JPS6052100B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPS6052100B2 JPS6052100B2 JP53013431A JP1343178A JPS6052100B2 JP S6052100 B2 JPS6052100 B2 JP S6052100B2 JP 53013431 A JP53013431 A JP 53013431A JP 1343178 A JP1343178 A JP 1343178A JP S6052100 B2 JPS6052100 B2 JP S6052100B2
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
- oxides
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波振動子、セラミックフィルタ、表面
弾性波素子等に用いる圧電磁器に関するものである。
弾性波素子等に用いる圧電磁器に関するものである。
従来、この種の圧電磁器としては、ジルコン、チタン
酸粉（ＰｂＺ、に、−ｘＴｉｘＯ０）を主成分とするい
わゆるｐｎ゛系圧電磁器、ニオブ酸カリウム、ナトリウ
ム（に、−ｘＮａｘＮｂＯ０）を主成分とするいわゆる
ＳＰＮ系圧電磁器が良く知られている。
酸粉（ＰｂＺ、に、−ｘＴｉｘＯ０）を主成分とするい
わゆるｐｎ゛系圧電磁器、ニオブ酸カリウム、ナトリウ
ム（に、−ｘＮａｘＮｂＯ０）を主成分とするいわゆる
ＳＰＮ系圧電磁器が良く知られている。
ｐｎ゛磁器にっいては、Ｐｂ（Ｍｇ、Ｉ３Ｎｂ２れ）Ｏ
ｓ、Ｐｂ（Ｍｎ、ｌ。Ｎ１）、１３）Ｏ。等の第３成分
を固溶させることにより圧電特性、温度特性ともにかな
り優れた磁器が得られている。しかし、本質的に高誘電
率（４００〜１５００）磁器てあるため、高周波で用い
る場合に素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路
とのインピーダンス整合に問題がでてくる。とくに最近
では、圧電素子の高周波化が進んでおり、誘電率を下げ
ることが重要な課題となつている。一方、ＳＰＮ系磁器
は誘電率が小さい（１５０〜２００）という特徴はある
ものの電気機械結合係数が小さい、温度特性が極めて悪
いという欠点をもつている。 これに対して本発明の圧
電磁器組成物の主成分であるチタン酸鉛は、キュリー温
度が高く （４７０℃）誘電率の小さい（〜１７０）圧
電体として知られているが、当初は焼結で極めて困難で
緻密な圧電磁器を形成することができなかつた。
ｓ、Ｐｂ（Ｍｎ、ｌ。Ｎ１）、１３）Ｏ。等の第３成分
を固溶させることにより圧電特性、温度特性ともにかな
り優れた磁器が得られている。しかし、本質的に高誘電
率（４００〜１５００）磁器てあるため、高周波で用い
る場合に素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路
とのインピーダンス整合に問題がでてくる。とくに最近
では、圧電素子の高周波化が進んでおり、誘電率を下げ
ることが重要な課題となつている。一方、ＳＰＮ系磁器
は誘電率が小さい（１５０〜２００）という特徴はある
ものの電気機械結合係数が小さい、温度特性が極めて悪
いという欠点をもつている。 これに対して本発明の圧
電磁器組成物の主成分であるチタン酸鉛は、キュリー温
度が高く （４７０℃）誘電率の小さい（〜１７０）圧
電体として知られているが、当初は焼結で極めて困難で
緻密な圧電磁器を形成することができなかつた。
しかし、池上らは少量の酸化ランタン（Ｌｌ２Ｏ０）と
二酸化マンガン（ＭΓＯ２）を同時に添加することによ
り空孔率１．５％程度の極めて緻密なチタン酸鉛磁器を
得ることに成功した（特開昭４８−３００９７、圧電磁
器組成物）。さらに池上らはこのようにして得られたラ
ンダム（Ｌｌ）、マンガン（Ｍｎ）添加チタン酸鉛磁器
が優れた圧電特性を示すことを見出した（ジャーナル・
オブ・アコウステイカルソサアテイ・オブ・アメリカ（
４）巻（１９７１年）１０６０〜１０６６ページ）。そ
こで、筆者らは、池上らの発明によるランタン●マンガ
ン添加チタン酸鉛磁器を作成し、その表面弾性波特性を
調べた。その結果、表面弾性波伝播速度ｓ＝２５００ｒ
ｎＩｓｅｃ、電気機械結合係数Ｋ２〜３％、功Ｍ比にお
ける表面弾性波伝播損失８ｂＢ／Ｃｍという値を得た。
これらの値は表面弾性波を送受信するのにほぼ充分な値
であり、またこの磁器は誘電率が小さく（〜１７０）こ
とから高周波での使用に耐えるものである。しかしなが
ら、遅延時間温度性性が悪く（〜９０ｐｐｍｒｃ）この
