JPH11217263A - 圧電磁器材料 - Google Patents
圧電磁器材料Info
- Publication number
- JPH11217263A JPH11217263A JP10033605A JP3360598A JPH11217263A JP H11217263 A JPH11217263 A JP H11217263A JP 10033605 A JP10033605 A JP 10033605A JP 3360598 A JP3360598 A JP 3360598A JP H11217263 A JPH11217263 A JP H11217263A
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- JP
- Japan
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- mol
- pbo
- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １０００℃以下の低温で焼成可能で、製造コ
ストを低減できる圧電磁器材料を提供すること。 【解決手段】 組成式ａＰｂＴｉＯ3＋ｂＰｂＺｒＯ3＋
ｃＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3＋ｄＰｂ（Ｃｏ
1/2Ｗ1/2）Ｏ3で表され、ａ＝２２〜５０ｍｏｌ％、ｂ
＝１８〜５５ｍｏｌ％、ｃ＝２〜４０ｍｏｌ％、ｄ＝０
〜２５ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）で
ある主成分からなり、この主成分の重量に対して、副成
分として、ＣｏＯを０.１〜２.５ｗｔ％、ＰｂＯを０〜
８ｗｔ％含む。
ストを低減できる圧電磁器材料を提供すること。 【解決手段】 組成式ａＰｂＴｉＯ3＋ｂＰｂＺｒＯ3＋
ｃＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3＋ｄＰｂ（Ｃｏ
1/2Ｗ1/2）Ｏ3で表され、ａ＝２２〜５０ｍｏｌ％、ｂ
＝１８〜５５ｍｏｌ％、ｃ＝２〜４０ｍｏｌ％、ｄ＝０
〜２５ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）で
ある主成分からなり、この主成分の重量に対して、副成
分として、ＣｏＯを０.１〜２.５ｗｔ％、ＰｂＯを０〜
８ｗｔ％含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種超音波振動
子、セラミックフィルター、圧電発音体、圧電アクチュ
エーター等に利用される圧電磁器材料に関する。
子、セラミックフィルター、圧電発音体、圧電アクチュ
エーター等に利用される圧電磁器材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電磁器材料としては、ＰｂＴｉ
Ｏ3やＰｂＺｒＯ3を主成分として含む圧電磁器（以下、
ＰＺＴ系圧電セラミックと略する）が汎用的に用いられ
ている。一般に、この種の圧電セラミックでは、その製
造に要する焼結温度が、二成分系では約１２６０℃であ
り、さらに、特性改善のために複合ペロブスカイト類を
第三、第四成分として固溶させた多成分ＰＺＴ系圧電セ
ラミックでは、焼結温度が多少低下して、１２００℃近
辺となっている。
Ｏ3やＰｂＺｒＯ3を主成分として含む圧電磁器（以下、
ＰＺＴ系圧電セラミックと略する）が汎用的に用いられ
ている。一般に、この種の圧電セラミックでは、その製
造に要する焼結温度が、二成分系では約１２６０℃であ
り、さらに、特性改善のために複合ペロブスカイト類を
第三、第四成分として固溶させた多成分ＰＺＴ系圧電セ
ラミックでは、焼結温度が多少低下して、１２００℃近
辺となっている。
【０００３】ところで、ＰＺＴ系セラミックの焼結過程
において、主成分の一つであるＰｂＯの蒸発が、１００
０℃近辺から急激に増加することが知られている。従っ
て、上記の温度領域では、多量のＰｂＯ蒸発が起こると
いう問題がある。ＰｂＯが蒸発すると、焼結体の組成ず
れを引き起こし、特性のばらつきや劣化を招く上、蒸発
してＰｂ成分は環境汚染の原因となる。
において、主成分の一つであるＰｂＯの蒸発が、１００
０℃近辺から急激に増加することが知られている。従っ
て、上記の温度領域では、多量のＰｂＯ蒸発が起こると
いう問題がある。ＰｂＯが蒸発すると、焼結体の組成ず
れを引き起こし、特性のばらつきや劣化を招く上、蒸発
