DE10041905B4

DE10041905B4 - Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramik sowie Verwendung einer solchen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung für einen piezoelektrischen Resonator, einen piezoelektrischen Wandler und einen piezoelektrischen Aktuator

Info

Publication number: DE10041905B4
Application number: DE10041905A
Authority: DE
Inventors: Koichi Hayashi; Akira Ando; Toshikatsu Hisaki; Yuji Yoshikawa; Masanori Kimura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2020-08-26
Also published as: KR20010050208A; DE10041905A1; JP2002114570A; JP3932785B2; CN1182545C; US6440324B1; CN1286478A; KR100379203B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die in der Lage ist, ein piezoelektrisches Bauteil zu schaffen, das selbst beim Brennen bei einer niedrigen Temperatur eine ausreichende Sinterdichte liefert und außerdem ermöglicht, daß ein kleiner Pb-Anteil durch Brennen verdampft wird, um die Streuung der elektrischen Eigenschaften zu vermeiden, wobei das piezoelektrische Bauteil eine Perowski-Struktur eines Oxyds der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung aufweist, die Pb, Ti, Zr, Ma (Ma stellt mindestens eines von Cr, Mn, Fe und Co dar) und Md (Md stellt mindestens eines von Nb, Sb, Ta und W dar) enthält und wobei a den Gesamtgehalt (in Mol) an Ma darstellt, und b, c, d und e (in Mol) den Gehalt jeweils von Sb, Nb, Ta und W unter den Elementen Md darstellt, wobei die Beziehung von 0,50 < a/(b +c + 2e) gilt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine bleioxydbasierte piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer solchen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung sowie deren Verwendung für einen piezoelektrischen Resonator, einen piezoelektrischen Wandler und einen piezoelektrischen Aktuator.
Pb(Ti, Zr)O₃-basierte piezoelektrische Keramikteile wurden bei Filtern für Kommunikationssysteme, CPU-Uhren, Aktuatoren oder Sensoren verwendet, die aus der piezoelektrischen Wirkung Vorteile ziehen. Auf mehrfachen Komponenten basierende piezoelektrische Keramikteile, wie z.B. Pb(Ti, Zr)O₃-Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃, wurden ebenfalls zur Verbesserung elektrischer Eigenschaften herangezogen.

Eine bleioxydbasierte piezoelektrische Keramikzusammensetzung der genannten Art ist aus der JP 55-151378 A bekannt, die ein Brennen unter reduzierenden Bedingungen in einer sauerstoffreichen Atmosphäre vorschlägt. Weiterhin beschreibt die JP 59-105210 A eine bleioxydbasierte Keramikzusammensetzung enthaltend SiO₂, die bei Sintertemperaturen von 1250°C bis 1350°C gebrannt werden soll. In der DE 26 53 406 A1 ist weiterhin eine keramische Zusammensetzung offenbart, welche 0,5 Mol PbTiO₃, 0,45 Mol PbZrO₃ und 0,1 Mol Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ enthält.

Pb neigte jedoch dazu, durch Brennen in üblichen Pb(Ti, Zr)O₃-basierten piezoelektrischen Keramikteilen als PbO verdampft zu werden, da sie bei einer hohen Temperatur gebrannt werden sollten. Demzufolge wurden die elektrischen Eigenschaften oft verschlechtert, oder die elektrischen Eigenschaften unter den erhaltenen piezoelektrischen Keramikteilen zeigten eine große Schwankungsbreite. Mit anderen Worten kann ein piezoelektrisches Keramikteil, das die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist, nicht sicher hergestellt werden, was es schwierig macht, verschiedene piezoelektrische Keramikteile verwendende Vorrichtungen zu konstruieren.

Eine Aufgabe der Erfindung ist also, eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung zu schaffen, die es ermöglicht, ein piezoelektrisches Bauteil herzustellen, das durch Unterdrückung des Verdampfens von Pb beim Brennen eine geringe Schwankungsbreite der elektrischen Eigenschaften aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Resonator, einen piezoelektrischen Wandler und einen piezoelektrischen Aktuator zu liefern, die jeweils die piezoelektrische Keramikzusammensetzung wie vorstehend beschrieben verwenden.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramik gemäß Anspruch 3 sowie die Verwendung einer solchen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 6 gelöst. Eine bevorzugte Ausführung der Keramikzusammensetzung ist Gegenstand des Anspruches 2.

Die Erfindung sieht also zur Lösung der vorstehenden Probleme eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einer Pe rowskit-Struktur eines Oxyds vor, die Pb, Ti, Zr, Ma (Ma bezeichnet mindestens eines von Cr, Mn, Fe und Co) und Md (Md bezeichnet mindestens eines von Nb, Sb, Ta und W) enthält, wobei sich z innerhalb eines Bereichs von 0,50 < z < 1,00 bewegt, unter der Bedingung, daß der Gesamtgehalt von Ma a ist und der Gehalt von Sb, Nb, Ta und W der Elemente Md jeweils b, c, d und e sind, welche der Beziehung von a/(b + c + d + 2e) = z entsprechen.

Ein Teil des Pb kann durch Ba, Ca, Sr, La, Nd und Ce in einem solchen Maße ersetzt werden, daß die Ziele der Erfindung nicht vereitelt werden. Die Elemente Ma und Md können mit Bleititanatzirkonat vermischt werden, um eine beständige Lösung eines zusammengesetzten Oxyds zu bilden, oder sie können als reine Oxyde verwendet werden.

Vorzugsweise fällt das in der Perowskit-Struktur durch dargestellte u in einen Bereich von 0,98 ≤ u ≤ 1,02 (worin sich A aus der Gesamtheit von Pb und den ersetzten Elementen zusammensetzt, wenn Pb oder ein Teil von Pb durch Ba oder ähnliches ersetzt wird, und B sich aus Ti, Zr, Ma und Md zusammensetzt), um bessere piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten.

X liegt innerhalb eines Bereiches von 0,45 ≤ x ≤ 0,65 mit der Maßgabe, daß das Verhältnis von Ti und Zr x (1-x) ist, um bessere piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten.

Si wird in einem in SiO₂ umgewandelten Anteil von 0, 005 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf einen kombinierten Anteil von 100 Gew.-% von Pb, Ti, Zr, Ma und Md, hinzugefügt.

Ein piezoelektrisches Bauteil, das die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung aufweist, kann für einen piezoelektrischen Resonator verwendet werden.

Ein piezoelektrisches Bauteil, das die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung aufweist, kann auch für einen piezoelektrischen Wandler verwendet werden.

Ein piezoelektrisches Bauteil, das die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung aufweist, kann auch für einen piezoelektrischen Aktuator verwendet werden.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

1 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Sb in Beispiel 1 verändert wird;

2 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Sb in Beispiel 2 verändert wird;

3 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Sb in Beispiel 3 verändert wird;

4 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Sb in Beispiel 3 verändert wird;

5 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Sb in Beispiel 4 verändert wird;

6 eine Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;

7 eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines piezoelektrischen Resonators nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

8 eine Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Resonators nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

9 eine Explosionszeichnung zur Beschreibung der Form der Innenelektrode des in 8 gezeigten piezoelektrischen Resonators;

10 eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Wandlers als eine weitere unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung;

11 eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Aktuators als eine weitere unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung;

12 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Ta in Beispiel 5 verändert wird;

13 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Ta in Beispiel 6 verändert wird;

14 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Ta in Beispiel 7 verändert wird;

15 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Ta in Beispiel 7 verändert wird;

16 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Ta in Beispiel 8 verändert wird;

17 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Nb in Beispiel 9 verändert wird;

18 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die er halten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Nb in Beispiel 10 verändert wird;

19 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/Nb in Beispiel 11 verändert wird;

20 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Nb in Beispiel 11 verändert wird;

21 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/Nb in Beispiel 12 verändert wird;

22 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/W in Beispiel 13 verändert wird;

23 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/W in Beispiel 14 verändert wird;

24 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sin terdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Mn/W in Beispiel 15 verändert wird;

25 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/W in Beispiel 15 verändert wird; und

26 die Beziehung zwischen der Brenntemperatur der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung und der Sinterdichte des piezoelektrischen Bauteils, die erhalten wird, wenn das Molverhältnis z von Cr/W in Beispiel 16 verändert wird.

