JPH0629140B2 - 圧電素子材料及びその製造方法 - Google Patents
圧電素子材料及びその製造方法Info
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- JPH0629140B2 JPH0629140B2 JP63214773A JP21477388A JPH0629140B2 JP H0629140 B2 JPH0629140 B2 JP H0629140B2 JP 63214773 A JP63214773 A JP 63214773A JP 21477388 A JP21477388 A JP 21477388A JP H0629140 B2 JPH0629140 B2 JP H0629140B2
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Landscapes
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Description
本発明は、例えば圧電フィルター、圧電ブザー、超音波
振動子、圧電アクチュエーター等に応用できる圧電素子
材料及びその製造方法に関するものである。
振動子、圧電アクチュエーター等に応用できる圧電素子
材料及びその製造方法に関するものである。
従来、圧電素子材料としては、BaTiO3系のもの、PbTiO3
-PbZrO3系のもの、及びこれにさらにPb(Mg1/3Nb2/3)O3、
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3Ta2/3)O3、Pb(Co1/3Ta2/3)O3
等の第３成分を固溶させた三成分系のものが提案されて
いる。 これらのうち、特公昭42-9716号公報で示されるよう
に、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3系のものは誘電特
性及び圧電特性に優れ、さらには機械的強度も大きい特
徴を有している。 しかし、これらのものは、一般に1150℃〜1300℃の高温
度で焼結させなければならない為、PbOの蒸発制御が難
かしく、又、積層型の圧電素子を得る為にはPt、Pd等の
融点の高い高価な金属を内部電極として用いなければな
らない問題点があった。
-PbZrO3系のもの、及びこれにさらにPb(Mg1/3Nb2/3)O3、
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3Ta2/3)O3、Pb(Co1/3Ta2/3)O3
等の第３成分を固溶させた三成分系のものが提案されて
いる。 これらのうち、特公昭42-9716号公報で示されるよう
に、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3系のものは誘電特
性及び圧電特性に優れ、さらには機械的強度も大きい特
徴を有している。 しかし、これらのものは、一般に1150℃〜1300℃の高温
度で焼結させなければならない為、PbOの蒸発制御が難
かしく、又、積層型の圧電素子を得る為にはPt、Pd等の
融点の高い高価な金属を内部電極として用いなければな
らない問題点があった。
本発明は、上記のような点に鑑み、低温度で焼結できる
圧電素子材料及びその製造方法を提供することを目的と
する。 上記の目的を達成する為、本発明者によって研究開発が
進められた結果、すなわち圧電特性を阻害しないで低温
焼結が可能となる副成分として種々のものを研究した結
果、本発明者はリチウムを含む原料（たとえば炭酸リチ
ウム、水酸化リチウム、塩化リチウム等）を用いること
によって上記の問題点が解決できることを見出した。 本発明はこのような技術思想に基づいてなされたもので
あり、次の一般式 Pb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3 （但し、ａ＝0.69〜0.04、ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜
0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝１） で示される固溶体を基本組成とし、これに副成分として
酸化リチウムを含有した圧電素子材料を提供するもので
ある。 尚、上記の圧電素子材料において、酸化リチウムの含有
量が0.01〜５重量％、より好ましくは約0.05〜５重量％
であることが望ましい。 又、Pb化合物、Mg化合物、Nb化合物、Ti化合物、Zr化合
物及びLi化合物を含有するものを焼成する圧電素子材料
の製造方法も提供するものである。 尚、上記の圧電素子材料の製造方法において、Pb化合
物、Mg化合物、Nb化合物、Ti化合物、Zr化合物の配合割
合はPb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3（但し、ａ＝0.69〜
0.04、ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１）が構成されるよう、かつ、酸化リチウムの含有量が
0.01〜５重量％、より好ましくは約0.05〜５重量％とな
るようLi化合物が配合されることが望ましい。 ここで、たとえばPbO、MgO、Nb2O5、TiO2、ZrO2等の原料がP
b(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3（但し、ａ＝0.69〜0.04、
ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を
構成するような配合割合としたのは、次の理由に基づ
く。 すなわち、ａが0.69を越えた値になると、圧電性は存在
するが、径方向の電気−機械結合定数が漸次小さくな
り、ピックアップ用材料としての実用的数値であるKrが
45％以下となり、又、これ以上のものでは再現性に乏し
く、工業的利用価値が低いからである。逆に、0.04未満
の値のものでは、焼結が困難で、緻密で均質なものが得
られず、そして誘電率及び圧電性が低下すると共に、再
現性が悪くなり、工業的利用価値がなくなるからであ
る。 又、ｂが0.52を越えた値、あるいは0.30未満の値になる
と、漸次径方向の電気−機械結合定数と誘電率が低下
し、ピックアップ用材料としての実用的数値であるKrが
