DE102008014394A1

DE102008014394A1 - Piezoelektrische keramische Zusammensetzung

Info

Publication number: DE102008014394A1
Application number: DE200810014394
Authority: DE
Inventors: Takeo Tsukada; Masahito Furukawa
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP4849338B2; CN101274850A; JP2008239380A; DE102008014394B4; CN101274850B; US20080237530A1; US7901590B2

Abstract

Es wird eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung vorgeschlagen, die ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften erzielt, selbst wenn sie bei niedriger Temperatur gebrannt wird. Die piezoelektrische keramische Zusammensetzung weist eine Zusammensetzung entsprechend einem Mischkristall auf, die eine erste Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall basierende Perowskit-Struktur aufweist, eine zweite Verbindung, die eine tetragonale Kristall basierende Perowskit-Struktur aufweist und eine dritte Verbindung umfasst. Die dritte Verbindung ist ein Verbindungsoxid, das Bi als erstes Komponentenelement, Fe oder Mn als zweites Komponentenelement und ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement aufweist. Das sechswertige metallische Element ist mindestens W oder Mo.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung, die im Gebiet von Aktuatoren, Sensoren, Resonatoren und Ähnlichem umfangreich verwendet wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Piezoelektrische Werkstoffe (piezoelektrische keramische Zusammensetzungen) weisen den Effekt auf, Spannung zu erzeugen, wenn ein elektrisches Feld von außen an sie angelegt wird (Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie), und den Effekt, eine elektrische Ladung auf ihrer Oberfläche zu erzeugen, wenn Spannung von außen an sie angelegt wird (Wandlung mechanischer Energie in elektrische Energie). Sie haben in den vergangenen Jahren in verschiedenen Gebieten breite Anwendung gefunden. Ein solcher piezoelektrischer Werkstoff wie Titanzirkonat (Pb(Zr, Ti)O₃: PZT) zeichnet sich durch exakte Positionsausrichtung aus und findet beispielsweise Anwendung in der exakten optischen Ausrichtung, weil er eine Spannung erzeugt, die im Wesentlichen proportional zur Größenordnung von 1 × 10^–10 m/V in Reaktion auf eine angelegte Spannung ist. Im Gegensatz dazu wird der piezoelektrische Werkstoff auch als Sensor zum Auslesen einer exakten Kraft und Verformung genutzt, weil er eine große elektrische Ladung proportional zur Spannung erzeugt, die darauf ausgeübt wird, oder zur Größe seiner Verformung selbst, die durch die Spannung verursacht wird. Da der piezoelektrische Werkstoff ein ausgezeichnetes Reaktionsvermögen aufweist, ist er außerdem in der Lage, zu ermöglichen, dass der piezoelektrische Werkstoff selbst oder ein elastischer Körper, der zur Verbindung mit dem piezoelektrischen Werkstoff angepasst ist, erregt wird und folglich eine Resonanz damit induzieren kann, und er daher als piezoelektrischer Transformator, als Überschallmotor, etc. verwendet wird.
Die meisten piezoelektrischen Werkstoffe, die derzeit für praktische Anwendungen verfügbar sind, sind Mischkristall-Systeme (PZT-Systeme), die aus PbZrO₃(PZ) – PbTiO₃(PT) bestehen. Der Grund für diese Tatsache ist, dass ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften unter Verwendung einer Zusammensetzung erhalten werden können, die sich der morphotropen Phasengrenze (Morphotropic Phase Boundary – M.P.B.) zwischen dem rhomboedrisch Kristall-basierenden PZ und dem tetragonal Kristall-basierenden PT nähert. Die PZT-basierenden piezoelektrischen Werkstoffe, die angepasst sind, um für verschiedene Verwendungen geeignet zu sein, sind als Folge des Hinzufügens variierender Hilfskomponenten oder Zusätze weiterentwickelt worden. Sie variieren in solch einem Maße, dass sie als Betätigungselement zur Positionsausrichtung verwendet werden und einen großen Spannungskoeffizienten (d) benötigen, anstatt einen kleinen mechanischen Leistungsfaktor (Qm) anzunehmen und dass von ihnen erwartet wird, in der Anwendung unter Verwendung von Gleichstrom eine große Verschiebung zu erzeugen und bei der Verwendung als Überschallwellen-erzeugende Einrichtung, wie ein Überschallmotor, einen großen mechanischen Leistungsfaktor (Qm) aufzuweisen, anstatt eine kleine piezoelektrische Konstante (d) anzunehmen und eine Wechselstromquelle zu nutzen.
Auch andere piezoelektrische Werkstoffe als die PZT-basierenden Werkstoffe sind für praktische Anwendungen entwickelt worden. Es sind überwiegend Mischkristalle, die als Hauptkomponenten solche auf Blei basierenden Perowskit-Zusammensetzungen wie Bleimagnesiumniobat [Pb(Mg, Nb)O₃; PMN) aufweisen.
Die piezoelektrischen Werkstoffe, die für praktische Anwendungen entwickelt worden sind, sind ausnahmslos auf Blei basierende piezoelektrische Werkstoffe, wie zuvor beschrieben, und weisen Bleioxid (PbO) auf, das selbst bei niedrigen Temperaturen extrem flüchtig ist und als Hauptkomponente in einer großen Menge nahe 60 bis 70 mass % enthalten ist. PZT oder PMN enthält beispielsweise Bleioxid in einer Menge von ungefähr 2/3 im Masseverhältnis. Die auf Blei basierenden piezoelektrischen Werkstoffe, die Blei in einer solch großen Menge enthalten, führen zu vielen Problemen mit der Umwelt, beispielsweise als öffentliches Ärgernis, und vom ökologischen Standpunkt aus. Während der Herstellung eines auf Blei basierenden piezoelektrischen Werkstoffs verflüchtigt sich eine extrem große Menge der industriellen Menge an Bleioxid und diffundiert in die Luft in einem Wärmebehandlungsschritt wie Brennen, wenn die Produkte keramische Artikel sind, oder wie Schmelzen, wenn die Produkte Einkristallartikel sind. Obgleich das Bleioxid, das beim Herstellungsschritt emittiert wird, wieder gewonnen werden kann, ist das Bleioxid, das in den als Handelsartikel vermarkteten piezoelek trischen Produkten enthalten ist, derzeit schwer wiederzugewinnen. Wenn das Bleioxid in hohem Maße in die Umwelt freigesetzt wird, führt die Freisetzung von Blei, die durch sauren Regen verursacht wird, zu Besorgnis. Daher stellt die Freisetzung von Blei von den piezoelektrischen Werkstoffen unter Berücksichtigung ihrer zunehmenden Anwendungsmengen ein sehr wichtiges Problem dar.
Als piezoelektrische Werkstoffe, die überhaupt kein Blei enthalten, sind Bariumtitanat (BaTiO₃) und Bismut-gebettete ferroelektrische Werkstoffe bekannt. Bariumtitanat ist jedoch nicht zweckdienlich in Anwendungen, die Verbinden mit Lötzinn und die Montage auf einem Fahrzeug umfassen, weil der Curie-Punkt nur 120° beträgt, und verliert bei Temperaturen darüber seine Piezoelektrizität. Auf der anderen Seite bringen die Bismut-gebetteten ferroelektrischen Werkstoffe, obgleich sie für gewöhnlich einen Curie-Punkt über 400°C aufweisen und sich durch ihre thermische Stabilität auszeichnen, ein Produktivitätsproblem mit sich, weil sie eine große Kristallanisotropie aufweisen und erfordern, dass die spontane Polarisierung beispielsweise durch Warmschmieden ausgerichtet wird. Allgemein führt die Beseitigung von Blei in einem piezoelektrischen Werkstoff zur Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft. Wenn beispielsweise der Bleigehalt von dem herkömmlichen piezoelektrischen Werkstoff gründlich beseitigt wird, geht man davon aus, dass eine große Elektrizität schwer zu erzielen ist.
Außerdem sind bei der Suche nach einem neuen piezoelektrischen Werkstoff Studien an den auf Natriumbismuttitanat basierenden Werkstoffen ausgeführt worden. JP-B-4-60073 und JP-A-11-180769 offenbaren beispielsweise Werkstoffe, die Natriumbismuttitanat und Bariumtitanat umfassen, und JP-A-11-171643 offenbart Werkstoffe, die Natriumbismuttitanat und Kaliumbismuttitanat umfassen. Außerdem offenbart JP-A-16-035350 Systeme, die Natriumbismuttitanat, Kaliumbismuttitanat und eine dritte Komponente umfassen.
Die auf Natriumbismuttitanat basierenden Werkstoffe haben jedoch im Vergleich zu auf Blei basierenden piezoelektrischen Werkstoffen keine adäquaten piezoelektrischen Eigenschaften erworben und somit ist es erforderlich, dass sie weitere Verbesserungen der piezoelektrischen Eigenschaften erfahren.
In dieser Situation schlägt die vorliegende Patentanmeldung einen piezoelektrischen keramischen Werkstoff vor, der eine erste Verbindung umfasst, der eine rhomboedrische, Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, eine zweite Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist und eine dritte Verbindung, umfassend Bismut (Bi), ein zweiwertiges metallisches Element wie Magnesium (Mg), ein dreiwertiges metallisches Element wie Zirkonium (Zr) und Sauerstoff (O) (siehe JP-A-2005-47745 , JP-A-2005-47746 , JP-A-2005-47748 ). Sie schlägt auch einen piezoelektrischen Keramikartikel vor, der eine erste Verbindung umfasst, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, eine zweite Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und eine dritte Verbindung, umfassend Bismut, Eisen (Fe), ein fünfwertiges Element wie Tantal (Ta) und Sauerstoff (O) (siehe JP-A2005-47747 ). Die piezoelektrischen Keramikartikel, die in Patentschriften JP-A-2005-47745 , JP-A-2005-47746 , JP-A-2005-47748 und JP-A2005-47747 offenbart sind, sind in der Lage, solche piezoelektrischen Eigenschaften wie Verschiebung wesentlich zu verbessern und die Anwendbarkeit eines nicht auf Blei basierenden piezoelektrischen Werkstoffs umfassend zu verbessern.
