JPH09157018A - 圧電磁器組成物およびその製造方法 - Google Patents

圧電磁器組成物およびその製造方法

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JPH09157018A
JPH09157018A JP7321399A JP32139995A JPH09157018A JP H09157018 A JPH09157018 A JP H09157018A JP 7321399 A JP7321399 A JP 7321399A JP 32139995 A JP32139995 A JP 32139995A JP H09157018 A JPH09157018 A JP H09157018A
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JP
Japan
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composition
piezoelectric ceramic
ceramic composition
vertices
piezoelectric
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JP7321399A
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English (en)
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Tomokazu Yamaguchi
朋一 山口
Rui Namiuchi
類 浪内
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 密度が大きく緻密な圧電磁器組成物を得るこ
とを目的とする。 【解決手段】 XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPb
TiO3−ZPbZrO 3を主成分とする圧電磁器組成物
(ただし、X+Y+Z=1で、AはX=0.49,Y=
0.50,Z=0.01、BはX=0.69,Y=0.
30,Z=0.01、CはX=0.08,Y=0.3
0,Z=0.62、DはX=0.04,Y=0.45,
Z=0.51、EはX=0.08,Y=0.52,Z=
0.40)に、Pb3(PO42を0.01〜0.5w
t%添加することによってPb3(PO42が上記圧電
磁器組成物の焼結時に上記圧電磁器組成物と反応して液
相を形成するため上記圧電磁器組成物の焼結性が向上し
密度の高い圧電性の高い圧電磁器組成物が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械エネルギ
ー変換素子として用いられる圧電磁器組成物およびその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Pb(Mg1/3Nb2/3)TiZrO3
の圧電磁器組成物が高い圧電性をもつことは、特公昭4
2−9716号公報などで知られている。従来このよう
な圧電磁器組成物は次のような方法で作られていた。す
なわち、PbO,ZnO,Nb 23,TiO2,ZrO2
を所定の組成になるように配合し、ボールミルなどで混
合した後800〜1000℃で仮焼して、XPb(Mg
1/3Nb2/3)O−YPbTiO3−ZPbZrO3の固溶
体を得、さらにボールミルなどで粉砕し、所定の形状に
成形したのち1100〜1300℃で焼成するというも
のであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の組成および製造方法では、焼結体の密度が小さい
ので、圧電性が低く、これを利用する電気機械エネルギ
ー変換素子の特性も低くなるという問題点を有してい
た。
【0004】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、密度が大きく緻密な圧電磁器組成物を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPbT
iO3−ZPbZrO3を主成分とする圧電磁器組成物の
うち、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、Pb
ZrO3を頂点とする三角座標で、組成A,B,C,
D,E(ただし、X+Y+Z=1で、AはX=0.4
9,Y=0.50,Z=0.01、BはX=0.69,
Y=0.30,Z=0.01、CはX=0.08,Y=
0.30,Z=0.62、DはX=0.04,Y=0.
45,Z=0.51、EはX=0.08,Y=0.5
2,Z=0.40)を頂点とする多角形内の組成に、P
3(PO42を0.01〜0.5wt%添加する圧電
磁器組成物を提供するものである。さらにXPb(Mg
1/3Nb2/3)O3−YPbTiO3−ZPbZrO3を主
成分とする圧電磁器組成物のうち、Pb(Mg1/3Nb
2/3)O3、PbTiO3、PbZrO3を頂点とする三角
座標で、組成A,B,C,D,E(ただし、X+Y+Z
=1で、AはX=0.49,Y=0.50,Z=0.0
1、BはX=0.69,Y=0.30,Z=0.01、
CはX=0.08,Y=0.30,Z=0.62、Dは
X=0.04,Y=0.45,Z=0.51、EはX=
0.08,Y=0.52,Z=0.40)を頂点とする
多角形内の組成となるように調整した原料粉を混合、仮
焼した後、粉砕時にPb3(PO42を0.01〜0.
5wt%添加する方法を提供するものである。またさら
に、XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPbTiO3−Z
PbZrO3を主成分とする圧電磁器組成物のうち、P
b(Mg1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、PbZrO3
を頂点とする三角座標で、組成A,B,C,D,E(た
だし、X+Y+Z=1で、AはX=0.49,Y=0.
50,Z=0.01、BはX=0.69,Y=0.3
0,Z=0.01、CはX=0.08,Y=0.30,
Z=0.62、DはX=0.04,Y=0.45,Z=
0.51、EはX=0.08,Y=0.52,Z=0.