45％以上又は誘電率1000以上の特性が得られず、従って
ｂは0.52〜0.30のものとした。 又、ｃが0.62を越えた値では、径方向の電気−機械結合
定数と誘電率の大きなものが得られないからであり、逆
に0.01未満の小さな場合には、緻密なものが得られず、
しかも径方向の電気−機械結合定数が漸次低下するもの
となったからである。 又、酸化リチウムの含有量が0.01〜５重量％、より好ま
しくは約0.05〜５重量％となるようLi化合物を配合する
ことが望ましいのは、上記の組成において酸化リチウム
の含有量が0.01重量％未満の少なすぎる場合には低温度
での焼結効果が著しく小さいからであり、逆に５重量％
を越えて多すぎる場合には、焼結効果は良くなるが、圧
電特性が低下する傾向にあるからによる。 そして、上記配合割合のものを、例えば約650〜850℃で
仮焼し、そしてこれを粉砕し、その後必要に応じてバイ
ンダを加えて成型し、これを約850〜1250℃で焼成する
ことによって本発明になる圧電素子材料が得られる。 すなわち、上記の組成物は圧電特性に優れ、機械的強度
も大きな特徴を示し、しかも低温度で焼結可能なもので
あった。 従って、本発明の圧電素子材料は、低温で焼結すること
が望まれる積層型圧電素子材料あるいは圧電体ペースト
材料として応用するのに好適なものである。
圧電素子材料及びその製造方法を提供することを目的と
する。 上記の目的を達成する為、本発明者によって研究開発が
進められた結果、すなわち圧電特性を阻害しないで低温
焼結が可能となる副成分として種々のものを研究した結
果、本発明者はリチウムを含む原料（たとえば炭酸リチ
ウム、水酸化リチウム、塩化リチウム等）を用いること
によって上記の問題点が解決できることを見出した。 本発明はこのような技術思想に基づいてなされたもので
あり、次の一般式 Pb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3 （但し、ａ＝0.69〜0.04、ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜
0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝１） で示される固溶体を基本組成とし、これに副成分として
酸化リチウムを含有した圧電素子材料を提供するもので
ある。 尚、上記の圧電素子材料において、酸化リチウムの含有
量が0.01〜５重量％、より好ましくは約0.05〜５重量％
であることが望ましい。 又、Pb化合物、Mg化合物、Nb化合物、Ti化合物、Zr化合
物及びLi化合物を含有するものを焼成する圧電素子材料
の製造方法も提供するものである。 尚、上記の圧電素子材料の製造方法において、Pb化合
物、Mg化合物、Nb化合物、Ti化合物、Zr化合物の配合割
合はPb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3（但し、ａ＝0.69〜
0.04、ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１）が構成されるよう、かつ、酸化リチウムの含有量が
0.01〜５重量％、より好ましくは約0.05〜５重量％とな
るようLi化合物が配合されることが望ましい。 ここで、たとえばPbO、MgO、Nb2O5、TiO2、ZrO2等の原料がP
b(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3（但し、ａ＝0.69〜0.04、
ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を
構成するような配合割合としたのは、次の理由に基づ
く。 すなわち、ａが0.69を越えた値になると、圧電性は存在
するが、径方向の電気−機械結合定数が漸次小さくな
り、ピックアップ用材料としての実用的数値であるKrが
45％以下となり、又、これ以上のものでは再現性に乏し
く、工業的利用価値が低いからである。逆に、0.04未満
の値のものでは、焼結が困難で、緻密で均質なものが得
られず、そして誘電率及び圧電性が低下すると共に、再
現性が悪くなり、工業的利用価値がなくなるからであ
る。 又、ｂが0.52を越えた値、あるいは0.30未満の値になる
と、漸次径方向の電気−機械結合定数と誘電率が低下
し、ピックアップ用材料としての実用的数値であるKrが
45％以上又は誘電率1000以上の特性が得られず、従って
ｂは0.52〜0.30のものとした。 又、ｃが0.62を越えた値では、径方向の電気−機械結合
定数と誘電率の大きなものが得られないからであり、逆
に0.01未満の小さな場合には、緻密なものが得られず、
しかも径方向の電気−機械結合定数が漸次低下するもの
となったからである。 又、酸化リチウムの含有量が0.01〜５重量％、より好ま
しくは約0.05〜５重量％となるようLi化合物を配合する
ことが望ましいのは、上記の組成において酸化リチウム
の含有量が0.01重量％未満の少なすぎる場合には低温度
での焼結効果が著しく小さいからであり、逆に５重量％
を越えて多すぎる場合には、焼結効果は良くなるが、圧
電特性が低下する傾向にあるからによる。 そして、上記配合割合のものを、例えば約650〜850℃で
仮焼し、そしてこれを粉砕し、その後必要に応じてバイ
ンダを加えて成型し、これを約850〜1250℃で焼成する
ことによって本発明になる圧電素子材料が得られる。 すなわち、上記の組成物は圧電特性に優れ、機械的強度
も大きな特徴を示し、しかも低温度で焼結可能なもので
あった。 従って、本発明の圧電素子材料は、低温で焼結すること
が望まれる積層型圧電素子材料あるいは圧電体ペースト
材料として応用するのに好適なものである。
以下、本発明の実施例を固溶体の基本組成物としてPb(M
g1/3Nb2/3)0.375 Ti0.375 Zr0.250 O3を用いた場合で、
そしてリチウムを含む原料として炭酸リチウムを用いた
場合について説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。 原料としてPbO、MgO、Nb2O5、TiO2、ZrO2を、Pb(Mg1/3N
b2/3)0.375 Ti0.375 Zr0.250 O3の組成となるように秤
量し、これにさらに炭酸リチウムをLi2O成分として0、0.