Das piezoelektrische Material muss eine große piezoelektrische Konstante (d) und eine große Verschiebung aufweisen und muss dabei erlauben, dass bei einer niedrigen Temperatur gebrannt werden kann. Wenn eine piezoelektrische Einrichtung mit einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung gebildet wird, ist die Bildung einer Elektrode notwendig. Das Brennen bei einer niedrigen Temperatur ist jedoch unerlässlich, wenn die Elektrode mit solch einem kostengünstigen Elektrodenmaterial wie Silber (Ag) anstelle eines teuren Edelmetalls ausgebildet ist. Von diesem Standpunkt aus gesehen, sind die nicht auf Blei basierenden piezoelektrischen Werkstoffe, die in den zuvor erwähnten Patentdokumenten offenbart sind, nicht adäquat und weisen kaum ausgezeichnete piezoelektrischen Eigenschaften auf, wenn das Brennen bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des zuvor erwähnten herkömmlichen Stands der Technik vorgeschlagen worden und zielt auf die Bereitstellung einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung ab, die in der Lage ist, ausgezeichnete piezoelektrische Zusammensetzungen selbst durch Brennen bei niedriger Temperatur zu erzielen.
Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass sie Elemente umfasst, die eine Zusammensetzung bilden, die einem Mischkristall entspricht, die aus einer ersten Verbindung besteht, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, einer zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und eine dritte Verbindung, die ein Verbindungsoxid ist, das Bi als erstes Komponentenelement umfasst, mindestens Fe oder Mn als zweites Komponentenelement, und ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement.
Die zuvor erwähnten Elemente, die die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung umfasst, entsprechen den Ergebnissen des Hinzufügens zur Kombination der ersten Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und der zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, als dritte Verbindung, ein Verbindungsoxid, das Bi als erstes Komponentenelement umfasst, mindestens Fe oder Mn als zweites Element und ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement. Das Hinzufügen des Verbindungsoxids unterstützt, dass bei einer niedrigen Temperatur gebrannt werden kann und führt zu ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaften, selbst wenn das Brennen bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung einer großen piezoelektrischen Konstante ausgeführt, selbst wenn das Brennen bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt wird, und es wird eine piezoelektrische Einrichtung einer großen Verschiebung bereitgestellt. Da es möglich wird, dass selbst nicht auf Blei basierende piezoelektrische Materialien adäquate piezoelektrische Eigenschaften erwerben können und darüber hinaus, da die Emission von Blei in die Umwelt selbst in diesem Fall auf ein Minimum unterdrückt werden kann, wird außerdem eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung ausgeführt, die sich durch eine geringe Luftverschmutzung und geringe Umweltprobleme sowie aus ökologischer Sicht auszeichnet und die die weitere tatsächliche Nutzung piezoelektrischer Materialien fördert.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Nachfolgend wird die Ausführungsform ausführlich beschrieben, die diese Erfindung anwendet.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung weist als Grundzusammensetzung eine Zusammensetzung auf, die der Kombination einer ersten Verbindung entspricht, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und einer zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist. Indem die Verbindung, die der zuvor erwähnten Verbindung entspricht, als Grundzusammensetzung dient, werden eine morphotrope Phasengrenze (Morphotropic Phase Boundary – M.P.B.) in mindestens einem Teil der piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung gebildet und ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften erzielt.
Hier ist es erforderlich, dass die erste Zusammensetzung eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, die gemäß dem Grundsatz ausgewählt werden kann, dass die Kristallstruktur einer Verbindung durch die Zusammensetzung der Verbindung entschieden wird. Die Eigenschaft bzw. Tatsache, ob die Verbindung die rhomboedrische Kristall-basierende Struktur aufweist oder nicht, kann gelöst werden, indem die Verbindung einer Röntgenstrahlen-Diffraktionsanalyse unterzogen wird und die Ergebnisse dieser Analyse basierend auf der ASTM-Karte geprüft werden.
Als konkrete Beispiele der ersten Verbindung sind Natriumbismuttitanat (Na_0.5Bi_0.5TiO₃), Bleizirkonat (PbZrO₃), Bismutferrit (BiFeO₃) und solche Verbindungen wie Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃, Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃, Pb(Fe_1/2Ta_1/2)O₃ und Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O zu nennen. Da die erste Verbindung vorzugsweise eine Verbindung ist, die zur besseren Her stellung eines nicht auf Blei basierenden piezoelektrischen Materials kein Blei umfasst, kann das zuvor erwähnte Natriumbismuttitanat (NBT) jedoch als geeignete Verbindung für die dritte Verbindung bezeichnet werden.
Natriumbismuttitanat ist eine Verbindung, bei der Natrium (Na) und Bismut (Bi) an der A-Seite der Perowskit-Struktur positioniert sind und Titan (Ti) an der B-Seite der Perowskit-Struktur positioniert ist. Bei Natriumbismuttitanat ist das Molarverhältnis des A-Seiten-Elements (Na, Bi) zum B-Seiten-Element (Ti) (nachfolgend als A/B-Verhältnis bezeichnet) in der stöchiometrischen Zusammensetzung 1. Dieses A/B-Verhältnis ist nicht begrenzend, sondern erlaubt gewisse Abweichungen. Wenn das Natriumbismuttitanat durch eine allgemeine Formel (Na_0.5Bi_0.5)_aTiO₃ ausgedrückt wird (wobei a das A/B-Verhältnis bezeichnet), erweist sich beispielsweise das A/B-Verhältnis a, das nicht größer als 1 ist, als günstig, weil es die Ergänzung der Sintereigenschaft und das Erzielen besserer piezoelektrischer Eigenschaften ermöglicht. Außerdem erweist sich das A/B-Verhältnis, das im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0 liegt, als günstiger, weil es das Erwerben noch besserer piezoelektrischer Eigenschaften ermöglicht. Die polaren Verhältnisse von Natrium und Bismut und das Molarverhältnis von Sauerstoff in der zuvor erwähnten allgemeinen Formel basieren auf der stöchiometrischen Zusammensetzung. Diese Molarverhältnisse erlauben gewisse Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung.
Die erste Verbindung kann aus einer Art von Verbindung oder aus einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebildet sein. Wenn sie aus einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebildet ist, können diese Verbindungen einen gemeinsamen Mischkristall darstellen oder nicht. Wenn Sie aus einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebil det ist, sind die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse der einzelnen Verbindungen vorzugsweise nicht größer als 1 und liegen im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1, und die Werte der A/B-Verhältnisse der einzelnen Verbindungen, die durch das arithmetische Mittel basierend auf der Verbindung erhalten werden, sind vorzugsweise nicht größer als 1 und liegen im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0.
Währenddessen ist die zweite Verbindung eine Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist. Da die Kristallstruktur einer Verbindung durch die Zusammensetzung der Verbindung wie zuvor beschrieben entschieden wird, kann die Verbindung, die die tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, basierend auf diesem Grundsatz ausgewählt werden. Die Eigenschaft oder Tatsache, ob die zweite Verbindung die tetragonale Kristall-basierende Struktur aufweist oder nicht, kann ähnlich dem Fall der rhomboedrischen Kristall-basierenden Struktur gelöst werden, indem eine gegebene Verbindung einer Röntgenstrahlen-Diffraktionsanalyse unterzogen wird und die Ergebnisse dieser Analyse basierend auf der ASTM-Karte geprüft werden.
Als konkrete Beispiele der zweiten Verbindung sind Kaliumbismuttitanat (K_0.5Bi_0.5TiO₃), Bariumtitanat (BaTiO₃), Bleititanat (PbTiO₃) und solche Verbindungen wie Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃, K₃Li₂Nb₅O₁₅, und Sr₂KNb₅O₁₅ zu nennen. Wenn sich bei der Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, die Länge der A-Achse und die Länge der B-Achse einander annähern, kann dies als Änderung angesehen werden, die die zuvor erwähnte tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist und kann als solche verwendet werden.
Von diesen Verbindungen ist es günstig, Kaliumbismuttitanat (KBT) oder Bariumtitanat oder die Kombination aus Kaliumbismuttitanat (KBT) und Bariumtitanat zu verwenden. Das Kaliumbismuttitanat und das Bariumtitanat sind Verbindungen, die kein Blei enthalten. Sie sind in der Lage, eine piezoelektrische keramische von Blei befreite Verbindung bereit zustellen. Sie haben sich daher aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften als günstig erwiesen.
Das zuvor erwähnte Kaliumbismuttitanat (KBT) ist eine Verbindung, bei der Kalium (K) und Bismut (Bi) an der A-Seite der Perowskit-Struktur positioniert sind und Titan (Ti) an der B-Seite der Perowskit-Struktur positioniert ist. Während die Molarverhältnisse der A-Seiten-Elemente (K und Bi) zu dem B-Seite-Element (Ti) im Kaliumbismuttitanat (A/B-Verhältnisse) in der stöchiometrischen Zusammensetzung 1 sind, sind sie nicht begrenzend, sondern erlauben gewisse Abweichungen. Wenn das Kaliumbismuttitanat durch eine allgemeine Formel (K_0.5Bi_0.5)_bTiO₃ ausgedrückt wird (wobei b das A/B-Verhältnis bezeichnet), erweist sich beispielsweise das A/B-Verhältnis, das nicht größer als 1 ist, als günstig, weil es in der Lage ist, die Sintereigenschaft und das Erzielen besserer piezoelektrischer Eigenschaften zu verbessern. Das A/B-Verhältnis, das im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0 liegt, erweist sich als günstiger, weil es in der Lage ist, noch bessere piezoelektrische Eigenschaften zu erwerben. Während die Molarverhältnisse von Kalium und Bismut und das Molarverhältnis von Sauerstoff in der zuvor erwähnten allgemeinen Formel aufgrund der stöchiometrischen Zusammensetzung ermittelt wurden, erlauben diese Molarverhältnisse gewisse Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung.
