JPH08268756A - 強誘電性セラミックスの製造方法 - Google Patents
強誘電性セラミックスの製造方法Info
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- JPH08268756A JPH08268756A JP7418695A JP7418695A JPH08268756A JP H08268756 A JPH08268756 A JP H08268756A JP 7418695 A JP7418695 A JP 7418695A JP 7418695 A JP7418695 A JP 7418695A JP H08268756 A JPH08268756 A JP H08268756A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】機械的強度の高いＰＺＴを容易に製造できる製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足とし
た組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒＯ2
の原料粉末を調製する工程と、原料粉末を混合し、Ｐｂ
Ｏの昇華による離散がない条件で、混合粉末を仮焼する
仮焼工程と、ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、仮
焼生成物を９００〜１２００℃の温度で焼成すると同時
に、微細なＺｒＯ2 をＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ
3 （０．４≦ｘ≦０．６）中に分散析出させる本焼成工
程と、からなることを特徴とする強誘電性セラミックス
の製造方法。Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ
≦０．６）マトリックスに平均粒径は１μｍ以下のＺｒ
Ｏ2 が分散析出した強誘電性セラミッスが得られる。
造方法を提供することを目的とする。 【構成】ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足とし
た組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒＯ2
の原料粉末を調製する工程と、原料粉末を混合し、Ｐｂ
Ｏの昇華による離散がない条件で、混合粉末を仮焼する
仮焼工程と、ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、仮
焼生成物を９００〜１２００℃の温度で焼成すると同時
に、微細なＺｒＯ2 をＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ
3 （０．４≦ｘ≦０．６）中に分散析出させる本焼成工
程と、からなることを特徴とする強誘電性セラミックス
の製造方法。Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ
≦０．６）マトリックスに平均粒径は１μｍ以下のＺｒ
Ｏ2 が分散析出した強誘電性セラミッスが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高い機械的負荷がかか
るアクチュエータ等に使用することが可能な強誘電性セ
ラミックスの製造方法に関する。
るアクチュエータ等に使用することが可能な強誘電性セ
ラミックスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】圧電素子に用いられる圧電材料として、Ｐ
ＺＴ系酸化物よりなるセラミックスが知られている。こ
のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 ；０≦ｘ≦１）
は、特にｘ＝０．５３付近の組成で高い電気機械変換効
率を示す特性を有し、センサー、アクチュエータなどと
して広く用いられている。
ＺＴ系酸化物よりなるセラミックスが知られている。こ
のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 ；０≦ｘ≦１）
は、特にｘ＝０．５３付近の組成で高い電気機械変換効
率を示す特性を有し、センサー、アクチュエータなどと
して広く用いられている。
【０００３】ＰＺＴは、誘電率、圧電定数等の電気的特
性が良好であるが、機械的強度が弱いため、アクチュエ
ータとして使用する場合に問題となる。この機械的強度
を向上する方法として、結晶粒径を微細化する方法や、
他の高強度セラミックス材料と複合する方法（特開平３
−１０９２６３号等）があるが、いずれも電気的特性が
低下するデメリットがある。
性が良好であるが、機械的強度が弱いため、アクチュエ
ータとして使用する場合に問題となる。この機械的強度
を向上する方法として、結晶粒径を微細化する方法や、
他の高強度セラミックス材料と複合する方法（特開平３
−１０９２６３号等）があるが、いずれも電気的特性が
