DE112012000207B4 - Piezokeramische Zusammensetzung - Google Patents

Piezokeramische Zusammensetzung Download PDF

Info

Publication number
DE112012000207B4
DE112012000207B4 DE112012000207.5T DE112012000207T DE112012000207B4 DE 112012000207 B4 DE112012000207 B4 DE 112012000207B4 DE 112012000207 T DE112012000207 T DE 112012000207T DE 112012000207 B4 DE112012000207 B4 DE 112012000207B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
composition
phase
piezoceramic
ratio
piezoceramic composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112012000207.5T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112012000207T5 (de
Inventor
Kenji Nagareda
Dunzhuo Dong
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Electronics Co Ltd
Original Assignee
Honda Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Electronics Co Ltd filed Critical Honda Electronics Co Ltd
Publication of DE112012000207T5 publication Critical patent/DE112012000207T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112012000207B4 publication Critical patent/DE112012000207B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8561—Bismuth based oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G30/00—Compounds of antimony
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G33/00—Compounds of niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G35/00—Compounds of tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G01N23/2005—Preparation of powder samples therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/093—Forming inorganic materials
    • H10N30/097—Forming inorganic materials by sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3298—Bismuth oxides, bismuthates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc bismuthate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/768—Perovskite structure ABO3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/79—Non-stoichiometric products, e.g. perovskites (ABO3) with an A/B-ratio other than 1
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase

Abstract

Piezokeramische Zusammensetzung, umfassend eine kristalline Phase einer Perowskit-Struktur, die als Formel ABO3 ausgewiesen ist, wobei Element A aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus K (Kalium), Na (Natrium) und Li (Lithium) ausgewählt sind, und wobei Element B aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus Nb (Niob), Ta (Tantal) und Sb (Antimon) ausgewählt sind, wobei ein Röntgenbeugungsprofil der Pulverprobe, die zerkleinert wird, bis die Partikel der piezokeramischen Zusammensetzung einen Durchmesser von 10 μm oder weniger haben, Beugungsspitzen aufweist, welche die Hauptphase sowie eine heterogene Phase einer kristallinen Struktur indizieren, die als Formel AsBtOu (s < t < u) ausgewiesen ist, aber nicht zur Perowskit-Struktur gehört (im Folgenden als heterogene Phase AsBtOu ausgewiesen), wobei das Intensitätsverhältnis (v) = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°) und als 0 < v ≤ 0,088 definiert ist, wobei die Beugungsintensität Imax(2θ = 29,3°) von der heterogenen Phase stammt und die Beugungsintensität Imax(2θ = 31,8°) von der Hauptphase stammt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine alkalische piezokeramische Niobatzusammensetzung und auf ein Verfahren zu deren Herstellung, zur Herstellung von Aktuatoren, Ultraschallsensoren, Ultraschallwandlern oder dergleichen.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine piezokeramische Zusammensetzung wird als piezoelektrisches Element bei der Herstellung von Aktuatoren, Ultraschallsensoren, Ultraschallwandlern oder dergleichen verwendet. Da eine piezokeramische Zusammensetzung über eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft verfügt, wird Bleizirkonattitanat (PZT) oder dergleichen, enthaltend eine Bleiverbindung, bereits in der Praxis verwendet. Da allerdings dahingehend Bedenken bestehen, dass eine solche piezokeramische Zusammensetzung, die eine Bleiverbindung enthält, negative Auswirkungen auf die Umwelt haben könnte, erregt eine bleifreie piezokeramische Zusammensetzung derzeit Interesse und wird erforscht bzw. entwickelt. Die alkalische piezokeramische Niobatzusammensetzung, wie in den Patententgegenhaltungen 1 bis 3 (unten) offenbart, ist eine solche piezokeramische Zusammensetzung ohne Bleiverbindung.
  • Die piezokeramische Zusammensetzung, wie in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbart, ist eine Perowskit-Verbindung, die als Zusammensetzungsformel ABO3 ausgewiesen ist, die Kalium und Natrium als Elemente der Lage A und Niob und Tantal als Elemente der Lage B enthält.
  • Dokumente aus dem Stand der Technik
    • Patentdokument 1: JP-Patent Nr. 4326374 ( JP 4326374 B2 )
    • Patentdokument 2: JP-Patent Nr. 4398635 ( JP 4398635 B2 )
    • Patentdokument 3: JP-A-2008-162889 ( JP 2008-162889 A )
  • Offenbarung der Erfindung
  • Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
  • Es ist allgemein anerkannt, dass bei der Herstellung einer alkalischen piezokeramischen Niobatzusammensetzung Probleme hinsichtlich Stabilität und Reproduzierbarkeit der piezoelektrischen Eigenschaft sowie andere Probleme wie Wägefehler, die durch die hydroskopische Eigenschaft des als Ausgangsbestandteil verwendeten Kaliummaterials und der während des Sinterprozesses verursachten Kaliumverflüchtigung bedingt sind, oder dergleichen bestehen. Somit ist derzeit die Entwicklung einer Technologie erforderlich, die eine einheitliche Herstellung von kostengünstigen Produkten mit einer guten piezoelektrischen Eigenschaft (insbesondere mit einem radialen elektromechanischen Koeffizienten von 0,4 oder mehr) und mit der Eigenschaft geringerer Unregelmäßigkeit ermöglicht.
  • Angesichts der oben genannten Probleme stellt diese Erfindung eine piezokeramische Zusammensetzung mit einer guten piezoelektrischen Eigenschaft und der Eigenschaft geringerer Unregelmäßigkeit bereit, um ein Verfahren zum Herstellen von piezokeramischen Produkten bei geringen Kosten vorzusehen.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, bezieht sich der erste Aspekt dieser Erfindung auf eine piezokeramische Zusammensetzung, umfassend als Hauptphase eine kristalline Phase einer Perowskit-Struktur, die als Formel ABO3 ausgewiesen ist, wobei Element A aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus K (Kalium), Na (Natrium) und Li (Lithium) ausgewählt sind, und wobei Element B aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus Nb (Niob), Ta (Tantal) und Sb (Antimon) ausgewählt sind, wobei die Elemente A und B andere Elemente als Zusatzstoffe enthalten, wobei ein Röntgenbeugungsprofil der Pulverprobe, die zerkleinert wird, bis die Partikel der piezokeramischen Zusammensetzung einen Durchmesser von 10 μm oder weniger haben, eine Beugungsspitze aufweist, die das Vorhandensein der Hauptphase sowie einer heterogenen Phase einer kristallinen Struktur indiziert, die als Formel AsBtOu (s < t < u) ausgewiesen ist, aber nicht zur Perowskit-Struktur gehört (im Folgenden als heterogene Phase AsBtOu bezeichnet), wobei das Intensitätsverhältnis (v) = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°) und als 0 < v ≤ 0,088 definiert ist, wobei das Verhältnis der Hauptspitzenbeugungsintensität indiziert, dass die oben genannte heterogene Phase nahe 2θ = 29,3° ist, und dass die Hauptspitzenbeugungsintensität nahe Imax(2θ = 31,8°) ist.
  • Gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung wird die piezokeramische Zusammensetzung, die die heterogene Phase AsBtOu enthält, hergestellt, und die Bruttozusammensetzung indiziert eine angereicherte Lage B (Überschuss an Element B), woraus sich A/B = 0,95 bis 0,98 ergibt. In Bezug auf die piezokeramische Zusammensetzung dieser Erfindung beläuft sich die Rate der Defekte der Lage A auf der Hauptphase auf ungefähr 2%, wobei es sich hier um den maximal erreichbaren Wert auf der Lage A handelt. Somit wird die heterogene Phase AsBtOu alternativ als Nebenprodukt hergestellt. Darüber hinaus senkt sich die Defekttoleranz der Lage A beträchtlich, wenn die piezokeramische Zusammensetzung keine metallischen Elemente außer K, Na, Li, Nb, Ta und Sb enthält. Im Gegensatz dazu werden Punktdefekte eingebracht, wenn eine kleine Menge an metallischen Elementen hinzugefügt wird, wodurch möglich wird, dass sich die Defekttoleranz der Lage A entsprechend erhöht. Bei Erhöhung der Defekte der Lage A auf der Hauptphase dieser Erfindung erhöht sich auch die Genauigkeit des gesinterten Presskörpers (Keramik), wodurch die piezoelektrische Eigenschaft verbessert wird. Ferner erreicht die Höhe an Defekten der Lage A ihr Toleranzniveau (ungefähr 2%) und erhöht sich nicht mehr, wenn zu viel Element A fehlt. Somit wird alternativ die heterogene Phase AsBtOu hergestellt.
  • Da die piezokeramische Zusammensetzung auf eine Weise hergestellt wird, dass sie zur Menge an Defekten der Lage A gesintert wird, die dem Grenzwert entspricht, an dem die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird, wird es möglich, eine vorteilhafte piezokeramische Eigenschaft zu erhalten. Es ist allerdings schwer, so eine piezokeramische Zusammensetzung im gewünschten begrenzten Verhältnis herzustellen, in dem die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird. Insbesondere bei der Massenproduktion einer solchen piezokeramischen Zusammensetzung ist es aufgrund der Unregelmäßigkeit in Bezug auf Temperatur und Atmosphäre in einem Brennofen schwierig, die gesamte piezokeramische Zusammensetzung derart einzustellen, dass sie auf die gewünschte Höhe an Defekten der Lage A gesintert wird. Sobald eine Diskrepanz bezüglich des Zusammensetzungsverhältnisses besteht, so dass die heterogene Phase AsBtOu nicht hergestellt wird, führt eine solche Schwankung im Zusammensetzungsverhältnis direkt zu einer Steigerung oder Senkung der Höhe der Defekte der Lage A, wodurch die Reproduzierbarkeit der piezokeramischen Eigenschaft jeder Produktionscharge unregelmäßig wird.
  • Andererseits weist die piezokeramische Zusammensetzung dieser Erfindung ein Verhältnis auf, so dass sie die heterogene Phase AsBtOu enthält, wodurch das Intensitätsverhältnis v der Beugungsintensität Imax im Bereich von 0 < v ≤ 0,088 liegt. Aus diesem Grund wird der radiale elektromechanische Kopplungskoeffizient zu 0,4 oder mehr, wodurch eine vorteilhafte piezokeramische Zusammensetzung mit einer industriell stabilen piezoelektrischen Eigenschaft erhalten wird. Insbesondere schwankt das Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu, wenn eine Diskrepanz im Zusammensetzungsverhältnis der piezokeramischen Zusammensetzung dieser Erfindung vorliegt, wodurch die Auswirkung auf die piezokeramische Eigenschaft der Zusammensetzung verringert wird. Die Schwankung der Defekte der Lage A auf der Hauptphase wird jedoch verringert. Anders ausgedrückt nimmt die Produktionsrate der heterogenen Phase AsBtOu, die einen geringen Einfluss auf die Eigenschaft hat, eine im Vergleich zum unregelmäßigen Sintern der Zusammensetzung mäßige Höhe an, wodurch die Diskrepanz in der Zusammensetzung in Bezug auf das A/B-Verhältnis auf der Hauptphase (die ABO3-Perowskit-strukturierte kristalline Phase), die eine große Auswirkung auf die Sinterfähigkeit und Eigenschaft hat, kontrolliert, so dass die piezokeramische Zusammensetzung im Brennofen vollständig auf einen Zustand gesintert wird, in dem die Defekte der Lage A auf der Hauptphase beinahe den maximalen Wert haben. Daher wird die Eigenschaft der Unregelmäßigkeit der piezokeramischen Zusammensetzung niedrig gehalten, wodurch es möglich wird, die piezokeramische Zusammensetzung äußerst effizient in Massen herzustellen.
  • Der zweite Aspekt dieser Erfindung besteht darin, dass die oben genannten heterogene Phase ein Oxid ist, das mehr als die 1,5-fache Menge, aber weniger als die 4,0-fache Menge an Element B als an Element A umfasst
  • Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung ermöglicht die heterogene Phase, die Element B in einer mehr als der 1,5-fachen Menge, aber weniger als der 4,0-fachen Menge als an Element A umfasst, diese piezokeramische Zusammensetzung mit einer industriell stabilen piezoelektrischen Eigenschaft herzustellen.
  • Der dritte Aspekt dieser Erfindung besteht darin, dass die heterogene Phase der ersten und zweiten Aspekte dieser Erfindung ein Oxid ist, das als A6B10,8O30 mit einem Gewichtsverhältnis (w) von 0% < w ≤ 6,0% ausgewiesen ist.
  • Gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung liegt eine geeignete Menge der heterogenen Phase vor, die als Formel A6B10,8O30 ausgewiesen ist, die das Herstellen der piezokeramischen Zusammensetzung mit einer industriell stabilen piezoelektrischen Eigenschaft ermöglicht. Ferner wird die heterogene Phase A6B10,8O30 im tetragonalen System geringer Piezoelektrizität bei Raumtemperatur kristallisiert, so dass die piezoelektrische Eigenschaft der piezokeramischen Zusammensetzung bei Steigerung des Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase A6B10,8O30 abnimmt. Im Gegensatz dazu wird die heterogene Phase A6B10,8O30 in einem Gewichtsverhältnis von 6% oder weniger hergestellt, wodurch die Abnahme der piezoelektrischen Eigenschaft, die durch eine Steigerung des Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase bewirkt wird, kontrolliert wird.
  • Der vierte Aspekt dieser Erfindung besteht darin, dass gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte dieser Erfindung das oben genannte Gemisch von hinzugefügten metallischen Elementen Bi (Bismuth) und Fe (Eisen) als Formel (1-z) ABO3 + z(0,5Bi2O3 + 0,5Fe2O3) beschrieben ist, wobei das Gesamtverhältnis der Zusammensetzung eins (1) ist, und wobei z im Bereich von 0 < z ≤ 0,02 liegt.
  • Durch die Zugabe einer geeigneten Menge an Bi (Bismuth) und Fe (Eisen) gemäß dem vierten Aspekt dieser Erfindung wird eine piezokeramische Zusammensetzung mit einer guten piezoelektrischen Eigenschaft hergestellt, sogar wenn kein Ta (Tantal) als Element B vorliegt. Ta (Tantal) ist ein Bestandteil, der im Vergleich zu Nb (Niob) und Sb (Antimon) relativ kostspielig ist, so dass die Herstellung einer piezokeramischen Zusammensetzung ohne Ta die Herstellungskosten senkt.