Die zweite Verbindung kann auch aus einer Art Verbindung oder einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebildet sein. Wenn Sie aus einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebildet ist, können diese Verbindungen einen gemeinsamen Mischkristall darstellen oder nicht. Wenn die zweite Verbindung aus einer Mehrzahl Arten von Verbindungen gebildet ist, sind die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse der einzelnen Komponenten vorzugsweise nicht größer als 1 und liegen außerdem im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0, und die Werte der A/B-Verhältnisse der einzelnen Verbindungen, die durch das arithmetische Mittel basierend auf der Zusammensetzung ermittelt werden, sind vorzugsweise nicht größer als 1 und liegen überdies im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zusammensetzung entsprechend dem aufweist, was aus dem Hinzufügen einer dritten Verbindung zu der zuvor erwähnten Grundzusammensetzung resultiert. Die dritte Verbindung ist ein Verbindungsoxid, das Bi als erstes Komponentenelement, Fe oder Mn als zweites Komponentenelement und ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement umfasst und in einer Form vorliegt, die einen Mischkristall mit der ersten Verbindung oder der zweiten Verbindung oder beiden darstellt. Die Tatsache, dass die dritte Verbindung als Komponentenelemente solche sechswertigen metallischen Elemente wie W und Mo umfasst, führt dazu, dass solche piezoelektrischen Eigenschaften wie die piezoelektrische Konstante in hohem Maße verbessert werden, selbst wenn das Brennen bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt wird.
Von den Komponentenelementen, die die dritte zuvor erwähnte Verbindung darstellen, kann das zweite Komponentenelement aus Fe und Mn ausgewählt werden. Jedes dieser Elemente verbessert die piezoelektrischen Eigenschaften effektiv. Insbesondere wenn Mn ausgewählt wird, ist es in der Lage, einen zusätzlichen Effekt zu erzielen und den Qm-Wert zu erhöhen. Als piezoelektrischer Werkstoff ist ein Werkstoff erforderlich, der eine große piezoelektrische Konstante (d) und eine große Verschiebung aufweist, während ein Werkstoff, der einen großen Qm aufweist (mechanischer Leistungsfaktor: Energieverlustindex) wie in Anwendungen, die einer Verwendung eines Wechselstroms erfordern, notwendig ist. Wie bei einem Resonator, der mit Hochfrequenz betrieben wird, stellt beispielsweise die Tatsache, dass ein piezoelektrisches Material einen kleinen Qm aufweist, einen Faktor zum Erzeugen von Wärme dar. Wie bei einer elektrischen Einrichtung, die mit einer großen Amplitude vibrieren muss, führt die Tatsache, dass ein piezoelektrischer Werkstoff einen kleinen Qm aufweist, möglicherweise zur Zerstörung der Einrichtung. Wenn Mn als ein Komponentenelement der dritten Verbindung ausgewählt wird, führt diese Auswahl nicht nur dazu, dass die piezoelektrische Konstante (d) verbessert wird, sondern auch zur Verbesserung des Qm-Werts und zum Ausführen einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung, die eine größere piezoelektrische Konstante und einen größeren Qm-Wert aufweist.
Von den Komponentenelementen, die die dritte Verbindung darstellen, kann das dritte Komponentenelement aus sechswertigen metallischen Elementen ausgewählt werden. Die sechswertige metallische Komponente ist mindestens ein Element, das aus W und Mo ausgewählt wird.
Wenn das dritte Komponentenelement ein sechswertiges metallisches Element ist, wird die Zusammensetzung der zuvor erwähnten dritten Verbindung durch die allgemeine Formel Bi_c(M^I _3/4M^II _1/4) ausgedrückt. In der zuvor erwähnten allgemeinen Formel bezeichnet M^I Fe oder Mn und M^II bezeichnet ein sechswertiges metallisches Element (nämlich mindestens ein Element, das aus W und/oder Mo ausgewählt wird). Während das Molarverhältnis c von Bi in der stö chiometrischen Zusammensetzung 1 ist, erlaubt es kleine Abweichungen. Obgleich die Molarverhältnisse von M^I (Fe oder Mn) und des sechswertigen metallischen Elements M^II und das Molarverhältnis von Sauerstoff in der zuvor erwähnten allgemeinen Formel basierend auf der stöchiometrischen Zusammensetzung entschieden werden, erlauben sie kleine Abweichungen ähnlich wie bei Bi.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung erlaubt, dass ihre Zusammensetzung so ausgedrückt wird, als wäre sie in die zuvor erwähnte erste Verbindung, die zweite Verbindung und die dritte Verbindung umgewandelt. In diesem Fall kann das Verhältnis der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung richtig eingestellt werden, als wäre es an der Zusammensetzung zentriert, die sich der morphotropen Phasengrenze zwischen der ersten Verbindung nähert, die die rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und der zweiten Verbindung, die die tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist.
In Bezug auf die erste Verbindung und die zweite Verbindung sind dann die Gesamt-A/B-Verhältnisse vorzugsweise nicht größer als 1 und überdies nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1. Insbesondere sind die Werte der A/B-Verhältnisse der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung, die durch das arithmetische Mittel basierend auf ihren Zusammensetzungen ermittelt werden, vorzugsweise nicht größer als 1 und liegen überdies im Bereich zwischen nicht kleiner als 0,85 und nicht größer als 1,0. Diese Angabe wird als Formel durch (α·s + β·t) ≤ 1 und überdies durch 0,85 ≤ (α·s + β·t) ≤ 1 dargestellt, vorausgesetzt, das Molarverhältnis der ersten Verbindung wird mit α bezeichnet und das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit β und das A/B-Verhältnis mit t (wobei α + β = 1) bezeichnet. Wie bereits erklärt, können in diesem Bereich eine ausge zeichnete Sintereigenschaft und ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften erzielt werden.
Während die Menge der dritten hinzuzufügenden Verbindung in Anbetracht der charakteristischen Eigenschaften der Verbindung richtig eingestellt werden kann, variiert der optimale Bereich dieser Menge der spezifischen Verbindung, umfassend die dritte Verbindung, mit der Art der zweiten Verbindung. Wenn Kaliumbismuttitanat (KBT) als zweite Verbindung verwendet wird, sind beispielsweise die Bedingungen 0,76 ≤ x ≤ 0,91, 0,08 ≤ y ≤ 0,23, 0 < z ≤ 0,05 und x + y + z = 1, wobei vorgesehen ist, dass das Molarverhältnis der ersten Verbindung mit x, das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit y und das Molarverhältnis der dritten Verbindung mit z bezeichnet wird. Wenn Bariumtitanat als zweite Verbindung verwendet wird, sind die Bedingungen 0,85 ≤ x ≤ 0,99, 0 < y ≤ 0,10, 0 < z ≤ 0,05, und x + y + z = 1 vorzugsweise erfüllt.
Außerhalb des zuvor erwähnten Bereichs weicht die Zusammensetzung möglicherweise von der morphotropen Phasengrenze zwischen der ersten Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und der zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, ab und erfährt eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften. Wenn beispielsweise das Molarverhältnis x der ersten Verbindung unter 0,76 liegt und/oder 0,91 überschreitet, führt die Abweichung von der morphotropen Phasengrenze, die zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung gebildet ist, zur Verschlechterung der Dielektrizitätskonstante und der piezoelektrischen Eigenschaften. Wenn die zweite Verbindung nicht enthalten ist, sind die piezoelektrischen Eigenschaften schlechter, weil die morphotrope Phasengrenze nicht gebildet wird. Wenn das Molarverhältnis der zweiten Verbindung 0,23 (im Fall von Kalium bismuttitanat) oder 0,10 (im Fall von Bariumtitanat) überschreitet, werden durch Abweichung von der morphotropen Phasengrenze Verschlechterungen der Dielektrizitätskonstante und der piezoelektrischen Eigenschaften herbeigeführt.
Dann werden die piezoelektrischen Eigenschaften möglicherweise verschlechtert, wenn der Gehalt der dritten Verbindung von dem zuvor erwähnten Bereich abweicht und übermäßig zunimmt. Da man davon ausgeht, dass die Umwandlung der dritten Verbindung in einen Mischkristall mit der ersten Komponente oder der zweiten Komponente die piezoelektrischen Eigenschaften verbessert, führt das Molarverhältnis z der dritten Verbindung, das 0,05 überschreitet, zur Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften, da kein Mischkristall erzeugt wird, und folglich zu einer Bildung einer heterogenen Phase und zum Hinzufügen der Menge davon.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung weist eine Form entsprechend einem Mischkristall auf, bei dem die erste Verbindung, die zweite Verbindung und mindestens einen Teil der dritten Verbindung einen gemeinsamen Mischkristall darstellen. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung bildet mindestens ein Teil davon eine morphotrope Phasengrenze und ermöglicht, dass die piezoelektrischen Eigenschaften verbessert werden. Da bei der dritten Komponente, umfassend die dritte Verbindung, die Phasengrenze darin gebildet ist, verbessert sie insbesondere solche piezoelektrischen Eigenschaften, wie die Dielektrizitätskonstante, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und die Verschiebung im Vergleich zu einem Ein-Komponentensystem oder einem Zwei-Komponentensystem. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Kristallkörnern in der erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung beträgt beispielsweise 0,5 μm bis 20 μm.
