JPH09100156A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents
誘電体磁器組成物Info
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- JPH09100156A JPH09100156A JP7258036A JP25803695A JPH09100156A JP H09100156 A JPH09100156 A JP H09100156A JP 7258036 A JP7258036 A JP 7258036A JP 25803695 A JP25803695 A JP 25803695A JP H09100156 A JPH09100156 A JP H09100156A
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化鉛（ＰｂＯ）を多量に含んでいる圧電
（電歪）材料は、セラミックスあるいは単結晶として製
造する際に、焼成、溶融等の熱処理が不可避なプロセス
であり、工業レベルで考えた場合、揮発性成分である酸
化鉛の大気中への揮発、拡散量は極めて多量である。 【解決手段】 （Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3をＢＮＴと
し、ＮａＮｂＯ3をＮＮとしたとき、これらを端成分と
する二成分系固溶体 （１−ｘ）ＢＮＴ−ｘＮＮ におい
て、０＜ｘ＜１の範囲で表される誘電体磁器組成物を提
供する。
（電歪）材料は、セラミックスあるいは単結晶として製
造する際に、焼成、溶融等の熱処理が不可避なプロセス
であり、工業レベルで考えた場合、揮発性成分である酸
化鉛の大気中への揮発、拡散量は極めて多量である。 【解決手段】 （Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3をＢＮＴと
し、ＮａＮｂＯ3をＮＮとしたとき、これらを端成分と
する二成分系固溶体 （１−ｘ）ＢＮＴ−ｘＮＮ におい
て、０＜ｘ＜１の範囲で表される誘電体磁器組成物を提
供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアクチェーター、セ
ンサーまたはマイクロは共振器等の分野で幅広く応用さ
れている圧電体（誘電体）材料の組成に関するものであ
る。
ンサーまたはマイクロは共振器等の分野で幅広く応用さ
れている圧電体（誘電体）材料の組成に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料は、外部から電界を印加される
ことによって歪みを発生する（電気エネルギーの機械エ
ネルギーへの変換）効果と、外部から応力を受けること
によって表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気
エネルギーへの変換）効果を有する（圧電性を有する）
材料であり、アクチュエーター、センサー等の分野で幅
広く利用されている。例えば、圧電材料は、印加電界に
対して（ＰＺＴの場合で）10-10ｍ／Ｖのオーダーでほ
ぼ比例した歪み量を発生することから、微小な位置出し
等の応用に優れており、光学系の微調整などにも利用さ
れている。また、それとは逆に、加えられた応力あるい
はそれによる自身の変形量に比例した大きさの電荷が発
生することから、微小な力や変形を読みとるためのセン
サーとしても利用されている。また、圧電材料は優れた
応答性を持つことから、交流電界を印加することで、圧
電材料自身あるいは圧電材料と接合関係にある弾性体を
励振し、共振をおこさせることも可能である。この応用
例としては超音波モータがあり、カメラのオートフォー
カス等に利用されている。さらに、印加電界に比例した
歪み量を発生する性質と、加えられた応力、変形に比例
した電荷を発生する性質の両方を同時に利用したものと
して、圧電ジャイロやアクティブダンパーがある。前者
は圧電材料に交流電界を印加することで弾性体の共振運
動を励振し、これに対し外部から回転運動による角速度
が加えられた時、発生するコリオリ力を再び圧電材料に
より電気信号に変換することで加えられた角速度の大き
さを定量するものである。それに対し、後者は、外部か
ら受けた振動を圧電材料により電気信号に変換すること
で定量し、今度はそれと逆位相の交流電界を圧電材料に
印加することで、受けた振動を強制的に打ち消すもので
ある。
ことによって歪みを発生する（電気エネルギーの機械エ