  • Die Erfindung beschreibt zudem auf ein Verfahren zum Herstellen der piezokeramischen Zusammensetzung gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte dieser Erfindung, indem ein Prozess der Calcinierung und danach ein Prozess der Sinterung durchgeführt werden, und ist (nach dem Prozess der Calcinierung) dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgenbeugungsprozess durchgeführt wird, um ein Röntgenbeugungsprofil des calcinierten Pulvers zu erhalten, das durch Zerkleinern der Zusammensetzung erzielt wird, und dass ein Prozess zur Einstellung der Zusammensetzung gemäß dem im Röntgenbeugungsprozess identifizierten Zusammensetzungsverhältnisses durchgeführt wird, und dass der Prozess der Sinterung auf Basis des Röntgenbeugungsprofils unter Verwendung des calcinierten Pulvers, das den Prozess zur Einstellung der Zusammensetzung durchlaufen hat, durchgeführt wird.
  • Hierbei wird das Produktionsverhältnis der unterschiedlichen Phase AsBtOu auf Basis des Röntgenbeugungsprofils des temporär gesinterten Pulvers identifiziert. Danach erfolgt eine Einstellung der Zusammensetzung gemäß dem Produktionsverhältnis. In diesem Fall ist es immer noch möglich, das temporär gesinterte Pulver, das außerhalb des vorteilhaften Produktionsverhältnisses der unterschiedlichen Phase AsBtOu lag, zu verwenden, so dass die Einstellung der Zusammensetzung durchgeführt werden kann, um das passendste Zusammensetzungsverhältnis zu erhalten. Insbesondere im Hinblick auf den alkalischen Niobatbestandteil können Wägefehler, die durch die hydroskopische Eigenschaft des Kalium-K2CO3-Pulvers verursacht werden, zu einer Diskrepanz in der Zusammensetzung führen. Um solche Fehler zu beheben, ist es zunächst erforderlich, dass das temporär gesinterte Pulver, das durch Sintern des Gemischs bei 800 bis 900°C erhalten wurde, einer Röntgenbeugung unterzogen wird, um den Produktionsstatus der heterogenen Phase AsBtOu zu bestimmen, um die Diskrepanz in der Zusammensetzung, die während der Stufe des temporären Sinterns aufgetreten war, abzuklären. Zweitens ist es erforderlich, dass die Zusammensetzung vermischt wird, um die notwendige Produktionsmenge der heterogenen Phase AsBtOu zu erhalten. Danach kann bei Bedarf ein weiteres temporäres Sintern durchgeführt werden, wobei ein Bindemittel verwendet wird, um das Sintern weiter zu verbessern. Schließlich wird dann die Diskrepanz in der Zusammensetzung bezüglich der Materialien behoben. Somit muss das temporär gesinterte Pulver, das außerhalb des vorteilhaften Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase lag, nicht verworfen werden und die Wahrscheinlichkeit, dass die piezokeramische Zusammensetzung damit hergestellt wird, ist höher. Aus diesem Grund wird der Verlust an Bestandteilen durch deren Entsorgung verringert, wodurch letztendlich die Herstellungskosten für die piezokeramische Zusammensetzung gesenkt werden.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Wie oben beschrieben, stellen die Aspekte 1 bis 4 dieser Erfindung eine piezokeramische Zusammensetzung mit einer vorteilhaften piezoelektrischen Eigenschaft und der Eigenschaft verringerter Unregelmäßigkeit bereit. Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus, die piezokeramische Zusammensetzung kostengünstig herzustellen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die die piezokeramische Zusammensetzung als erste Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Graphik, die das Röntgenbeugungsprofil der Pulverprobe der piezokeramischen Zusammensetzung der Ausführungsformen 1 und 2 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 7 beschreibt.
  • 3 ist eine Graphik, die das Röntgenbeugungsprofil des temporär gesinterten Pulvers der Ausführungsformen 1 und 2 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 7 beschreibt.
  • 4 ist eine Graphik, die das Röntgenbeugungsprofil der Pulverprobe der piezokeramischen Zusammensetzung der Ausführungsform 17 sowie Vergleichsbeispiele 2 und 5 beschreibt.
  • Modi zum Ausführen der Erfindung
  • Erste Ausführungsform
  • Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der alkalischen piezokeramischen Niobatzusammensetzung dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer piezokeramischen Zusammensetzung 10, der Ausführungsform dieser Erfindung, die in eine Scheibe mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Dicke von 1 mm geformt ist, wobei die piezokeramische Zusammensetzung beispielsweise als Ultraschallsensor, der in einem Ultraschalldurchflussmessgerät installiert ist, sowie als Klopfsensor in einem Motor oder als Ultraschalloszillator in einer Ultraschallwaschmaschine oder dergleichen verwendet wird. An sich kann die Form und Größe der piezokeramischen Zusammensetzung 10 je nach Verwendungszweck variieren.
  • Die piezokeramische Zusammensetzung 10, die Ausführungsform dieser Erfindung, umfasst als Hauptphase eine kristalline Phase einer Perowskit-Struktur, die als Formel ABO3 ausgewiesen ist, und umfasst ferner K (Kalium), N (Natrium) und Li (Lithium) als Elemente der Lage A und umfasst zumindest Nb (Niob), Ta (Tantal) und Sb (Antimon) als Element der Lage B. Die piezokeramische Zusammensetzung 10 umfasst darüber hinaus die metallischen Elemente Bi (Bismuth) und Fe (Eisen), die sich von den Elementen der Lagen A und B unterscheiden.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum Herstellen der piezokeramischen Zusammensetzung 10 beschrieben.
  • Zunächst wird das Basispulver (Reinheitsgrad: 99% oder mehr) aus K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Ta2O5, Sb2O3, Bi2O3 und Fe2O3 hergestellt. Um jede Zusammensetzung der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 und Vergleichsbeispiele 1 bis 21, wie in Tabelle 1 gezeigt, zu erfüllen, wird danach das Basispulver, das jedes metallische Element enthält, gewogen und eine Aufschlämmung wird mittels Kugelmahlen des Pulvers in Alkohol für 24 h erhalten. Der Typ des zu verwendenden Basispulvers (Verbindung) unterliegt keinen strengen Einschränkungen. Allerdings können das Dioxid, Carbonat oder dergleichen jedes metallischen Elements vorteilhafterweise verwendet werden.
  • Zweitens wird die Aufschlämmung getrocknet und bei 900°C für 3 h temporär gesintert. Danach wird sie durch Kugelmahlen für 24 h zerkleinert. Danach wird Polyvinylalkohol und ein Binder hinzugefügt, um die Aufschlämmung zu palettieren. Nach der Palettierung wird die Pulveraufschlämmung bei 2 kN/cm2 in eine Scheibe mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Dicke von 2 mm gepresst. Danach wird die Scheibe bei 1000 bis 1200°C für 2,5 h gesintert, um ihre Dichte zu maximieren.
