JPS63260090A - 焼結圧電体およびその製造方法 - Google Patents
焼結圧電体およびその製造方法Info
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- JPS63260090A JPS63260090A JP62141628A JP14162887A JPS63260090A JP S63260090 A JPS63260090 A JP S63260090A JP 62141628 A JP62141628 A JP 62141628A JP 14162887 A JP14162887 A JP 14162887A JP S63260090 A JPS63260090 A JP S63260090A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はチタン酸カルシウム鉛タイプの新規な改良圧電
焼結体に関する。
焼結体に関する。
文献ｒＪ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｊ ２０．
付録２０〜４．１８３（１９８１）； ｒＰｒｏｃ、
ＦＭＡ Ｊ ４．京都、２５（１９８１）；およびｒＪ
、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｊ ５２．４４７２（１９８
１）にはセラミック超音波変換器に有用な特性を示す焼
結チタン酸鉛圧電セラミックが示されている。しかしな
がら、圧電セラミックはこれらの文献に記載されている
と共に、西る観点において有用なこれらの材料は超音波
変換器の使用および類似使用に有用でない他の特性を示
すことが記載されている。
付録２０〜４．１８３（１９８１）； ｒＰｒｏｃ、
ＦＭＡ Ｊ ４．京都、２５（１９８１）；およびｒＪ
、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｊ ５２．４４７２（１９８
１）にはセラミック超音波変換器に有用な特性を示す焼
結チタン酸鉛圧電セラミックが示されている。しかしな
がら、圧電セラミックはこれらの文献に記載されている
と共に、西る観点において有用なこれらの材料は超音波
変換器の使用および類似使用に有用でない他の特性を示
すことが記載されている。
上記文献ｒＪ、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、 Ｊ ２０．
付録２０〜４゜１８３（１９８１）には比較的に高い
厚みモード結合（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｍｏｄｅ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ） （ｋｔ）対プレーナモード結合（ｐｌ
ａｎａｒ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ） （ｋｐ）比
を示してあり、圧電定数（ｄ３３） はある目的のため
に充分に高（しないことが確かめられている。
付録２０〜４゜１８３（１９８１）には比較的に高い
厚みモード結合（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｍｏｄｅ ｃｏ
ｕｐｌｉｎｇ） （ｋｔ）対プレーナモード結合（ｐｌ
ａｎａｒ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ） （ｋｐ）比
を示してあり、圧電定数（ｄ３３） はある目的のため
に充分に高（しないことが確かめられている。
圧電定数６３３を出来るかぎり高め、かつｋｔ／に、比
を出来るだけ高く維持することは多くの目的のために極
めて望ましい。更に、また誘電率ｋを出来るだけ高く維
持すると共に、散逸率りを出来るだけ低く維持する已と
が要求されている。
を出来るだけ高く維持することは多くの目的のために極
めて望ましい。更に、また誘電率ｋを出来るだけ高く維
持すると共に、散逸率りを出来るだけ低く維持する已と
が要求されている。
本発明の目的は高いｋＬ／ｋｐ比、高い圧電定数（ｄｓ
３） 、高い誘電率（Ｋ）および低い散逸率（Ｄ）を示