してＰｂ成分は環境汚染の原因となる。
【０００４】そこで、ＰｂＯの蒸発を制御することは、
ＰＺＴ系圧電セラミックの製造上、非常に重要となって
おり、このためには、焼結温度を１０００℃以下にする
ことが望ましい。焼結温度の低下は、省エネルギーの点
でも有益である上に、例えば、一体焼成で製造される積
層型圧電素子の場合、内部電極の構成においてパラジウ
ムを減らし、銀の比率を増大させることが可能であり、
製造コストの面で有利となると期待される。このよう
に、圧電磁器材料の焼結温度を低下させることは、製造
コスト面で長所を奏する他、省エネルギーを具現化する
点でも有益である。
ＰＺＴ系圧電セラミックの製造上、非常に重要となって
おり、このためには、焼結温度を１０００℃以下にする
ことが望ましい。焼結温度の低下は、省エネルギーの点
でも有益である上に、例えば、一体焼成で製造される積
層型圧電素子の場合、内部電極の構成においてパラジウ
ムを減らし、銀の比率を増大させることが可能であり、
製造コストの面で有利となると期待される。このよう
に、圧電磁器材料の焼結温度を低下させることは、製造
コスト面で長所を奏する他、省エネルギーを具現化する
点でも有益である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題
は、ＰｂＯの蒸発を回避できる低温（１０００℃以下）
で焼成可能であるとともに、製造コストを低減化しうる
圧電磁器材料を提供することにある。
問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題
は、ＰｂＯの蒸発を回避できる低温（１０００℃以下）
で焼成可能であるとともに、製造コストを低減化しうる
圧電磁器材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、組成式
ａＰｂＴｉＯ3＋ｂＰｂＺｒＯ3＋ｃＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ
2/3）Ｏ3＋ｄＰｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3で表され、ａ＝
２２〜５０ｍｏｌ％、ｂ＝１８〜５５ｍｏｌ％、ｃ＝２
〜４０ｍｏｌ％、ｄ＝０〜２５ｍｏｌ％（ただし、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）である主成分からなり、この主成
分の重量に対して、副成分として、ＣｏＯを０.１〜２.
５ｗｔ％、ＰｂＯを０〜８ｗｔ％含む圧電磁器材料が得
られる。
ａＰｂＴｉＯ3＋ｂＰｂＺｒＯ3＋ｃＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ
2/3）Ｏ3＋ｄＰｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3で表され、ａ＝
２２〜５０ｍｏｌ％、ｂ＝１８〜５５ｍｏｌ％、ｃ＝２
〜４０ｍｏｌ％、ｄ＝０〜２５ｍｏｌ％（ただし、ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）である主成分からなり、この主成
分の重量に対して、副成分として、ＣｏＯを０.１〜２.
５ｗｔ％、ＰｂＯを０〜８ｗｔ％含む圧電磁器材料が得
られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器材料の概要、並
びにその具現に至る背景を簡単に説明する。
びにその具現に至る背景を簡単に説明する。
【０００８】一般に、ＰｂＴｉＯ3及びＰｂＺｒＯ3の固
溶体に、ＡサイトにＰｂを有する複合ペロブスカイト類
を第三成分として固溶させる場合、この比率が多いほ
ど、焼結温度は低下する。しかしながら、これらの含有
率が高くなるに従って、強誘電性を有する組成範囲で
は、キュリー温度が低下することが多い。
溶体に、ＡサイトにＰｂを有する複合ペロブスカイト類
を第三成分として固溶させる場合、この比率が多いほ
ど、焼結温度は低下する。しかしながら、これらの含有
率が高くなるに従って、強誘電性を有する組成範囲で
は、キュリー温度が低下することが多い。
【０００９】即ち、多成分のＰＺＴ系圧電セラミック
は、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3に複合ペロブスカイト類
を一種もしくは複数種固溶させることにより、二成分系
では得られなかった誘電的、圧電的特性の改善がなされ