ネルギーへの変換）効果と、外部から応力を受けること
によって表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気
エネルギーへの変換）効果を有する（圧電性を有する）
材料であり、アクチュエーター、センサー等の分野で幅
広く利用されている。例えば、圧電材料は、印加電界に
対して（ＰＺＴの場合で）10-10ｍ／Ｖのオーダーでほ
ぼ比例した歪み量を発生することから、微小な位置出し
等の応用に優れており、光学系の微調整などにも利用さ
れている。また、それとは逆に、加えられた応力あるい
はそれによる自身の変形量に比例した大きさの電荷が発
生することから、微小な力や変形を読みとるためのセン
サーとしても利用されている。また、圧電材料は優れた
応答性を持つことから、交流電界を印加することで、圧
電材料自身あるいは圧電材料と接合関係にある弾性体を
励振し、共振をおこさせることも可能である。この応用
例としては超音波モータがあり、カメラのオートフォー
カス等に利用されている。さらに、印加電界に比例した
歪み量を発生する性質と、加えられた応力、変形に比例
した電荷を発生する性質の両方を同時に利用したものと
して、圧電ジャイロやアクティブダンパーがある。前者
は圧電材料に交流電界を印加することで弾性体の共振運
動を励振し、これに対し外部から回転運動による角速度
が加えられた時、発生するコリオリ力を再び圧電材料に
より電気信号に変換することで加えられた角速度の大き
さを定量するものである。それに対し、後者は、外部か
ら受けた振動を圧電材料により電気信号に変換すること
で定量し、今度はそれと逆位相の交流電界を圧電材料に
印加することで、受けた振動を強制的に打ち消すもので
ある。
【０００３】現在実用化されている圧電材料の大部分
は、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）からな
る固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、三方晶系
のＰＺと正方晶系のＰＴの結晶学的な相境界（Ｍ．Ｐ．
Ｂ．）の付近の組成を用いることで、優れた圧電特性を
もつ材料が得られるからである。ＰＺＴはこのＭ．Ｐ．
Ｂ．の組成に対し様々な副成分、添加成分を加えること
により、多種多様なニーズに答えるための幅広い組成ラ
インナップが開発されている。それらは、機械的品質係
数（Ｑm）が小さい代わりに圧電定数（ｄij）が大き
く、位置出し用アクチュエータのような用途に向いてい
るものから、圧電定数（ｄij）が小さい代わりに機械的
品質係数（Ｑm）が大きく、超音波モータ等の超音波発
生素子のような使い方をする用途に向いているものまで
様々なものが開発されている。
は、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）からな
る固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、三方晶系
のＰＺと正方晶系のＰＴの結晶学的な相境界（Ｍ．Ｐ．
Ｂ．）の付近の組成を用いることで、優れた圧電特性を
もつ材料が得られるからである。ＰＺＴはこのＭ．Ｐ．
Ｂ．の組成に対し様々な副成分、添加成分を加えること
により、多種多様なニーズに答えるための幅広い組成ラ
インナップが開発されている。それらは、機械的品質係
数（Ｑm）が小さい代わりに圧電定数（ｄij）が大き
く、位置出し用アクチュエータのような用途に向いてい
るものから、圧電定数（ｄij）が小さい代わりに機械的
品質係数（Ｑm）が大きく、超音波モータ等の超音波発
生素子のような使い方をする用途に向いているものまで
様々なものが開発されている。
【０００４】一方、圧電材料とは別に、類似の性質を有
するものとして電歪材料がある。電歪は、印加電界の二
乗に比例した大きさの歪み量が発生するという性質を持
つ。また、圧電材料はセラミックスとして使用する際の
分極処理等の問題から強誘電体材料を用いるため、強誘
電性に起因するヒステリシスが電界誘起歪みにも伴うと
いう欠点を持つのに対し、電歪材料はリラクサ強誘電体
材料の常誘電相を利用するため、電界誘起歪みにヒステ
リシスを伴わないという利点を持つ。
するものとして電歪材料がある。電歪は、印加電界の二
乗に比例した大きさの歪み量が発生するという性質を持
つ。また、圧電材料はセラミックスとして使用する際の
分極処理等の問題から強誘電体材料を用いるため、強誘