Während die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung Blei enthalten kann, beträgt der Bleigehalt vorzugsweise nicht mehr als 1 Masse-% und überdies ist vorzugsweise gar kein Blei enthalten. Wenn die Zusammensetzung so ausfällt, dass sie ein nicht auf Blei basierendes Material darstellt, hat sich dies in Bezug auf die Luftverschmutzung und die Umweltprobleme und vom ökologischen Standpunkt aus als günstig erwiesen, weil es die Verflüchtigung des Bleis während des Brennens und das Freisetzen von Blei in die Umwelt unterdrücken kann, nachdem ein piezoelektrisches Teil, das die Zusammensetzung nutzt, im Markt vertrieben und schließlich entsorgt wird.
Die wie zuvor beschrieben ausgestaltete piezoelektrische keramische Zusammensetzung kann beispielsweise wie nachfolgend dargestellt hergestellt werden.
Zuerst werden als Ausgangsrohstoffe Pulverrohstoffe aus Bismutoxid (Bi₂O₃), Natriumkarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Titanoxid (TiO₂), Eisenoxid (Fe₂O₃), Mangancarbonat (MnCO₃), Wolframoxid (WO₃), und Molybdänoxid (MoO₃) nach Bedarf zubereitet, bei einer Temperatur über 100°C gründlich getrocknet und dann in Übereinstimmung mit einer erzielten Zusammensetzung gewogen. Als Ausgangsrohstoffe können Carbonate oder Oxalate, die durch Verbrennen in Oxide gewandelt werden, anstelle von Oxiden verwendet werden und andere Verbindungen, die durch Verbrennen in Oxide gewandelt werden, können anstelle der Carbonate verwendet werden.
Dann werden die gewogenen Ausgangsrohstoffe gründlich mittels einer Kugelmühle in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser 5 bis 20 Stunden lang gründlich gemischt, gründlich getrocknet, durch Pressen geformt und bei 750°C bis 900°C ungefähr 1 bis 3 Stunden kalziniert. Nachfolgend wird das Produkt dieser Kalzination mittels einer Kugelmühle in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser 5 bis 30 Stunden lang pulverisiert, dann erneut getrocknet, ihm wird eine Bindemittellösung hinzugefügt und es wird einer Kornvergrößerung unterzogen. Nach der Kornvergrößerung wird das folglich erhaltende Produkt gepresst, um beispielsweise einen Block zu bilden.
Nachdem der Block gebildet worden ist, wird das Pressprodukt einer Wärmebehandlung unterzogen, die bei 400°C bis 800°C ungefähr 2 bis 4 Stunden lang ausgeführt wird, um das Bindemittel zu verflüchtigen. Dann wird es dem Hauptbrennvorgang bei 950°C bis 1300°C ungefähr 2 bis 4 Stunden lang unterzogen. Die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme und die Geschwindigkeit der Temperaturabnahme während des Hauptbrennvorgangs werden weiter so eingestellt, dass sie in den ungefähren Bereich von 50°C pro Stunde bis 300°C pro Stunde fallen. Nach dem Hauptbrennvorgang wird das sich ergebende Sinterprodukt nach Bedarf poliert und dann mit einer Elektrode versehen. Es wird dann einer Polarisierungsbehandlung in Silikonöl bei 25°C bis 150°C unter Anlegen eines elektrischen Feldes von 5 MV/m bis 10 MV/m ungefähr 5 Minuten bis 1 Stunde lang unterzogen. Folglich wird eine piezoelektrische Keramik erhalten, die aus einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung gebildet ist, und als piezoelektrische Einrichtung verwendet.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung kann bei einer niedrigen Temperatur gebrannt werden, weil ihr eine dritte Verbindung hinzugefügt wurde, die ein sechswertiges metallisches Element wie W oder Mo als Komponentenelement um fasst. Sie ist in der Lage, adäquate piezoelektrische Eigenschaften zu erwerben, selbst wenn die Temperatur des zuvor erwähnten Hauptbrennvorgangs beispielsweise auf nahe 1050°C eingestellt wird.
Wie zuvor ausführlich beschrieben, ist die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung in der Lage, solche piezoelektrischen Eigenschaften wie die Dielektrizitätskonstante, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und die Verschiebung zu verbessern, selbst wenn sie bei einer niedrigen Temperatur gebrannt wird, weil ihr eine dritte Verbindung, der ein sechswertiges metallisches Element, wie W oder Mo, neben der ersten Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und der zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, hinzugefügt wurde.
Die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische Zusammensetzung ist überdies in der Lage, den Nutzungsbereich in hohem Maße zu vergrößern, weil sie ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften beibehalten kann, selbst wenn sie von Blei befreit ist. Insbesondere ist sie in der Lage, eine wirklich ausgezeichnete piezoelektrische keramische Zusammensetzung in Bezug auf die Luftverschmutzung und Umweltprobleme und vom ökologischen Standpunkt aus bereitzustellen und die umfassende Nutzung piezoelektrischer keramischer Zusammensetzungen zu fördern, weil sie die Flüchtigkeit von Blei während des Brennvorgangs und das Freisetzen in die Umwelt auf ein Minimum reduzieren kann, nachdem ein piezoelektrisches Teil, das die Zusammensetzung nutzt, im Markt vertrieben und schließlich entsorgt wird.
Während die Ausführungsform der Erfindung zuvor beschrieben worden ist, versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die zuvor erwähnte Ausführungsform begrenzt ist, sondern verschiedene Abwandlungen zulässt. In der zuvor erwähnten Ausführungsform ist beispielsweise der Fall beschrieben worden, dass ausschließlich die erste Verbindung, die zweite Verbindung und die dritte Verbindung umfasst sind. Trotz dieser Erklärung kann die erfindungsgemäße piezoelektrische Zusammensetzung andere Verbindungen umfassen als die Verbindungen, die zuvor aufgezählt wurden, oder andere Elemente als Unreinheiten oder Zusätze. Als beispielhafte Elemente können Strontium (Sr), Calcium (Ca), Lithium (Li), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Silizium (Si), Bor (B), Aluminium (Al) und Seltenerdelemente aufgeführt werden.
In der zuvor aufgeführten Ausführungsform sind auch die Kristallstrukturen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung erklärt worden. Solange eine Zusammensetzung einer festen Lösung entspricht, die die zuvor aufgeführten Natriumbismuttitanat und Kaliumbismuttitanat enthält, gilt sie als piezoelektrische keramische Zusammensetzung, auf die diese Erfindung abzielt.
Nachfolgend werden nun spezifische Arbeitsbeispiele, die diese Erfindung anwenden, mit Bezug auf Ergebnisse von Experimenten beschrieben.
Experiment 1
Bei diesem Experiment wurde die Herstellung einer piezoelektrischen Keramik von einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung geprobt, die eine Zusammensetzung entsprechend einer festen Lösung aufwies, die Natriumbismuttitanat (NBT) als erste Verbindung, Kaliumbismuttitanat (KBT) als zweite Verbindung und Eisenbismutwolframat (BFW) als dritte Verbindung aufwies. Die dritte Verbindung war ein Verbindungsoxid, das Bi als erstes Komponentenelement, Fe als zweites Element und W als drittes Kompo nentenelement aufwies.
Als Rohstoffe für diese Verbindungen wurden pulverförmiges Bismutoxid, pulverförmiges Natriumcarbonat, pulverförmiges Kaliumcarbonat, pulverförmiges Titanoxid, pulverförmiges Eisenoxid und pulverförmiges Wolframoxid vorbereitet, gründlich bei einer Temperatur über 100°C getrocknet und in Übereinstimmung mit einer spezifischen Zusammensetzung gewogen. Dann wurden die gewogenen Ausgangsrohstoffe mittels einer Kugelmühle ungefähr 16 Stunden in Wasser gemischt, gründlich getrocknet, in eine erwartete Form gepresst und bei 850°C ungefähr 2 Stunden lang kalziniert. Nachfolgend wurde das Produkt dieser Kalzination mittels einer Kugelmühle ungefähr 16 Stunden in Wasser pulverisiert, dann erneut getrocknet, ihm wurde Polivinylalkohol (PVA) als Bindemittel hinzu gegeben und es wurde einer Kornvergrößerung unterzogen.
Danach wurde das Produkt dieser Kornvergrößerung in gleiche Teile geformt, die einen Durchmesser von 17 mm und eine Stärke von 1,5 mm aufwiesen, bei 700°C einer Wärmebehandlung 2 Stunden lang unterzogen, damit sich das Bindemittel verflüchtigte und bei 1050°C 2 Stunden lang einem Hauptbrennvorgang unterzogen. Als Bedingungen dieses Brennvorgangs wurden die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme und die Geschwindigkeit der Temperaturabnahme beide auf 200°C/Stunde eingestellt. Dann wurde das Produkt dieses Brennvorgangs in eine planparallele Platte poliert, die ungefähr eine Stärke von 0,4 mm bis 0,6 mm aufwies und mit Silberpaste beschichtet, wobei sie bei 600°C bis 700°C gebacken wurde, um eine Elektrode zu bilden. Sie wurde außerdem einer Polarisierungsbehandlung in Silikonöl unterzogen, das bei 50°C bis 150°C gehalten wurde, indem 15 Minuten lang ein elektrisches Feld von 10 MV/m angelegt wurde.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren wurden Probe 1-1 bis Probe 1-68 hergestellt, indem die Verbindungsverhältnisse der Ausgangsrohstoffe so eingestellt wurden, dass die Zusammensetzungen [die Molarverhältnisse von KBT, NBT und BFW (hier mol %)], die in die einzelnen Verbindungen in der piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung (piezoelektrischen Keramik) nach dem Brennvorgang umgewandelt wurden, die in Tabelle 1-1 und Tabelle 1-2 gezeigten Werte annehmen. In den zuvor genannten Zusammensetzungen wurden (Na_0.5Bi_0.5)_0.99TiO₃ als NBTm (K_0.5Bi_0.5)_0.99TiO₃ als KBT und Bi(Fe_3/4W_1/4)O₃ als KBT verwendet. In NBT und KBT und den Kombinationen davon war die Bedingung A/B-Verhältnis = 0,99 ausnahmslos erfüllt. In Tabelle 1 enthielten Probe 1-1 bis Probe 1-12, die mit einem * versehen waren, kein Eisenbismutwolframat (BFW), sondern eine dritte Verbindung und entsprachen den Vergleichsbeispielen.