て実用に供されている。その中で、ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系圧電セラミック
は、Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶させることで、
数百〜数千の機械的品質係数及び高い誘電的、圧電的特
性が得られていて、実用的な組成範囲は、Ｐｂ（Ｍｎ1/
3Ｎｂ2/3）Ｏ3の比率が４０ｍｏｌ％以下となってい
る。これは、この値を超えると、キュリー温度が２００
℃以下となり、誘電的及び圧電的な特性における温度安
定性が低下するためである。
は、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3に複合ペロブスカイト類
を一種もしくは複数種固溶させることにより、二成分系
では得られなかった誘電的、圧電的特性の改善がなされ
て実用に供されている。その中で、ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系圧電セラミック
は、Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶させることで、
数百〜数千の機械的品質係数及び高い誘電的、圧電的特
性が得られていて、実用的な組成範囲は、Ｐｂ（Ｍｎ1/
3Ｎｂ2/3）Ｏ3の比率が４０ｍｏｌ％以下となってい
る。これは、この値を超えると、キュリー温度が２００
℃以下となり、誘電的及び圧電的な特性における温度安
定性が低下するためである。
【００１０】さらに、本発明では、ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系に、さらに第四
の複合ペロブスカイト類として強誘電性であるＰｂ（Ｃ
ｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を固溶させることで、比較的機械的品
質係数が高く、かつ１０００℃以下の低温で焼結できる
組成を見出した。
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系に、さらに第四
の複合ペロブスカイト類として強誘電性であるＰｂ（Ｃ
ｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を固溶させることで、比較的機械的品
質係数が高く、かつ１０００℃以下の低温で焼結できる
組成を見出した。
【００１１】しかしながら、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3
−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）
Ｏ3の組成のみでは焼結体に巨大ボイドが生じやすく、
実用面で問題があることが明らかとなった。
−Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）
Ｏ3の組成のみでは焼結体に巨大ボイドが生じやすく、
実用面で問題があることが明らかとなった。
【００１２】そこで、一定量のＣｏＯを添加したとこ
ろ、巨大ボイドの発生が著しく抑制され、実用的な誘
電、圧電特性を有することが判明した。また、ＣｏＯ
は、Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3の存在しない条件化で
も、単独で焼結温度の低下を可能にすることが明らかと
なった。さらに、ＣｏＯに加えてＰｂＯを添加すると、
焼結温度を一層低下させ得ることが確認された。
ろ、巨大ボイドの発生が著しく抑制され、実用的な誘
電、圧電特性を有することが判明した。また、ＣｏＯ
は、Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3の存在しない条件化で
も、単独で焼結温度の低下を可能にすることが明らかと
なった。さらに、ＣｏＯに加えてＰｂＯを添加すると、
焼結温度を一層低下させ得ることが確認された。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明の圧電磁器材料について、図
面を参照して詳細に説明する。
面を参照して詳細に説明する。
【００１４】最初に、主成分及び副成分の原料として、
ＰｂＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｃ
ｏＯ、ＷＯ3をそれぞれ異なる組成となるように秤量