低下するデメリットがある。
【０００４】電気的特性を低下させない従来の技術とし
て、ＰＺＴ粉末に微細なＡｌ2 Ｏ 3 粉末を混合し焼成
する方法（特開平４−１２４８８７号）や、ＰＺＴ表
面にＡｌ2 Ｏ3 ゾルを浸透させる方法（特開平５−９０
５４号）がある。の方法は、ＰＺＴ粉末にＡｌ2 Ｏ3
粉末を０．５〜２０重量％混合し、１１００℃で焼成す
る方法である。この方法は、ｎｍオーダーの微粉末を必
要とするため、コストが高い等の問題がある。
て、ＰＺＴ粉末に微細なＡｌ2 Ｏ 3 粉末を混合し焼成
する方法（特開平４−１２４８８７号）や、ＰＺＴ表
面にＡｌ2 Ｏ3 ゾルを浸透させる方法（特開平５−９０
５４号）がある。の方法は、ＰＺＴ粉末にＡｌ2 Ｏ3
粉末を０．５〜２０重量％混合し、１１００℃で焼成す
る方法である。この方法は、ｎｍオーダーの微粉末を必
要とするため、コストが高い等の問題がある。
【０００５】また、の方法は、ＰＺＴの表面よりＡｌ
2 Ｏ3 ゾルを浸透させて、表面強化層を形成する方法で
ある。この方法はＡｌ2 Ｏ3 ゾルを浸透させる工程が加
わるため、製造工程が複雑であること等の問題点があ
る。
2 Ｏ3 ゾルを浸透させて、表面強化層を形成する方法で
ある。この方法はＡｌ2 Ｏ3 ゾルを浸透させる工程が加
わるため、製造工程が複雑であること等の問題点があ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械的強度
の高いＰＺＴを容易に製造できる製造方法を提供するこ
とを目的とする。
の高いＰＺＴを容易に製造できる製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ＰＺＴは、ＰｂＯ、Ｔｉ
Ｏ2 およびＺｒＯ2 各粉末を混合し、この混合粉末を電
気炉によって加熱・焼成して製造する。加熱・焼成の際
の反応は以下のようであると推定される。 （ｉ）ＰｂＯの一部とＴｉＯ2 が反応し、ＰｂＴｉＯ3
が生成、（ii）ついで、ＰｂＯの一部とＺｒＯ2 が反応
し、ＰｂＺｒＯ3 が生成、（iii）ＰｂＴｉＯ3 とＰｂ
ＺｒＯ3 が反応し、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 が生成
する。
Ｏ2 およびＺｒＯ2 各粉末を混合し、この混合粉末を電
気炉によって加熱・焼成して製造する。加熱・焼成の際
の反応は以下のようであると推定される。 （ｉ）ＰｂＯの一部とＴｉＯ2 が反応し、ＰｂＴｉＯ3
が生成、（ii）ついで、ＰｂＯの一部とＺｒＯ2 が反応
し、ＰｂＺｒＯ3 が生成、（iii）ＰｂＴｉＯ3 とＰｂ
ＺｒＯ3 が反応し、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 が生成
する。
【０００８】これらの反応では、雰囲気のＰｂＯ分圧が
低い場合には、反応が進行する前にＰｂＯが昇華してＰ
ｂ不足状態になるので、例えば、次に示す反応式（１）
のように、ＺｒＯ2 が析出し、組成がずれて電気的特性
が低下する問題点があった。 ＰｂＯ＋０．５３０ＺｒＯ2 ＋０．４７０ＴｉＯ2 →０．９５０Ｐｂ（Ｚｒ0. 505 Ｔｉ0.495 ）Ｏ3 ＋０．０５ＺｒＯ2 ＋０．０５ＰｂＯ↑──（１） そこで、通常はＰｂＯが昇華しないように、炉中にＰｂ
ＺｒＯ3 等を配置し、雰囲気のＰｂＯ分圧を高めて焼成
する等の工夫がなされている。
低い場合には、反応が進行する前にＰｂＯが昇華してＰ
ｂ不足状態になるので、例えば、次に示す反応式（１）
のように、ＺｒＯ2 が析出し、組成がずれて電気的特性
が低下する問題点があった。 ＰｂＯ＋０．５３０ＺｒＯ2 ＋０．４７０ＴｉＯ2 →０．９５０Ｐｂ（Ｚｒ0. 505 Ｔｉ0.495 ）Ｏ3 ＋０．０５ＺｒＯ2 ＋０．０５ＰｂＯ↑──（１） そこで、通常はＰｂＯが昇華しないように、炉中にＰｂ
ＺｒＯ3 等を配置し、雰囲気のＰｂＯ分圧を高めて焼成
する等の工夫がなされている。
【０００９】本発明者等は、ＰｂＯが昇華しないように
工夫するとともに、電気的特性を低下させずに機械的強
度を向上させるため、自己発生的にマトリックスからＺ
ｒＯ 2 を析出させ、マトリックス中にＺｒＯ2 を微細に
分散させるアイデアを考え本発明をなすに至ったもので
ある。すなわち、本発明の強誘電性セラミックスの製造
方法は、ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足とし
た組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒＯ 2
の原料粉末を調製する工程と、原料粉末を混合し、Ｐｂ
Ｏの昇華による離散がない条件で、混合粉末を仮焼する
仮焼工程と、ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、仮
焼生成物を９００〜１２００℃の温度で焼成すると同時
に、微細なＺｒＯ2 をＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ
