JPH11100265A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH11100265A JPH11100265A JP9265468A JP26546897A JPH11100265A JP H11100265 A JPH11100265 A JP H11100265A JP 9265468 A JP9265468 A JP 9265468A JP 26546897 A JP26546897 A JP 26546897A JP H11100265 A JPH11100265 A JP H11100265A
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- JP
- Japan
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- ceramic composition
- piezoelectric ceramic
- srbi
- compound
- bismuth layered
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鉛を含有しない、実用的な圧電特性を有する圧
電磁器組成物を提供すること、および材料強度的にも優
れた圧電磁器組成物を提供すること。 【解決手段】圧電磁器組成物を鉛を含まない複数種のビ
スマス層状化合物で構成した複合化合物において、格子
定数の差を単体化合物の格子定数の平均値で除した値を
０.０２９ よりも小とする、あるいは複合化合物を強誘
電体と強誘電体でないものの組み合わせで構成するこ
と。
電磁器組成物を提供すること、および材料強度的にも優
れた圧電磁器組成物を提供すること。 【解決手段】圧電磁器組成物を鉛を含まない複数種のビ
スマス層状化合物で構成した複合化合物において、格子
定数の差を単体化合物の格子定数の平均値で除した値を
０.０２９ よりも小とする、あるいは複合化合物を強誘
電体と強誘電体でないものの組み合わせで構成するこ
と。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ，
振動子，圧力センサ，フィルタ，トランス等に用いられ
る圧電磁器組成物に関する。
振動子，圧力センサ，フィルタ，トランス等に用いられ
る圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電磁器組成物としては、ＰＺＴと呼ば
れるＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3を含有する多成分系材料
が主流である。鉛を含有しない系としては特開昭60−21
937 号公報，特開昭60−52098 号公報に記載のＮａ1-x
ＬｉxＮｂＯ3，特開平9−１６５２６２号公報に記載の
ＮａＮｂＯ３−ＢａＮｉＯ3−ＫＮｂＯ3 、あるいはビ
スマス層状化合物としては、FC Report 15(1997）No.６
（社団法人 日本ファインセラミックス協会発行）に記
載の（Ｎａ0.5Ｂｉ0.5)0.95Ｃａ0.05Ｂｉ4Ｔｉ4Ｏ15＋
ＭｎＣＯ3（０.１ｗｔ％）が知られている。
れるＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3を含有する多成分系材料
が主流である。鉛を含有しない系としては特開昭60−21
937 号公報，特開昭60−52098 号公報に記載のＮａ1-x
ＬｉxＮｂＯ3，特開平9−１６５２６２号公報に記載の
ＮａＮｂＯ３−ＢａＮｉＯ3−ＫＮｂＯ3 、あるいはビ
スマス層状化合物としては、FC Report 15(1997）No.６
（社団法人 日本ファインセラミックス協会発行）に記
載の（Ｎａ0.5Ｂｉ0.5)0.95Ｃａ0.05Ｂｉ4Ｔｉ4Ｏ15＋
ＭｎＣＯ3（０.１ｗｔ％）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在の代表的な圧電磁
器組成物であるＰＺＴは鉛（酸化鉛）を含有する。環境
問題がクローズアップされるに従い、この材料の廃棄処
理が問題になっており、鉛を含有しない、実用的な圧電
特性を有する材料の出現が強く望まれている。
器組成物であるＰＺＴは鉛（酸化鉛）を含有する。環境
問題がクローズアップされるに従い、この材料の廃棄処
理が問題になっており、鉛を含有しない、実用的な圧電
特性を有する材料の出現が強く望まれている。
【０００４】そこで、上述したような非鉛系の材料、あ
るいは環境負荷を少しでも低減する観点から、ＰｂＢｉ
4Ｔｉ4Ｏ15系の様な鉛含有量の比較的小さい材料も開発
されているが、圧電特性的あるいは強度的な理由から用
途は限定されている。
るいは環境負荷を少しでも低減する観点から、ＰｂＢｉ
4Ｔｉ4Ｏ15系の様な鉛含有量の比較的小さい材料も開発
されているが、圧電特性的あるいは強度的な理由から用
途は限定されている。
【０００５】以上の様な状況を鑑み、本発明の第１の目
的は、鉛を含有しない、実用的な圧電特性を有する圧電
磁器組成物を提供することである。
的は、鉛を含有しない、実用的な圧電特性を有する圧電
磁器組成物を提供することである。
【０００６】本発明の第２の目的は、鉛を含有しない、