すチタン酸鉛焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ １ｅａｄ ｔ
ｉｔａｎａｔｅｂｏｄｙ）を提供することである。
３） 、高い誘電率（Ｋ）および低い散逸率（Ｄ）を示
すチタン酸鉛焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ １ｅａｄ ｔ
ｉｔａｎａｔｅｂｏｄｙ）を提供することである。
本発明の１つの観点においては、本発明は式：％式％（
） （式中Ａは少なくとも１種のＭｎＯ，ＭｎＯ２，ＮｉＯ
また＋ｔＮｂ２ｏ、を示し、オヨびＸ ＝０．３〜Ｑ、
４および０．０４くｙ≦０．０６を示す）で表される
新規な焼結チタン酸カルシウム鉛（ｌｅａｄ ｃａｌｃ
ｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ）を見出し、かつこれが高い
圧電定数ｄ、３、高いｋｔ／ｋｐ結合比、低い散逸率り
および高い誘電率にの改良された組合せ特性を示すこと
を見出した。
） （式中Ａは少なくとも１種のＭｎＯ，ＭｎＯ２，ＮｉＯ
また＋ｔＮｂ２ｏ、を示し、オヨびＸ ＝０．３〜Ｑ、
４および０．０４くｙ≦０．０６を示す）で表される
新規な焼結チタン酸カルシウム鉛（ｌｅａｄ ｃａｌｃ
ｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ）を見出し、かつこれが高い
圧電定数ｄ、３、高いｋｔ／ｋｐ結合比、低い散逸率り
および高い誘電率にの改良された組合せ特性を示すこと
を見出した。
本発明の他の観点においては、本発明の新規な圧電体（
ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｏｄｉｅｓ）を製造す
る新規な方法を開発したことである。
ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｏｄｉｅｓ）を製造す
る新規な方法を開発したことである。
本発明の方法においては、新規な圧電体をｐｂｏ。
Ｃａｎ、 Ｔｉｎ、 Ｃｏ（口Ｉｔ） 、、 ＷＯ，お
よび少なくとも１種のＭｎＯ，ＭｎＯ，、ＮｉＯまたは
Ｎｂ２Ｏ３、これらの材料の先駆物質の混合物を焼成し
、ついでこの焼成混合物を１０〜２０％の酸素および９
０〜８０％の窒素からなる雰囲気中１０００〜１２００
℃の温度で約１〜５０時間にわたり焼結することにより
製造することができる。
よび少なくとも１種のＭｎＯ，ＭｎＯ，、ＮｉＯまたは
Ｎｂ２Ｏ３、これらの材料の先駆物質の混合物を焼成し
、ついでこの焼成混合物を１０〜２０％の酸素および９
０〜８０％の窒素からなる雰囲気中１０００〜１２００
℃の温度で約１〜５０時間にわたり焼結することにより
製造することができる。
改良さだ結果は３０〜４０原子％（ａｔ％）のカルシウ
ム含有量を有する本発明の圧電体により達成でき、より
改良された結果はカルシウム含有量が３４〜３６［子％
以内において達成できることを確かめた。
ム含有量を有する本発明の圧電体により達成でき、より
改良された結果はカルシウム含有量が３４〜３６［子％
以内において達成できることを確かめた。
本発明の新規な方法によれば、圧電体は次のようにして
作ることができる：例えば本発明における組成の圧電体
を形成するのに適合する分量の酸化物ｐｂｏ、 Ｔｉｅ
、 ＣａＯ，１１１０，および少な（とも１種のＭｎＯ
，ＭｎＯ，、ＮｉＯおよびＮｂ２０１、または水酸化物
、炭酸塩または酢酸塩の如きこれらの酸化物の先駆物質
の粉砕混合物を焼成し、次いで生成焼成混合物を１０〜
２０％酸素および９０〜８０％窒素からなる雲囲気にお
いて１０００〜１２００℃の温度で１〜５０時間にわた
って焼結する。
作ることができる：例えば本発明における組成の圧電体
を形成するのに適合する分量の酸化物ｐｂｏ、 Ｔｉｅ
、 ＣａＯ，１１１０，および少な（とも１種のＭｎＯ
，ＭｎＯ，、ＮｉＯおよびＮｂ２０１、または水酸化物
、炭酸塩または酢酸塩の如きこれらの酸化物の先駆物質
の粉砕混合物を焼成し、次いで生成焼成混合物を１０〜
２０％酸素および９０〜８０％窒素からなる雲囲気にお
いて１０００〜１２００℃の温度で１〜５０時間にわた
って焼結する。
焼成は９２５〜９７５℃の温度で行うのが好ましい。
良好な結果は、焼結を空気中１０００〜１１５０℃の温
度で５〜３０時間にわたって行う場合に得ることができ