3 （０．４≦ｘ≦０．６）中に分散析出させる本焼成工
程と、からなることを特徴とする。
工夫するとともに、電気的特性を低下させずに機械的強
度を向上させるため、自己発生的にマトリックスからＺ
ｒＯ 2 を析出させ、マトリックス中にＺｒＯ2 を微細に
分散させるアイデアを考え本発明をなすに至ったもので
ある。すなわち、本発明の強誘電性セラミックスの製造
方法は、ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足とし
た組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒＯ 2
の原料粉末を調製する工程と、原料粉末を混合し、Ｐｂ
Ｏの昇華による離散がない条件で、混合粉末を仮焼する
仮焼工程と、ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、仮
焼生成物を９００〜１２００℃の温度で焼成すると同時
に、微細なＺｒＯ2 をＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ
3 （０．４≦ｘ≦０．６）中に分散析出させる本焼成工
程と、からなることを特徴とする。
【００１０】ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足
とした組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒ
Ｏ2 の原料粉末を調製するとは、製造される強誘電性セ
ラミックスの組成が析出したＺｒＯ2 と反応生成したＰ
ｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ≦０．６）との
混合体となるように、析出するＺｒＯ2 と反応すべきＰ
ｂＯが不足している状態に原料粉末を調製することをい
う。言葉を変えると、原料粉末のＴｉＯ2 のモル数とＺ
ｒＯ2 のモル数を加えたＴｉＯ2 とＺｒＯ2 の合計モル
数よりＰｂＯのモル数が少ない状態となるように原料粉
末を調製するものである。
とした組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒ
Ｏ2 の原料粉末を調製するとは、製造される強誘電性セ
ラミックスの組成が析出したＺｒＯ2 と反応生成したＰ
ｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ≦０．６）との
混合体となるように、析出するＺｒＯ2 と反応すべきＰ
ｂＯが不足している状態に原料粉末を調製することをい
う。言葉を変えると、原料粉末のＴｉＯ2 のモル数とＺ
ｒＯ2 のモル数を加えたＴｉＯ2 とＺｒＯ2 の合計モル
数よりＰｂＯのモル数が少ない状態となるように原料粉
末を調製するものである。
【００１１】具体的には、例えば、ｘ＝０．５２５のＰ
ＺＴを得たい場合には、反応式（２）のような出発組成
とすればよい。 ０．９５０ＰｂＯ＋０．５５０ＺｒＯ2 ＋０．４５０ＴｉＯ2 →０．９５０Ｐ ｂ（Ｚｒ0.525 Ｔｉ0.475 ）Ｏ3 ＋０．０５ＺｒＯ2 ──反応式（２） すなわち、モル比で、ＰｂＯ：ＴｉＯ2 ：ＺｒＯ2 ＝
０．９５０：０．５５０：０．４５０となる配合とすれ
ばよいことになる。
ＺＴを得たい場合には、反応式（２）のような出発組成
とすればよい。 ０．９５０ＰｂＯ＋０．５５０ＺｒＯ2 ＋０．４５０ＴｉＯ2 →０．９５０Ｐ ｂ（Ｚｒ0.525 Ｔｉ0.475 ）Ｏ3 ＋０．０５ＺｒＯ2 ──反応式（２） すなわち、モル比で、ＰｂＯ：ＴｉＯ2 ：ＺｒＯ2 ＝
０．９５０：０．５５０：０．４５０となる配合とすれ
ばよいことになる。
【００１２】仮焼工程は調製された原料粉末を混合し、
ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、加熱し、少なく
とも一部の原料粉末を反応させＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒ
Ｏ3あるいはＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 とする工程で
ある。通常仮焼工程は７５０〜８５０℃で２〜６時間加
熱してなされる。なお、仮焼工程で、原料粉末の全ての
ＺｒＯ2 と一部のＰｂＯとを仮焼してＰｂＺｒＯ3 とす
るかもしくは市販等の既にＰｂＺｒＯ3 となっているも
のを使用し、その後得られたＰｂＺｒＯ3 と残されたＴ
ｉＯ2 および残部のＰｂＯとを混合し仮焼してもよい。
ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、加熱し、少なく
とも一部の原料粉末を反応させＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒ
Ｏ3あるいはＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 とする工程で
ある。通常仮焼工程は７５０〜８５０℃で２〜６時間加