材料強度的にも優れた圧電磁器組成物を提供することで
ある。
材料強度的にも優れた圧電磁器組成物を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の目的を達成する第
１の手段は、圧電磁器組成物を鉛を含まない複数種のビ
スマス層状化合物により構成された複合化合物におい
て、複合化合物の基になる単体化合物（ビスマス層状化
合物）の格子定数の差を単体化合物の格子定数の平均値
で除した値を０.０２９ よりも小にすることである。
１の手段は、圧電磁器組成物を鉛を含まない複数種のビ
スマス層状化合物により構成された複合化合物におい
て、複合化合物の基になる単体化合物（ビスマス層状化
合物）の格子定数の差を単体化合物の格子定数の平均値
で除した値を０.０２９ よりも小にすることである。
【０００８】第１の目的を達成する第２の手段は、圧電
磁器組成物を鉛を含まない複数種のビスマス層状化合物
により構成された複合化合物において、複合化合物の基
になる単体化合物（ビスマス層状化合物）を強誘電体と
強誘電体でないものの組み合わせにすることである。
磁器組成物を鉛を含まない複数種のビスマス層状化合物
により構成された複合化合物において、複合化合物の基
になる単体化合物（ビスマス層状化合物）を強誘電体と
強誘電体でないものの組み合わせにすることである。
【０００９】第２の目的を達成する第１の手段は、第１
の目的を達成する第１および第２の手段において、単体
化合物としてＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9およびＳｒＢｉ2Ｎｂ2
Ｏ9を用いることである。
の目的を達成する第１および第２の手段において、単体
化合物としてＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9およびＳｒＢｉ2Ｎｂ2
Ｏ9を用いることである。
【００１０】第２の目的を達成する第２の手段は、第２
の目的を達成する第１の手段において、ＳｒＢｉ2Ｔａ2
Ｏ9の含有量が１０mol％以上４０mol％ 以下とすること
である。
の目的を達成する第１の手段において、ＳｒＢｉ2Ｔａ2
Ｏ9の含有量が１０mol％以上４０mol％ 以下とすること
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】第１の発明をＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15
−ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15複合化合物を基に説明する。ま
ず、出発原料として、粒径数μｍのＳｒＯ，Ｂｉ2Ｏ3，
ＴｉＯ2 を、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15組成と成るように秤量
した。同様にＢａＣＯ3，Ｂｉ2Ｏ3，ＴｉＯ2 も所定量
秤量した。なお、ＳｒＯは水分と発熱反応するので、Ｓ
ｒＯの代わりにＳｒＣＯ3 を用いても良い。次に、これ
らの出発原料を、直径１〜５mmのジルコニアボールによ
り、２４〜４８時間、湿式混合を行い、それを乾燥した
後、７００〜７５０℃で約２時間、仮焼を行った。
−ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15複合化合物を基に説明する。ま
ず、出発原料として、粒径数μｍのＳｒＯ，Ｂｉ2Ｏ3，
ＴｉＯ2 を、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15組成と成るように秤量
した。同様にＢａＣＯ3，Ｂｉ2Ｏ3，ＴｉＯ2 も所定量
秤量した。なお、ＳｒＯは水分と発熱反応するので、Ｓ
ｒＯの代わりにＳｒＣＯ3 を用いても良い。次に、これ
らの出発原料を、直径１〜５mmのジルコニアボールによ
り、２４〜４８時間、湿式混合を行い、それを乾燥した
後、７００〜７５０℃で約２時間、仮焼を行った。
【００１２】次に、ポットミルあるいはボールミルによ
り、約２時間の粉砕混合を行い、ＰＶＡ，ＰＶＢ等のバ
インダーを入れて加圧成形し、９００〜１０００℃で約
２時間の焼成を行いバルク焼結体を得た。
り、約２時間の粉砕混合を行い、ＰＶＡ，ＰＶＢ等のバ
インダーを入れて加圧成形し、９００〜１０００℃で約
２時間の焼成を行いバルク焼結体を得た。
【００１３】このバルク焼結体をＸ線回折により構造解
析したところ、ビスマス層状化合物であることがわかっ
た。次に焼結体を３mm×３mm×１０mmの寸法に加工し、
100〜２００℃のシリコンオイル中で３〜５ｋＶ／mmの
電圧を１時間印加して分極を起こさせた。そして、得ら
れた試料の圧電定数ｄ３３をインピーダンスアナライザ
ーによる共振反共振法により測定した。
析したところ、ビスマス層状化合物であることがわかっ
た。次に焼結体を３mm×３mm×１０mmの寸法に加工し、
100〜２００℃のシリコンオイル中で３〜５ｋＶ／mmの
電圧を１時間印加して分極を起こさせた。そして、得ら
れた試料の圧電定数ｄ３３をインピーダンスアナライザ
ーによる共振反共振法により測定した。
【００１４】
【表１】
【００１５】圧電定数ｄ３３は、表１に示す様にＳｒＢ