し、これらの原料粉をジルコニアボールとともにアクリ
ルポット中に入れ、２０時間湿式混合した。
ＰｂＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｃ
ｏＯ、ＷＯ3をそれぞれ異なる組成となるように秤量
し、これらの原料粉をジルコニアボールとともにアクリ
ルポット中に入れ、２０時間湿式混合した。
【００１５】次に、これらの混合粉を脱水乾燥後、アル
ミナこう鉢中で８００℃の条件化で２時間予焼を行って
から、各予焼粉をアクリルポット中ジルコニアボールに
て１５時間湿式粉砕した。
ミナこう鉢中で８００℃の条件化で２時間予焼を行って
から、各予焼粉をアクリルポット中ジルコニアボールに
て１５時間湿式粉砕した。
【００１６】引き続き、蒸発乾燥して得られた予焼粉砕
粉にバインダを混合して加圧し、φ１５×３ｍｍ厚に成
形した。この成形体を７５０〜１０５０℃で２時間焼成
し、各焼結体を１ｍｍの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して４５０℃で焼き付けて電極を形成する
ことにより、それぞれ組成の異なる試料とした。
粉にバインダを混合して加圧し、φ１５×３ｍｍ厚に成
形した。この成形体を７５０〜１０５０℃で２時間焼成
し、各焼結体を１ｍｍの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して４５０℃で焼き付けて電極を形成する
ことにより、それぞれ組成の異なる試料とした。
【００１７】そこで、このようにして得られた各試料を
１００℃、４ｋＶ／ｍｍ、１５分で分極処理をし、比誘
電率εｒ、電気機械結合係数ｋｐ、機械的品質係数Ｑｍ
を測定した。測定結果は、表１に示す。なお、表１にお
いて、Ｔ.Ｓ.は、焼結体密度ρが７.５ｇ／ｃｍ3以上と
なるのに必要な最低の焼結温度である。また、Ｔｃはキ
ュリー温度である。また、図１に焼結温度と焼結体密度
の関係について示した。
１００℃、４ｋＶ／ｍｍ、１５分で分極処理をし、比誘
電率εｒ、電気機械結合係数ｋｐ、機械的品質係数Ｑｍ
を測定した。測定結果は、表１に示す。なお、表１にお
いて、Ｔ.Ｓ.は、焼結体密度ρが７.５ｇ／ｃｍ3以上と
なるのに必要な最低の焼結温度である。また、Ｔｃはキ
ュリー温度である。また、図１に焼結温度と焼結体密度
の関係について示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１から、本発明の圧電磁器材料に関して
組成範囲を決定する理由として、排除されるべき以下の
（１）〜（６）の不適当事項を列挙することができる。
各試料のうち、εｒ＜４００、ｋｐ＜２５、Ｑｍ＜５０
０、Ｔｃ＜２００℃の場合、実用に乏しいため、本発明
の請求の範囲から除外することとした。
組成範囲を決定する理由として、排除されるべき以下の
（１）〜（６）の不適当事項を列挙することができる。
各試料のうち、εｒ＜４００、ｋｐ＜２５、Ｑｍ＜５０
０、Ｔｃ＜２００℃の場合、実用に乏しいため、本発明
の請求の範囲から除外することとした。
【００２０】（１）ＰｂＴｉＯ3量ａが２２ｍｏｌ％未
満では、Ｔｃが低い値となるため好ましくない（Ｎｏ.
１１）。また、５０ｍｏｌ％を越えると、ｋｐが低い値
となるため好ましくない（Ｎｏ.１４）。 （２）ＰｂＺｒＯ3量ｂが１８ｍｏｌ％未満では、ｋ
ｐ、Ｑｍが低下するため好ましくない（Ｎｏ.７）。ま
た、５５ｍｏｌ％を越えると、εｒが低い値となるため
好ましくない（Ｎｏ.１０）。 （３）Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3量ｃが２ｍｏｌ％未
満では、Ｑｍが低下するため好ましくない（Ｎｏ.
１）。また、４０ｍｏｌ％を越えると、ｋｐ、Ｔｃが低
い値となるため好ましくない（Ｎｏ.４）。 （４）Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3量ｄが２５ｍｏｌ％を
越えると、ｋｐが低い値となるため好ましくない（Ｎ
ｏ.６）。 （５）ＣｏＯ量が主成分全重量に対して、０.１ｗｔ％
未満では、焼結体に巨大ボイドが生じて組織が不均質と
なるため好ましくない（Ｎｏ.１５）。また、２.５ｗｔ
％を越えても、同様に組織が不均質となるためやはり好
ましくない（Ｎｏ.１８）。 （６）ＰｂＯ量が８ｗｔ％を越えると、巨大ボイドが生
じるため好ましくない（Ｎｏ.２１）。
満では、Ｔｃが低い値となるため好ましくない（Ｎｏ.