  • Drittens wird die Ober- und Unterseite jeder gesinterten Scheibe gleichzeitig geschliffen, bis sie einen Durchmesser von 15 mm und eine Dicke von 1 mm aufweisen, wie in 1 gezeigt. Silberpaste wird auf die Ober- und Unterseite der Scheiben aufgetragen und die Scheiben werden bei 500°C gebacken, um sie in Gegenelektroden zu formen. In Silikonöl bei 130°C wird eine Gleichstromspannung von 3 kV/mm zwischen den Elektroden der Scheiben angelegt, um sie von der Oberseite zur Unterseite zu polarisieren, wodurch die piezokeramische Zusammensetzung 10 erhalten wird. Tabelle 1
    Chemische Formel (1-z)[(K0,44Na0,52Li0,04)a(Nb1-x-yTaxSby)O3 + z(0,5Bi2O3 + 0,5Fe2O3)
    a x y z
    Vergleichsbeispiel 1 1,01 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 2 1,00 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 3 0,99 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 4 0,98 0,10 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 1 0,97 0,10 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 2 0,96 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 5 0,94 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 6 0,90 0,10 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 7 0,85 0,10 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 3 0,98 0,05 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 4 0,97 0,05 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 5 0,96 0,05 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 6 0,98 0,00 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 7 0,97 0,00 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 8 0,96 0,00 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 9 0,98 0,10 0,04 0
    Vergleichsbeispiel 10 1,00 0,00 0,04 0
    Vergleichsbeispiel 11 0,98 0,00 0,04 0
    Arbeitsbeispiel 8 0,98 0,00 0,04 0,004
    Arbeitsbeispiel 9 0,98 0,00 0,04 0,008
    Arbeitsbeispiel 10 0,97 0,00 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 12 0,96 0,00 0,04 0,008
    Vergleichsbeispiel 13 0,98 0,00 0,04 0,012
    Arbeitsbeispiel 11 0,97 0,00 0,04 0,012
    Vergleichsbeispiel 14 0,98 0,00 0,04 0,016
    Arbeitsbeispiel 12 0,97 0,00 0,04 0,016
    Arbeitsbeispiel 13 0,96 0,00 0,04 0,016
    Vergleichsbeispiel 15 0,97 0,00 0,04 0,02
    Arbeitsbeispiel 14 0,96 0,00 0,04 0,02
    Arbeitsbeispiel 15 0,95 0,00 0,04 0,02
    Vergleichsbeispiel 16 0,96 0,00 0,04 0,024
    Vergleichsbeispiel 17 0,97 0,00 0,04 0,032
    Vergleichsbeispiel 18 0,96 0,00 0,04 0,032
    Vergleichsbeispiel 19 0,95 0,00 0,04 0,032
    Vergleichsbeispiel 20 1,00 0,00 0,00 0,008
    Vergleichsbeispiel 21 0,98 0,00 0,00 0,008
    Arbeitsbeispiel 16 0,96 0,00 0,00 0,008
  • Jede Probe der piezokeramischen Zusammensetzung 10 wurde unter Bezugnahme auf die Arbeitsbeispiele 1 bis 16 und Vergleichsbeispiele 1 bis 21 hergestellt.
  • Die Erfinder dieser Erfindung haben die elektrische Eigenschaft und die Eigenschaft der Unregelmäßigkeit jeder Charge sowie den Prozessfähigkeitsindex Cpk im Hinblick auf die Arbeitsbeispiele 1 bis 16 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 21 gemessen.
  • Die Messungen sind in Tabelle 2 (unten) gezeigt. Unter Anwendung eines Impedanzanalysators (Agilent 4294A) an die Ausführungsform dieser Erfindung wurden die radiale elektrische Eigenschaft des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kp, die relative Permittivität ε33 T/ε0 und der dielektrische Verlust tanδ bei 25°C gemessen. Es wurden 100 Proben gemessen, deren Durchschnittswerte in Tabelle 2 gezeigt sind. Die Standardabweichung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kp für jede Charge wurde für die Eigenschaft der Unregelmäßigkeit gemessen und anhand der Durchschnittswerte aller Chargen wurde der Prozessfähigkeitsindex Cpk unter dem Standard von Kp ≥ 0,4 berechnet. Abbildung 2
    Elektrische Eigenschaft bei 25°C Eigenschaft der Unregelmäßigkeit der gleichen Charge Prozessfähigkeitsindex Cpk
    Kp ε33 T/ε0 tanδ Standardabweichung von Kp
    Vergleichsbeispiel 1 0,192 1107 0,0402 0,0032 –21,72
    Vergleichsbeispiel 2 0,181 1089 0,0801 0,0089 –8,19
    Vergleichsbeispiel 3 0,336 1217 0,0267 0,0247 –0,86
    Vergleichsbeispiel 4 0,435 1552 0,0175 0,0121 0,96
    Arbeitsbeispiel 1 0,423 1510 0,0187 0,0007 10,89
    Arbeitsbeispiel 2 0,405 1471 0,0194 0,0010 1,64
    Vergleichsbeispiel 5 0,345 1303 0,0215 0,0018 –10,27
    Vergleichsbeispiel 6 0,241 1017 0,0257 0,0017 –31,25
    Vergleichsbeispiel 7 0,143 764 0,0256 0,0018 –47,53
    Arbeitsbeispiel 3 0,481 1440 0,0217 0,0011 24,57
    Arbeitsbeispiel 4 0,449 1380 0,0231 0,0006 27,33
    Arbeitsbeispiel 5 0,414 1304 0,0230 0,0005 9,45
    Arbeitsbeispiel 6 0,481 1086 0,0242 0,0008 33,88
    Arbeitsbeispiel 7 0,427 1008 0,0248 0,0007 13,02
    Vergleichsbeispiel 8 0,372 924 0,0258 0,0013 –7,20
    Vergleichsbeispiel 9 0,325 1243 0,0606 0,0011 –22,63
    Vergleichsbeispiel 10 0,211 633 0,2580 0,0076 –8,30
    Vergleichsbeispiel 11 0,345 868 0,1790 0,0052 –3,54
    Arbeitsbeispiel 8 0,459 958 0,0257 0,0006 32,70
    Arbeitsbeispiel 9 0,481 1105 0,0230 0,0005 53,81
    Arbeitsbeispiel 10 0,415 985 0,0247 0,0008 6,37
    Vergleichsbeispiel 12 0,394 893 0,0252 0,0012 –1,75
    Vergleichsbeispiel 13 0,452 1301 0,0237 0,0142 1,22
    Arbeitsbeispiel 11 0,480 1390 0,0232 0,0004 66,51
    Vergleichsbeispiel 14 0,427 1305 0,0372 0,0148 0,62
    Arbeitsbeispiel 12 0,487 1501 0,0237 0,0003 96,33
    Arbeitsbeispiel 13 0,459 1450 0,0241 0,0009 21,84
    Vergleichsbeispiel 15 0,446 1434 0,0253 0,0128 1,19
    Arbeitsbeispiel 14 0,421 1372 0,0264 0,0005 14,06
    Arbeitsbeispiel 15 0,432 1421 0,0242 0,0007 15,04
    Vergleichsbeispiel 16 0,386 1282 0,0268 0,0008 –5,94
    Vergleichsbeispiel 17 0,167 2205 0,5030 0,0012 –64,60
    Vergleichsbeispiel 18 0,192 1211 0,0654 0,0013 –53,43
    Vergleichsbeispiel 19 0,280 1273 0,0279 0,0015 –26,64
    Vergleichsbeispiel 20 0,301 744 0,2040 0,0086 –3,83
    Vergleichsbeispiel 21 0,375 640 0,1730 0,0026 –3,26
    Arbeitsbeispiel 16 0,408 446 0,1440 0,0018 1,48