熱してなされる。なお、仮焼工程で、原料粉末の全ての
ＺｒＯ2 と一部のＰｂＯとを仮焼してＰｂＺｒＯ3 とす
るかもしくは市販等の既にＰｂＺｒＯ3 となっているも
のを使用し、その後得られたＰｂＺｒＯ3 と残されたＴ
ｉＯ2 および残部のＰｂＯとを混合し仮焼してもよい。
【００１３】仮焼して得られた仮焼物は再度粉砕混合す
るのが望ましい。これにより組成分布がより均一とな
る。粉砕された粉末はプレス成形され、所定形状のグリ
ーンコンパクトとなる。本焼成工程は、仮焼物を９００
〜１２００℃で１〜８時間加熱する工程である。この工
程で全てのＰｂＯ成分がＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 と
なり、一部のＺｒＯ2 がＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 の
マトリックス中に均一に析出する。この析出するＺｒＯ
2 は１μｍ以下の微細な結晶として析出するものが良
い。
るのが望ましい。これにより組成分布がより均一とな
る。粉砕された粉末はプレス成形され、所定形状のグリ
ーンコンパクトとなる。本焼成工程は、仮焼物を９００
〜１２００℃で１〜８時間加熱する工程である。この工
程で全てのＰｂＯ成分がＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 と
なり、一部のＺｒＯ2 がＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 の
マトリックス中に均一に析出する。この析出するＺｒＯ
2 は１μｍ以下の微細な結晶として析出するものが良
い。
【００１４】９００℃より低い温度、あるいは１時間未
満の焼成では、反応が十分進まず、電気的特性が低下す
るので好ましくない。１２００℃より高い温度、あるい
は８時間以上の焼成では、粒成長が進み、機械的強度が
低下するので好ましくない。
満の焼成では、反応が十分進まず、電気的特性が低下す
るので好ましくない。１２００℃より高い温度、あるい
は８時間以上の焼成では、粒成長が進み、機械的強度が
低下するので好ましくない。
【００１５】
【作用】本発明の強誘電セラミックスの製造方法によっ
て、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で機械的強度
に優れた強誘電性セラミックスが製造できる理由は以下
の通りであると推定される。ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺ
ｒＯ2 を混合した混合粉末を仮焼した段階で、一部のＺ
ｒＯ2 はＰｂＯと反応してＰｂＺｒＯ3 が生成し、焼成
の段階で組成の均一化が進む際には、ＰｂＺｒＯ3 から
過剰のＺｒが、ＺｒＯ2 （正方晶）となって析出する。
そのため緻密な構造となる。
て、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で機械的強度
に優れた強誘電性セラミックスが製造できる理由は以下
の通りであると推定される。ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺ
ｒＯ2 を混合した混合粉末を仮焼した段階で、一部のＺ
ｒＯ2 はＰｂＯと反応してＰｂＺｒＯ3 が生成し、焼成
の段階で組成の均一化が進む際には、ＰｂＺｒＯ3 から
過剰のＺｒが、ＺｒＯ2 （正方晶）となって析出する。
そのため緻密な構造となる。
【００１６】析出したＺｒＯ2 は、正方晶（高温）−単
斜相（低温）の相転移（冷却中〜５００℃）に伴う体積
膨張により、ＰＺＴに圧縮応力を付与する。圧縮応力を
受けながら、ＰＺＴは立方晶（高温）−正方晶（低温）
の相転移（冷却中〜３５０℃）をおこし、応力を緩和す
るような分域構造を形成する。このように内部応力場が
複雑に影響して、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上
で機械的強度に優れたＰＺＴが製造されると推定され
る。
斜相（低温）の相転移（冷却中〜５００℃）に伴う体積
膨張により、ＰＺＴに圧縮応力を付与する。圧縮応力を
受けながら、ＰＺＴは立方晶（高温）−正方晶（低温）
の相転移（冷却中〜３５０℃）をおこし、応力を緩和す
るような分域構造を形成する。このように内部応力場が
複雑に影響して、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上
で機械的強度に優れたＰＺＴが製造されると推定され
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明の強誘電性セラミックスの製造方
法によって、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で機
械的強度に優れた強誘電性セラミックスが、簡便かつ安
価に製造できる利点がある。
法によって、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で機