ｉ4Ｔｉ4Ｏ15単体（試料ａ−１）の場合で１５ｐＣ／
Ｎ，ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15単体（試料ａ−２）の場合で１
２ｐＣ／Ｎであった。一方、上記の手順によって作製し
た(ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15)x(ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15)1-x′ｘ
＝０.４（試料ａ−３）の場合、ｄ３３は４０ｐＣ／Ｎ
となり、単体の場合の約３倍であった。
ｉ4Ｔｉ4Ｏ15単体（試料ａ−１）の場合で１５ｐＣ／
Ｎ，ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15単体（試料ａ−２）の場合で１
２ｐＣ／Ｎであった。一方、上記の手順によって作製し
た(ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15)x(ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15)1-x′ｘ
＝０.４（試料ａ−３）の場合、ｄ３３は４０ｐＣ／Ｎ
となり、単体の場合の約３倍であった。
【００１６】同様の手順で種々のビスマス層状化合物を
作製したところ、表１の試料ａ−４は、ｄ３３が約１０
ｐＣ／Ｎと小さく、実用的な圧電特性は示さなかった。
また、試料ａ−５は焼結体とならないか、小さな固まり
になったとしても、電気抵抗が小さく分極できなかっ
た。一方、試料ａ−６〜試料ａ−８については、試料ａ
−３と同程度のｄ３３を示した。
作製したところ、表１の試料ａ−４は、ｄ３３が約１０
ｐＣ／Ｎと小さく、実用的な圧電特性は示さなかった。
また、試料ａ−５は焼結体とならないか、小さな固まり
になったとしても、電気抵抗が小さく分極できなかっ
た。一方、試料ａ−６〜試料ａ−８については、試料ａ
−３と同程度のｄ３３を示した。
【００１７】ビスマス層状化合物はａ軸とｃ軸方向の格
子定数により格子寸法が規定される。単体化合物間で比
較的大きな差が生じるａ軸の格子定数に着目し、単体化
合物のａ軸の格子定数の差を、ａ軸の格子定数の平均値
で除した値（Δａ／ａave ）を表１に示す。
子定数により格子寸法が規定される。単体化合物間で比
較的大きな差が生じるａ軸の格子定数に着目し、単体化
合物のａ軸の格子定数の差を、ａ軸の格子定数の平均値
で除した値（Δａ／ａave ）を表１に示す。
【００１８】Δａ／ａave を基にｄ３３を見ると、Δａ
／ａaveが０.０２９と比較的大きい材料系においては、
実用的な圧電材料は得られず、これが０.０２９ 未満の
材料系で大きなｄ３３が得られることがわかった。
／ａaveが０.０２９と比較的大きい材料系においては、
実用的な圧電材料は得られず、これが０.０２９ 未満の
材料系で大きなｄ３３が得られることがわかった。
【００１９】
【表２】
【００２０】次に第２の発明を表２を用いて説明する。
表２に示す材料も上述した手順で作製した。いずれもＸ
線回折によりビスマス層状化合物であることを確認でき
た。表中のＦは強誘電体であることを示し、ＮＦは非強
誘電体であることを示す。試材ｂ−１〜ｂ−４の比較か
ら、強誘電体と非強誘電体との組み合わせで比較的大き
なｄ３３が得られることがわかった。また、表２のＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9 のｄ３３は８０ｐ
Ｃ／Ｎと特に大きく、実用的な特性が得られることがわ
かった。
表２に示す材料も上述した手順で作製した。いずれもＸ
線回折によりビスマス層状化合物であることを確認でき
た。表中のＦは強誘電体であることを示し、ＮＦは非強
誘電体であることを示す。試材ｂ−１〜ｂ−４の比較か
ら、強誘電体と非強誘電体との組み合わせで比較的大き
なｄ３３が得られることがわかった。また、表２のＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9 のｄ３３は８０ｐ
Ｃ／Ｎと特に大きく、実用的な特性が得られることがわ
かった。
【００２１】ところで、圧電素子の用途は、上述したよ
うにアクチュエータ，振動子，圧力センサ，フィルタ，
トランス等、広範な分野に及び、近年、高温で使用でき
る素子が強く望まれている。
うにアクチュエータ，振動子，圧力センサ，フィルタ，
トランス等、広範な分野に及び、近年、高温で使用でき
る素子が強く望まれている。
【００２２】一般に、高温で圧電素子を使用すると、熱
エネルギーによって、脱分極を起こす。そのため通常
は、キュリー温度（摂氏表現）の１／２程度を使用上限
とする。ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9の場
合、キュリー温度が３７０℃であることから、脱分極の
ため圧電素子の使用が容易ではなかった１８０℃付近の
高温においても使用できる。
エネルギーによって、脱分極を起こす。そのため通常
は、キュリー温度（摂氏表現）の１／２程度を使用上限
とする。ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9の場