3、0.5、0.7、1.0重量％添加混合し、約750℃で２時間仮焼
した後、ボールミルで湿式粉砕した。 この粉砕したものを乾燥した後1.5ton/cm2の圧力で直径
20mm、厚さ１mmの円板上に加圧成形し、それを950〜115
0℃の温度で４時間焼成した。 そして、焼成した磁器の両面に銀電極を焼付け、100℃
のシリコンオイル中で３〜４KV/mmの直流電圧で分極処
理して圧電磁器を構成した。 そして、この圧電磁器の圧電特性を測定したので、その
結果を表１に示す。 この表から明らかなように、Li2Oを含有する磁器組成物
の密度はLi2O無添加の磁器よりも大きく、そして950℃
という低温度の焼結でも7.4以上と焼結が進んでいる。 又、圧電特性も、Krが60％以上、Ktが50％以上もLi2O無
添加の場合よりも優れている。
g1/3Nb2/3)0.375 Ti0.375 Zr0.250 O3を用いた場合で、
そしてリチウムを含む原料として炭酸リチウムを用いた
場合について説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。 原料としてPbO、MgO、Nb2O5、TiO2、ZrO2を、Pb(Mg1/3N
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量し、これにさらに炭酸リチウムをLi2O成分として0、0.
3、0.5、0.7、1.0重量％添加混合し、約750℃で２時間仮焼
した後、ボールミルで湿式粉砕した。 この粉砕したものを乾燥した後1.5ton/cm2の圧力で直径
20mm、厚さ１mmの円板上に加圧成形し、それを950〜115
0℃の温度で４時間焼成した。 そして、焼成した磁器の両面に銀電極を焼付け、100℃
のシリコンオイル中で３〜４KV/mmの直流電圧で分極処
理して圧電磁器を構成した。 そして、この圧電磁器の圧電特性を測定したので、その
結果を表１に示す。 この表から明らかなように、Li2Oを含有する磁器組成物
の密度はLi2O無添加の磁器よりも大きく、そして950℃
という低温度の焼結でも7.4以上と焼結が進んでいる。 又、圧電特性も、Krが60％以上、Ktが50％以上もLi2O無
添加の場合よりも優れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呉 龍 洙 埼玉県熊谷市大字三ケ尻5310番地 秩父セ メント株式会社開発本部内 (72)発明者 福田 修 埼玉県熊谷市大字三ケ尻5310番地 秩父セ メント株式会社開発本部内
Claims (4)
- 【請求項１】一般式Pb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3 （但し、ａ＝0.69〜0.04、ｂ＝0.52〜0.30、 ｃ＝0.62〜0.01、ａ＋ｂ＋ｃ＝１） で示される固溶体を基本組成とし、これに副成分として
酸化リチウムを含有したものが主成分となることを特徴
とする圧電素子材料。 - 【請求項２】酸化リチウムの含有量が0.01〜５重量％で
ある特許請求の範囲第１項記載の圧電素子材料。 - 【請求項３】Pb化合物、Mg化合物、Nb化合物、Ti化合
物、Zr化合物及びLi化合物を含有するものを焼成するこ
とにより、一般式Pb(Mg1/3Nb2/3)a(Ti)b(Zr)cO3（但
し、ａ＝0.69〜0.04、ｂ＝0.52〜0.30、ｃ＝0.62〜0.0
1、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）で示される固溶体を基本組成と
し、酸化リチウムを含有した材料を得ることを特徴とす
る圧電素子材料の製造方法。 - 【請求項４】酸化リチウムの含有量が0.01〜５重量％と
なるようLi化合物が配合される特許請求の範囲第３項記
載の圧電素子材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214773A JPH0629140B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 圧電素子材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214773A JPH0629140B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 圧電素子材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264015A JPH0264015A (ja) | 1990-03-05 |
| JPH0629140B2 true JPH0629140B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=16661298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63214773A Expired - Lifetime JPH0629140B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 圧電素子材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629140B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4436392C2 (de) * | 1994-10-12 | 2002-10-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Metallniobate und/oder Tantalate, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Weiterverarbeitung zu Perowskiten |
| DE10326041B4 (de) * | 2003-06-10 | 2014-03-27 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung von PZT-basierten Keramiken mit niedriger Sintertemperatur und deren Verwendung |
| JP5196124B2 (ja) * | 2006-11-30 | 2013-05-15 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電磁器組成物および積層型圧電素子 |
| CN115894020B (zh) * | 2022-12-23 | 2023-12-19 | 佛山仙湖实验室 | 一种高压电系数的pmnzt基压电陶瓷及其制备方法和应用 |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP63214773A patent/JPH0629140B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0264015A (ja) | 1990-03-05 |
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