電性に起因するヒステリシスが電界誘起歪みにも伴うと
いう欠点を持つのに対し、電歪材料はリラクサ強誘電体
材料の常誘電相を利用するため、電界誘起歪みにヒステ
リシスを伴わないという利点を持つ。
【０００５】現在実用的な電歪材料のほとんどのもの
は、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3（ＰＭＮ）を基本組成
とした複合酸化物である。それは、電歪定数が誘電率の
二乗に比例する量であるため、使用する温度領域ででき
る限り大きな誘電率を有する材料であることが求められ
ると同時に、電界誘起歪みに伴うヒステリシスをキャン
セルするため、使用する温度領域で常誘電相である必要
があり、室温よりもやや低いところにキューリー点（Ｔ
C）を持つ高誘電率の材料であることが求められるから
で、その条件を満たすものがＰＭＮだからである。
は、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3（ＰＭＮ）を基本組成
とした複合酸化物である。それは、電歪定数が誘電率の
二乗に比例する量であるため、使用する温度領域ででき
る限り大きな誘電率を有する材料であることが求められ
ると同時に、電界誘起歪みに伴うヒステリシスをキャン
セルするため、使用する温度領域で常誘電相である必要
があり、室温よりもやや低いところにキューリー点（Ｔ
C）を持つ高誘電率の材料であることが求められるから
で、その条件を満たすものがＰＭＮだからである。
【０００６】また、その他の圧電、電歪材料も、現在実
用化されているほとんどのものがＰＺＴ、ＰＭＮあるい
はそれ以外の鉛系ペロブスカイト組成を主成分とする固
溶体組成からなる。
用化されているほとんどのものがＰＺＴ、ＰＭＮあるい
はそれ以外の鉛系ペロブスカイト組成を主成分とする固
溶体組成からなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの鉛
系圧電（電歪）材料は、主成分として低温でも揮発性の
極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を多量に含んでいる。例え
ば、ＰＺＴやＰＭＮでは重量比で約３分の２が酸化鉛で
ある。これらの圧電（電歪）材料は、セラミックスある
いは単結晶として製造する際に、焼成、溶融等の熱処理
が不可避なプロセスであり、工業レベルで考えた場合、
揮発性成分である酸化鉛の大気中への揮発、拡散量は極
めて多量である。従って、今後圧電（電歪）セラミック
ス及び単結晶の応用分野が広がり、使用量が増大するこ
で、低公害化つまり無鉛化の問題が生じることは必然的
と言える。そのため、生態学的な見地及び公害防止の面
からも、無鉛あるいは低鉛で優れた圧電（電歪）特性を
示す材料が求められている。
系圧電（電歪）材料は、主成分として低温でも揮発性の
極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を多量に含んでいる。例え
ば、ＰＺＴやＰＭＮでは重量比で約３分の２が酸化鉛で
ある。これらの圧電（電歪）材料は、セラミックスある
いは単結晶として製造する際に、焼成、溶融等の熱処理
が不可避なプロセスであり、工業レベルで考えた場合、
揮発性成分である酸化鉛の大気中への揮発、拡散量は極
めて多量である。従って、今後圧電（電歪）セラミック
ス及び単結晶の応用分野が広がり、使用量が増大するこ
で、低公害化つまり無鉛化の問題が生じることは必然的
と言える。そのため、生態学的な見地及び公害防止の面
からも、無鉛あるいは低鉛で優れた圧電（電歪）特性を
示す材料が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明は、「（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3をＢＮＴ
とし、ＮａＮｂＯ3をＮＮとしたとき、これらを端成分
とする二成分系固溶体 （１−ｘ）ＢＮＴ−ｘＮＮ にお
いて、０＜ｘ＜１の範囲で表される誘電体磁器組成物」
を提供するものである。
に、本発明は、「（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3をＢＮＴ
とし、ＮａＮｂＯ3をＮＮとしたとき、これらを端成分
とする二成分系固溶体 （１−ｘ）ＢＮＴ−ｘＮＮ にお
いて、０＜ｘ＜１の範囲で表される誘電体磁器組成物」
を提供するものである。
【０００９】なお、本発明の二成分系固溶体は、 ＢＮ