ることを確かめた。
度で５〜３０時間にわたって行う場合に得ることができ
ることを確かめた。
次に、本発明を実施例について説明する。
実施例
式Ｐｂ＋−ｘｃａ、Ｔｔ ｌ−Ｙ （ＣＯ＋７Ｊ＋ｚｚ
） ＷＯ３＋０．０１Ｍｎ０において、Ｘおよびｙを変
えた組成物を表１に示す分量の原料；ＰｂＯ９ＣａＯま
たはＣａＣ［］、、、 Ｔｉｎ、、 Ｃ。
） ＷＯ３＋０．０１Ｍｎ０において、Ｘおよびｙを変
えた組成物を表１に示す分量の原料；ＰｂＯ９ＣａＯま
たはＣａＣ［］、、、 Ｔｉｎ、、 Ｃ。
（ＯＨ）２． ｗｏ、およびＭ。０から作った。
秤畢後、これらの原料の混合物を石膏製びん（ｐｌａｓ
ｔｅｒ ｂｏｔｔｌｅ）においてジルコニウム球および
アルコールと混合して作った。
ｔｅｒ ｂｏｔｔｌｅ）においてジルコニウム球および
アルコールと混合して作った。
次いで、この混合物を２４時間にわたりボールミルで粉
砕し、１２０℃で乾燥し、破砕し、アルミニウムるつぼ
において９９５０℃で２時間にわたり焼成した。
砕し、１２０℃で乾燥し、破砕し、アルミニウムるつぼ
において９９５０℃で２時間にわたり焼成した。
生成した焼成塊を破砕し、粉砕機（ｍｏｒｔａｒ）で粉
砕し、５０メツシユ篩に通し、散型■％の脱イオン化水
と再び粉砕した。次いで、湿った焼成混合物を直径１．
９０５ｃｍのダイにおいでＩ Ｘ１０’Ｎ／ｍ２（１０
００ｋｇ／ｃｍ”）で生の円盤軸ｒｅｅｎ ｄｉｓｃｓ
） に加圧した。
砕し、５０メツシユ篩に通し、散型■％の脱イオン化水
と再び粉砕した。次いで、湿った焼成混合物を直径１．
９０５ｃｍのダイにおいでＩ Ｘ１０’Ｎ／ｍ２（１０
００ｋｇ／ｃｍ”）で生の円盤軸ｒｅｅｎ ｄｉｓｃｓ
） に加圧した。
この生の円盤を２枚の白金シート間に配置してｐｂ蒸発
を減少させ、被覆るつぼ（ｃｏｖｅｒｅｄ ｃｒｕｃｉ
ｂｌｅ）において１１００〜１１２０℃で１．５または
３０時間にわたって焼結した。
を減少させ、被覆るつぼ（ｃｏｖｅｒｅｄ ｃｒｕｃｉ
ｂｌｅ）において１１００〜１１２０℃で１．５または
３０時間にわたって焼結した。
焼結円盤を０．９〜１．３ｍｍ厚さに研磨した。次いで
、円盤の両面を高い輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）に磨
き上げた。
、円盤の両面を高い輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）に磨
き上げた。
次いで、金電極をかかる円盤の両面にスバッタイングに
より設けたつ 次いで、金電極円盤を５０ｋＶ／ｃｍの電界において５
分間にわたり油浴中、高温で成極した（ｐｏｌｅｄ）。
より設けたつ 次いで、金電極円盤を５０ｋＶ／ｃｍの電界において５
分間にわたり油浴中、高温で成極した（ｐｏｌｅｄ）。
次いで、厚み結合係数（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｃｏｕｐ
ｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）ｋｔ 、プレーナ結合係数（
ｐｌａｎａｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）ｋ、
、散逸率りおよび圧電定数ｄ３３を形成焼結円盤につ
いて測定した。
ｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）ｋｔ 、プレーナ結合係数（
ｐｌａｎａｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）ｋ、
、散逸率りおよび圧電定数ｄ３３を形成焼結円盤につ
いて測定した。
ＰＪ−ＸＣａ、１Ｔｉｏ、 ９ｇ （Ｃｏｔ／２Ｗｌ／
２） ［１，０４０３＋Ｑ、 ０１Ｍｎ０組成の焼結体
についてＣａのＸ分量に対してプロットした誘電率Ｋ、
結合係数Ｋ、およびｋｐ１圧電定数ｄ３．および散逸率
りを第１図のグラフに示す。
２） ［１，０４０３＋Ｑ、 ０１Ｍｎ０組成の焼結体
についてＣａのＸ分量に対してプロットした誘電率Ｋ、
結合係数Ｋ、およびｋｐ１圧電定数ｄ３．および散逸率
りを第１図のグラフに示す。
また、上記焼結体において（Ｃｏ＋７Ｊ＋７２）の７分
量に対して示している。
量に対して示している。
