KpはSiCウイスカーの添加量の増加に伴ない減少
するが、縦方向のKtがほぼ一定であるため、
Kt／KpはSiCウイスカーの添加量の増加に伴ない
増加した。このように本実施例の組成において
も、SiCウイスカーの添加により、縦方向モード
が強調された材料が得られた。なお、SiCウイス
カーを1.0重量％より多く添加すると、Kpは0.25
あるいはこれより小さい値となつた。
以上のように、実施例１ではPZTにNb2O5を
添加した圧電セラミツクス材料に、また実施例２
ではPZTにPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加した組成の
ものにSiCウイスカーをそれぞれ添加している
が、それのみでなく、下記の２つのグループ(1)お
よび(2)の化合物の１つもしくは複数の組合せを選
択して添加物としてPZTに添加した組成のもの
にSiCウイスカーを加えても同様の効果を得るこ
とができる。
添加した圧電セラミツクス材料に、また実施例２
ではPZTにPb（Mg1/3Nb2/3）O3を添加した組成の
ものにSiCウイスカーをそれぞれ添加している
が、それのみでなく、下記の２つのグループ(1)お
よび(2)の化合物の１つもしくは複数の組合せを選
択して添加物としてPZTに添加した組成のもの
にSiCウイスカーを加えても同様の効果を得るこ
とができる。
(1) グループ１：
Nb2O5，Ta2O5．Cr2O3，MnO2，Fe2O3，
NiO，Co2O3，PbNb2O6．PbTa2O6，BaTiO3，
CaTiO3、PbSrO3およびSrTiO3， (2) グループ２： Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Cd1/2W1/2）O3，Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2
Nb1/2）O3，Pb（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）
O3，Pb（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb
（Co1/2W1/2）O3 およびSr（Li2/5W3/5）O3 また、チタン酸鉛およびジルコン酸鉛に、上記
グループ２の化合物の中から選ばれた１つの化合
物を加えた３成分系のものでもよい。さらに、こ
の３つの酸化物に、上記したグループ１および２
の化合物（但し前記グループ２の中から選ばれた
１つの化合物を除く）の中から選ばれた少なくと
も１つの化合物を添加物として用いたものでもよ
い。
NiO，Co2O3，PbNb2O6．PbTa2O6，BaTiO3，
CaTiO3、PbSrO3およびSrTiO3， (2) グループ２： Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Cd1/2W1/2）O3，Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2
Nb1/2）O3，Pb（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）
O3，Pb（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb
（Co1/2W1/2）O3 およびSr（Li2/5W3/5）O3 また、チタン酸鉛およびジルコン酸鉛に、上記
グループ２の化合物の中から選ばれた１つの化合
物を加えた３成分系のものでもよい。さらに、こ
の３つの酸化物に、上記したグループ１および２
の化合物（但し前記グループ２の中から選ばれた
１つの化合物を除く）の中から選ばれた少なくと
も１つの化合物を添加物として用いたものでもよ
い。
なお、上記の組成物においては、各々の材料に
応じて適切な仮焼温度および本焼成温度を選択す
ればよい。ただし、鉛を含む組成物であるため、
SiCと鉛とが反応しないかまたは反応の少ない焼
成温度と焼成時間を選ぶ必要がある。例えば前記
実施例１および２においては、1300℃を超える温
度で焼成した場合、SiCウイスカーの添加による
機械的強度の増大は見られなかつた。従つてSiC
と鉛との反応を回避するため、例えば1280℃以
下、望ましくは1200℃以下の比較的低い温度で本
焼成しうる圧電セラミツクス原料を選択するのが
よい。
応じて適切な仮焼温度および本焼成温度を選択す
ればよい。ただし、鉛を含む組成物であるため、
SiCと鉛とが反応しないかまたは反応の少ない焼
成温度と焼成時間を選ぶ必要がある。例えば前記
実施例１および２においては、1300℃を超える温
度で焼成した場合、SiCウイスカーの添加による
機械的強度の増大は見られなかつた。従つてSiC
と鉛との反応を回避するため、例えば1280℃以
下、望ましくは1200℃以下の比較的低い温度で本
焼成しうる圧電セラミツクス原料を選択するのが
よい。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば
MPB近傍の組成を有するPZT系圧電セラミツク
スが本来備えている優れた電気的特性を損うこと
なく機械的強度の増大を図つた圧電セラミツクス
を得ることができる。従つて、PZT系圧電セラ
ミツクスを高出力素子に適用することができ、さ
らに周波数定数が増加することにより高周波用素
子としても適用できる。
MPB近傍の組成を有するPZT系圧電セラミツク
スが本来備えている優れた電気的特性を損うこと
なく機械的強度の増大を図つた圧電セラミツクス
を得ることができる。従つて、PZT系圧電セラ
ミツクスを高出力素子に適用することができ、さ
らに周波数定数が増加することにより高周波用素
子としても適用できる。
さらに本発明による圧電セラミツクスを厚み振
動を利用する円板状共振子に適用した場合、径方
向振動の影響が少なく、厚み方向のモードが強調
される利点がある。
動を利用する円板状共振子に適用した場合、径方
向振動の影響が少なく、厚み方向のモードが強調
される利点がある。
以上述べた効果は、圧電セラミツクス材料に対
する繊維状SiCの添加による構造的な改善によつ
て得られるため、圧電材料の材質を広い範囲に亘
つて選択することが可能になり、目的に応じて材
料組成を選択できるため、種々のトランスデユー
サとしての性能を向上させることができる。
する繊維状SiCの添加による構造的な改善によつ
て得られるため、圧電材料の材質を広い範囲に亘
つて選択することが可能になり、目的に応じて材
料組成を選択できるため、種々のトランスデユー