Ｔ−ｍＮＮ（ただし、ｍ＝100ｘ）と表記される。
Ｔ−ｍＮＮ（ただし、ｍ＝100ｘ）と表記される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本固溶体系の主成分である（Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）は、キューリー点
（ＴC）が320℃の強誘電体であり、三方晶系のペロブス
カイト型結晶構造をとる。一方ＮａＮｂＯ3（ＮＮ）は
斜方晶系のペロブスカイト型構造をとる反強誘電体であ
る。ＰＺＴが正方晶系のペロブスカイト型強誘電体ＰＴ
と三方晶系のペロブスカイト型反強誘電体ＰＺを固溶さ
せることで優れた圧電特性を得ていることは既知の事実
であり、従って同様の効果がＢＮＴ−ｍＮＮ系固溶体に
も期待される。また、本固溶体系は成分中に鉛を全く含
まない無鉛圧電材料であり、熱処理過程での鉛成分の大
気中への揮発、拡散による公害問題を完全に解決するこ
とができる。
1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）は、キューリー点
（ＴC）が320℃の強誘電体であり、三方晶系のペロブス
カイト型結晶構造をとる。一方ＮａＮｂＯ3（ＮＮ）は
斜方晶系のペロブスカイト型構造をとる反強誘電体であ
る。ＰＺＴが正方晶系のペロブスカイト型強誘電体ＰＴ
と三方晶系のペロブスカイト型反強誘電体ＰＺを固溶さ
せることで優れた圧電特性を得ていることは既知の事実
であり、従って同様の効果がＢＮＴ−ｍＮＮ系固溶体に
も期待される。また、本固溶体系は成分中に鉛を全く含
まない無鉛圧電材料であり、熱処理過程での鉛成分の大
気中への揮発、拡散による公害問題を完全に解決するこ
とができる。
【００１１】
【実施例】出発原料として、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）
｛東京化精｝、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）｛関東化
学｝、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）｛三井金属鉱業｝、酸化
チタン（ＴｉＯ2）｛チタン工業｝の粉末原料を用い
た。100℃以上で十分に乾燥した出発原料を所定量秤量
し、アセトン溶媒中ジルコニアボールを用いて約10時間
のボールミル混合を行った。混合した粉末原料は十分に
乾燥させた後、プレス成形を施し800℃で２時間の仮焼
処理をした。さらにこれをボールミルで約20時間粉砕し
た後、再び乾燥し、バインダーとしてＰ．Ｖ．Ａ．（ポ
リビニルアルコール）を加えて造粒した。造粒粉は、一
軸プレス成形機を用いて1000−2000kgf／cm2の加重をか
けて直径20mm、厚さ約1.5mmの円盤状ペレットに成形し
た。成形した試料は500℃で３時間の熱処理を行ってバ
インダーを揮発させた後、950℃−1300℃で２−４時間
の本焼成を行った。焼成条件は、昇温、降温ともに100
℃／分である。本焼成により得られた試料は、厚さ約0.
4−0.5mmの平行平板に研磨した後、銀ペーストを550℃
で焼き付け電極とした。そしてこれらの試料について磁
器的性質、電気抵抗率、誘電的性質、圧電的性質、機械
的性質、圧電歪み等の諸特性について測定を行った。
｛東京化精｝、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）｛関東化
学｝、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）｛三井金属鉱業｝、酸化
チタン（ＴｉＯ2）｛チタン工業｝の粉末原料を用い
た。100℃以上で十分に乾燥した出発原料を所定量秤量
し、アセトン溶媒中ジルコニアボールを用いて約10時間
のボールミル混合を行った。混合した粉末原料は十分に
乾燥させた後、プレス成形を施し800℃で２時間の仮焼
処理をした。さらにこれをボールミルで約20時間粉砕し
た後、再び乾燥し、バインダーとしてＰ．Ｖ．Ａ．（ポ
リビニルアルコール）を加えて造粒した。造粒粉は、一
軸プレス成形機を用いて1000−2000kgf／cm2の加重をか
けて直径20mm、厚さ約1.5mmの円盤状ペレットに成形し
た。成形した試料は500℃で３時間の熱処理を行ってバ
インダーを揮発させた後、950℃−1300℃で２−４時間
の本焼成を行った。焼成条件は、昇温、降温ともに100
℃／分である。本焼成により得られた試料は、厚さ約0.