(Beispiel 1)
Die jeweiligen Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, Sb₂O₅ und SiO₂ wurden als Ausgangsmaterialien vermischt, so daß die Zusammensetzung durch [0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Mn_ySb_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂] dargestellt wird. Jeweilige Ausgangsmaterial-Pulver, wie in den Proben Nr. 1 bis 27 in den folgenden Tabellen 1 und 2 gezeigt, wurden durch mehrfache Änderung der Werte x, y und v vorbereitet. Das Molverhältnis zwischen Mn und Sb oder das Verhältnis von a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung wird durch y/(1-y) dargestellt.
Zu jedem wie vorstehend beschrieben vorbereiteten Ausgangsmaterial-Pulver wurde Wasser hinzugefügt, und das Pulver wurde in nassem Zustand in einer Kugelmühle pulverisiert und mit Wasser vermischt, indem Kopfsteine aus stabilisiertem Zirkonium als Pulverisiermittel verwendet wurden.
Jedes wie oben beschrieben durch Vermischen vorbereitete Ausgangsmaterial-Pulver wurde durch Verdampfung getrocknet und anschließend bei einer Temperatur von 700 bis 900°C kalziniert.
Ein auf PVA (Polyvinyl-Azetat) basierendes Bindemittel wurde hinzugefügt und in einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% in bezug auf das kalzinierte Ausgangsmaterial mit dem kalzinierten Ausgangsmaterial vermischt.
Das mit dem Bindemittel wie oben beschrieben vermischte Ausgangsmaterial wurde bei einem Druck von 500 bis 2000 Kg/cm² gepreßt, um einen scheibenförmigen Gußkörper zu erhalten. Der Gußkörper wurde anschließend bei einer Temperatur von 850 bis 1250°C gebrannt, um ein scheibenförmiges piezoelektrisches Keramikteil mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Stärke von 1 mm zu erhalten.
Nachdem durch Aufdampfen im Vakuum an beiden Flächen des piezoelektrischen Keramikteils Silberelektroden geformt wurden, wurde ein Gleichspannungsfeld von 2,0 kV/mm bis 5,0 kV/mm bei einer Temperatur von 60 bis 150°C in einem Isolierungsölbad angelegt, um die Keramikscheibe längs der Dickenrichtung zu polarisieren, wodurch ein scheibenförmiger piezoelektrischer Resonator erhalten wurde.
Die erhaltenen piezoelektrischen Eigenschaften der radial auseinanderlaufenden Schwingung des piezoelektrischen Resonators wurden mittels eines Impedanzanalysators bewertet. Die Ergebnisse werden in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Die aus den jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 2, 10, 11 und 25 mit X = 0,5 und v = 0,02 erhaltenen piezoelektrischen Keramikteile wurden als charakteristische Beispiele eines durch Verwendung der jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 1 bis 27 erhaltenen piezoelektrischen Resonators ausgewählt.
Die Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der ausgewählten piezoelektrischen Keramikteile wird in 1 gezeigt.
Es ist offensichtlich, daß ein Keramikteil mit ausreichender Sinterdichte nicht erhalten werden kann, sofern es nicht bei einer Temperatur über 1100°C gebrannt wird, wenn das Ausgangsmaterial der Probe Nr. 2 mit einem Molverhältnis z von 0,50 verwendet wird.
Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht erhalten werden, wenn das Ausgangsmaterial der Probe Nr. 25 mit einem Molverhältnis z von 1,00 verwendet wird, sofern es nicht bei einer Temperatur von 1100°C oder mehr gebrannt wird.
Wenn dagegen die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 10 und 11 nach den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, wird die Sinterdichte auch dann ausreichend erhöht, wenn sie bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 940°C gebrannt werden.
Die oben beschriebenen Ergebnisse werden erreicht, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaften verbessert werden, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaften kaum verbessert werden, so eindeutig ist, daß eine geringe Differenz in der Zusammensetzung nahe der Grenze der Zusammensetzung einen großen Unterschied bei den Sintereigenschaften verursacht.
Dementsprechend ist offensichtlich, daß die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Mol verhältnisses z von Mn/Sb auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert wird.
Tabelle 1
Tabelle 2
Die Probe mit einer durch ein Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß die Probe eine Zusammensetzung hat, die außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit einer durch ein Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaften nicht ausreichend sind, um eine Polarisationsbehandlung zu ermöglichen.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen deutlich, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 3 bis 24) mit einem Molverhältnis z von Mn/Sb, das größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist, gute piezoelektrische Eigenschaften auch durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C erhalten werden können.
Die Sinterdichte war gering, und im übrigen waren die piezoelektrischen Eigenschaften schlechter (Proben Nr. 1 und 2 und 25 bis 27), wenn das Molverhältnis z von Mn/Sb 0,50 oder weniger oder 1,00 oder mehr betrug.
(Beispiel 2)
PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, Sb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ + 2,0 mol% von [βMnO₂ + (1-β)/2Sb₂O₅] vermischt. Jeweilige Ausgangsmaterial-Pulver mit den in der Tabelle 3 unten gezeigten Probennummern 28 bis 38 wurden durch mehrfache Änderung der Werte x, β und v vorbe reitet. Das Molverhältnis z von Mn und Sb wird durch Z = β/(1-β) dargestellt.
Unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver wurden durch das gleiche Verfahrens wie in Beispiel 1 scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
2 zeigt die mit den jeweiligen Proben der Probennummern 29, 35 und 38 mit x = 0,5 und v = 0,05 erhaltenen Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile als charakteristische Beispiele.
Eine ausreichende Sinterdichte kann bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen der Probe Nr. 29 mit dem Molverhältnis z von 0,50 nicht erhalten werden, wenn nicht die Brenntemperatur bei 1100°C oder höher liegt. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht erhalten werden, wenn bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 38 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr die Brenntemperatur nicht bei 1200°C oder höher liegt. Im Gegensatz dazu wird bei der Probe der Probe Nr. 35 mit einem Molverhältnis z von 0,85 eine ausreichende Sinterdichte selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 950°C erhalten.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikteile durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden, wenn Mn und Sb als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Jedes nach Beispiel 2 erhaltene piezoelektrische Keramikteil wurde einer Polarisationsbehandlung unterzogen, um seine piezoelektrischen Eigenschaften nach dem Ausformen der Elektroden wie in Beispiel 1 zu bewerten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Die Probe mit einer durch das Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß die Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit einer durch das Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß die Sintereigenschaft nicht ausreichend ist, um eine Polarisationsbehandlung zu ermöglichen.
Tabelle 3 zeigt klar, daß bei den Zusammensetzungen mit einem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 (Proben Nr. 30 bis 36) gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können dagegen nicht erhalten werden, wenn Ausgangsmaterialien, die Zusammensetzungen mit dem Molverhältnis z von 0,50 oder geringer (Proben Nr. 28 und 29) aufweisen, oder Ausgangsmaterialien, die Zusammensetzungen mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr (Proben Nr. 37 und 38) aufweisen, verwendet werden.
Demzufolge können gute piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten werden, wenn der piezoelektrische Keramikteil eine Zusammensetzung mit dem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 aufweist.
(Beispiel 3)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Sb₂O₅ und SiO₂ wurden als Ausgangsmaterial zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃-0,05 Pb(Cr_ySb_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Jeweilige Ausgangsmaterial-Pulver mit den in den Tabellen 4 und 5 unten gezeigten Probennummern 39 bis 64 wurden durch mehrfache Än derung der Werte x, y und v vorbereitet. Die Werte z in den Tabellen 4 und 5 bezeichnen das Molverhältnis von Cr und Sb, die durch Z = y/(1-y) dargestellt werden. Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt, und ihre piezoelektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
Die 3 und 4 zeigen die Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die mit den Proben der Probennummern 39, 40, 48, 49 und 63, welche die durch z = 0,50 und v = 0,02 dargestellte Zusammensetzung (Gew.-%) aufweisen, erhalten wurden.
3 zeigt, daß eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten werden kann, wenn bei den Proben der Probennummern 39 und 40, die Zusammensetzungen mit dem Molverhältnis z von Cr/Sb von 0,50 oder weniger aufweisen, die Keramikteile nicht bei einer Temperatur, die mindestens 1100°C übersteigt, gebrannt werden. 4 zeigt auch, daß bei der Probe der Probennummer 63, die eine Zusammensetzung mit einem Molverhältnis z von Cr/Sb von 1,00 oder mehr aufweist, eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten wird.
Im Gegensatz dazu wird bei den Proben mit den Probennummern 48 oder 49, die jeweils eine Zusammensetzung mit einem Molverhältnis z von 0,75 oder 0,85 aufweisen, eine ausreichende Sinterdichte selbst durch Brennen bei einer so geringen Temperatur wie etwa 940°C erhalten. Dies deshalb, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so deutlich ist, daß eine kleine Veränderung in der Zusammensetzung eine große Veränderung der Sintereigenschaft bei der Zusammensetzung verursacht, die nahe bei der Grenzzusammensetzung liegt.
Dementsprechend kann davon ausgegangen werden, daß die Sintereigenschaft durch Anpassung des Molverhältnisses z von Cr/Sb auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden kann.