合、キュリー温度が３７０℃であることから、脱分極の
ため圧電素子の使用が容易ではなかった１８０℃付近の
高温においても使用できる。
【００２３】また、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9複合化合物は、圧電定数ｄ３３が大きいことから、
性能的にはアクチュエータとしても使用可能である。一
般に、アクチュエータ用の圧電材料は、高強度であるこ
とも必要である。この観点から、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−
ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9材料の抵抗強度を測定すると、６０
〜８０Ｍｐａであり、通常のＰＺＴの１.５ 倍から２倍
であった。一般的に、ビスマス層状化合物は高強度のも
のが多く、これは、ミクロな柱状の結晶が互いに絡まっ
た構造をしていることに起因すると考えられる。
2Ｏ9複合化合物は、圧電定数ｄ３３が大きいことから、
性能的にはアクチュエータとしても使用可能である。一
般に、アクチュエータ用の圧電材料は、高強度であるこ
とも必要である。この観点から、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−
ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9材料の抵抗強度を測定すると、６０
〜８０Ｍｐａであり、通常のＰＺＴの１.５ 倍から２倍
であった。一般的に、ビスマス層状化合物は高強度のも
のが多く、これは、ミクロな柱状の結晶が互いに絡まっ
た構造をしていることに起因すると考えられる。
【００２４】図１はＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9材料のＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率とｄ３３との関
係を示した図である。ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率が３
０mol％ 付近をピークとして、１０mol％以上４０mol％
以下でｄ３３が大きくなることを見出した。
2Ｏ9材料のＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率とｄ３３との関
係を示した図である。ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率が３
０mol％ 付近をピークとして、１０mol％以上４０mol％
以下でｄ３３が大きくなることを見出した。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、鉛を含有せず、実用的
な圧電特性を有し、材料強度的にも優れた圧電磁器組成
物を創製できる。従って、本発明を用いれば、環境的に
問題がなく、広範な用途で使用できる圧電素子を得るこ
とができる。
な圧電特性を有し、材料強度的にも優れた圧電磁器組成
物を創製できる。従って、本発明を用いれば、環境的に
問題がなく、広範な用途で使用できる圧電素子を得るこ
とができる。
【図１】図１はＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9−ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9
のＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率と圧電定数との関係を示
す特性図である。
のＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9のmol分率と圧電定数との関係を示
す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩野 修 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮田 素之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 綿引 誠次 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】鉛を含まない複数種のビスマス層状化合物
により構成された複合化合物において、複合化合物の基
になる単体化合物（ビスマス層状化合物）の格子定数の
差を単体化合物の格子定数の平均値で除した値が、０.
０２９ よりも小であることを特徴とする圧電磁器組成
物。 - 【請求項２】鉛を含まない複数種のビスマス層状化合物
により構成された複合化合物において、複合化合物の基
になる単体化合物（ビスマス層状化合物）が強誘電体と
強誘電体でないものの組み合わせであるわせであること
を特徴とする圧電磁器組成物。 - 【請求項３】上記請求項１および請求項２において、単