4−0.5mmの平行平板に研磨した後、銀ペーストを550℃
で焼き付け電極とした。そしてこれらの試料について磁
器的性質、電気抵抗率、誘電的性質、圧電的性質、機械
的性質、圧電歪み等の諸特性について測定を行った。
【００１２】結晶構造及び格子定数の決定には、ＪＯＥ
Ｌ製Ｘ線回折装置を用い、さらに実測密度とＸ線理論密
度の対比から密度比を決定した。また日立製作所製Ｓ−
2400走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、セラミックス
表面の微細構造の観察を行った。ＳＥＭ観察の際には、
試料表面をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨し、
さらに100℃30分の熱エッチングを施した。また、電気
抵抗率の測定は、ハイレジスタンスメータＹＨＰ4329Ａ
を用いて、30℃から180℃の範囲で100Ｖ／mmの印加電界
で行った。誘電率と誘電損失の温度特性は、ＬＣＲメー
タＹＨＰ4275ＡとデスクトップコンピュータＨＰ9825Ｂ
を用いて、周波数１ＭＨｚで自動測定した。次に試料の
強誘電性を調べるために、ソーヤ・タワー回路を用いて
室温、50ｋＨｚでＤ−Ｅヒステリシスループの観察を行
い、残留分極と抗電界の値を求めた。圧電測定は、ＬＦ
インピーダンスアナライザ（ＹＨＰ4192Ａ）及びデスク
トップコンピュータ（ＨＰ9816Ｓ）を用いた自動測定
で、共振反共振法により電気機械結合係数（ｋij）、周
波数定数（Ｎij）、弾性コンプライアンス（ｓij）、圧
電定数（ｄij）、機械的品質係数（Ｑm）等の各定数の
測定を行った。また、機械的性質として圧電セラミック
スの機械的破壊強度を調べるために、共和電業製ＬＭ−
Ａ型圧力センサー、共和電業製ＤＰＭ−６１１ひずみ測
定器、デスクトップコンピュータ（ＦＵＪＩＴＳＵ Ｆ
Ｍ−８）を用いて、三点曲げ法による降折力の自動測定
を行った。さらに、金属抵抗線歪みゲージを用いて、圧
電アクチュエータ特性として電界歪み特性の直接測定を
行った。
Ｌ製Ｘ線回折装置を用い、さらに実測密度とＸ線理論密
度の対比から密度比を決定した。また日立製作所製Ｓ−
2400走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、セラミックス
表面の微細構造の観察を行った。ＳＥＭ観察の際には、
試料表面をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨し、
さらに100℃30分の熱エッチングを施した。また、電気
抵抗率の測定は、ハイレジスタンスメータＹＨＰ4329Ａ
を用いて、30℃から180℃の範囲で100Ｖ／mmの印加電界
で行った。誘電率と誘電損失の温度特性は、ＬＣＲメー
タＹＨＰ4275ＡとデスクトップコンピュータＨＰ9825Ｂ
を用いて、周波数１ＭＨｚで自動測定した。次に試料の
強誘電性を調べるために、ソーヤ・タワー回路を用いて
室温、50ｋＨｚでＤ−Ｅヒステリシスループの観察を行
い、残留分極と抗電界の値を求めた。圧電測定は、ＬＦ
インピーダンスアナライザ（ＹＨＰ4192Ａ）及びデスク
トップコンピュータ（ＨＰ9816Ｓ）を用いた自動測定
で、共振反共振法により電気機械結合係数（ｋij）、周
波数定数（Ｎij）、弾性コンプライアンス（ｓij）、圧
電定数（ｄij）、機械的品質係数（Ｑm）等の各定数の
測定を行った。また、機械的性質として圧電セラミック
スの機械的破壊強度を調べるために、共和電業製ＬＭ−
Ａ型圧力センサー、共和電業製ＤＰＭ−６１１ひずみ測
定器、デスクトップコンピュータ（ＦＵＪＩＴＳＵ Ｆ
Ｍ−８）を用いて、三点曲げ法による降折力の自動測定
を行った。さらに、金属抵抗線歪みゲージを用いて、圧
電アクチュエータ特性として電界歪み特性の直接測定を
行った。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】
【表５】
【００１８】以下ＢＮＴ−ｍＮＮ系固溶体の諸特性につ
いて述べる。結晶構造はＢＮＴの多い領域では三方晶系
のペロブスカイト型構造であり、ＮＮの固溶量が92％の
近辺から斜方晶系のペロブスカイト型構造に移行し、ｍ
＝90−92付近にＭ．Ｐ．Ｂ．があるものと考えられる。
誘電率の温度特性は、０＜ｍ＜10の範囲ではｍの増加に
伴ってキューリー点（ＴC）が低くなり、ＴCでの比誘電
率のピークも徐々に鈍くなっていく傾向となった。ま
た、10＜ｍ＜90の範囲では比誘電率の温度特性は非常に
ブロードなもので室温から高温にかけてなめらかに減少
し、90＜ｍでは反強誘電の鋭いピークが観察された。