  • Die Erfinder dieser Erfindung haben eine Röntgenbeugungsanalyse in Bezug auf die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Ausführungsbeispiele 1 bis 16 und Vergleichsbeispiele 1 bis 21 unter Verwendung eines Röntgenbeugungsmessers (Rigaku Corporation SmartLab®, Röntgenquelle: Cu Kα, Detektor: D-TEX Ultra) durchgeführt. 2 zeigt ein Beispiel für ein Röntgenbeugungsprofil. Hier wurde eine piezokeramische Zusammensetzung 10, deren Elektrode noch nicht gebildet wurde oder deren Elektrode während des Schleifens entfernt wurde, in einem Mörser zerkleinert, um auf ein Pulver mit einem Durchmesser von 10 μm oder weniger zu granulieren. Die Röntgenbeugungsanalyse wurde durchgeführt, indem das Probenpulver auf dem Messhalter eines Röntgenbeugungsmessers platziert wurde, und wurde insbesondere unter Verwendung des θ-2θ-Verfahrens und Gebündelten-Verfahrens im Bereich von 2θ = 5 bis 100° und bei einer Abtastgeschwindigkeit von 4°/min bei einem Intervall von 2θ = 0,2° durchgeführt. Die Röntgenbeugungsanalyse muss nicht auf die oben genannten Verfahren beschränkt sein, solange das Vorhandensein oder das Fehlen der heterogenen Phase AsBtOu korrekt bestimmt werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf das mittels Röntgenbeugungsanalyse erhaltene Röntgenbeugungsprofil der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 21 (siehe 2) wurde die Hauptspitze mit nahe 2θ = 31,8° identifiziert, die die Hauptphase ABO3 zeigte. Die Spitze, die die heterogenen Phasen von AsBtOu wie A6B10,8O30, A4B6O17 oder dergleichen zeigte, lag hingegen nahe 2θ = 29,3°. Allerdings wurde diese Spitze nicht in allen Pulverproben identifiziert. (Siehe Tabelle 3) Tabelle 3
    Intensitätsverhältnis der Röntgenbeugungsspitze A6B10,8O30 Produktionsverhältnis Gew. (Gew.-%)
    Imax(2θ = 29,3°) Imax(2θ = 31,8°) V = v = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°)
    Vergleichsbeispiel 1 - 186122 - 0,0
    Vergleichsbeispiel 2 - 181212 - 0,0
    Vergleichsbeispiel 3 - 183253 - 0,0
    Vergleichsbeispiel 4 - 162357 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 1 2568 165793 0,0155 1,9
    Arbeitsbeispiel 2 8922 160401 0,0556 5,3
    Vergleichsbeispiel 5 15446 106693 0,1448 10,4
    Vergleichsbeispiel 6 30317 157240 0,1928 22,4
    Vergleichsbeispiel 7 37721 123535 0,3053 32,4
    Arbeitsbeispiel 3 1370 160109 0,0086 1,1
    Arbeitsbeispiel 4 6032 161421 0,0374 3,6
    Arbeitsbeispiel 5 9329 106114 0,0879 6,0
    Arbeitsbeispiel 6 1789 119718 0,0149 1,0
    Arbeitsbeispiel 7 4674 150142 0,0311 3,1
    Vergleichsbeispiel 8 9967 112838 0,0883 6,5
    Vergleichsbeispiel 9 3458 160393 0,0216 2,0
    Vergleichsbeispiel 10 - 203766 - 0,0
    Vergleichsbeispiel 11 - 171570 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 8 865 192193 0,0045 4,1
    Arbeitsbeispiel 9 2046 63697 0,0321 1,0
    Arbeitsbeispiel 10 3161 67435 0,0469 3,1
    Vergleichsbeispiel 12 5977 66219 0,0903 6,5
    Vergleichsbeispiel 13 - 175666 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 11 3310 167124 0,0198 2,2
    Vergleichsbeispiel 14 - 60102 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 12 1016 59905 0,0170 1,1
    Arbeitsbeispiel 13 2060 58581 0,0352 3,3
    Vergleichsbeispiel 15 - 81200 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 14 1950 84150 0,0232 2,4
    Arbeitsbeispiel 15 3400 78450 0,0433 4,5
    Vergleichsbeispiel 16 1036 55300 0,0187 2,0
    Vergleichsbeispiel 17 1128 44375 0,0254 2,7
    Vergleichsbeispiel 18 1134 49256 0,0230 2,3
    Vergleichsbeispiel 19 1232 52941 0,0233 2,3
    Vergleichsbeispiel 20 - 48465 - 0,0
    Vergleichsbeispiel 21 - 54541 - 0,0
    Arbeitsbeispiel 16 1652 49188 0,0336 3,2
  • Im Hinblick auf die Probe (Pulver), deren Spitze, die die heterogene Phase AsBtOu zeigte, mit nahe 2θ = 29,3° identifiziert wurde, und deren Intensitätsverhältnis v = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°), wurde das Verhältnis zwischen der Spitze nahe 2θ = 29,3°, die die heterogene Phase AsBtOu zeigte, und der Hauptspitze nahe 2θ = 31,8°, die die Hauptphase ABO3 zeigte, berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Unter Bezugnahme auf das Röntgenbeugungsprofil wurde eine Reitveld-Analyse durchgeführt (unter Verwendung von Analysesoftware der Rigaku Corporation PDXL), um die heterogene der Phase AsBtOu und das Abundanzverhältnis w (Gewichtsprozentsatz) zu extrapolieren. Die Analyse zeigte, dass eine der heterogenen Phasen von AsBtOu die Tetragonale A6B10,8O30 ist. Das Abundanzverhältnis w (das Produktionsverhältnis) ist in Tabelle 3 gezeigt. In Bezug auf die Ausführungsform dieser Erfindung wurde das Verhältnis aus dem Spitzenintensitätsverhältnis berechnet. Allerdings kann es immer dann verwendet werden, wenn eine Spitzentrennung vorzugsweise durchzuführen ist.
  • Die Arbeitsbeispiele 1 bis 16, wie in Tabelle 2 ersichtlich, zeigen, dass der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kp, wie durch den Impedanzanalysator ausgewertet, den Prozessfähigkeitsindex Cpk > 1,33 unter der Bedingung Kp ≥ 0,4 erfüllt, bei der die piezokeramische Zusammensetzung 10 mit der vorteilhaften Eigenschaft mit einem geringen Prozentsatz an Fehlern erhalten werden kann. Wie in Tabelle 1 ersichtlich, wird bei der Herstellung der piezokeramischen Zusammensetzung 10 mit dem Zusammensetzungsverhältnis der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 eine vorteilhaft stabile Eigenschaft mit einer geringen Schwankung von Charge zu Charge erhalten, wodurch es möglich wird, eine hohe Rate fehlerfreier Waren aus der piezokeramischen Zusammensetzung 10 herzustellen.
  • Andererseits wurde bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, 10, 11, 13 bis 15, 20 und 21 die Spitze (der heterogenen Phase AsBtOu) nicht mit nahe 2θ = 29,3° identifiziert. Die obigen Vergleichsbeispiele konnten auch die Bedingung des Prozessfähigkeitsindexes Cpk > 1,33 unter dem Standard Kp ≥ 0,4 nicht erfüllen. Wie in Tabelle 3 ersichtlich, identifizierten die Vergleichsbeispiele 5 bis 8 und 12 das Vorhandensein der heterogenen Phase AsBtOu, allerdings war das Abundanzverhältnis w zu hoch (z > 6,0%) und das Intensitätsverhältnis v der Hauptspitze lag über 0,088. Wenn das Abundanzverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu zu hoch ist und das Intensitätsverhältnis v der Hauptspitze größer als 0,088 ist, ist die Höhe der Defekte der Lage A geringer, wodurch sich die elektrische Eigenschaft verschlechtert.