械的強度に優れた強誘電性セラミックスが、簡便かつ安
価に製造できる利点がある。
【００１８】
（１）試料の作成 以下に一例として、５ｍｏｌ％のＺｒＯ2 が分散析出し
たｘ＝０．５２５の組成のＰＺＴの製造方法を示す。Ｐ
ｂＯ、ＺｒＯ2 およびＴｉＯ2 の各粉末（粒度１〜５μ
ｍ）を、総量２５０ｇ、モル比で、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝
０．９５０：０．５５０：０．４５０となるように秤量
した。
たｘ＝０．５２５の組成のＰＺＴの製造方法を示す。Ｐ
ｂＯ、ＺｒＯ2 およびＴｉＯ2 の各粉末（粒度１〜５μ
ｍ）を、総量２５０ｇ、モル比で、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝
０．９５０：０．５５０：０．４５０となるように秤量
した。
【００１９】上記の各粉末を家庭用ミキサーで混合後、
ＭｇＯ容器に入れ、８００℃で５時間仮焼を行った。こ
の仮焼粉末をＺｒＯ2 ボールとともにポリエチレンポッ
トにいれ、エタノールを加えて、２４時間のボールミリ
ングを行った。ＺｒＯ2 ボールを取り去った後、エタノ
ールを湯浴蒸発させ、さらに８０℃の恒温槽で２０時間
乾燥した。
ＭｇＯ容器に入れ、８００℃で５時間仮焼を行った。こ
の仮焼粉末をＺｒＯ2 ボールとともにポリエチレンポッ
トにいれ、エタノールを加えて、２４時間のボールミリ
ングを行った。ＺｒＯ2 ボールを取り去った後、エタノ
ールを湯浴蒸発させ、さらに８０℃の恒温槽で２０時間
乾燥した。
【００２０】この仮焼粉末を家庭用ミキサーで粉砕後、
ポリビニルアルコールを０．２５ｗｔ％加えて造粒粉末
とした。造粒粉末を２ｇ秤量し、キャビティの直径がφ
１８ｍｍの金型に１ｔｏｎの圧力を加えてプレス成形し
た。この成形体を６００℃４時間の脱脂処理後、Ａｌ2
Ｏ3 容器中で、同組成の仮焼粉末を詰め粉とし、１１５
０℃で、１、２、４、８時間の各時間で焼成した（以
下、順に試料Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とする）。
ポリビニルアルコールを０．２５ｗｔ％加えて造粒粉末
とした。造粒粉末を２ｇ秤量し、キャビティの直径がφ
１８ｍｍの金型に１ｔｏｎの圧力を加えてプレス成形し
た。この成形体を６００℃４時間の脱脂処理後、Ａｌ2
Ｏ3 容器中で、同組成の仮焼粉末を詰め粉とし、１１５
０℃で、１、２、４、８時間の各時間で焼成した（以
下、順に試料Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とする）。
【００２１】比較材として、モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝
１．００：０．５２５：０．４７５となるように秤量し
た混合粉末を出発組成とし、同じプロセスで作製した試
料（試料Ａ）と、この組成の仮焼粉末に、ＺｒＯ2 粉末
を５ｍｏｌ％さらに加えて混合した後に、同じプロセス
で焼成した試料（試料Ｂ）を作製した。 ２）試験試料の作製と評価 前記のようにして作製された各試料は、φ１２ｍｍ、厚
さ０．５ｍｍに研削加工（表面仕上げ＃６００）した
後、化学分析、Ｘ線回折による格子定数測定、化学分析
およびＺｒＯ2 からのＸ線回折強度の検量による析出Ｚ
ｒＯ2 の定量分析、ＳＥＭ観察による平均粒径の測定
（インターセプト法）、および、密度測定に供した。
１．００：０．５２５：０．４７５となるように秤量し
た混合粉末を出発組成とし、同じプロセスで作製した試
料（試料Ａ）と、この組成の仮焼粉末に、ＺｒＯ2 粉末
を５ｍｏｌ％さらに加えて混合した後に、同じプロセス
で焼成した試料（試料Ｂ）を作製した。 ２）試験試料の作製と評価 前記のようにして作製された各試料は、φ１２ｍｍ、厚
さ０．５ｍｍに研削加工（表面仕上げ＃６００）した
後、化学分析、Ｘ線回折による格子定数測定、化学分析
およびＺｒＯ2 からのＸ線回折強度の検量による析出Ｚ
ｒＯ2 の定量分析、ＳＥＭ観察による平均粒径の測定
（インターセプト法）、および、密度測定に供した。
【００２２】電気的性質を代表して、誘電率とその温度
依存性、および、周期電界下での圧電変位量の測定をお
こなった。誘電率は、上記の研削加工の後、スパッタ法
により金電極を形成し、インピーダンスアナライザで１
ｋＨｚの測定をおこなった。温度依存性は、高温炉中で
１００℃／ｈで昇温して測定した。変位量の測定は、電
極形成後、１１０℃のシリコンオイル中、２ｋＶ／ｍｍ
の電界下で１０分間分極処理を行い、１日以上放置して
から、レーザー変位計を用いて、０．１Ｈｚ、−０．４
〜１．２ｋＶ／ｍｍの電界下での変位量を、２０ＭＰａ
の応力下で測定した。
依存性、および、周期電界下での圧電変位量の測定をお
こなった。誘電率は、上記の研削加工の後、スパッタ法
により金電極を形成し、インピーダンスアナライザで１
ｋＨｚの測定をおこなった。温度依存性は、高温炉中で