いて述べる。結晶構造はＢＮＴの多い領域では三方晶系
のペロブスカイト型構造であり、ＮＮの固溶量が92％の
近辺から斜方晶系のペロブスカイト型構造に移行し、ｍ
＝90−92付近にＭ．Ｐ．Ｂ．があるものと考えられる。
誘電率の温度特性は、０＜ｍ＜10の範囲ではｍの増加に
伴ってキューリー点（ＴC）が低くなり、ＴCでの比誘電
率のピークも徐々に鈍くなっていく傾向となった。ま
た、10＜ｍ＜90の範囲では比誘電率の温度特性は非常に
ブロードなもので室温から高温にかけてなめらかに減少
し、90＜ｍでは反強誘電の鋭いピークが観察された。
【００１９】Ｄ−Ｅヒステリシスループの観察からは、
ＢＮＴ−３ＮＮの組成で、残留分極Ｐrが最大値32.6μ
Ｃ／cm2をとることが確認され、高い圧電性を示す可能
性が認められた。また、この組成での抗電界ＥCは46.4
ｋＶ／cmであった。ポーリング条件は縦振動電気機械結
合係数ｋ33を目安とし、電界ＥP、温度ＴP、時間ｔPを
パラメータとして、Ｐrの大きいＢＮＴ−３ＮＮを用い
て調査した結果、最適値はＥP＝６−７ｋＶ／mm、ＴP＝
40−70℃、ｔP＝60分であった。
ＢＮＴ−３ＮＮの組成で、残留分極Ｐrが最大値32.6μ
Ｃ／cm2をとることが確認され、高い圧電性を示す可能
性が認められた。また、この組成での抗電界ＥCは46.4
ｋＶ／cmであった。ポーリング条件は縦振動電気機械結
合係数ｋ33を目安とし、電界ＥP、温度ＴP、時間ｔPを
パラメータとして、Ｐrの大きいＢＮＴ−３ＮＮを用い
て調査した結果、最適値はＥP＝６−７ｋＶ／mm、ＴP＝
40−70℃、ｔP＝60分であった。
【００２０】電気機械結合係数は、ｋpはほとんど組成
依存性がないのに対し、ｋtおよびｋ 33はＰrから予測し
たとおりＢＮＴ−３ＮＮで最大値をとり、ｋt＝42.4
％、ｋ33＝43.3％、またｋp＝10.8％であった。周波数
定数は、組成依存性はほとんどなく全体的に大きな値と
なり、ＢＮＴ−３ＮＮではＮp、Ｎt，Ｎ33の値はそれぞ
れＮp＝3220Ｈｚ・ｍ、Ｎt＝2572Ｈｚ・ｍ、Ｎ33＝2504
Ｈｚ・ｍであった。
依存性がないのに対し、ｋtおよびｋ 33はＰrから予測し
たとおりＢＮＴ−３ＮＮで最大値をとり、ｋt＝42.4
％、ｋ33＝43.3％、またｋp＝10.8％であった。周波数
定数は、組成依存性はほとんどなく全体的に大きな値と
なり、ＢＮＴ−３ＮＮではＮp、Ｎt，Ｎ33の値はそれぞ
れＮp＝3220Ｈｚ・ｍ、Ｎt＝2572Ｈｚ・ｍ、Ｎ33＝2504
Ｈｚ・ｍであった。
【００２１】誘電定数ε33 t／ε0は、ｍ＜７の範囲では
ｍの増加とともに増加する傾向にある。ＢＮＴ−３ＮＮ
のε33 t／ε0の値は338であった。圧電ひずみ定数ｄ33
及び圧電電圧定数ｇ33は、予想どおりＢＮＴ−３ＮＮで
最大値をとり、それぞれｄ33＝71.1ｘ１０-12Ｃ／Ｎ、
ｇ33＝23.8ｘ１０-3Ｖ・ｍ／Ｎであった。
ｍの増加とともに増加する傾向にある。ＢＮＴ−３ＮＮ
のε33 t／ε0の値は338であった。圧電ひずみ定数ｄ33
及び圧電電圧定数ｇ33は、予想どおりＢＮＴ−３ＮＮで
最大値をとり、それぞれｄ33＝71.1ｘ１０-12Ｃ／Ｎ、
ｇ33＝23.8ｘ１０-3Ｖ・ｍ／Ｎであった。
【００２２】弾性コンプライアンスの値は全体的に小さ
く、ＢＮＴ−３ＮＮでｓ33 E＝9.03ｘ10-12ｍ2／Ｎ、ｓ
33 D＝7.34ｘ10-12ｍ2／Ｎであった。電界ひずみ特性は
６ｋＶ／mm、70℃、60分の分極処理を施したＢＮＴ−３
ＮＮの横方向について測定したところ20ｋＶ／cmの印可
電界で４ｘ10-5程度のひずみ量が認められた。
く、ＢＮＴ−３ＮＮでｓ33 E＝9.03ｘ10-12ｍ2／Ｎ、ｓ
33 D＝7.34ｘ10-12ｍ2／Ｎであった。電界ひずみ特性は
６ｋＶ／mm、70℃、60分の分極処理を施したＢＮＴ−３
ＮＮの横方向について測定したところ20ｋＶ／cmの印可
電界で４ｘ10-5程度のひずみ量が認められた。
【００２３】
【発明の効果】このように、本発明では｛（Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）とＮａＮｂＯ3（ＮＮ）を端
成分とする無鉛の二成分系固溶体ＢＮＴ−ｍＮＮを提供
することで、従来のような、主成分として低温でも揮発
性の極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を重量比で約３分の２
も含んでいるＰＺＴやＰＭＮ等の鉛系圧電（電歪）材料
では避けることのできなかった、焼成、溶融等の熱処理
プロセスでの酸化鉛の大気中への多量の揮発、拡散を完