Tabelle 4
Tabelle 5
Die Probe mit dem Symbol (*) zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit dem Symbol (+) zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Die Tabelle 1 und 2 zeigen, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 41 bis 62) mit einem Molverhältnis z von Cr/Sb, das größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist, gute piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C erhalten werden können.
Bei den Proben, die Zusammensetzungen mit dem Molverhältnis Z von Cr/Sb von 0,50 oder weniger oder 1,00 oder mehr (Proben Nr. 39, 40, 63 und 64) aufweisen, war die Sinterdichte gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften wurden verschlechtert.
(Beispiel 4)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Sb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ + 2,0 mol% von [β/2Cr₂O₃ + (1-β)/2Sb₂O₅] + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Jeweilige Ausgangs material-Pulver mit den in der Tabelle 6 unten gezeigten Probennummern 65 bis 75 wurden durch mehrfache Änderung der Werte x und v vorbereitet. Das Molverhältnis z von Cr und Sb wird durch z = β/(1-β) dargestellt. Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt. Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte werden in 5 gezeigt, wobei die piezoelektrischen Keramikteile ausgehend von den jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 65, 72 und 75, die die durch x = 0,5 und v = 0,05 dargestellten Zusammensetzungen aufweisen, als charakteristische Beispiele erhalten wurden.
Eine ausreichende Sinterdichte kann bei den Zusammensetzungen der Probe Nr. 65 mit einem Molverhältnis z von 0,50 oder weniger nicht erhalten werden, wenn nicht die Brenntemperatur bei 1100°C oder höher liegt. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 75 mit einem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr erhalten werden. Im Gegensatz dazu wird bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 72 mit einem Molverhältnis z von 0,85 eine ausreichende Sinterdichte durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 950°C erhalten. Demzufolge kann davon ausgegangen werden, daß die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert wird, wenn den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen, die als Hauptkomponente Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ enthalten, Cr und Sb als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden auch in Beispiel 4 durch Anwendung einer Polarisierungsbehandlung bewertet, nachdem nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausge bildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 unten gezeigt.
Tabelle 6
Die Probe mit dem Symbol (*) zeigt, daß seine Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit dem Symbol (+) zeigt, daß seine Sintereigenschaft nicht ausreicht, um eine Polarisationsbehandlung zu ermöglichen.
Tabelle 6 zeigt, daß bei den Proben, die die Zusammensetzungen mit einem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 (Proben Nr. 67 bis 73) aufweisen, gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können dagegen erhalten werden, wenn die Zusammensetzungen der Proben Nr. 65 und 66 mit dem Molverhältnis z von 0,50 oder geringer oder die Zusammensetzungen der Proben Nr. 74 und 75 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr verwendet werden.
Demzufolge sind ausreichende piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhältlich, wenn das Molverhältnis z größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist.
(Piezoelektrisches Element als Anwendungsgegenstand der Erfindung).
Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen können für verschiedene piezoelektrische Elemente, wie piezoelektrische Resonatoren, piezoelektrische Wandler und piezoelektrische Aktuatoren, verwendet werden. Die 6 und 7 sind jeweils eine Explosionszeichnung und eine perspektivische Gesamtansicht, die ein Beispiel des piezoelektrischen Resonators zeigen, der unter Verwendung der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung konstruiert wurde. Ein piezoelektrisches Bauteil 2, das die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung aufweist, wird in diesem piezoelektrischen Resonator 1 verwendet. Das piezoelektrische Bauteil 2 weist eine rechteckige flache Form auf. Eine Resonanzelektrode 3 wird an der Oberseite 2a des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Resonanzelektroden 4 und 5 werden ebenfalls innerhalb des piezoelektrischen Elements 2 als Innenelektroden ausgebildet, wie durch die Explosionszeichnung der 6 gezeigt, so daß die Innenelektroden die Resonanzelektroden 3 längs der Dickenrichtung betrachtet überschneiden. Die Resonanzelektroden 3 bis 5 überschneiden einander längs der Dickenrichtung in Richtung der piezoelektrischen Schicht, um einen piezoelektrischen Vibrator vom Energieanreicherungstyp zu bilden.
Die Resonanzelektroden 3 bis 5 werden an einer Endfläche 2b des piezoelektrischen Bauteils 2 herausgezogen und werden mit der Außenelektrode 6 elektrisch verbunden. Die Resonanzelektrode 4 wird an der anderen Endfläche 2c herausgezogen und wird mit einer Außenelektrode 7 elektrisch verbunden.
Das piezoelektrische Bauteil 2 wird zur Dickenrichtung hin polarisiert. Demzufolge funktioniert der piezoelektrische Resonator 1 als piezoelektrischer Resonator vom Energieanreicherungstyp, indem er durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Außenelektroden 6 und 7 den Vorteil einer zweiten Oberwelle der Längsschwingung längs der Dickenrichtung nutzt.
Die 8 und 9 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht und eine Explosionszeichnung zur Beschreibung eines anderen Ausführungsbeispiels des die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung nutzenden piezoelektrischen Resonators.
Ein Mehrzahl von Innenelektroden 13a bis 13p wird in piezoelektrische Bauteil des piezoelektrischen Resonators 11 vom beschichteten Typ, wie in 8 gezeigt, ausgebildet. Wie in 9 dargestellt, werden die Innenelektroden 13a und 13b in einer vorgegebenen Höhe über die Gesamtfläche des piezoelektrischen Bauteils 12 ausgebildet. Die Außenelektroden 13c bis 13p werden ebenfalls als Gesamtflächenelektroden ausgebildet.
Isolierschichten 14a bis 14h werden an einer Seitenfläche 12a des piezoelektrischen Bauteils 12 ausgebildet, und Isolierschichten 15a bis 15h werden an den gegenüberliegenden Seitenflächen 12b des piezoelektrischen Bauteils 12 ausgebildet. Der Teil der Innenelektrode 13a, der an der Seitenfläche 12b ausgesetzt ist, wird mit der Isolierschicht 15a abgedeckt. Der Teil der folgenden Innenelektrode 13b, der an der Seitenfläche 12a ausgesetzt ist, wird mit der Isolierschicht 14a abgedeckt. Desgleichen werden die Innenelektroden 13a bis 13p alternierend an den Seitenflächen 12b oder 12a ausgesetzt und mit einem Isoliermaterial abgedeckt.
Außenelektroden 16 und 17 werden an den Seitenflächen 12a bzw. 12b ausgebildet. Das piezoelektrische Bauteil 12 wird längs der Dickenrichtung einheitlich polarisiert.
Folglich dient das piezoelektrische Bauteil mittels Anlegen einer Gleichstromspannung zwischen den Außenelektroden 16 und 17 als piezoelektrischer Resonator.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel des die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung verwendenden piezoelektrischen Wandlers zeigt. Eine Mehrzahl von Innenelektroden 23 und 24 wird längs der Dickenrichtung in dem piezoelektrischen Bauteil 22 des piezoelektrischen Wandlers 21 alternierend geschichtet. Die Mehrzahl von Innenelektroden 23 wird an einer Seitenfläche 22a des piezoelektrischen Bauteils 22 herausgezogen, und die Mehrzahl von Innenelektroden 24 wird an der anderen Seitenfläche 22b des piezoelektrischen Bauteils 22 herausgezogen. Die Innenelektroden 23 und 24 befinden sich an einer Endfläche 22c seitlich bezogen auf die Mitte des piezoelektrischen Bauteils 22 in der Längsrichtung. Außenelektroden 25 und 26 werden jeweils an den Seitenflächen 22a und 22b ausgebildet, und eine Außenelektrode 27 wird an der Endfläche 26d gegenüber der Endfläche 26c ausgebildet.
Das piezoelektrische Bauteil 22 wird längs der in der Zeichnung mit dem Pfeil P bezeichneten Richtung oder längs der Längsrichtung polarisiert. Folglich kann das piezoelektrische Bauteil als ein piezoelektrischer Wandler vom Typ Rosen betrieben werden, indem die Außenelektroden 25 und 26 als Eingangselektroden dienen und die Außenelektrode 27 als Ausgangselektrode dienen können.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die als Beispiel eines die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung verwendenden piezoelektrischen Aktuators eine Aktuatorvorrichtung zeigt, die eine Druckkopfantrieb-Einheit eines Tintenstrahldruckers bildet. Eine Mehrzahl von piezoelektrischen Aktuatoren 33 vom beschichteten Typ wird auf einem Substrat 32 in der piezoelektrischen Aktuatorvorrichtung 31 befestigt. Der piezoelektrische Aktuator 33 besteht aus einem piezoelektrischen Bauteil 34, welches aus der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung besteht. Eine Mehrzahl von Innenelektroden 35 und 36 wird so angeordnet, daß sie sich gegenseitig innerhalb des piezoelektrische Bauteils 34 überschneiden. Da die Mehrzahl der Innenelektroden 35 und 36 längs der Dickenrichtung alternierend angeordnet wird, kann sich jeder piezoelektrische Aktuator 33 durch Anlegen einer Wechselstromspannung zwischen den Innenelektroden 35 und 36 verschieben.
Die piezoelektrischen Resonatoren 1 und 11, der piezoelektrische Wandler 21 und der piezoelektrische Aktuator 33 sind lediglich Konstruktionsbeispiele der piezoelektrischen Bauteile, die die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung verwenden, welche für andere piezoelektrische Resonatoren, piezoelektrische Wandler und piezoelektrische Aktuatoren, einschließlich piezoelektrischer Filter, die eine Vielzahl von Konstruktionsmöglichkeiten aufweisen, verwendet werden kann.
(Beispiel 5)