Die folglich erhaltenen Probe 1-1 bis Probe 1-68 wurden auf spezifische Leitfähigkeit εd, auf den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr im Spreizwinkel und auf d33 geprüft. Die spezifische Leitfähigkeit εd wurde mit einem LCR-Messer (von Hewlett Packard Co., vertrieben unter dem Produktcode „HP4284A") bestimmt, und der Koeffizient kr der elektromechanischen Kopplung wurde durch das Resonanz-Anti-Resonanzverfahren mit einer automatischen Messeinrichtung unter Verwendung eines Impedanzanalysators (von Hewlett Packard Co., vertrieben unter dem Produktcode „HP4194A") und einem Desktopcomputer bestimmt. Das d33 wurde mit einem d33-Messer (von Voice Research Laboratory of Chinese Science Agency, vertrieben unter dem Produktcode "d33-Messer") bestimmt. Die Ergebnisse der Bestimmungen der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %) und die einzelnen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind zusätzlich in Tabelle 1-1 und Ta belle 1-2 gezeigt. [Tabelle 1-1]

Probe Nr.	KBT	NBT	BFW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
*1-1	8	92	0	383	12.0	76
*1-2	9	91	0	401	14.5	80
*1-3	10	90	0	445	17.3	84
*1-4	11	89	0	483	19.3	88
*1-5	12	88	0	524	22.5	94
*1-6	13	87	0	542	25.2	100
*1-7	14	86	0	588	27.5	107
*1-8	16	84	0	696	30.7	122
*1-9	18	82	0	819	31.8	135
*1-10	20	80	0	1052	30.0	145
*1-11	22	78	0	1324	18.4	80
*1-12	23	77	0	1386	10.0	32
1-13	5	94	1	437	14.2	90
1-14	8	91	1	531	16.3	98
1-15	9	90	1	551	19.3	102
1-16	10	89	1	572	21.2	107
1-17	11	88	1	623	23.0	111
1-18	12	87	1	645	25.4	115
1-19	13	86	1	696	26.8	122
1-20	14	85	1	736	29.1	128
1-21	16	83	1	841	31.4	144
1-22	18	81	1	989	32.2	185
1-23	20	79	1	1250	31.0	175
1-24	22	77	1	1441	19.8	159
1-25	23	76	1	1560	17.7	148
1-26	24	75	1	1737	15.6	57
1-27	5	92	3	645	11.2	109
1-28	8	89	3	784	13.1	119
1-29	9	88	3	814	15.8	124
1-30	10	87	3	844	18.9	129
1-31	11	86	3	920	20.9	134
1-32	12	85	3	952	25.0	140
1-33	13	84	3	994	27.5	147
1-34	14	83	3	1013	29.7	149
1-35	16	81	3	1241	31.8	175
1-36	18	79	3	1450	33.1	179
1-37	20	77	3	2060	32.2	159
1-38	22	75	3	1982	20.6	155
1-39	23	74	3	1863	18.3	112
1-40	24	73	3	1744	16.1	69