全に無くすことが可能となった。これは、今後圧電（電
歪）セラミックス及び単結晶の応用分野が広がり、使用
量が増大するこで、必然的に生じるであろう鉛問題に対
する根本的な解決策であり、生態学的な見地及び公害防
止の面からも、極めて大きな効果を持つものである。ま
たＢＮＴ−ｍＮＮ二成分系固溶体は、単独で使うのでは
なく、これをベースにその他の強誘電体を固溶していく
ことでさらに大きな効果が期待できるものである。
ａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）とＮａＮｂＯ3（ＮＮ）を端
成分とする無鉛の二成分系固溶体ＢＮＴ−ｍＮＮを提供
することで、従来のような、主成分として低温でも揮発
性の極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を重量比で約３分の２
も含んでいるＰＺＴやＰＭＮ等の鉛系圧電（電歪）材料
では避けることのできなかった、焼成、溶融等の熱処理
プロセスでの酸化鉛の大気中への多量の揮発、拡散を完
全に無くすことが可能となった。これは、今後圧電（電
歪）セラミックス及び単結晶の応用分野が広がり、使用
量が増大するこで、必然的に生じるであろう鉛問題に対
する根本的な解決策であり、生態学的な見地及び公害防
止の面からも、極めて大きな効果を持つものである。ま
たＢＮＴ−ｍＮＮ二成分系固溶体は、単独で使うのでは
なく、これをベースにその他の強誘電体を固溶していく
ことでさらに大きな効果が期待できるものである。
Claims (1)
- 【請求項１】（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3をＢＮＴと
し、ＮａＮｂＯ3をＮＮとしたとき、これらを端成分と
する二成分系固溶体 （１−ｘ）ＢＮＴ−ｘＮＮ において、０＜ｘ＜１の範囲で表される誘電体磁器組成
物。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7258036A JPH09100156A (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 誘電体磁器組成物 |
| US08/723,348 US5637542A (en) | 1995-10-04 | 1996-09-30 | Dielectric ceramic composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7258036A JPH09100156A (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 誘電体磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09100156A true JPH09100156A (ja) | 1997-04-15 |
Family
ID=17314650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7258036A Pending JPH09100156A (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 誘電体磁器組成物 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5637542A (ja) |
| JP (1) | JPH09100156A (ja) |
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| EP3736051A1 (en) | 2019-05-09 | 2020-11-11 | Honda Electronics Co., Ltd. | Ultrasonic sensor |
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1995
- 1995-10-04 JP JP7258036A patent/JPH09100156A/ja active Pending
-
1996
- 1996-09-30 US US08/723,348 patent/US5637542A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5637542A (en) | 1997-06-10 |
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