Pulver aus PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂ und Ta₂O₅ als Ausgangsmaterialien werden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Mn_yTa_1-y)O₃ vermischt. Jedes Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 7 unten gezeigten Proben Nr. 76 bis 94 wurde durch mehrfache Änderung der Werte x und y vorbereitet. Das Molverhältnis z von Mn und Ta, oder die Beziehung von z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung, wird durch y/(1-y) dargestellt.
Ein scheibenförmiger piezoelektrischer Resonator wurde durch das Verfahren nach Beispiel 1 hergestellt, indem jedes wie oben vorbereitete Ausgangsmaterial-Pulver verwendet wurde.
Die erhaltenen piezoelektrischen Eigenschaften der radial auseinanderlaufenden Schwingung des piezoelektrischen Resonators wurden mittels eines Impedanzanalysators bewertet.
Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die ausgehend von den jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 77, 81, 92 und 92 mit x = 0,50 erhalten wurden, werden in 12 als charakteristische Ausführungsbeispiele der piezoelektrischen Resonatoren, die die jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 76 bis 94 verwenden, gezeigt.
Eine ausreichende Sinterdichte kann, wenn das Ausgangsmaterial der Probe Nr. 77 mit dem Molverhältnis z von 0,5 verwendet wird, nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur, die 1200°C übersteigt, gebrannt wird. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur, die 1200°C übersteigt, gebrannt wird und wenn das Ausgangsmaterial der Probe Nr. 92 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr verwendet wird.
Im Gegensatz dazu ist die Sinterdichte selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C dann hoch genug, wenn die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 81 und 82 entsprechend den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ergebnisse wurden erhalten, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so eindeutig ist, daß eine kleine Veränderung der Zusammensetzung nahe der Grenzzusammensetzung bewirkt, daß die Sintereigenschaft stark unterschiedlich ist.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft durch Anpassung des Molverhältnisses z von Mn/Ta auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden.
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich wurde.
Tabelle 7 zeigt, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 78 bis 91) mit einem Molverhältnis z von Mn/Ta, das größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist, gute piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C erhalten werden können.
Bei den Proben (Proben Nr. 76, 77 und 92 bis 94), die ein Molverhältnis z von Mn/Ta von 0,50 oder weniger oder 1,00 oder mehr aufweisen, ist dagegen die Sinterdichte gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften wurden verschlechtert.
(Beispiel 6)
PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, und Ta₂O₅ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ + 2,0 mol% von [β/2Mn₂ + (1-β)/2Ta₂O₅] vermischt. Jeweilige Ausgangsmaterial-Pulver der Proben Nr. 95 bis 103 wurden durch mehrfache Änderung der Werte x und β vorbereitet. Das Molverhältnis z von Mn und Ta wird durch z = β/(1-β) dargestellt. Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte werden in 13 gezeigt, wobei die piezoelektrischen Keramikteile ausgehend von den jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 96, 100 und 103 als charakteristische Beispiele erhalten wurden.
Bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen der Probe Nr. 96 mit einem Molverhältnis z von 0, 50 wird eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten, wenn nicht die Brenntemperatur bei 1100°C oder höher liegt. Da die Sintereigenschaft des weiteren in der Probe mit der Probennummer 103, die eine Zusammensetzung mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr aufweist, verringert wurde, kann eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten werden, sofern nicht das Keramikteil bei einer Temperatur von 1200°C oder mehr gebrannt wird. Im Gegensatz dazu wird bei der Probe mit der Probennummer 100 mit einem Molverhältnis z von 0,85 eine ausreichende Sinterdichte selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten.
Demzufolge kann die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden, wenn Mn und Ta als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden auch in Beispiel 6 durch Anwendung einer Polarisierungsbehandlung bewertet, nachdem nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 8 unten gezeigt.
Tabelle 8
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung nicht möglich war.
Tabelle 8 zeigt, daß bei den Proben, die die Zusammensetzungen (Proben Nr. 97 bis 101) mit einem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 aufweisen, gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können dagegen bei den Proben mit den Zusammensetzungen (Proben Nr. 95 und 96), die das Molverhältnis z von 0,50 oder geringer aufweisen, oder bei den Proben mit den Zusammensetzungen (Proben Nr. 102 und 103), die das Molverhältnis z von 1,00 oder mehr aufweisen, nicht erhalten werden.
Demzufolge können gute piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten werden, wenn das Molverhältnis z größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist.
(Beispiel 7)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃ und Ta₂O₅ als Ausgangsmaterialien wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb (Cr_yTa_1-y)O₃ vermischt. Die jeweiligen Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 9 gezeigten Proben Nr. 104 bis 122 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x und y vorbereitet. Der Wert z in Tabelle 9 zeigt das Molverhältnis von Cr und Ta, worin die Beziehung von z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung durch z = y/(1-y) dargestellt wird. Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde ein scheibenförmiges piezoelektrisches Keramikteil hergestellt, und seine piezoelektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
Die 14 und 15 zeigen die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte des piezoelektrischen Keramikteils bei den Proben mit den Probennummern 104, 105, 109, 110, 120 und 122 mit x = 0,50.
Wie aus der 14 offensichtlich ist, kann bei den Proben mit den Probennummern 104 und 105 mit den Zusammensetzungen, die ein Molverhältnis z von Cr/Ta von 0,50 oder weniger aufweisen, eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer mindestens 1100°C übersteigenden Temperatur gebrannt wird. Es geht auch klar aus 15 hervor, daß eine ausreichende Sinterdichte auch nicht bei den Proben der Probennummern 102 und 122, die ein Molverhältnis z von Cr/Ta von 1,00 oder mehr aufweisen, erhalten werden kann, sofern nicht das Keramikteil bei einer hohen Temperatur, wie bei den Proben mit dem z-Wert von 0,50 oder weniger, gebrannt wird.
Im Gegensatz dazu kann eine ausreichende Sinterdichte bei der Probe mit der Probennummer 109 oder 110, die Zusammensetzungen mit dem z-Wert von 0,75 bzw. 0,85 aufweisen, selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten werden. Dies deshalb, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so eindeutig ist, daß eine geringe Differenz in der Zusammensetzung nahe der Grenzzusammensetzung eine große Veränderung der Sintereigenschaft bewirkt.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses z von Cr/Ta auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden.
Tabelle 9
Die Probe mit einer durch ein Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit einer durch ein Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 9 zeigt, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 106 bis 119) mit einem Molverhältnis z, das größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ist, gute piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C erhalten werden.
Die piezoelektrischen Eigenschaften zeigten eine Verschlechterung bei den Proben mit den Zusammensetzungen mit dem Molverhältnis z von Cr/Ta von 0,50 oder weniger oder 1,00 oder mehr
(Beispiel 8).
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃ und Ta₂O₅ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ + 2,0 mol% von [β/2Cr₂O₃ + (1-β)/2Ta₂O₅] vermischt. Jeweilige Ausgangsmaterial-Pulver mit den in der Tabelle 10 unten gezeigten Probennummern 123 bis 131 wurden durch mehrfache Änderung der Werte x und β vorbereitet. Das Molverhältnis z von Cr und Ta wird durch z = β/(1-β) dargestellt. Nach dem gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
*
Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte werden in 16 gezeigt, wobei die piezoelektrischen Keramikteile, die aus den jeweiligen Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 123, 128 und 131 mit x = 0,5 erhalten wurden, als charakteristische Beispiele verwendet werden.
Eine ausreichende Sinterdichte bei den Zusammensetzungen der Probe Nr. 123 mit dem Molverhältnis z von 0,50 oder weniger wird nicht erhalten, sofern die Brenntemperatur nicht bei 1100°C oder höher liegt. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 131 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr erhalten werden, sofern nicht die Brenntemperatur bei 1200°C oder höher liegt. Im Gegensatz dazu wird bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 128 mit einem Molverhältnis z von 0,85 eine ausreichende Sinterdichte selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten.
Demzufolge ist es offensichtlich, daß die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden kann, wenn bei der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, die Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ als Hauptkomponente aufweist, Cr und Ta als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften werden durch Polarisation jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 8 bewertet, nachdem an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 10 unten gezeigt.
Tabelle 10
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 8 zeigt offensichtlich, daß bei den Zusammensetzungen (Proben Nr. 125 bis 129) mit einem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können dagegen nicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzung der Probe Nr. 124, die das Molverhältnis z von weniger als 0,50 aufweist, oder die Zusammensetzung der Probe Nr. 130 mit dem Molverhältnis z von mehr als 1,00 verwendet werden.