第２図はＰｂｏ、 ｓｇｃａｏ、 ３４Ｔｊ＋−ｙ （
ＣＯＩ／２Ｗ＋／２） ｙｏ＊＋０．０１ ＭｎＯ組成
の焼結体について示している。
ＣＯＩ／２Ｗ＋／２） ｙｏ＊＋０．０１ ＭｎＯ組成
の焼結体について示している。
Ｐｂｏ、 ５ｓＣａｏ、 ３４ＴＩ０．９４ （Ｃｏ＋
７Ｊ＋７２） Ｏ−０１１０３＋ ０．０１Ｍｎ０組成
の焼結体における焼結時間の効果を第３図のグラフに示
している。
７Ｊ＋７２） Ｏ−０１１０３＋ ０．０１Ｍｎ０組成
の焼結体における焼結時間の効果を第３図のグラフに示
している。
更に、上記文献ｒＪ、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ Ｊ ２０
． 付録２０〜４ １８３（１９８１）に記載してい
るように組成Ｐｂ＋−ｘｃａＪｌｏ、 ９ｇ （Ｃｏｔ
／２１’ｌｌ／２） ０． ｏ４０＋ ＋Ｑ、 ３重量
％ＭｎＯ＋０．４重量％ＮｉＯの焼結体においてＣａの
Ｘ分量に対してプロットした誘電率におよび結合係数に
、 ′Ｊ６よびに、を第４図のグラフに示している。
． 付録２０〜４ １８３（１９８１）に記載してい
るように組成Ｐｂ＋−ｘｃａＪｌｏ、 ９ｇ （Ｃｏｔ
／２１’ｌｌ／２） ０． ｏ４０＋ ＋Ｑ、 ３重量
％ＭｎＯ＋０．４重量％ＮｉＯの焼結体においてＣａの
Ｘ分量に対してプロットした誘電率におよび結合係数に
、 ′Ｊ６よびに、を第４図のグラフに示している。
第１．２および３図のグラフを第４図のグラフと比べる
ことによって、特に５〜３０時間焼結した場合に、本発
明の焼結チタン酸カルシウム鉛圧電体が有意に高いに、
／に、比を示すことがわかる。
ことによって、特に５〜３０時間焼結した場合に、本発
明の焼結チタン酸カルシウム鉛圧電体が有意に高いに、
／に、比を示すことがわかる。
本発明の焼結チタン酸カルシウム鉛圧電体は優位に高い
圧電定数を示す付加利点を有している。
圧電定数を示す付加利点を有している。
第１図は０．０１Ｍｎ［ｌおよびｙ 〜０．０４からな
る圧電体に存在するカルシウムの量（％）に対してプロ
ットした厚み結合係数、プレーナ結合係数、誘電率、圧
電定数および散逸率を示すグラフ、第２図は０．０１Ｍ
ｎ０およびｘ＝０．３４からなる本発明の圧電体に存在
するコバルトおよびタングステンの量（％）に対してプ
ロットした厚み結合係数、プレーナ結合係数、圧電定数
、誘電率および散逸率を示すグラス、 第３図は０゜ＯＩＭｎＯおよびＸ＝０．３４並びにｙ
〜０．０６からなる本発明の圧電体の製造において、１
１００℃での焼結時間に対してプロットした厚み結合係
数、プレーナ結合係数、誘電率、圧電定数および散逸率
を示すグラフ、および 第４図は従来の焼結圧電体におけるカルシウムの量に対
してプロットした厚み結合係数、プレーナ結合係数およ
び誘電率を示すグラフごある。 ＦｊＧ、１ ＦｌＧ、２ ０１１１０４ ０２ ０．１ ０．４
０．５ ０．６□× ＦｌＧ、 ４
る圧電体に存在するカルシウムの量（％）に対してプロ
ットした厚み結合係数、プレーナ結合係数、誘電率、圧
電定数および散逸率を示すグラフ、第２図は０．０１Ｍ
ｎ０およびｘ＝０．３４からなる本発明の圧電体に存在
するコバルトおよびタングステンの量（％）に対してプ
ロットした厚み結合係数、プレーナ結合係数、圧電定数
、誘電率および散逸率を示すグラス、 第３図は０゜ＯＩＭｎＯおよびＸ＝０．３４並びにｙ
〜０．０６からなる本発明の圧電体の製造において、１
１００℃での焼結時間に対してプロットした厚み結合係
数、プレーナ結合係数、誘電率、圧電定数および散逸率
を示すグラフ、および 第４図は従来の焼結圧電体におけるカルシウムの量に対
してプロットした厚み結合係数、プレーナ結合係数およ
び誘電率を示すグラフごある。 ＦｊＧ、１ ＦｌＧ、２ ０１１１０４ ０２ ０．１ ０．４
０．５ ０．６□× ＦｌＧ、 ４
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、高い厚み結合係数ｋ＿ｔ、低いプレーナ結合係数ｋ
＿ｐ、高い誘電率Ｋ、高い圧電定数ｄ＿３＿３および低
い散逸率Ｄを有する式： Ｐｂ＿１＿−＿ｘＣａ＿ｘＴｉ＿１＿−＿ｙ（Ｃｏ＿１
＿／＿２Ｗ＿１＿／＿２）＿ｙＯ＿３＋０．００５〜０
．０２（Ａ）（式中ＡはＭｎＯ、ＭｎＯ＿２、ＮｉＯお
よびＮｂ＿２Ｏ＿５からなる群から選択する酸化物およ