１００℃／ｈで昇温して測定した。変位量の測定は、電
極形成後、１１０℃のシリコンオイル中、２ｋＶ／ｍｍ
の電界下で１０分間分極処理を行い、１日以上放置して
から、レーザー変位計を用いて、０．１Ｈｚ、−０．４
〜１．２ｋＶ／ｍｍの電界下での変位量を、２０ＭＰａ
の応力下で測定した。
【００２３】機械的特性は、上記の研削加工した試料を
２軸曲げ試験をおこなうことで評価した。 ３）評価結果 表１に化学分析、Ｘ線回折による格子定数測定、化学分
析およびＺｒＯ2 からのＸ線回折強度の検量による析出
ＺｒＯ2 の定量分析、ＳＥＭ観察による平均粒径の測定
（インターセプト法）、および、密度測定の各結果を示
す。試料Ａと比較して、他の試料のＴｉの分析値がほぼ
等しいことと格子定数がほぼ等しいことから、ＰＺＴの
組成としてＰｂ（Ｚｒ0.525 Ｔｉ0.475 ）Ｏ3 が得られ
ていることがわかる。
２軸曲げ試験をおこなうことで評価した。 ３）評価結果 表１に化学分析、Ｘ線回折による格子定数測定、化学分
析およびＺｒＯ2 からのＸ線回折強度の検量による析出
ＺｒＯ2 の定量分析、ＳＥＭ観察による平均粒径の測定
（インターセプト法）、および、密度測定の各結果を示
す。試料Ａと比較して、他の試料のＴｉの分析値がほぼ
等しいことと格子定数がほぼ等しいことから、ＰＺＴの
組成としてＰｂ（Ｚｒ0.525 Ｔｉ0.475 ）Ｏ3 が得られ
ていることがわかる。
【００２４】一方、化学分析およびＸ線回折によるＺｒ
Ｏ2 からの回折線強度の検量結果を併せて考えると、試
料ＢおよびＣ１〜Ｃ４では約５ｍｏｌ％のＺｒＯ2 が析
出し、所望の試料が得られていることがわかる。実際に
これらの試料では、ＳＥＭ観察によって、粒径１μｍ以
下の微細なＺｒＯ2 が確認された。また、平均粒径は焼
結時間とともにわずかに増加するが、密度と同様、大差
なかった。
Ｏ2 からの回折線強度の検量結果を併せて考えると、試
料ＢおよびＣ１〜Ｃ４では約５ｍｏｌ％のＺｒＯ2 が析
出し、所望の試料が得られていることがわかる。実際に
これらの試料では、ＳＥＭ観察によって、粒径１μｍ以
下の微細なＺｒＯ2 が確認された。また、平均粒径は焼
結時間とともにわずかに増加するが、密度と同様、大差
なかった。
【００２５】表２に、各試料の誘電率の測定結果を示
す。室温および相転移温度での誘電率は、試料Ｂのみ小
さく、ＺｒＯ2 が複合された結果として理解できるが、
試料Ｃ１〜Ｃ４ではその低下が見られなかった。一方、
試料Ｃ１〜Ｃ４は、相転移温度が数℃低下している。Ｐ
ＺＴの実験結果によれば、圧縮応力下では相転移温度が
低下することが知られている。したがって、電気的性質
の違いが圧縮応力によるものであることが推定される。
す。室温および相転移温度での誘電率は、試料Ｂのみ小
さく、ＺｒＯ2 が複合された結果として理解できるが、
試料Ｃ１〜Ｃ４ではその低下が見られなかった。一方、
試料Ｃ１〜Ｃ４は、相転移温度が数℃低下している。Ｐ
ＺＴの実験結果によれば、圧縮応力下では相転移温度が
低下することが知られている。したがって、電気的性質
の違いが圧縮応力によるものであることが推定される。
【００２６】図１に変位量の測定結果を示す。本発明に
よる実施例の試料Ｃ１〜Ｃ４は、比較例の試料Ａと比べ
て、比較例の試料Ｂほどの変位量の低下は見られず、ほ
ぼ同等あるいはそれ以上の性能を示すことがわかる。図
２に２軸曲げ強度の測定結果を示す。本発明による実施
例の試料Ｃ１〜Ｃ４は、比較例の試料Ａよりも強度が向
上し、最大で約１０％の向上が認められた。
よる実施例の試料Ｃ１〜Ｃ４は、比較例の試料Ａと比べ
て、比較例の試料Ｂほどの変位量の低下は見られず、ほ
ぼ同等あるいはそれ以上の性能を示すことがわかる。図
２に２軸曲げ強度の測定結果を示す。本発明による実施
例の試料Ｃ１〜Ｃ４は、比較例の試料Ａよりも強度が向
上し、最大で約１０％の向上が認められた。
【００２７】図３に２軸曲げ強度と変位量との相関を示
す。アクチュエータ等に求められる特性は矢印で示した
右上の方向であるが、本発明で得られた実施例のＣ１〜
Ｃ４が、比較例のＡ、Ｂを凌駕していることがわかる。
以上のように、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で
機械的強度に優れた強誘電性セラミックスを、簡便かつ
安価に製造できることがわかる。 