サとしての性能を向上させることができる。
第１図は本発明による圧電セラミツクスにおけ
るSiCウイスカー添加量と平均抗折強度との関係
を示すグラフ、第２図は同SiCウイスカー添加量
とKt／Kpとの関係を示すグラフである。
るSiCウイスカー添加量と平均抗折強度との関係
を示すグラフ、第２図は同SiCウイスカー添加量
とKt／Kpとの関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物を仮焼しかつ
粉砕して得られた原料と0.05〜1.0重量％の繊維
状炭化けい素との混合物を成形および焼成してな
る圧電セラミツクス。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された圧電セラ
ミツクスにおいて、前記チタン酸ジルコン酸鉛系
酸化物がPb（Zr0.53Ti0.47）O3を主成分とする前記
圧電セラミツクス。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された圧電セラ
ミツクスにおいて、前記繊維状炭化けい素がSiC
ウイスカーよりなる前記圧電セラミツクス。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された圧電セラ
ミツクスにおいて、前記チタン酸ジルコン酸鉛系
酸化物が、チタン酸鉛と、ジルコン酸鉛と、次の
グループ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Cd1/2W1/2）O3，Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2
Nb1/2）O3，Pb（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）
O3，Pb（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb
（Co1/2W1/2）O3およびSr（Li2/5W3/5）O3 の中から選ばれた１つの化合物とよりなる３成分
系の前記圧電セラミツクス。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載された圧電セラ
ミツクスにおいて、前記チタン酸ジルコン酸鉛系
酸化物が、チタン酸ジルコン酸鉛に、 Nb2O5，Ta2O5，Cr2O3，MnO2，Fe2O3，
NiO，Co2O3，PbNb2O6，PbTa2O6，BaTiO3，
CaTiO3，PbSrO3，SrTiO3，Pb（Mg1/3Nb2/3）
O3，Pb（Mn1/3Nb2/3）O3，Pb（Cd1/2W1/2）O3，
Pb（Sb1/2Sn1/2）O3，Pb（Y1/2Nb1/2）O3，Pb
（Co1/3Nb2/3）O3，Pb（Ni1/3Nb2/3）O3，Pb（Zn1/3
Nb2/3）O3，Pb（Ni1/2W1/2）O3，Pb（Co1/2W1/2）
O3およびSr（Li2/5W3/5）O3の中から選ばれた少な
くとも１つの化合物を添加物として用いたものよ
りなる前記圧電セラミツクス。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載された圧電セラ
ミツクスにおいて、さらに、Nb2O5，Ta2O5，
Cr2O3，MnO2，Fe2O3，NiO，Co2O3，PbNb2
O6，PbTa2O6，BaTiO3，CaTiO3，PbSrO3，
SrTiO3および前記１つの化合物を除く前記グル
ープの各化合物の中から選ばれた少なくとも１つ
の化合物を添加物として用いたものよりなる前記
圧電セラミツクス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188037A JPS6167283A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧電セラミツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188037A JPS6167283A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧電セラミツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6167283A JPS6167283A (ja) | 1986-04-07 |
| JPH0443873B2 true JPH0443873B2 (ja) | 1992-07-17 |
Family
ID=16216563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59188037A Granted JPS6167283A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧電セラミツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6167283A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103866A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-09 | 松下電器産業株式会社 | ジルコン・チタン酸鉛系磁器の製造方法 |
| JP2803833B2 (ja) * | 1989-03-15 | 1998-09-24 | 松下電器産業株式会社 | 圧電セラミックス |
| JP5173752B2 (ja) * | 2008-11-10 | 2013-04-03 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電磁器及びその製造方法並びに圧電素子 |
| CN109320242A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-02-12 | 魏赛尔 | 一种压电变压器用陶瓷材料及其制备方法 |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP59188037A patent/JPS6167283A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6167283A (ja) | 1986-04-07 |
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