[Tabelle 1-2]

Probe Nr.	KBT	NBT	BFW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
1-41	5	90	5	994	10.9	90
1-42	8	87	5	1207	12.8	98
1-43	9	86	5	1254	15.5	102
1-44	10	85	5	1301	18.5	107
1-45	11	84	5	1418	20.4	111
1-46	12	83	5	1467	24.4	115
1-47	13	82	5	1498	26.9	122
1-48	14	81	5	1561	29.0	128
1-49	16	79	5	1912	31.0	144
1-50	18	77	5	2234	32.3	178
1-51	20	75	5	2307	31.4	175
1-52	22	73	5	2404	20.1	159
1-53	23	72	5	2167	18.1	148
1-54	24	71	5	1930	16.0	57
1-55	5	89	6	1039	9.1	72
1-56	8	86	6	1199	10.7	81
1-57	9	85	6	1245	12.9	84
1-58	10	84	6	1291	15.4	88
1-59	11	83	6	1407	17.0	91
1-60	12	82	6	1456	20.4	95
1-61	13	81	6	1484	22.5	100
1-62	14	80	6	1549	24.2	101
1-63	16	78	6	1898	25.9	118
1-64	18	76	6	1869	27.0	140
1-65	20	74	6	1851	26.3	130
1-66	22	72	6	1880	16.8	76
1-67	23	71	6	1849	15.2	66
1-68	24	70	6	1819	13.7	56

Aus Tabellen 1-1 und 1-2 geht hervor, dass die einzelnen charakteristischen Eigenschaften der Proben (Probe 1-13 bis Probe 1-68: entsprechend den Arbeitsbeispielen), die eine dritte Verbindung umfassten, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen (Probe 1-1 bis 1-12), die keine dritte Verbindung umfassten, verbessert waren. Das vorliegende Experiment erzielte ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften, obgleich ein Niedertemperatur-Brennvorgang zwei stundenlang bei 1050°C ausgeführt wurde.
Die Verschlechterung der einzelnen charakteristischen Eigenschaften zeigte sich jedoch in Probe –13, bei der das Molarverhältnis der ersten Verbindung (NBT) über 0,91 (91 mol %) lag, Proben 1-27, und 1-41, bei denen das Molarverhältnis der zweiten Verbindung (KBT) unter 0,08 (8 mol %) lag, Proben 1-26, 1-40 und 1-54, bei denen das Molarverhältnis der zweiten Verbindung (KBT) über 0,23 lag (23 mol %) und Proben 1-55 bis 1-68, bei denen das Molarverhältnis der dritten Verbindung (BFW) über 0,05 (5 mol %) lag. Daher ist es offensichtlich, dass die auf NBT-KBT-BFW basierenden piezoelektrischen keramischen Zusammensetzungen vorzugsweise die Bedingungen 0,76 ≤ x ≤ 0,91, 0,08 ≤ y ≤ 0,23, 0 < z ≤ 0,05 und x + y + y + z = 1 in Bezug auf das Molarverhältnis x von NBT, das Molarverhältnis y von KBT und das Molarverhältnis z von BFW erfüllten.
Experiment 2
Piezoelektrische Keramiken (Proben 2-1 und 2-2) wurden anhand des Verfahrens von Experiment 1 hergestellt, außer dass Eisenbismutmolybdän (BFM) (das Mo, ein sechswertiges metallisches Element, als drittes Komponentenelement aufweist) als dritte Verbindung anstelle von Eisenbismutwolframat (BFW) verwendet wurde. Außerdem wurden die hergestellten piezoelektrischen Keramiken in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit εd, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr in dem Spreizwinkel und d33 anhand der Verfahrensweise von Experiment 1 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: Mol %) und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]

Probe Nr. KBT NBT BMW εd kr (%) d33 (pC/N)

2-1 18 81 1 984 32.3 171

2-2 18 77 5 2224 32.5 165
Die Proben unter Verwendung von BFM als dritte Verbindung zeigten große Verbesserungen der charakteristischen Eigenschaften im Vergleich zu Probe 1-9, die eine gleiche Zusammensetzung wie NBT und KBT aufwies und keine dritte Verbindung (BFW oder BFM) umfasste.
Experiment 3
In diesem Experiment wurden die piezoelektrischen Keramiken (Proben 3-1 bis 3-7) anhand des Verfahrens von Experiment 1 hergestellt, ausgenommen von Variationen der A/B-Verhältnisse von NBT und KBT. Ähnlich wurden, in Bezug auf den Fall, in dem kein BFW enthalten war, piezoelektrische Keramiken (Proben 3-8 bis 3-12: entsprechend Vergleichsbeispielen) anhand des Verfahrens von Experiment 1 hergestellt, ausgenommen einer Variation der A/B-Verhältnisse von NBT und KBT. Obgleich die A/B-Verhältnisse die Werte waren, die zu NBT und KBT gehören, wies die Kombination von NBT und KBT auch das gleiche A/B-Verhältnis auf, weil die A/B-Verhältnisse von NBT und KBT gleiche Werte aufwiesen.

Außerdem wurden die hergestellten piezoelektrischen Keramiken in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit εd, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr in dem Spreizwinkel und d33 anhand des Verfahrens von Experiment 1 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %), die Gesamt-A/B-Verhältnisse der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektri schen Keramiken sind in Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]

Probe Nr.	KBT	NBT	BFW	A/B	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
3-1	18	81	1	1.01	883	20.9	107
3-2	18	81	1	1	910	31.7	170
3-3	18	81	1	0.99	989	32.2	185
3-4	18	81	1	0.95	952	30.6	170
3-5	18	81	1	0.9	870	29.3	154
3-6	18	81	1	0.85	801	25.7	131
3-7	18	81	1	0.8	791	23.1	105
*3-8	18	82	0	1	755	29.5	124
*3-9	18	82	0	0.99	819	31.8	135
*3-10	18	82	0	0.95	789	29.2	124
*3-11	18	82	0	0.9	721	26.9	112
*3-12	18	82	0	0.85	664	23.4	96

Die Proben 3-1 bis 3-7, die ausnahmslos BFW enthielten, zeigten Verbesserungen der piezoelektrischen Eigenschaften im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen (Proben 3-8 bis 3-12), die kein BFW enthielten. Indem dafür gesorgt wurde, dass die Gesamt-A/B-Verhältnisse der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung unter 1 lagen, wurden die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und die piezoelektrischen Konstanten d33 auffallend verbessert.
Im Gegensatz dazu zeigten, wenn dafür gesorgt wurde, dass die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse über 1 lagen, die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und die piezoelektrischen Konstanten d33 Verschlechterungen. Diese Tatsache kann unter der Annahme logisch erklärt werden, dass, wenn die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse über 1 lagen, die erzeugten piezoelektrischen Keramiken verschlechterte Sintereigenschaften zeigten, ihre Dichte nicht verbessert wurde und es war nicht möglich, während der Polarisierung eine hohe Spannung anzulegen. Im Gegensatz dazu zeigten, wenn die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse 0.8 waren, die jeweiligen Proben Verschlechterungen der elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und der piezoelektrischen Konstanten d33. Diese Tatsache kann unter der Annahme logisch erklärt werden, dass, wenn die zuvor erwähnten A/B-Verhältnisse übermäßig klein waren, Ti als ein B-Seitenelement reichlich in dem Maße zurückgelassen wurde, dass die Bildung einer heterogenen Phase induziert wurde. Die Bildung einer heterogenen Phase führte zur Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften.
Durch die zuvor aufgeführten Experimentergebnisse wird bestätigt, dass solche piezoelektrischen Eigenschaften wie Verschiebung überdies verbessert wurden, indem die Bedingung 0,85 ≤ (α·s + β·t) ≤ 1 erfüllt wurde, wobei das Molarverhältnis der ersten Verbindung mit α, das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit β und das A/B-Verhältnis mit t bezeichnet wurde (wobei α + β = 1).
Experiment 4