Demzufolge werden durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 ausreichende piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten.
(Beispiel 9)
Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, Nb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Mn_yNb_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterial vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in den Tabellen 11 und 12 gezeigten Proben Nr. 132 bis 156 wurden, durch mehrfache Änderung der Werte von x, y und v vorbereitet. Das Molverhältnis z von Mn und Nb, oder der Wert z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung, wird durch y/(1-y) dargestellt.
Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt, und ihre piezoelektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile werden in 17 gezeigt, wobei die aus den jeweiligen Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 141, 142 und 156 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhaltenen piezoelektrischen Keramikteile als charakteristische Beispiele der piezoelektrischen Resonatoren, bei denen die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 132 bis 156 verwenden, verwendet wurden.
Die Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung der Ausgangsmaterialien der Probe Nr. 133 mit dem Molverhältnis z von 0,50 eine ausreichende Sinterdichte nicht erreicht werden kann, sofern die Keramikteile nicht bei einer Temperatur, die 1200°C übersteigt, gebrannt werden. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch nicht erhalten werden, sofern bei Verwendung der Ausgangsmaterialien der Probe Nr. 156 mit dem Molverhältnis z von 1,00 die Keramikteile nicht bei einer Temperatur, die 1100°C übersteigt, gebrannt werden.
Im Gegensatz dazu wird die Sinterdichte selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C ausreichend erhöht, wenn die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 141 und 142 entsprechend den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ergebnisse wurden erzielt, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so deutlich ist, daß eine kleine Veränderung der Zusammensetzung nahe bei der Grenzzusammensetzung große Unterschiede bei der Sintereigenschaft bewirkt.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikteile durch Anpassung des Molverhältnisses z von Mn/Nb auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden.
Tabelle 11
Tabelle 12
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Die Tabellen 11 und 12 zeigen, daß selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 135 bis 155) mit dem Molverhältnis z von Mn/Nb von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können. Die Sinterdichte war gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften wurden verschlechtert, wenn das Molverhältnis z von Mn/Nb 0,50 oder weniger oder 1,00 oder mehr betrug (Proben Nr. 132, 133 und 156).
(Beispiel 10)
PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, Nb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 2,0 mol% von [βMnO₂ + (1-β)/2Nb₂O₅] + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Die jeweiligen Aus gangsmaterial-Pulver der in Tabelle 13 gezeigten Proben Nr. 157 bis 167 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x und v vorbereitet. Das Molverhältnis von Mn und Nb wird durch z = β/(1-β) dargestellt. Nach dem Verfahren wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung der obigen Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
Die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile werden in 18 als charakteristische Beispiele gezeigt, wobei die piezoelektrischen Keramikteile aus den Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 157, 164 und 167 mit x = 0,5 und v = 0,05 Gew.-% erhalten wurden.
Eine ausreichende Sinterdichte wird bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen der Probe Nr. 157 mit dem Molverhältnis z von 0,50 nicht erhalten, sofern nicht die Keramikteile bei 1100°C oder mehr gebrannt werden. Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 167 mit dem Molverhältnis z von 1 oder mehr kann eine ausreichende Sinterdichte auch nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei 1200°C oder mehr gebrannt werden. Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 164 mit dem Molverhältnis z von 0,85 kann dagegen eine ausreichende Sinterdichte erhalten werden, selbst wenn bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C gebrannt wird.
Demzufolge kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikteile durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 0,50 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden, wenn Mn und Nb als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 10 bewertet, nachdem nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 13 unten gezeigt.
Tabelle 13
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 13 zeigt, daß bei der Zusammensetzung (Proben Nr. 159 bis 165) mit dem Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften werden dagegen nicht erhalten, wenn die Zusammensetzung (Probe Nr. 158), die das Molverhältnis z von 0,50 oder geringer aufweist, oder die Zusammensetzung (Probe Nr. 166), die das Molverhältnis z von 1,00 oder mehr aufweist, verwendet wird.
Demzufolge können ausreichende piezoelektrische Eigenschaften selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten werden, wenn die piezoelektrische Keramikzusammensetzung ein Molverhältnis z von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 aufweist.
(Beispiel 11)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Nb₃O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Cr_yNb_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterialien vermischt. Die jeweiligen Ausgangsmaterial-Pulver der in den Tabellen 14 und 15 gezeigten Proben Nr. 168 bis 192 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, y und v vorbereitet. Die Werte z in den Tabellen 14 und 15 oder z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung zeigen das Molverhältnis von Cr und Nb und werden durch z = y/(1-y) dargestellt. Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt, und ihre piezoelektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
Die 19 und 20 zeigen die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der ausgehend von den Proben mit den Probennummern 168, 176, 190 und 192 mit x = 0,50 und v = 0,02 Gew.-% erhaltenen piezoelektrischen Keramikteile.
19 zeigt, daß bei den Proben mit der Probennummern 168 mit den Zusammensetzungen, die ein Molverhältnis z von Cr/Nb von 6,5/13 oder weniger aufweisen, eine ausreichende Sinterdichte nicht erhalten werden kann, sofern das Keramikteil nicht bei einer mindestens 1000°C übersteigenden Temperatur gebrannt wird. 20 zeigt auch, daß eine hohe Sinterdichte bei den Proben der Probennummern 190 und 192, die ein Molverhältnis z von Cr/Nb von 1,00 oder mehr aufweisen, nicht erhalten werden kann, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C oder mehr gebrannt wird.
Im Gegensatz dazu kann eine ausreichende Sinterdichte bei der Probe mit der Probennummer 176, die eine Zusammensetzung mit dem Molverhältnis z von 12/13 aufweist, selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C erhalten werden. Dies deshalb, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sinterei genschaft kaum verbessert wird, so deutlich ist, daß eine geringe Veränderung in der Zusammensetzung große Unterschiede bei der Sintereigenschaft bewirkt.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung durch Anpassung des Molverhältnisses z von Cr/Nb auf größer als 6,5/13 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden.
Tabelle 14
Tabelle 15
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Die Tabellen 14 und 15 zeigen, daß selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 169 bis 189) mit dem Molverhältnis z von Cr/Nb von größer als 6,5/13 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden.
Die Sinterdichte war gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften bei den Zusammensetzungen (Proben Nr. 168, 190 und 191) mit dem Molverhältnis z von 6,5/13 oder weniger oder 1,00 oder mehr wurden verschlechtert.
(Beispiel 12)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Nb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 2,0 mol% von [β2Cr₂O₃ + (1-β)/2Nb₂O₅] + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Die jeweiligen Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 16 unten gezeigten Proben Nr. 193 bis 203 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, β und v vorbereitet. Das Molverhältnis von Cr und Nb wird durch z = β/(1-β) dargestellt. Nach dem Verfahren wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
21 zeigt die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile als charakteristische Beispiele der piezoelektrischen Keramikteile, die aus jeder Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 194, 199 und 203 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhalten wurden.
Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 203 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr kann keine ausreichende Sinterdichte erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur von 1200°C oder mehr gebrannt wird. Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 199 mit dem Molverhältnis z von 12/13 dagegen ist eine ausreichende Sinterdichte selbst bei einem Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 950°C erhältlich. Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 194 mit dem Molverhältnis z von 11/13 kann eine ausreichende Sinterdichte bei einer Brenntemperatur von etwa 1000°C erhalten werden.
Die Erhöhung der Sinterdichte ist auch dem Vergleich mit der Probe 203 ersichtlich.
Demzufolge kann die Sintereigenschaft durch Anpassung des Molverhältnisses z auf größer als 11/13 und kleiner als 1,00 wesentlich verbessert werden, wenn der piezoelektrischen Ke ramikzusammensetzung, die Pb(Zr_1-xTi_X)O₃ als Hauptkomponente enthält, Cr und Nb als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 12 bewertet, nachdem nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 16 unten gezeigt.