びその混合物を示し、およびｘ＝０．３〜０．４および
０．０４＜ｙ≦０．０６を示す）で表される組成を有す
る焼結圧電体。 ２、前記式中、ｘ＝０．３４〜０．３６である特許請求
の範囲第１項記載の焼結圧電体。 ３、高い厚み結合係数ｋ＿ｔ、低いプレーナ結合係数ｋ
＿ｐ、高い誘電率Ｋ、高い圧電定数ｄ＿３＿３および低
い散逸率Ｄを有する式： Ｐｂ＿１＿−＿ｘＣａ＿ｘＴｉ＿１＿−＿ｙ（Ｃｏ＿１
＿／＿２Ｗ＿１＿／＿２）＿ｙＯ＿３＋０．００５〜０
．０２（Ａ）（式中ＡはＭｎＯ、ＭｎＯ＿２、ＮｉＯお
よびＮｂ＿２Ｏ＿５からなる群から選択する酸化物およ
びその混合物を示し、およびｘ＝０．３〜０．４および
０．０４＜ｙ≦０．０６を示す）で表される組成を有す
る焼結圧電体を、上記組成を形成するのに適合する分量
の酸化物ＰｂＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ、Ｃｏ（ＯＨ）＿２、
ＷＯ＿３および少なくとも１種のＭｎＯまたはＭｎＯ＿
２の、またはかかる酸化物の先駆物質の粉砕混合物を焼
成し、次いで生成焼成混合物を１０〜２０％酸素および
９０〜８０％窒素からなる雰囲気中、１０００〜１２０
０℃の温度で１〜５０時間にわたって焼結して生成する
ことを特徴とする焼結圧電体の製造方法。 ４、焼結を空気中１１００〜１１５０℃の温度で５〜３
０時間にわたって行う特許請求の範囲第３項記載の方法
。 ５、焼成を約９２５〜９７５℃の温度で行う特許請求の
範囲第３項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/872,776 US4764492A (en) | 1986-06-10 | 1986-06-10 | Lead calcium titanate piezoelectric ceramic element |
| US872776 | 1986-06-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63260090A true JPS63260090A (ja) | 1988-10-27 |
Family
ID=25360271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62141628A Pending JPS63260090A (ja) | 1986-06-10 | 1987-06-08 | 焼結圧電体およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4764492A (ja) |
| EP (1) | EP0249275A3 (ja) |
| JP (1) | JPS63260090A (ja) |
| KR (1) | KR880000354A (ja) |
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- 1986-06-10 US US06/872,776 patent/US4764492A/en not_active Expired - Fee Related
-
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- 1987-06-02 EP EP87201031A patent/EP0249275A3/en not_active Withdrawn
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- 1987-06-08 KR KR870005779A patent/KR880000354A/ko not_active Withdrawn
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|---|---|
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| KR880000354A (ko) | 1988-03-25 |
| EP0249275A2 (en) | 1987-12-16 |
| EP0249275A3 (en) | 1989-04-05 |
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