ままでは実用的な表面弾性波素子用材料にはならないこ
とが判明した。そこで、本発明の目的は、高周波での使
用に耐える温度特性の優れた圧電磁器組成物を提供する
ことにある。
二酸化マンガン（ＭΓＯ２）を同時に添加することによ
り空孔率１．５％程度の極めて緻密なチタン酸鉛磁器を
得ることに成功した（特開昭４８−３００９７、圧電磁
器組成物）。さらに池上らはこのようにして得られたラ
ンダム（Ｌｌ）、マンガン（Ｍｎ）添加チタン酸鉛磁器
が優れた圧電特性を示すことを見出した（ジャーナル・
オブ・アコウステイカルソサアテイ・オブ・アメリカ（
４）巻（１９７１年）１０６０〜１０６６ページ）。そ
こで、筆者らは、池上らの発明によるランタン●マンガ
ン添加チタン酸鉛磁器を作成し、その表面弾性波特性を
調べた。その結果、表面弾性波伝播速度ｓ＝２５００ｒ
ｎＩｓｅｃ、電気機械結合係数Ｋ２〜３％、功Ｍ比にお
ける表面弾性波伝播損失８ｂＢ／Ｃｍという値を得た。
これらの値は表面弾性波を送受信するのにほぼ充分な値
であり、またこの磁器は誘電率が小さく（〜１７０）こ
とから高周波での使用に耐えるものである。しかしなが
ら、遅延時間温度性性が悪く（〜９０ｐｐｍｒｃ）この
ままでは実用的な表面弾性波素子用材料にはならないこ
とが判明した。そこで、本発明の目的は、高周波での使
用に耐える温度特性の優れた圧電磁器組成物を提供する
ことにある。
本発明の圧電磁器組成物は、ＰｂＯおよびＴｌＯ２を主
成分とし、これにＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物のうち少な
くとも１種を添加し、さらにＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｌ，
Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂ，Ａｌの酸化物のうち少な
くとも１種ならびに酸化マンガンを複合添加したもので
ある。
成分とし、これにＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物のうち少な
くとも１種を添加し、さらにＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｌ，
Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂ，Ａｌの酸化物のうち少な
くとも１種ならびに酸化マンガンを複合添加したもので
ある。
ここでＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄは主としてＰｂを置換し、Ｃｒ
，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓ
ｂは主としてＡｌを置換する金属元．素である。配合組
成を適当に選択することによつて極めて緻密で、かつ圧
電特性に優れたものが得られる。この優れた特性を有す
る組成範囲はＰｂＯ４２．７〜４９．５モル％、ＴｌＯ
２４５．Ｏ〜５３．１モル％、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化
物のうち少なくとも１種を計０．５〜３．７モル％、酸
化マンガン０．２〜１．５モル％、Ｃｒ，Ｆｅ，ＣＯ，
Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物のう
ち少なくとも１種を計０．３〜３．３モル％である。
，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓ
ｂは主としてＡｌを置換する金属元．素である。配合組
成を適当に選択することによつて極めて緻密で、かつ圧
電特性に優れたものが得られる。この優れた特性を有す
る組成範囲はＰｂＯ４２．７〜４９．５モル％、ＴｌＯ
２４５．Ｏ〜５３．１モル％、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化
物のうち少なくとも１種を計０．５〜３．７モル％、酸
化マンガン０．２〜１．５モル％、Ｃｒ，Ｆｅ，ＣＯ，
Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物のう
ち少なくとも１種を計０．３〜３．３モル％である。
組成範囲が上記範囲外になると、温度特性ならびに機械
的品質係数ＱＭ等が劣化し、本願発明の”効果を期待で
きなくなる。以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。