  • Das Vergleichsbeispiel 9 identifizierte das Vorhandensein der heterogenen Phase AsBtOu. Allerdings enthielt es nicht mal eine geringfügige Menge der hinzugefügten metallischen Elemente (Bi, Fe) außer K, Na, Li, Nb, T und Sb. Somit war die Ausgangshöhe an Defekten der Lage A auf der Hauptphase (die kristalline Phase der Perowskit-Struktur, die als ABO3 ausgewiesen ist) gering und der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kp war niedriger als 0,4, wodurch sich die piezoelektrische Eigenschaft verschlechtert.
  • Die Vergleichsbeispiele 16 bis 19 identifizierten die heterogene Phase AsBtOu und das Intensitätsverhältnis v der Hauptspitze, wodurch gezeigt wird, dass das Abundanzverhältnis der heterogenen Phase unter 0,088 lag. Allerdings betrug der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kp weniger als 0,4, was zu wenig ist, um eine ausreichende elektrische Eigenschaft zu gewährleisten. Unter Bezugnahme auf die Vergleichsbeispiele 16 bis 19 war die hinzugefügte Menge an metallischen Elementen so übermäßig, dass das Röntgenbeugungsprofil Beugungslinien identifizierte, die das Vorhandensein der heterogenen Phase mit nahe 2θ = 27,5° indizierten, was darauf hinzudeuten scheint, dass das Vorhandensein von Fe-Sb-Oxid auf die nicht gebildete vorteilhafte piezokeramische Zusammensetzung 10 zurückzuführen ist. Somit sollte die hinzugefügte Menge an metallischen Elementen z (das Zusammensetzungsverhältnis) = 0,2 nicht überschreiten. (Siehe Tabelle 1)
  • Wie oben beschrieben, ist die piezokeramische Zusammensetzung 10 aus den Arbeitsbeispielen 1 bis 16 hergestellt, um die heterogene Phase AsBtOu von A6B10,8O30 zu enthalten, was zeigt, dass das Verhältnis von Element A zu Element B aus der Gesamtzusammensetzung ist, und dass das A/B-Verhältnis (wie in Tabelle 1 gezeigt) ungefähr 0,95 bis 0,98 betrug, was bedeutet, dass die Lage B angereichert ist (Element B liegt im Überschuss vor). Die piezokeramische Zusammensetzung 10 aus den Arbeitsbeispielen 1 bis 16 enthält ungefähr 2% der Defekte der Lage A auf der Hauptphase, was bedeutet, dass die Defekte der Lage A nicht länger produziert werden können. Allerdings wird die heterogene Phase AsBtOu als Nebenprodukt hergestellt. Unter Bezugnahme auf die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Vergleichsbeispiele 9 bis 11 nimmt die annehmbare Höhe an Defekten der Lage A auf der Hauptphase deutlich ab, wenn die metallischen Elemente wie Bi und Fe außer K, Na, Li, Nb, Ta und Sb nicht hinzugefügt werden. Im Gegensatz dazu führte das Hinzufügen einer geringen Menge an Bi oder Fe bei der piezokeramischen Zusammensetzung 10 der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 zu einem Punktdefekt, so dass die annehmbare Höhe an Defekten der Lage A um ungefähr 2% entsprechend gesteigert werden kann. Wenn die Höhe der Defekte der Lage A auf der Hauptphase der piezokeramischen Zusammensetzung 10 zunimmt, erhöht sich die Dichte des gesinterten Körpers, wodurch der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kp auf 0,4 oder mehr verbessert wird. Bei übermäßigem Element-A-Mangel stoppt die annehmbare Menge an A-Stellen-Defekten bei ungefähr 2% und wird nicht länger produziert, wodurch bewirkt wird, dass die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird. Bei weiterem Element-A-Mangel und Erhöhung des Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase AsBtOu (siehe Vergleichsbeispiele 5 bis 7) geht das Gleichgewicht verloren, so dass die Höhe an Defekten der Lage A auf der Hauptphase wahrscheinlich sinkt.
  • Wenn die piezokeramische Zusammensetzung 10 durch das Sintern produziert wird, wobei die Höhe an Defekten der Lage A dem Grenzpunkt entspricht, an dem die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird, wird die am meisten bevorzugte piezoelektrische Eigenschaft erhalten. Es ist allerdings schwer, die piezokeramische Zusammensetzung 10 mit einem Zusammensetzungsverhältnis nahe dem Grenzpunkt, an dem die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird, herzustellen. Bei der Herstellung der piezokeramischen Zusammensetzung 10 führt das K2CO3-Kaliumpulver mit einer hohen Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit zu Wägefehlern und zu einer Kaliumstreuung beim Sintern, wodurch eine Unregelmäßigkeit in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis der piezokeramischen Zusammensetzung 10 bewirkt wird. Insbesondere bei der Massenproduktion der piezokeramischen Zusammensetzung 10 ist es aufgrund der Unregelmäßigkeit der Brenntemperatur und der Atmosphäre im Brennofen schwer, das Sintern der gesamten piezokeramischen Zusammensetzung 10 mit einer Höhe von Defekten der Lage A nahe ungefähr 2% zu kontrollieren. Bei Unregelmäßigkeit in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis (beispielsweise bei einem Zusammensetzungsverhältnis A/B von 0,98 bis 0,99), so dass die heterogene Phase AsBtOu nicht produziert wird (d. h. wenn eine Unregelmäßigkeit in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis der Vergleichsbeispiele 3 und 4 vorliegt), beeinflusst eine solche Schwankung des Zusammensetzungsverhältnisses außerdem direkt die Steigerungs-Senkungs-Rate der Höhe der Defekte der Lage A. Aus diesem Grund verschlechtert sich die Reproduzierbarkeit der piezoelektrischen Eigenschaft und der Unregelmäßigkeit in den Produktionschargen in Bezug auf die Vergleichsbeispiele 3 und 4. Im Gegensatz dazu ist die gesamte Zusammensetzung in Bezug auf die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 angereichert mit Lage B, d. h. A/B = 0,95 bis 0,98 (Element B liegt im Überschuss vor). Aus diesem Grund ist die Reproduzierbarkeit der piezoelektrischen Eigenschaft gegeben, so dass eine industriell stabile piezoelektrische Eigenschaft erhalten wird.
  • Schließlich können mit den Ausführungsformen dieser Erfindung die folgenden Effekte erzielt werden.