Tabelle 16
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 16 zeigt, daß bei den Zusammensetzungen (Proben Nr. 195 bis 201) mit einem Molverhältnis z von größer als 6,5/13 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können dagegen nicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzungen der Proben Nr. 193 und 194, die das Molverhältnis z von 6,5/13 oder weniger aufweisen, oder die Zusammensetzung der Probe Nr. 202 mit dem Molverhältnis z von 1,00 oder mehr verwendet werden.
Demzufolge können ausreichende piezoelektrische Eigenschaften selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C erhalten werden, wenn die piezoelektrische Keramikzu sammensetzung ein Molverhältnis z von größer als 11/13 und kleiner als 1,00 aufweist.
(Beispiel 13)
Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, WO₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Mn_yW_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterial vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 17 unten gezeigten Proben Nr. 204 bis 229 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, y und v vorbereitet. Das Molverhältnis z von Mn und W oder die Beziehung von z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung wird durch y/2(1-y) dargestellt.
Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt, und ihre piezoelektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
22 zeigt die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die ausgehend von jeden Ausgangsmaterial der Proben Nr. 205, 213, 220 und 228 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhalten wurden, als charakteristische Beispiele der piezoelektrischen Resonatoren, welche die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 401 bis 435 verwenden.
Die Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung des Ausgangsmaterials der Probe Nr. 205 mit dem Molverhältnis y/(1-y) von 0,5 keine ausreichende Sinterdichte erreicht werden kann, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur, die 1200°C übersteigt, gebrannt wird. Eine ausreichende Sinterdichte kann auch bei Verwendung des Ausgangsmaterials der Probe Nr. 228 mit dem Molverhältnis y/(1-y) von 1,00 oder mehr nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C gebrannt wird. Im Gegensatz dazu kann die Sinterdichte selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 940°C ausreichend erhöht, wenn die Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 213 und 220 entsprechend den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ergebnisse wurden erzielt, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so deutlich ist, daß eine kleine Veränderung in der Zusammensetzung nahe der Grenzzusammensetzung eine große Veränderung bei der Sintereigenschaft bewirkt.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses y/(1-y) von Mn/W auf größer als 0,5 und kleiner als 1,0 wesentlich verbessert werden.
Tabelle 17
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 17 zeigt, daß, selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C gute piezoelektrische Eigenschaften bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 206 bis 227) mit einem Molverhältnis y/(1-y) von Mn/W von größer als 0,5 und kleiner als 1,00 erhalten werden.
Die Sinterdichte war gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften wurden bei den Proben (Proben Nr. 205 und 228) mit dem Molverhältnis y/(1-y) von Mn/W von 0,5 oder weniger oder 1,0 oder mehr verschlechtert.
(Beispiel 14)
Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, WO₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ + 2,0 Gew.-% von [βMnO₂ + (1-β)WO₃] + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 18 unten gezeigten Proben Nr. 230 bis 240 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, β und v vorbereitet. Das Molverhältnis z von Mn und W wird durch z = a(b + c + d + 2e) = β/2(1-β) dargestellt. Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt
23 zeigt die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die ausgehend von dem Ausgangsmaterial der Proben Nr. 230, 236 und 240 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhaltenen wurden, als charakteristische Beispiele.
Eine ausreichende Sinterdichte kann bei der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung der Probe Nr. 230 mit dem Molverhältnis β/(1-β) von 0,48, das ein Wert von kleiner als 0,50 ist, nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur gebrannt wird, die 1100°C übersteigt. Die Sintereigenschaft wird bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 240 mit dem Molverhältnis β/(1-β) von 1,0 oder mehr des weiteren vermindert und eine ausreichende Sinterdichte kann nicht erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur von 1200°C oder mehr gebrannt wird. Die Sinterdichte kann dagegen bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 236 mit dem Molverhältnis Z von 0,25 selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 950°C ausreichend erhöht werden.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikteile durch Anpassung des Molverhältnisses β/(1-β) auf größer als 0,5 und kleiner als 1,0 wesentlich verbessert werden, wenn Mn und W als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 14 bewertet, nachdem durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 18 unten gezeigt.
Tabelle 18
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 17 zeigt klar, daß bei Zusammensetzungen (Proben Nr. 232 bis 238) mit dem Molverhältnis β/(1-β) von größer als 0,5 und kleiner als 1,0 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Im Gegensatz dazu können gute piezoelektrische Eigenschaften nicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzung (Probe Nr. 231) mit dem Molverhältnis β/(1-β) von 0,5 oder weniger oder die Zusammensetzung (Probe Nr. 239) mit dem Molverhältnis β/(1-β) von 1,0 oder mehr verwendetet wird.
Dementsprechend können bei der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung mit dem Molverhältnis z von größer als 0,5 und kleiner als 1,0 selbst dann gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden, wenn bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C gebrannt wird.
(Beispiel 15)
Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, WO₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Cr_yW_1-y)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterial vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 18 unten gezeigten Proben Nr. 241 bis 263 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, y und v vorbereitet. Der Wert z in Tabelle 19 oder z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung zeigt das Molverhältnis von Mn und W und wird durch z = y/2(1-y) dargestellt.
Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
Die 24 und 25 zeigen die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die aus den Proben Nr. 241, 242, 248, 256, 262 und 263 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhaltenen wurden
24 zeigt, daß bei den Probennummern 241 und 242 mit dem Molverhältnis y/(1-y) von Cr/W von 0,5 oder weniger keine ausreichende Sinterdichte erhalten werden kann, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur, die 1200°C übersteigt, gebrannt wird. 25 zeigt auch, daß bei der Zusammensetzung der Proben Nr. 262 und 263 mit dem Molverhältnis z von Cr/W von 1,0 oder mehr keine ausreichende Sinterdichte erhalten kann, es sei denn, das Keramikteil wird nicht bei einer hohen Temperatur, wie bei der Probe mit den Werten y/(1-y) von 1,0 oder weniger, gebrannt.
Im Gegensatz dazu kann eine ausreichende Sinterdichte bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 248 oder 256 mit dem Molverhältnis y/(1-y) von jeweils 0,63 oder 0,88 selbst durch Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 940°C erhalten werden. Dies deshalb, weil die Grenze zwischen dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft verbessert wird, und dem Bereich der Zusammensetzung, wo die Sintereigenschaft kaum verbessert wird, so deutlich ist, daß eine kleine Veränderung in der Zusammensetzung nahe der Grenzzusammensetzung einen großen Unterschied bei der Sintereigenschaften bewirkt.
Dementsprechend kann die Sintereigenschaft der piezoelektrischen Keramikteile durch Anpassung des Molverhältnisses y/(1-y) von Cr/W auf größer als 0,5 und kleiner als 1,0 wesentlich verbessert werden.
Tabelle 19
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 19 zeigt klar, daß bei piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 248 bis 261) mit dem Molverhältnis y/(1-y) von Cr/W von größer als 1,0 und kleiner als 2,0 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden.
Die Sinterdichte war gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften bei den Zusammensetzungen (Proben Nr. 243, 262 und 263) mit dem Molverhältnis y/(1-y) von Cr/W von 1,0 oder weniger oder 2,0 oder mehr wurden verschlechtert.
(Beispiel 16)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Wo₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 2,0 mol% von [β2Cr₂O₃ + (1-β)/Wo₃] + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 20 unten gezeigten Proben Nr. 264 bis 276 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von x, β und v vorbereitet. Das Molverhältnis z von Cr und W oder z = a/(b + c + d + 2e) nach der Erfindung wird durch z = β/2(1-β) dargestellt. Durch das Verfahren wie in Beispiel 1 wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
26 zeigt die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und der Sinterdichte der piezoelektrischen Keramikteile, die ausgehend von den Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien der Proben Nr. 270 und 276 mit x = 0,5 und v = 0,02 Gew.-% erhalten wurden, als charakteristische Beispiele.
Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 276 mit dem Molverhältnis β/2(1-β) von 2 oder mehr kann keine ausreichende Sinterdichte erhalten werden, sofern das Keramikteil nicht bei einer Temperatur von nicht weniger als 1050°C gebrannt wird. Bei der Zusammensetzung der Probe Nr. 270 mit dem Molverhältnis β/2(1-β) von 1,25 kann dagegen eine ausreichende Sinterdichte selbst beim Brennen bei einer so niedrigen Temperatur wie 950°C erhalten werden.