的品質係数ＱＭ等が劣化し、本願発明の”効果を期待で
きなくなる。以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。
本発明による組成物の測定用試料は以下の方法て作製し
、誘電、圧電及び表面弾性波特性を測定した。上に記し
た各酸化物を目的組成比となるように秤量し、それらを
湿式にて混合した。
、誘電、圧電及び表面弾性波特性を測定した。上に記し
た各酸化物を目的組成比となるように秤量し、それらを
湿式にて混合した。
混合物を乾燥後、成形して８５０℃で２時間仮焼した。
これを再度粉砕混合して、その粉末を３５０ｋ９１ｃ＃
ｉのブレス圧のもとて円板に加圧成形し、１２６０℃で
５時間焼結した。焼結後のペレットサイズは直径１６ｗ
ｒｍ１厚さ２Ｔｆｒ！ｎである。このペレットを約１７
ｎ！ｎの厚さまで研磨した後、両面に電極としてＣｒ−
Ａｕ膜を蒸着により形成し、銀ペーストて銅のリード線
をつけた。分極処理は３０〜６０ＫＶ／Ｃｆｆｌの電圧
を印加し、１３０〜１８０℃で約１紛間行なつた。その
後、誘電及び圧電特性の測定を行なつた。さらに、試料
の片面を鏡面研磨し、光蝕刻法でＡ１のすだれ状電極を
形成した後、表面波特性を測定した。その結果によれば
、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物のうち少なくとも１種およ
びＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙ
ｂ，Ｓｂの酸化物のうち少なくとも１種の添加量が増加
するに伴ない、表面波の温度特性が著しく良くなる。
これを再度粉砕混合して、その粉末を３５０ｋ９１ｃ＃
ｉのブレス圧のもとて円板に加圧成形し、１２６０℃で
５時間焼結した。焼結後のペレットサイズは直径１６ｗ
ｒｍ１厚さ２Ｔｆｒ！ｎである。このペレットを約１７
ｎ！ｎの厚さまで研磨した後、両面に電極としてＣｒ−
Ａｕ膜を蒸着により形成し、銀ペーストて銅のリード線
をつけた。分極処理は３０〜６０ＫＶ／Ｃｆｆｌの電圧
を印加し、１３０〜１８０℃で約１紛間行なつた。その
後、誘電及び圧電特性の測定を行なつた。さらに、試料
の片面を鏡面研磨し、光蝕刻法でＡ１のすだれ状電極を
形成した後、表面波特性を測定した。その結果によれば
、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物のうち少なくとも１種およ
びＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙ
ｂ，Ｓｂの酸化物のうち少なくとも１種の添加量が増加
するに伴ない、表面波の温度特性が著しく良くなる。
たとえば第１表に示す代表的実施例１〜１５では、表面
波の遅延時間温度係数が１０ｐｐｍＩ℃以下となり圧電
セラミックスとしては最小の部類にはいる。また、機械
的品質係数ＱＭは１０００〜２６００と大きく、かつ結
晶粒径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面波の
伝播損失が６０ＭＨｚにおいて４〜９ｄＢＩαと圧電磁
器としてこれまでになく小さい。なお、表面波の電気機
械結合係数ＫＳ２は１．０〜２．５％である。加えて、
誘電率が１００〜４００と小さいため高周波での使用に
最適である。Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物の添加総量が０
．５モル％未満では温度係数の改善効果は小さく、また
３．７モル％を越えると０Ｍ値が５００以下となつて損
失の大きい磁器となつた。
波の遅延時間温度係数が１０ｐｐｍＩ℃以下となり圧電
セラミックスとしては最小の部類にはいる。また、機械
的品質係数ＱＭは１０００〜２６００と大きく、かつ結
晶粒径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面波の
伝播損失が６０ＭＨｚにおいて４〜９ｄＢＩαと圧電磁
器としてこれまでになく小さい。なお、表面波の電気機
械結合係数ＫＳ２は１．０〜２．５％である。加えて、
誘電率が１００〜４００と小さいため高周波での使用に
最適である。Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物の添加総量が０
．５モル％未満では温度係数の改善効果は小さく、また
３．７モル％を越えると０Ｍ値が５００以下となつて損
失の大きい磁器となつた。
またＣｒ−Ｓｂの酸化物の添加総量が０．３モル％未満
では温度係数の改善効果が小さく、３．３モル％を越え