40)を頂点とする多角形内の組成となるように調整し
た原料粉を混合、仮焼、粉砕した後、造粒時にPb
3(PO42を0.01〜0.5wt%添加する方法を
提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1の圧電磁器組成
物の組成さらには請求項2,3の製造方法によってPb
3(PO42が反応して焼結時に液相を作り焼結性が向
上するため密度の大きい圧電性の高い圧電磁器組成物を
得ることができるものである。
【0007】
【実施例】
(実施例1)以下本発明の一実施例について(図2)を
用いて述べる。原料として化学的に純度99%以上のP
bO、MgO、Nb25、TiO2、ZrO2を所定の組
成になるように秤量し、配合(1)してボールミルで混
合(2)した。混合粉末を850℃で仮焼(3)した
後、ボールミルで粉砕(4)した。この粉砕時に化学的
に純度99.9%のPb3(PO42粉を添加した。得
られた粉砕混合粉にバインダーとしてポリビニルアルコ
ールの水溶液を加えて造粒(5)して、1000kg/cm
2の圧力で成形(6)し、1100〜1300℃の温度
で焼成(7)した。得られた焼結体を直径15mm、厚さ
0.5mmの円板に加工(8)し、円板の上下面に銀電極
を焼きつけた。銀電極を焼きつけた円板を100℃のシ
リコンオイルに浸漬し、円板の上下電極間に1.5kV
の電位差を30分間与えて分極(9)を行った。分極後
24〜36時間を経てから電気特性を測定した。また、
焼結体の質量と大きさから密度を算出した。なお、測定
方法および各電気特性の計算は日本電子材料工業会の標
準規格(EMAS6001〜6007)に準じた。以上
の方法で得た各組成の電気特性と密度を(表1)に示
す。なお、表中のεT 33/ε0は分極方向と同じ方向の比
誘電率、kpは径方向振動の電気機械結合係数、ρは焼
結体の密度を示し、各組成における焼成温度はそれぞれ
の焼結体密度が最大となる焼成温度である。
【0008】
【表1】
【0009】この(表1)から明らかなように、XPb
(Mg1/3Nb2/3)O3−YPbTiO3−ZPbZrO
3にPb3(PO42を添加することによって焼結体の密
度を著しく向上させ、その圧電性を向上させることがで
きる。これはPb3(PO42が上記圧電磁器組成物の
焼結時に上記圧電磁器組成物と反応し液相を形成するた
め焼結性が向上するためである。しかし、Pb3(P
42の添加量が0.01wt%より少ない場合は添加
の効果が認められず、0.5wt%を越えると粒成長が
進み密度が低下するため好ましくない。また、上記圧電
磁器組成物の組成については圧電性の高い領域が特公昭
42−9716号公報で述べられているが、(表1)か
ら明らかなようにこの領域のすべてにおいて本発明は有
効である。さらに、Pb3(PO42の添加を混合時に
する場合と粉砕時に添加する場合で比較すると(表2)
のようになる。
【0010】
【表2】
【0011】(表2)のようにPb3(PO42を粉砕
時に添加したほうが密度の高い、電気性能の良い焼結体
が得られる。これは混合時に添加した場合には上記圧電
磁器組成物の仮焼の際にPb3(PO42が上記圧電磁
器組成物と反応してしまうために、上記圧電磁器組成物
の焼結時に液相が結晶粒界に存在し難くなり焼結性が向
上し難くなるためである。
【0012】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて(表3)を用いて説明する。(実施例1)と同様
にXPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPbTiO3−ZP
bZrO3圧電磁器組成物(ただし、X=0.125、
Y=0.44、Z=0.435)を作成した。ただし、
(実施例1)と異なる点は、Pb3(PO42を粉砕時
ではなく造粒時に10wt%酢酸溶液として加えたこと
である。このようにPb3(PO4 2の添加を造粒時に
する場合と混合時に添加する場合で比較すると(表3)
のようになる。なお、Pb3(PO42を酢酸溶液で加
えるのは造粒時に圧電磁器組成物の粉体と十分に混合さ
せるためで他の溶液または粉体で加えても良い。
【0013】
【表3】
【0014】(表3)のようにPb3(PO42を造粒
時に添加したほうが密度の高い、電気性能の良い焼結体
が得られる。これは混合時に添加した場合には上記圧電
磁器組成物の仮焼の際にPb3(PO42が上記圧電磁
器組成物と反応してしまうために、上記圧電磁器組成物
の焼結時に液相が結晶粒界に存在し難くなり焼結性が向
上し難くなるためである。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明は、(図1)のごと
くXPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPbTiO3−ZP
bZrO3を主成分とする圧電磁器組成物のうち、Pb
(Mg 1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、PbZrO3
頂点とする三角座標で、組成A,B,C,D,E(ただ
し、X+Y+Z=1で、AはX=0.49,Y=0.5
0,Z=0.01、BはX=0.69,Y=0.30,
Z=0.01、CはX=0.08,Y=0.30,Z=
0.62、DはX=0.04,Y=0.45,Z=0.