Demzufolge kann die Sintereigenschaft des piezoelektrischen Keramikteils durch Anpassung des Molverhältnisses β/2(1-β) auf größer als 1,0 und kleiner als 2,0 wesentlich verbessert werden, wenn der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, die Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ als Hauptkomponente enthält, Cr und W als Subkomponenten hinzugefügt werden.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 16 bewertet, nachdem durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 20 unten gezeigt.
Tabelle 20
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Tabelle 20 zeigt klar, daß bei Zusammensetzungen (Proben Nr. 266 bis 274) mit dem Molverhältnis β/2(1-β) von größer als 0,5 und kleiner als 1,0 gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ausreichende piezoelektrische Eigenschaften können nicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzungen der Proben Nr. 264 und 265 mit dem Molverhältnis β/2(1-β) von 0,5 oder weniger oder die Zusammensetzung der Probe Nr. 275 mit dem Molverhältnis z von 1,0 oder mehr verwendetet wird.
Dementsprechend können bei der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung mit dem Molverhältnis β/2(1-β) von 0,5 oder mehr und 1,0 oder weniger selbst dann gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden, wenn bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C gebrannt wird.
(Beispiel 17)
Pulver von PbO, TiO₂, ZrO₂ und ZrO₂, und Cr₂O₃, Fe₂O₃ und CoCO₃ als Ma-Oxyde und Sb₂O₅, Nb₂O₃, Ta₂O₅ und WO₃ als Md-Oxyde und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_o,50Ti_0,50)O₃ – 0,05 Pb(Ma_aSb_bNb_cTa_dW_e) + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterial vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 18 unten gezeigten Proben Nr. 601 bis 649 wurden durch mehrfache Änderung der Werte von v, und a, b, c, d und e vorbereitet. Die Werte von a/(b + c + d + 2e) werden auch in den Tabellen 21 und 22 gezeigt.
Jedem wie oben beschrieben hergestellten Ausgangsmaterial-Pulver wurde Wasser hinzugefügt, und das Pulver wurde in nassem Zustand in einer Kugelmühle pulverisiert und mit Wasser vermischt, indem als Pulverisiermittel Kopfsteine von stabilisiertem Zirkonium verwendet wurden.
Jedes wie oben beschrieben durch Vermischen vorbereitete Ausgangsmaterial-Pulver wurde durch Verdampfung getrocknet und anschließend bei einer Temperatur von 700 bis 900°C kalziniert.
Ein auf PVA (Polyvinyl-Azetat) basierendes Bindemittel wurde hinzugefügt und in einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% in bezug auf das kalzinierte Ausgangsmaterial mit dem kalzinierten Ausgangsmaterial vermischt.
Das mit dem Bindemittel wie oben beschrieben vermischte Ausgangsmaterial wurde bei einem Druck von 500 bis 2000 Kg/cm² gepreßt, um einen scheibenförmigen Gußkörper zu erhalten. Der Gußkörper wurde anschließend bei einer Temperatur von 850 bis 1250°C gebrannt, um ein scheibenförmiges piezoelektrisches Keramikteil mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Stärke von 1 mm zu erhalten.
Nachdem durch Aufdampfen im Vakuum an beiden Flächen des piezoelektrischen Keramikteils Silberelektroden ausgebildet wurden, wurde ein elektrisches DC-Feld mit einer Feldstärke von 2,0 kV/mm bis 5,0 kV/mm in einem Isolierungsölbad bei einer Temperatur von 60 bis 150°C angelegt, um die Keramikscheibe längs der Dickenrichtung zu polarisieren, wodurch ein scheibenförmiger piezoelektrischer Resonator erhalten wurde.
Die erhaltenen piezoelektrischen Eigenschaften der radial auseinanderlaufenden Schwingung des piezoelektrischen Resonators wurden mittels eines Impedanzanalysators bewertet. Die Ergebnisse werden in den Tabellen 21 und 22 gezeigt.
Tabelle 21
Tabelle 22
Die Probe mit der mit dem Symbol (*) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Zusammensetzung außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegt.
Die Probe mit der mit dem Symbol (+) bezeichneten Probennummer zeigt, daß ihre Sintereigenschaft so unzureichend ist, daß eine Polarisationsbehandlung unmöglich war.
Die Tabellen 21 und 22 zeigen klar, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 613 bis 640) mit dem Molverhältnis a/(b + c + d + 2e) von Ma/Md von größer als 0,50 und kleiner als 1,00 gute piezoelektrische Eigenschaften selbst dann erhalten werden können, wenn bei einer so niedrigen Temperatur wie 1000°C gebrannt wird.
Die Sinterdichte war gering, und die piezoelektrischen Eigenschaften bei den Zusammensetzungen (Proben Nr. 601 bis 612 und 641 bis 649) mit dem Molverhältnis a/(b + c + d + 2e) von Ma/Md von 0,50 oder weniger oder 1,0 oder mehr wurden verschlechtert.
(Beispiel 18)
PbO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Sb₂O₅ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb_u(Zr_0,5Ti_0,5)O₃ – 0,05 Pb_u(Cr_0,173Sb_0,627)O₃ + 0,02SiO₂ vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in der Tabelle 23 unten gezeigten Proben Nr. 650 bis 657 wurden durch mehrfache Änderung des Wertes u vorbereitet. Durch das gleiche Verfahren in Beispiel 17 wurden unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt.
Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 18 bewertet, nachdem durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 17 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 23 unten gezeigt.
Tabelle 23
Tabelle 23 zeigt klar, daß bei den Proben mit den Probennummern 652 bis 655 mit dem Wert u, der innerhalb des Bereiches von 0,98 bis 1,02 liegt, bessere piezoelektrische Eigenschaften erhalten wurden.
(Beispiel 19)
PbO, TiO₂, ZrO₃, MnO₂, Nb₂O₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ – 0,05 Pb(Mn_0,473Nb_0,527)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ als Ausgangsmaterial vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 24 unten gezeigten Proben Nr. 661 bis 674 wurden durch mehrfache Änderung des Wertes x vorbereitet. Es wurden scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile erhalten, und ihre piezoelektrischen Eigenschaften werden durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 17 bewertet.
Tabelle 24
Tabelle 24 zeigt klar, daß bei den piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen (Proben Nr. 662 bis 672) mit dem Wert x, der innerhalb eines Bereiches von 0,45 bis 0,65 liegt, bessere piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können, wenn das Verhältnis von Ti und Zr durch x:1-x dargestellt wird.
(Beispiel 20)
PbO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, Nb₂O₃ und SiO₂ wurden zu einer Zusammensetzung von 0,95 Pb(Zr_0,5Ti_0,5)O₃ – 0,05 Pb(Mn_0,338Nb_0,662)O₃ + v Gew.-% von SiO₂ vermischt. Die Ausgangsmaterial-Pulver der in Tabelle 17 unten gezeigten Proben Nr. 680 bis 688 wurden durch mehrfache Änderung des Wertes v vorbereitet. Es wurden durch das gleiche Verfahren unter Verwendung dieser Ausgangsmaterial-Pulver scheibenförmige piezoelektrische Keramikteile hergestellt. Piezoelektrische Eigenschaften wurden durch Polarisierung jedes piezoelektrischen Keramikteils auch in Beispiel 20 bewertet, nachdem durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 17 an den jeweiligen piezoelektrischen Keramikteilen Elektroden ausgebildet wurden. Die Ergebnisse werden in Tabelle 25 unten gezeigt.
Tabelle 25
Tabelle 25 zeigt klar, daß bei den Proben der Zusammensetzungen (Proben Nr. 682 bis 686), die SiO₂ in einem Anteil von 0,005 bis 0,1 Gew.-% enthalten, bessere piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die sich aus einer Perowskit-Struktur eines Oxyds zusammensetzt, enthält Pb, Ti, Zr, Ma (Ma bezeichnet mindestens eines von Cr, Mn, Fe und Co) und Md (Md bezeichnet mindestens eines von Nb, Sb, Ta und W), wobei a den Gesamtgehalt (in Mol) von Ma darstellt und b, c, d und e (in Mol) den Gehalt von Sb, Nb, Ta und W jeweils unter den Elementen Md in einer Beziehung von 0,50 < a/(b + c + d + 2e) < 1,00 darstellen. Demzufolge hat das erhaltene piezoelektrische Bauteil eine ausgezeichnete Sintereigenschaft, die genügt, um eine ausreichende Sinterdichte selbst dann zu liefern, wenn bei einer so niedrigen Temperatur wie etwa 1000°C gebrannt wird, wobei es gleichzeitig gute piezoelektrische Eigenschaften aufweist.
Durch das Brennen geht eine kleine Menge an Pb verloren, da das piezoelektrische Bauteil bei einer niedrigen Temperatur gebrannt wird, was dazu führt, daß ein piezoelektrisches Bauteil mit wenig Schwankungsbreite der Eigenschaften erhalten wird.
Dementsprechend gestattet die Verwendung der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikzusammensetzung die Schaffung von piezoelektrischen Resonatoren, piezoelektrischen Wandlern und piezoelektrischen Aktuatoren mit stabilen elektrischen Eigenschaften.
Tabelle 1
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 2
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 3
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 4
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 5
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 6
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 7
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 8
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 9
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 10
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 11 Tabelle 1
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 12
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 13
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 14
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 15
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 16
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 17
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 18
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 19
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.
Tabelle 20
Die Bezeichnung "E + N" (N ist ein numerischer Wert) bei der Kolonne Spezifischer Widerstand bedeutet, daß der Wert in x 10^N ausgedrückt wird.