In diesem Experiment wurden gemäß dem Verfahren von Experiment 1 piezoelektrische Keramiken hergestellt, außer dass Bariumtitanat (BT) anstelle einer zweiten Verbindung verwendet wurde, und die hergestellten piezoelektrischen Keramiken gemäß dem Verfahren von Experiment 1 auf ihre spezifische Leitfähigkeit εd, ihren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr im Spreizwinkel und d33 geprüft wurden. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %) und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabelle 4 gezeigt. [Tabelle 4]

Probe Nr.	NBT	BT	BFW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
4-1	94	5	1	979	32.0	154
4-2	92	5	3	1021	31.9	161
4-3	90	5	5	870	29.1	134
4-4	89	5	6	802	23.6	104
4-5	94	5	1	1040	31.4	159
4-6	92	5	3	1084	31.3	165
4-7	90	5	5	924	28.5	138
4-8	89	5	6	851	23.2	107
4-9	89	10	1	1103	30.8	165
4-10	87	10	3	1149	30.7	172
4-11	85	10	5	979	27.9	144
4-12	84	10	6	902	22.8	111
*4-13	95	5	0	955	25.9	114
*4-14	90	10	0	1015	24.7	120

Selbst wenn BT als zweite Verbindung verwendet wurde, zeigten die Proben 4-1 bis 4-12, die BFW enthielten, Verbesserungen der piezoelektrischen Eigenschaften im Vergleich zu den Proben 4-13 und 4-14 (entsprechend Vergleichsbeispielen), die kein BFW enthielten. Da die Proben 4-4, 4-8 und 4-12, die BFW in Mengen von mehr als 5 mol % enthielten, Verschlechterungen der piezoelektrischen Eigenschaften zeigten, kann die Erfüllung der Bedingungen 0,85 ≤ x ≤ 0,99, 0 < y ≤ 0,10 und 0 < z ≤ 0,05 in Bezug auf das Molarverhältnis x von NBT, das Molarverhältnis y von BT und das Molarverhältnis z von BFW als günstig geschlussfolgert werden.
Experiment 5
Piezoelektrische Keramiken (Proben 5-1 bis 5-68) wurden gemäß dem Verfahren von Experiment 1 hergestellt, außer dass Manganbismutwolframat (BMW) als dritte Verbindung anstelle von Eisenbismutwolframat (BFW) verwendet wurde. Die dritte Verbindung war ein Verbindungsoxid, das Bi als erstes Komponentenelement, Mn als zweites Element und W als drittes Komponentenelement auf wies. Von den zuvor erwähnten Proben enthielten die Proben 5-1 bis 5-12 (die Proben, die mit * gekennzeichnet waren) kein BMW als dritte Verbindung und entsprachen daher den Vergleichsbeispielen.

Die hergestellten piezoelektrischen Keramiken wurden in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit εd, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr in dem Spreizwinkel und d33 anhand des Verfahrens von Experiment 1 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %) und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabellen 5-1 und 5-2 gezeigt. [Tabelle 5-1]

Probe Nr.	KBT	NBT	BMW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
*5-1	8	92	0	383	12.0	76
*5-2	9	91	0	401	14.5	80
*5-3	10	90	0	445	17.3	84
*5-4	11	89	0	483	19.3	88
*5-5	12	88	0	524	22.5	94
*5-6	13	87	0	542	25.2	100
*5-7	14	86	0	588	27.5	107
*5-8	16	84	0	696	30.7	122
*5-9	18	82	0	819	31.8	135
*5-10	20	80	0	1052	30.0	145
*5-11	22	78	0	1324	18.4	80
*5-12	23	77	0	1386	10.0	32
5-13	5	94	1	413	14.3	89
5-14	8	91	1	501	17.0	97
5-15	9	90	1	520	20.0	102
5-16	10	89	1	540	22.0	106
5-17	11	88	1	588	23.9	110
5-18	12	87	1	609	26.4	114
5-19	13	86	1	657	27.9	121
5-20	14	85	1	695	29.4	127
5-21	16	83	1	787	31.6	142
5-22	18	81	1	932	32.4	162
5-23	20	79	1	1232	31.2	162
5-24	22	77	1	1420	20.0	147
5-25	23	76	1	1538	17.9	137
5-26	24	75	1	1711	15.8	52
5-27	5	92	3	609	11.2	86
5-28	8	89	3	740	13.6	94
5-29	9	88	3	768	16.5	99
5-30	10	87	3	797	19.6	103
5-31	11	86	3	868	21.7	107
5-32	12	85	3	899	26.0	111
5-33	13	84	3	938	28.6	127
5-34	14	83	3	956	29.9	129
5-35	16	81	3	1162	32.0	148
5-36	18	79	3	1368	33.4	153
5-37	20	77	3	2030	32.4	128
5-38	22	75	3	1953	20.8	115
5-39	23	74	3	1836	18.5	83
5-40	24	73	3	1718	16.3	50

[Tabelle 5-2]

Probe Nr.	KBT	NBT	BMW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
5-41	5	90	5	939	11.2	83
5-42	8	87	5	1140	13.6	96
5-43	9	86	5	1184	16.4	100
5-44	10	85	5	1228	19.5	104
5-45	11	84	5	1338	21.6	109
5-46	12	83	5	1385	25.9	113
5-47	13	82	5	1413	28.5	114
5-48	14	81	5	1473	29.8	116
5-49	16	79	5	1791	31.9	135
5-50	18	77	5	2107	33.2	151
5-51	20	75	5	2273	32.3	115
5-52	22	73	5	2369	20.7	112
5-53	23	72	5	2135	18.6	79
5-54	24	71	5	1901	16.5	46
5-55	5	89	6	980	9.2	72
5-56	8	86	6	1131	11.1	80
5-57	9	85	6	1175	13.4	83
5-58	10	84	6	1219	16.0	87
5-59	11	83	6	1328	17.7	90
5-60	12	82	6	1375	21.2	94
5-61	13	81	6	1401	23.4	99
5-62	14	80	6	1462	24.4	100
5-63	16	78	6	1778	26.1	117
5-64	18	76	6	1763	27.2	130
5-65	20	74	6	1824	26.5	120
5-66	22	72	6	1853	16.9	70
5-67	23	71	6	1823	15.4	61
5-68	24	70	6	1792	13.9	51

Selbst wenn BMW als dritte Verbindung verwendet wurde, zeigten die Proben 5-13 bis 5-68, die BMW enthielten, Verbesserungen der piezoelektrischen Eigenschaften im Vergleich zu den Proben 5-1 bis 5-12, die kein BMW enthielten. Verschlechterungen der einzelnen charakteristischen Eigenschaften zeigten sich jedoch in Probe 5-13, bei der das Molarverhältnis der ersten Verbindung (NBT) über 0,91 (91 mol %) lag, in Proben 5-27, und 5-41, bei denen das Molarverhältnis der zweiten Verbindung (KBT) unter 0,08 (8 mol %) lag, den Proben 5-26, 5-40 und 5-54, bei denen das Molarverhältnis der zweiten Verbindung (KBT) über 0,23 lag (23 mol %) und in Proben 5-55 bis 5-68, bei denen das Molarverhältnis der dritten Verbindung (BFW) über 0,05 (5 mol %) lag. Selbst die auf NBT-KBT-BFW basierenden piezoelektrischen keramischen Zusammensetzungen erfüllten daher vorzugsweise die Bedingungen 0,76 ≤ x ≤ 0,91, 0,08 ≤ y ≤ 0,23, 0 < z ≤ 0,05 und x + y + z = 1 in Bezug auf das Molarverhältnis x von NBT, das Molarverhältnis y von KBT und das Molarverhältnis z von BFW.
Experiment 6
Piezoelektrische Keramiken (Proben 6-1 und 6-2) wurden anhand des Verfahrens von Experiment 5 hergestellt, außer dass Manganbismutmolybdän (BMM) (das Mo, ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement aufweist) als dritte Verbindung anstatt Manganbismutwolframat (BMW) verwendet wurde. Außerdem wurden die hergestellten piezoelektrischen Keramiken in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit εd, den Koeffizienten kr der elektromechanischen Kopplung in dem Spreizwinkel und d33 anhand dem Verfahren von Experiment 1 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %) und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabelle 6 gezeigt. [Tabelle 6]

Probe Nr. KBT NBT BMM εd kr (%) d33 (pC/N)

6-1 18 81 1 928 32.5 150

6-2 18 77 5 2097 33.3 140
Selbst wenn BMM als dritte Verbindung verwendet wurde, zeigten die Proben, die diese dritte Verbindung nutzten, große Verbesse rungen der charakteristischen Eigenschaften im Vergleich zur Probe 5-9, die keine dritte Verbindung (BMW oder BMM) gleichwertig in der Zusammensetzung zu NBT oder KBT enthielt.
Experiment 7
In diesem Experiment wurden die piezoelektrischen Keramiken (Proben 7-1 bis 7-7) gemäß dem Verfahren von Experiment 5 hergestellt, außer dass die A/B-Verhältnisse von NBT und KBT geändert wurden. Während die A/B-Verhältnisse die Werte waren, die zu NBT und KBT gehören, wies die Kombination von NBT und KBT das gleiche A/B-Verhältnis auf, weil die A/B-Verhältnisse von NBT und KBT gleiche Werte aufwiesen.