表 １ 測定に用いた試料の特性 ──────────────────────────────────── 特性 Ａ Ｂ C1 C2 C3 C4 ──────────────────────────────────── 化学組成 ZrO2(mol 比) 52.7 57.5 58.5 58.2 58.5 58.2 TiO2(mol 比) 47.3 47.3 47.4 47.4 47.4 47.4 PbO (mol 比) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 格子定数 a(Å) 4.044 4.040 4.044 4.044 4.044 4.044 c(Å) 4.144 4.140 4.140 4.144 4.140 4.140 過剰ZrO2(mol%) 化学分析より ─ 4.8 5.8 5.5 5.8 5.7 Ｘ線回折より ─ 6.5 5.7 5.4 5.9 6.3 平均粒径( μm) 3.3 3.3 3.1 3.5 3.8 4.1 密度(g/cm3) 7.84 7.82 7.86 7.86 7.86 7.82 ─────────────────────────────────── 表 ２ 各試料の誘電率の測定結果 ──────────────────────────────────── 特性 Ａ Ｂ C1 C2 C3 C4 ──────────────────────────────────── 相転移温度 349.5 348.7 346.6 347.0 345.0 345.0 誘電率 室温 1230 1140 1220 1240 1230 1240 相転移温度 25600 16700 25100 27000 27500 28800 ────────────────────────────────────
す。アクチュエータ等に求められる特性は矢印で示した
右上の方向であるが、本発明で得られた実施例のＣ１〜
Ｃ４が、比較例のＡ、Ｂを凌駕していることがわかる。
以上のように、電気的特性が従来のＰＺＴと同等以上で
機械的強度に優れた強誘電性セラミックスを、簡便かつ
安価に製造できることがわかる。 表 １ 測定に用いた試料の特性 ──────────────────────────────────── 特性 Ａ Ｂ C1 C2 C3 C4 ──────────────────────────────────── 化学組成 ZrO2(mol 比) 52.7 57.5 58.5 58.2 58.5 58.2 TiO2(mol 比) 47.3 47.3 47.4 47.4 47.4 47.4 PbO (mol 比) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 格子定数 a(Å) 4.044 4.040 4.044 4.044 4.044 4.044 c(Å) 4.144 4.140 4.140 4.144 4.140 4.140 過剰ZrO2(mol%) 化学分析より ─ 4.8 5.8 5.5 5.8 5.7 Ｘ線回折より ─ 6.5 5.7 5.4 5.9 6.3 平均粒径( μm) 3.3 3.3 3.1 3.5 3.8 4.1 密度(g/cm3) 7.84 7.82 7.86 7.86 7.86 7.82 ─────────────────────────────────── 表 ２ 各試料の誘電率の測定結果 ──────────────────────────────────── 特性 Ａ Ｂ C1 C2 C3 C4 ──────────────────────────────────── 相転移温度 349.5 348.7 346.6 347.0 345.0 345.0 誘電率 室温 1230 1140 1220 1240 1230 1240 相転移温度 25600 16700 25100 27000 27500 28800 ────────────────────────────────────
【図１】実施例および比較例の各試料の変位量の測定結
果を示す図である。
果を示す図である。
【図２】実施例および比較例の各試料の２軸曲げ強度の
測定結果を示す図である。
測定結果を示す図である。
【図３】実施例および比較例の各試料の２軸曲げ強度と
変位量との相関を示す図である。
変位量との相関を示す図である。
Ａ…比較例の試料 Ｂ…比較例の試
料 Ｃ１…実施例の試料 Ｃ２…実施例の
試料 Ｃ３…実施例の試料 Ｃ４…実施例の
試料
料 Ｃ１…実施例の試料 Ｃ２…実施例の
試料 Ｃ３…実施例の試料 Ｃ４…実施例の
試料
Claims (4)
- 【請求項１】ＺｒＯ2 の析出分を見込んでＰｂ量を不足
とした組成になるように、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 およびＺｒ
Ｏ2 の原料粉末を調製する工程と、 原料粉末を混合し、ＰｂＯの昇華による離散がない条件
で、混合粉末を仮焼する仮焼工程と、 ＰｂＯの昇華による離散がない条件で、仮焼生成物を９
００〜１２００℃の温度で焼成すると同時に、微細なＺ
ｒＯ2 をＰｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ≦
０．６）中に分散析出させる本焼成工程と、 からなることを特徴とする強誘電性セラミックスの製造
方法。 - 【請求項２】Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 （０．４≦ｘ
≦０．６）に分散析出するＺｒＯ2 の平均粒径は１μｍ
以下であることを特徴とする請求項１記載の強誘電性セ
ラミックスの製造方法。 - 【請求項３】仮焼工程は原料粉末のＺｒＯ2 と一部のＰ
ｂＯとを仮焼してＰｂＺｒＯ2 とし、その後得られたＰ
ｂＺｒＯ3 と残されたＴｉＯ2 および残部のＰｂＯとを