ると析出物、空孔などが現われて緻密な磁器が得られな
かつた。ＭｎＯ２に関しては、添加量の増加に従がい機
械的品質係数ＱＭが増大し、伝播損失が小さくなるが１
．５モル５％を越えると電気抵抗が著しく低下するため
分極処理が困難になり圧電特性が劣化した。また明らか
な機械的品質係数ＱＭの増加がみられるのは０．２モル
％以上添加した場合であつた。このような結果から、Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物の少なくとも１種を０．５〜３
．７モル％、Ｃｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒ
ｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物の少なくとも１種を０．３
〜３．３モル％、酸化マンガンを０．２〜１．５モル％
添加することにより高周波の使用に耐え、温度特性の優
えた圧電磁器組成物が得られる。
では温度係数の改善効果が小さく、３．３モル％を越え
ると析出物、空孔などが現われて緻密な磁器が得られな
かつた。ＭｎＯ２に関しては、添加量の増加に従がい機
械的品質係数ＱＭが増大し、伝播損失が小さくなるが１
．５モル５％を越えると電気抵抗が著しく低下するため
分極処理が困難になり圧電特性が劣化した。また明らか
な機械的品質係数ＱＭの増加がみられるのは０．２モル
％以上添加した場合であつた。このような結果から、Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄの酸化物の少なくとも１種を０．５〜３
．７モル％、Ｃｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ａｌ，Ｒ
ｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物の少なくとも１種を０．３
〜３．３モル％、酸化マンガンを０．２〜１．５モル％
添加することにより高周波の使用に耐え、温度特性の優
えた圧電磁器組成物が得られる。
Claims (1)
- １ ＰｂＯおよびＴｉＯ＿２を主成分としてそれぞれ４
２．７、４９．５モル％、４５．２〜５３．１モル％含
み、これにＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄの酸化物のうち少なくとも
１種を０．５〜３．７モル％、およびＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ
、Ｎｉ、Ｇａ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｂの酸化物の
うち少なくとも１種を０．３〜３．３モル％、さらに０
．２〜１．５モル％の酸化マンガンを含むことを特徴と
する圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53013431A JPS6052100B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53013431A JPS6052100B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54106515A JPS54106515A (en) | 1979-08-21 |
| JPS6052100B2 true JPS6052100B2 (ja) | 1985-11-18 |
Family
ID=11832939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53013431A Expired JPS6052100B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6052100B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60100488A (ja) * | 1984-10-03 | 1985-06-04 | Hitachi Ltd | 厚み振動子 |
-
1978
- 1978-02-10 JP JP53013431A patent/JPS6052100B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54106515A (en) | 1979-08-21 |
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