Claims

Piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einer Perowskit-Struktur eines Oxids, das Pb, Ti, Zr, Ma und Md enthält, wobei Ma mindestens eines von Cr, Mn, Fe und Co und Md mindestens eines von Nb, Sb, Ta und W bezeichnen und a/(b + c + d + 2e) = z, mit a dem Gesamtinhalt in Mol von Ma und b, c, d und e den Gehalten in Mol von Sb, Nb, Ta und W, und 0,50 < z < 1,00, dadurch gekennzeichnet, daß Si in einem in SiO₂ umgewandelten Anteil von 0,005 bis 0,1 Gew.-% bezogen auf einen kombinierten Anteil von 100 Gew.-% von Pb, Ti, Zr, Ma und Md enthalten ist, und x innerhalb eines Bereiches von 0,45 ≤ x ≤ 0,65 liegt, wenn x/(1-x) das Molverhältnis der Teilkomponenten Ti und Zr zueinander ist.
Piezoelektrische Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß u, wenn die Perowskit-Struktur durch A_uBO₃ dargestellt wird, in dem Bereich von 0,98 ≤ u ≤ 1,02 liegt, wobei A aus der Gesamtheit von Pb und den ersetzenden Elementen besteht, wenn Pb zumindest teilweise durch Ba, Ca, Sr, La, Nd und/oder Ce ersetzt ist, und B aus Ti, Zr, Ma und Md besteht.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einer Perowskit-Struktur eines Oxids, das Pb, Ti, Zr, Ma und Md enthält, wobei Ma mindestens eines von Cr, Mn, Fe und Co und Md mindestens eines von Nb, Sb, Ta und W bezeichnen und a/(b + c + d + 2e) = z, mit a dem Gesamtinhalt in Mol von Ma und b, c, d und e den Gehalten in Mol von Sb, Nb, Ta und W, und 0,50 < z < 1,00, und wobei Si in einem in SiO₂ umgewandelten Anteil von 0,005 bis 0,1 Gew.-% bezogen auf einen kombinierten Anteil von 100 Gew.-% von Pb, Ti, Zr, Ma und Md enthalten ist, mit folgenden Schritten: Vermischen der jeweiligen Metalloxidpulver enthaltend Pb, Ti, Zr, Ma und Md zu einem Ausgangsmaterial, Kalzinieren des Ausgangsmaterials, Sintern des kalzinierten Ausgangsmaterials bei einer Temperatur von unter 1100°C, insbesondere bei 950°C bis 1000°C.
Verwendung einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 für einen piezoelektrischen Resonator.
Verwendung einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 für einen piezoelektrischen Wandler.
Verwendung einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 für einen piezoelektrischen Aktuator.