１１）。また、５０ｍｏｌ％を越えると、ｋｐが低い値
となるため好ましくない（Ｎｏ.１４）。 （２）ＰｂＺｒＯ3量ｂが１８ｍｏｌ％未満では、ｋ
ｐ、Ｑｍが低下するため好ましくない（Ｎｏ.７）。ま
た、５５ｍｏｌ％を越えると、εｒが低い値となるため
好ましくない（Ｎｏ.１０）。 （３）Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3量ｃが２ｍｏｌ％未
満では、Ｑｍが低下するため好ましくない（Ｎｏ.
１）。また、４０ｍｏｌ％を越えると、ｋｐ、Ｔｃが低
い値となるため好ましくない（Ｎｏ.４）。 （４）Ｐｂ（Ｃｏ1/2Ｗ1/2）Ｏ3量ｄが２５ｍｏｌ％を
越えると、ｋｐが低い値となるため好ましくない（Ｎ
ｏ.６）。 （５）ＣｏＯ量が主成分全重量に対して、０.１ｗｔ％
未満では、焼結体に巨大ボイドが生じて組織が不均質と
なるため好ましくない（Ｎｏ.１５）。また、２.５ｗｔ
％を越えても、同様に組織が不均質となるためやはり好
ましくない（Ｎｏ.１８）。 （６）ＰｂＯ量が８ｗｔ％を越えると、巨大ボイドが生
じるため好ましくない（Ｎｏ.２１）。
【００２１】表１のＮｏ.２２をみると、Ｐｂ（Ｃｏ1/2
Ｗ1/2）Ｏ3の存在しない条件でも、ＣｏＯは単独で焼結
温度の低下に効果があることが明らかである。さらに、
ＰｂＯを添加することによって、焼結温度をより低下さ
せ得ることがわかる（Ｎｏ.２３）。
Ｗ1/2）Ｏ3の存在しない条件でも、ＣｏＯは単独で焼結
温度の低下に効果があることが明らかである。さらに、
ＰｂＯを添加することによって、焼結温度をより低下さ
せ得ることがわかる（Ｎｏ.２３）。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば、Ｐ
ｂＯの蒸発を回避できる１０００℃以下の低温で焼成可
能とし、しかもεｒ４００以上、ｋｐ２５以上、Ｑｍ５
００以上、Ｔｃ２００℃以上の優れた特性を有する圧電
材料を省エネルギーで低コストで製造することが可能と
なるため、工業的に有益となる。
ｂＯの蒸発を回避できる１０００℃以下の低温で焼成可
能とし、しかもεｒ４００以上、ｋｐ２５以上、Ｑｍ５
００以上、Ｔｃ２００℃以上の優れた特性を有する圧電
材料を省エネルギーで低コストで製造することが可能と
なるため、工業的に有益となる。
【図１】各試料のうち、Ｎｏ.５、Ｎｏ.８、Ｎｏ.１
３、Ｎｏ.２２に関して焼結温度に対する焼結体密度の
関係を示す図。
３、Ｎｏ.２２に関して焼結温度に対する焼結体密度の
関係を示す図。
１ 表１の試料Ｎｏ.５ ２ 表１の試料Ｎｏ.８ ３ 表１の試料Ｎｏ.１３ ４ 表１の試料Ｎｏ.２２
Claims (1)
- 【請求項１】 組成式ａＰｂＴｉＯ3＋ｂＰｂＺｒＯ3＋
ｃＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3＋ｄＰｂ（Ｃｏ
1/2Ｗ1/2）Ｏ3で表され、ａ＝２２〜５０ｍｏｌ％、ｂ
＝１８〜５５ｍｏｌ％、ｃ＝２〜４０ｍｏｌ％、ｄ＝０
〜２５ｍｏｌ％（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）で
ある主成分からなり、該主成分の重量に対して、副成分
として、ＣｏＯを０.１〜２.５ｗｔ％、ＰｂＯを０〜８
ｗｔ％含むことを特徴とする圧電磁器材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10033605A JPH11217263A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 圧電磁器材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10033605A JPH11217263A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 圧電磁器材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11217263A true JPH11217263A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12391114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10033605A Pending JPH11217263A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 圧電磁器材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11217263A (ja) |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP10033605A patent/JPH11217263A/ja active Pending
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