51、EはX=0.08,Y=0.52,Z=0.4
0)を頂点とする多角形内の組成に、Pb3(PO42
を0.01〜0.5wt%添加することによってPb3
(PO42が上記圧電磁器組成物の焼結時に上記圧電磁
器組成物と反応して液相を形成するため上記圧電磁器組
成物の焼結性が向上し密度の高い圧電性の高い圧電磁器
組成物が得られる。さらに、XPb(Mg1/3Nb2/3
3−YPbTiO3−ZPbZrO3を主成分とする圧
電磁器組成物のうち、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、P
bTiO3、PbZrO3を頂点とする三角座標で、組成
A,B,C,D,E(ただし、X+Y+Z=1で、Aは
X=0.49,Y=0.50,Z=0.01、BはX=
0.69,Y=0.30,Z=0.01、CはX=0.
08,Y=0.30,Z=0.62、DはX=0.0
4,Y=0.45,Z=0.51、EはX=0.08,
Y=0.52,Z=0.40)を頂点とする多角形内の
組成となるように調整した原料粉を混合、仮焼した後、
粉砕時にPb 3(PO42を0.01〜0.5wt%添
加することによってPb3(PO42が上記圧電磁器組
成物の焼成時に上記圧電磁器組成物と反応して形成され
る液相が効果的に粒界に存在するため上記圧電磁器組成
物の焼結性が著しく向上し密度の高い圧電性の高い圧電
磁器組成物が得られる。またさらに、XPb(Mg1/3
Nb2/3)O3−YPbTiO3−ZPbZrO3を主成分
とする圧電磁器組成物のうち、Pb(Mg1/3Nb2/3
3、PbTiO3、PbZrO3を頂点とする三角座標
で、組成A,B,C,D,E(ただし、X+Y+Z=1
で、AはX=0.49,Y=0.50,Z=0.01、
BはX=0.69,Y=0.30,Z=0.01、Cは
X=0.08,Y=0.30,Z=0.62、DはX=
0.04,Y=0.45,Z=0.51、EはX=0.
08,Y=0.52,Z=0.40)を頂点とする多角
形内の組成となるように調整した原料粉を混合、仮焼、
粉砕した後、造粒時にPb3(PO42の酢酸溶液をP
3(PO42に換算して0.01〜0.5wt%添加
することによってPb3(PO42が上記圧電磁器組成
物の焼成時に上記圧電磁器組成物と反応して形成される
液相が効果的に粒界に存在するため上記圧電磁器組成物
の焼結性が著しく向上し密度の高い圧電性の高い圧電磁
器組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電磁器組成物を示す組成図
【図2】本発明の一実施例の圧電磁器組成物の製造工程
を示す図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPb
    TiO3−ZPbZrO 3を主成分とする圧電磁器組成物
    のうち、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、P
    bZrO3を頂点とする三角座標で、組成A,B,C,
    D,Eを頂点とする多角形内の組成に、Pb3(PO4
    2を0.01〜0.5wt%添加したことを特徴とする
    圧電磁器組成物。(ただし、X+Y+Z=1で、AはX
    =0.49,Y=0.50,Z=0.01、BはX=
    0.69,Y=0.30,Z=0.01、CはX=0.
    08,Y=0.30,Z=0.62、DはX=0.0
    4,Y=0.45,Z=0.51、EはX=0.08,
    Y=0.52,Z=0.40である。)
  2. 【請求項2】 XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPb
    TiO3−ZPbZrO 3を主成分とする圧電磁器組成物
    のうち、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、P
    bZrO3を頂点とする三角座標で、組成A,B,C,
    D,Eを頂点とする多角形内の組成となるように調整し
    た原料粉を混合、仮焼した後、粉砕時にPb3(PO4
    2を0.01〜0.5wt%添加することを特徴とする
    圧電磁器組成物の製造方法。(ただし、X+Y+Z=1
    で、AはX=0.49,Y=0.50,Z=0.01、
    BはX=0.69,Y=0.30,Z=0.01、Cは
    X=0.08,Y=0.30,Z=0.62、DはX=
    0.04,Y=0.45,Z=0.51、EはX=0.
    08,Y=0.52,Z=0.40である。)
  3. 【請求項3】 XPb(Mg1/3Nb2/3)O3−YPb
    TiO3−ZPbZrO 3を主成分とする圧電磁器組成物
    のうち、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PbTiO3、P
    bZrO3を頂点とする三角座標で、組成A,B,C,
    D,Eを頂点とする多角形内の組成となるように調整し
    た原料粉を混合、仮焼、粉砕した後、造粒時にPb
    3(PO420.01〜0.5wt%添加することを特
    徴とする圧電磁器組成物の製造方法。(ただし、X+Y
    +Z=1で、AはX=0.49,Y=0.50,Z=
    0.01、BはX=0.69,Y=0.30,Z=0.
    01、CはX=0.08,Y=0.30,Z=0.6
    2、DはX=0.04,Y=0.45,Z=0.51、
    EはX=0.08,Y=0.52,Z=0.40であ
    る。)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6652905B2 (en) * 2000-09-20 2003-11-25 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric element and process for production thereof
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