体化合物としてＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9およびＳｒＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9 を用いることを特徴とする圧電磁器組成物。 - 【請求項４】請求項３において、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9の
含有量が１０mol％以上４０mol％ 以下であることを特
徴とする電圧磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265468A JPH11100265A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265468A JPH11100265A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100265A true JPH11100265A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17417596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9265468A Pending JPH11100265A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11100265A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000057811A (ko) * | 1999-02-08 | 2000-09-25 | 무라타 야스타카 | 압전 세라믹 조성물 및 이것을 이용한 압전 세라믹 소자 |
| KR100397136B1 (ko) * | 1999-09-22 | 2003-09-06 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 소자 |
| KR100661234B1 (ko) * | 1999-08-26 | 2006-12-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 이를 사용한 압전 세라믹 소자 |
| JP2011213538A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Tdk Corp | 圧電組成物、圧電磁器、振動子、及び超音波モータ |
| CN109320204A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-12 | 天元羲王控股有限公司 | 一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法 |
| CN111807838A (zh) * | 2020-07-18 | 2020-10-23 | 长沙麓桥科技有限公司 | 一种Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9陶瓷的制备方法及其产品 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP9265468A patent/JPH11100265A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000057811A (ko) * | 1999-02-08 | 2000-09-25 | 무라타 야스타카 | 압전 세라믹 조성물 및 이것을 이용한 압전 세라믹 소자 |
| KR100661234B1 (ko) * | 1999-08-26 | 2006-12-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 이를 사용한 압전 세라믹 소자 |
| KR100397136B1 (ko) * | 1999-09-22 | 2003-09-06 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 소자 |
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| CN109320204A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-12 | 天元羲王控股有限公司 | 一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法 |
| CN111807838A (zh) * | 2020-07-18 | 2020-10-23 | 长沙麓桥科技有限公司 | 一种Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9陶瓷的制备方法及其产品 |
| CN111807838B (zh) * | 2020-07-18 | 2023-05-02 | 怀仁市鸿达瓷业有限公司 | 一种Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9陶瓷的制备方法及其产品 |
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