    • (1) Die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 der Ausführungsform dieser Erfindung hat ein Zusammensetzungsverhältnis, enthaltend die heterogene Phase AsBtOu, wobei das Intensitätsverhältnis v der Beugungsintensität Imax im Bereich von 0 < v ≤ 0,088 liegt (siehe Tabelle 3). Die andere heterogene Phase A6B10,8O30 wird mit einem Gewichtsverhältnis w von 1% < w ≤ 6,0% hergestellt. Dadurch wird möglich, die piezokeramische Zusammensetzung 10 mit einer vorteilhaften Eigenschaft und einer radialen elektromechanischen Kopplungskoeffizienz Kp von 0,4 oder mehr zu erhalten, wodurch eine industriell stabile piezoelektrische Eigenschaft erzielt wird, um eine piezokeramische Zusammensetzung 10 mit einem Prozessfähigkeitsindex Cpk von 1,33 oder mehr unter dem Produktstandard der elektromechanischen Kopplungskoeffizienz Kp 0,4 oder mehr zu erhalten. Bei Unregelmäßigkeit in Bezug auf die piezokeramische Zusammensetzung 10 schwankt das Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu, was die Eigenschaft zwar weniger stark beeinflusst, jedoch wird die Schwankung der Defekte der Lage A auf der Hauptphase verringert. Anders ausgedrückt, wird das Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu, was die Eigenschaft weniger stark beeinflusst, aufgrund einer unregelmäßigen Sinterung und einer Formelabweichung, bedingt durch die Unregelmäßigkeit im Hinblick auf Temperatur und Atmosphäre innerhalb des Brennofens mäßig, wodurch die Formelabweichung des A/B-Verhältnisses auf der Hauptphase (die kristalline Phase der Perowskit-Struktur, die als ABO3 ausgewiesen ist, kontrolliert wird, was die Sinterung und die Eigenschaft der piezokeramischen Zusammensetzung 10 dahingehend stark beeinflusst, dass sie im Brennofen gänzlich zum Zustand gesintert werden kann, in dem die Defekte der Lage A auf der Hauptphase beinahe ein Maximum erreichen, wodurch die Eigenschaft der Unregelmäßigkeit der piezokeramischen Zusammensetzung 10 verringert wird, so dass sie bei hoher Effizienz in Massen produziert werden kann.
    • (2) In Bezug auf die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Arbeitsbeispiele 1 bis 16 der Ausführungsform (dieser Erfindung) werden die metallischen Elemente Bi und Fe, wenn sie gänzlich aus Arbeitsbeispiel 1, zum Zusammensetzungsverhältnis z im Bereich von 0 < z ≤ 0,02 hinzugefügt, wodurch die piezokeramische Zusammensetzung 10 mit einer guten elektrischen Eigenschaft erhalten wird, sogar wenn bei Element B ein Ta-Mangel der Fall ist. Ta ist ein im Vergleich zu den anderen B-Elementen Nb oder Sb relativ kostspieliges Element, so dass eine Herstellung der piezokeramischen Zusammensetzung 10 ohne Ta die Herstellungskosten senkt. Insbesondere wurde die piezokeramische Zusammensetzung 10 der Arbeitsbeispiele 6, 9, 11 und 12 ohne Ta formuliert, so dass die heterogene Phase A6B10,8O30 ein Gewichtsverhältnis (w) im Bereich von 1,0% ≤ w ≤ 2,2% aufweist, wobei die elektromechanische Kopplungseffizienz Kp mit 0,48 oder mehr antizipiert wird, aber tatsächlich mit 0,0008 oder weniger bestimmt wird, wodurch die Eigenschaft der Unregelmäßig kontrolliert und somit der Prozessfähigkeitsindex Cpk auf 1,33 oder mehr gesteigert wird.
    • (3) Die piezokeramische Zusammensetzung 10 aus den Arbeitsbeispielen 1 bis 16 der Ausführungsform (dieser Erfindung) enthält Li als Element A gegen K und Na bei einer Rate von 1/10 oder weniger. Somit wird die Rate von Li, bei dem es sich um ein relativ kostspieliges Material handelt, auf 1/10 oder weniger verringert, wodurch die Herstellungskosten der piezokeramischen Zusammensetzung 10 gesenkt werden.
  • Die zweite Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, ist das Verfahren zum Herstellen der piezokeramischen Zusammensetzung 10. Unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform wird das temporär gesinterte Pulver, das nach dem temporären Brennen erhalten wurde, einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen, wobei danach eine Einstellung der Zusammensetzung auf Basis der Analyseergebnisse erfolgt. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben.
  • Unter Bezug auf die erste Ausführungsform wird zunächst das Basispulver, das die metallischen Elemente enthält, vermischt, um eine Aufschlämmung zu erhalten. Nach dem Trocknen wird die Aufschlämmung temporär für 3 h bei 900°C gesintert (der Prozess der temporären Sinterung). Die mit dieser temporären Sinterung erhaltene Zusammensetzung wird in einem Mörser zerkleinert, um ein Pulver mit einem Durchmesser von 10 μm oder weniger zu erhalten. Danach wird das Pulver einer Rφntgenbeugungsanalyse unterzogen, um ein Rφntgenbeugungsprofil zu erhalten (der Röntgenbeugungsprozess). Das Messverfahren der Rφntgenbeugungsanalyse ist das gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. 3 zeigt Beispiele für das Röntgenbeugungsprofil des temporär gesinterten Pulvers, das gemäß dem Zusammensetzungsverhältnis der Arbeitsbeispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 hergestellt wurde.
  • Die Einstellung der Zusammensetzung erfolgt auf Basis des Röntgenbeugungsprofils durch Dispensieren der heterogenen temporär gesinterten Pulver, um das gewünschte Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu zu erhalten. Danach erfolgt das tatsächliche Sintern bei 1000 bis 1200°C.
  • Unter Bezugnahme auf das Materialsystem der Ausführungsform dieser Erfindung bleibt beim temporären Sintern der hergestellten Zusammensetzung bei 800°C, um einen Überschuss der Lage B zu erhalten, wenig nicht-reagiertes Material zurück. Die kristalline Phase ABO3 kann viele Zusammensetzungen enthalten, jedoch werden die heterogenen Phasen A6B10,8O30, A4B6O17 oder dergleichen produziert, je nach Ausgeglichenheit des gesamten A/B-Verhältnisses. Wenn kein nicht-reagiertes Material zurückbleibt, wird die Unregelmäßigkeit der Zusammensetzung, die durch das Streuen von Element A (z. B. Kalium) verursacht wird, nach dem Prozess des temporären Sinterns verringert. Somit scheint zwischen dem Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu des temporär gesinterten Pulvers und dem Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu des nach dem Sintern erhaltenen Körpers eine hohe Korrelation zu bestehen. Aus diesem Grund können die Messungen des Röntgenbeugungsprofils des temporär gesinterten Pulvers prognostizieren, ob die richtige piezoelektrische Eigenschaft bereitgestellt wird, wenn die piezokeramische Zusammensetzung 10 unter Verwendung des temporär gesinterten Pulvers hergestellt wird.
  • Unter Verwendung des temporär gesinterten Pulvers prognostiziert das Ergebnis des Röntgenbeugungsprofils, dass das Produktionsverhältnis der heterogenen Phase AsBtOu außerhalb des vorteilhaften Bereichs liegen wird, wodurch die piezoelektrische Eigenschaft verschlechtert wird, so dass die Zusammensetzung eingestellt werden sollte, um das entsprechende A/B-Verhältnis zu erhalten. Wie in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt, wird insbesondere beispielsweise das temporär gesinterte Pulver der Vergleichsbeispiele 2 und 5 hergestellt. Die Röntgenbeugung des temporär gesinterten Pulvers prognostiziert, dass das Pulver aus Vergleichsbeispiel 2 keine heterogene Phase AsBtOu enthält, wodurch die piezoelektrische Eigenschaft schlecht bleibt.