混合し仮焼する工程であることを特徴とする請求項１記
載の強誘電性セラミックスの製造方法。 - 【請求項４】仮焼工程は原料粉末を混合し加熱してＰｂ
1-a （Ｚｒ1-b Ｔｉb）Ｏ3 （ここでａおよびｂはｃそ
れぞれ１未満の正数）とする工程であり、本焼成工程は
得られたＰｂ1-a （Ｚｒ1-b Ｔｉb ）Ｏ3 よりａＺｒＯ
2 をＰｂ1-a （Ｚｒ1-b Ｔｉb-a ）Ｏ3 マトリックス中
に分散析出させる工程である請求項１記載の強誘電性セ
ラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7418695A JPH08268756A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 強誘電性セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7418695A JPH08268756A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 強誘電性セラミックスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08268756A true JPH08268756A (ja) | 1996-10-15 |
Family
ID=13539898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7418695A Pending JPH08268756A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 強誘電性セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08268756A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002009204A1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film piezoelectric element |
| JP2002299714A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びこれを用いた電気機器 |
| JP2007157910A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Denso Corp | 圧電セラミックス、積層圧電セラミック素子及びその製造方法 |
| CN114736015A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-07-12 | 信阳师范学院 | 一种采用真空热压烧结炉制备的插层锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7418695A patent/JPH08268756A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002009204A1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin-film piezoelectric element |
| US6900579B2 (en) | 2000-07-24 | 2005-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thin film piezoelectric element |
| CN100347872C (zh) * | 2000-07-24 | 2007-11-07 | 松下电器产业株式会社 | 薄膜压电元件 |
| JP2002299714A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びこれを用いた電気機器 |
| JP2007157910A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Denso Corp | 圧電セラミックス、積層圧電セラミック素子及びその製造方法 |
| CN114736015A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-07-12 | 信阳师范学院 | 一种采用真空热压烧结炉制备的插层锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 |
| CN114736015B (zh) * | 2022-04-26 | 2022-12-23 | 信阳师范学院 | 一种采用真空热压烧结炉制备的插层锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 |
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