Die hergestellten piezoelektrischen Keramiken wurden in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit εd, den Koeffizienten kr der elektromechanischen Kopplung in dem Spreizwinkel und d33 anhand des Verfahrens von Experiment 1 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %), die Gesamt-A/B-Verhältnisse der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabelle 7 gezeigt. [Tabelle 7]

Probe Nr.	KBT	NBT	BMW	A/B	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
7-1	18	81	1	1.01	833	21.1	94
7-2	18	81	1	1	869	32.0	149
7-3	18	81	1	0.99	932	32.4	162
7-4	18	81	1	0.95	908	30.8	149
7-5	18	81	1	0.9	831	29.5	134
7-6	18	81	1	0.85	765	25.9	115
7-7	18	81	1	0.8	747	23.3	92

Aus Tabelle 7 geht hervor, dass Verbesserungen des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und der piezoelektrischen Konstante d33 als Folge auftraten, dass das Gesamt-A/B-Verhältnis der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung unter 1 lag. Im Gegensatz dazu traten Verschlechterungen des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und der piezoelektrischen Konstante d33 auf, wenn das zuvor erwähnte A/B-Verhältnis über 1 lag. Diese Tatsache kann logisch unter der Annahme erklärt werden, dass, wenn das zuvor erwähnte A/B-Verhältnis über 1 lag, der Überschuss die Sintereigenschaft einer piezoelektrischen Keramik verschlechterte, keine Verbesserung der Dichte zuließ und dazu führte, dass während der Polarisierung keine hohe Spannung angelegt werden konnte. Im Gegensatz dazu zeigten, wenn das zuvor erwähnte A/B-Verhältnis 0,8 betrug, die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr und die piezoelektrischen Konstanten d33 Verschlechterungen. Diese Tatsache kann logisch unter der Annahme erklärt werden, dass eine übermäßige Verschlechterung des zuvor erwähnten A/B-Verhältnisses große Überschüsse an Ti, einer B-Seitenkomponente, induzierte und die Bildung einer heterogenen Phase verursachte. Die Bildung der heterogenen Phase führte zur Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften.
Die zuvor aufgeführten Experimentergebnisse bestätigen, dass solche piezoelektrischen Eigenschaften wie Verschiebung überdies in höherem Maße verbessert wurden, indem die Bedingung 0,85 ≤ (α·s + β·t) ≤ 1 erfüllt wurde, wobei das Molarverhältnis der ersten Verbindung mit α, das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit β und das A/B-Verhältnis mit t bezeichnet wurden (wobei α + β = 1).
Experiment 8

In diesem Experiment wurden gemäß dem Verfahren von Experi ment 5 piezoelektrische Keramiken hergestellt, außer dass Bariumtitanat (BT) anstelle einer zweiten Verbindung verwendet wurde, und die hergestellten piezoelektrischen Keramiken wurden gemäß dem Verfahren von Experiment 1 auf ihre spezifische Leitfähigkeit εd, ihren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr im Spreizwinkel und d33 geprüft. Die Ergebnisse der Bestimmung der Zusammensetzungen (Zusammensetzungen, die in einzelne Verbindungen umgewandelt wurden: mol %) und die charakteristischen Eigenschaften der hergestellten piezoelektrischen Keramiken sind in Tabelle 8 gezeigt. [Tabelle 8]

Probe Nr.	NBT	BT	BMW	εd	kr (%)	d33 (pC/N)
8-1	94	1	1	793	33.4	147
8-2	92	1	3	827	33.2	153
8-3	90	1	5	705	30.3	128
8-4	89	1	6	650	24.6	98
8-5	94	5	1	842	32.7	153
8-6	92	5	3	878	32.6	159
5-7	90	5	5	748	29.7	133
8-8	89	5	6	690	24.1	102
8-9	89	10	1	893	32.0	159
8-10	87	10	3	931	31.9	165
8-11	85	10	5	793	29.0	138
8-12	84	10	6	731	23.7	107

Selbst wenn BT als zweite Verbindung verwendet wurde, zeigten die Proben 8-1 bis 8-12, die BMW enthielten, Verbesserungen der piezoelektrischen Eigenschaften im Vergleich zu den Proben (zuvor genannte Proben 4-13 und 4-14: entsprechend den Vergleichsbeispielen), die kein BMW enthielten.
Vergleichsexperiment
Eine piezoelektrische Keramik wurde ähnlich jedem der vorherge henden Experimente hergestellt, außer dass NBT als erste Verbin dung, BT als zweite Verbindung und Eisenbismutniobat (BFN) als dritte Verbindung verwendet wurde. Die piezoelektrische Keramik bestand aus 81 mol % NBT, 18 mol % BT und 1 mol % BFN.
Als die piezoelektrische Keramik dem Hauptbrennvorgang bei 1050°C zwei Stunden lang unterzogen wurde, ähnlich wie bei jedem der vorhergehenden Experimente, zeigte die folglich erhaltene piezoelektrische Keramik eine spezifische Leitfähigkeit εd = 700, einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr = 23,5 (%) und d33 = 105 (pC/N). Somit wurde festgestellt, dass keine adäquaten charakteristischen Eigenschaften durch Brennen bei einer niedrigen Temperatur erzielt wurden, wenn das von der herkömmlichen Technik vorgeschlagene Eisenbismutniobat (BFN) als dritte Verbindung verwendet wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 4-60073 B [0007]
- JP 11-180769 A [0007]
- JP 11-171643 A [0007]
- JP 16-035350 A [0007]
- JP 2005-47745 A [0009, 0009]
- JP 2005-47746 A [0009, 0009]
- JP 2005-47748 A [0009, 0009]
- JP 2005-47747 A [0009, 0009]

Claims

Piezoelektrische keramische Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Elemente umfasst, die eine Zusammensetzung bilden, die einem Mischkristall entspricht, bestehend aus einer ersten Verbindung, die eine rhomboedrische Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, einer zweiten Verbindung, die eine tetragonale Kristall-basierende Perowskit-Struktur aufweist, und einer dritten Verbindung, die ein Verbindungsoxid ist, das Bi als erstes Komponentenelement, mindestens Fe oder Mn als ein zweites Komponentenelement, und ein sechswertiges metallisches Element als drittes Komponentenelement umfasst.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sechswertige metallische Element mindestens W oder Mo ist.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung Natriumbismuttitanat ist.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindung Kaliumbismuttitanat ist.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 0,76 ≤ x ≤ 0,91, 0,08 ≤ y ≤ 0,23, 0 < z ≤ 0,05 und x + y + z = 1 erfüllt, wobei die Zusammensetzung umgewandelt ist und das Molarverhältnis der ersten Verbindung mit x, das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit y und das Molarverhältnis der dritten Verbindung mit z bezeichnet sind.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindung Bariumtitanat ist.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 0,85 ≤ x ≤ 0,99, 0 < y ≤ 0,10, 0 < z ≤ 0,05 und x + y + z = 1 erfüllt, wobei die Zusammensetzung umgewandelt ist und das Molarverhältnis der ersten Verbindung mit x, in das Molarverhältnis der zweiten Verbindung mit y und das Molarverhältnis der dritten Verbindung mit z bezeichnet sind.