  • Zunächst werden die beiden oben genannten temporär gesinterten Pulver bei einem Verhältnis von 1:1 (Gewicht) vermischt und danach wird das Gemisch für 6 h kugelgemahlen. Danach werden ein Bindemittel und Polyvinylalkohol hinzugefügt, um das Gemisch zu palettieren. Nach der Palettierung entspricht der Herstellungsprozess jenem der oben genannten Ausführungsform (aus den Arbeitsbeispielen 1 bis 16).
  • Die piezokeramische Zusammensetzung 10 wird wie das Arbeitsbeispiel 17 und deren Röntgenbeugungsprofil wie in 4 hergestellt. Das angenommene Ergebnis des Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase AsBtOu, das auf dem Röntgenbeugungsprofil basiert, ist in Tabelle 4 gezeigt, Tabelle 5 zeigt deren piezoelektrische Eigenschaft. Tabelle 4
    Intensitätsverhältnis der Röntgenbeugungsspitze A6Bi10,8O30 Produktionsverhältnis w (Gew.-%)
    Imax(2θ = 29,3°) Imax(2θ = 31,8°) v v = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°)
    Arbeitsbeispiel 17 2831 72026 0,0393 1,8
    Tabelle 5
    Elektrische Eigenschaft bei 25°C (°C) Eigenschaft der Unregelmäßigkeit der gleichen Charge Prozessfähigkeitsindex Cpk
    Kp ε33 T/ε0 tanδ Standardabweichung von Kp
    Arbeitsbeispiel 17 0,463 1539 0,0180 0,0008 26,25
  • Die piezokeramische Zusammensetzung 10, die mit dem temporär gesinterten Pulver aus den Vergleichsbeispielen 2 und 5 hergestellt wurde, bot keine vorteilhafte piezokeramische Eigenschaft. Im Gegensatz dazu zeigt das Arbeitsbeispiel 17, das durch Vermischen der temporär gesinterten Pulver aus den Vergleichsbeispielen 2 und 5 hergestellt wurde, ein Produktionsverhältnis w der heterogenen Phase AsBtOu von 1,8 Gew.-%, das in den geeigneten Bereich fällt. Somit bestätigt das Arbeitsbeispiel 17, dass der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kp 0,4 oder mehr ist und eine vorteilhafte piezoelektrische Eigenschaft sowie einen hohen Prozessfähigkeitsindex Cpk aufweist.
  • Bei der Herstellung der Ausführungsform dieser Erfindung gemäß dem obigen Verfahren kann aufgrund der Unregelmäßigkeit der Zusammensetzung, die während der Stufe des temporären Sintern auftritt, prognostiziert werden, dass der Erhalt der piezokeramischen Zusammensetzung 10 mit einer vorteilhaften piezoelektrischen Eigenschaft unmöglich ist. Sogar wenn ein gewisser Faktor eine Unregelmäßigkeit der Zusammensetzung einer Produktionscharge temporär gesinterten Pulvers bewirkt, kann ein anderes temporär gesintertes Pulver mit dem Originalpulver entsprechend vermischt werden, um eine effiziente Nutzung zu ermöglichen, so dass die piezokeramische Zusammensetzung 10 nicht verschwendet wird.
  • Jede Ausführungsform dieser Erfindung kann wie unten modifiziert werden.
    • • Die Arbeitsbeispiele 1 bis 17 jeder Ausführungsform dieser Erfindung umfassen Element A und die Elemente K (Kalium), Na (Natrium) und L (Lithium), ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, und umfassen vorzugsweise Element A und eines oder mehrere dieser.
    • • Jede Ausführungsform enthält die heterogene Phase AsBtOu, aber ist nicht auf die kristallinen Phasen A6B10,8O30 und A4B6O17 als die heterogene Phase AsBtOu begrenzt, sondern umfasst ebenfalls: (a) A6B10,88O30, (b) A5,75B10,85O30, (c) A2,6B11,6O30, (d) A3B8O21, (e) A2B8O21 oder dergleichen. Anders ausgedrückt ist die heterogene Phase AsBtOu ein Oxidationsmittel, das als Zusammensetzungsformel AsBtOu (s, t und u = Molverhältnis) ausgewiesen ist, und enthält Element B in der 1,5-fachen Menge, aber weniger als die 4,0-fachen Menge als an Element A.
    • • Bei der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung wird die Zusammensetzung eingestellt, ist aber nicht auf den Zweck des Erhaltens des gewünschten Produktionsverhältnisses der heterogenen Phase AsBtOu beschränkt. Beispielsweise kann eine weitere Einstellung der Zusammensetzung erfolgen, um die gewünschte Intensität der Hauptspitze der heterogenen Phase AsBtOu zu erhalten.
    • • Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung stellt ein Beispiel für das temporar gesinterte Pulver dar, das im A/B-Verhältnis (von 1,00 (Vergleichsbeispiel 2) und von 0,94 (Vergleichsbeispiel 5) vermischt ist. Allerdings umfassen die Bestandteile, die für eine Einstellung der Zusammensetzung verwendet werden, nicht nur K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Ta2O5, Sb2O3 oder dergleichen, die als das Basispulver verwendet werden, sondern auch die chemischen Verbindungen A6B10,8O30, A4B6O17 oder dergleichen, die durch temporäres Sintern nach Herstellen und Vermischen der obigen Materialien erhalten werden.
    • • Jede Ausführungsform dieser Erfindung enthält die zusätzlichen metallischen Elemente Bi und Fe in einem Verhältnis von 1:1, das entsprechend angepasst werden kann. Andere metallische Elemente umfassen Cr, Mn, Ni, Co, Cu, Zn, Sr, Mo, Ag, Ba oder dergleichen. Darüber hinaus kann eine Kombination von Elementen, die aus den obigen ausgewählt sind, zur piezokeramischen Zusammensetzung 10 hinzugefügt werden, um die gleiche Wirkung wie bei den oben genannten Ausführungsformen zu erhalten.
    • • Zusätzlich zu den in den Ansprüchen dieser Erfindung beschriebenen technischen Ideen werden im Folgenden weitere technische Ideen zu jeder Ausführungsform beschrieben.
    • (1) Die piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass als das oben genannte Element A die Elemente K, Na und Li enthalten sind.
    • (2) Die piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass als das oben genannte Element A das Element Li in einem Verhältnis von 1/10 oder weniger im Vergleich zu den Elementen K und Na enthalten ist.
    • (3) Die piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine alkalische niobatbasierte Zusammensetzung ist, die zumindest Nb als das oben genannten Element B enthält, ausgewählt aus Nb, Ta und Sb.
    • (4) Die piezokeramische Zusammensetzung nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannten metallischen Elemente Bi und Fe in einem Verhältnis von 1:1 vorliegen.
    • (5) Die piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Elemente A und B im Verhältnis A/B von 0,95 oder mehr, aber weniger als 0,98 umfasst.
    • (6) Die piezokeramische Zusammensetzung nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im oben genannten Verhältnis von 1,0% ≤ w ≤ 2,2% (Gewicht) hergestellt wird.
    • (7) Die piezokeramische Zusammensetzung nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die oben genannten zusätzlichen metallischen Elemente des Zusammensetzungsverhältnisses z im Bereich von 0,04 ≤ z ≤ 0,16 umfasst.
    • (8) Die piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die heterogene Phase der kristallinen Struktur, die nicht zur Perowskit-Struktur gehört und als Formel AsBtOu (s < t < u) ausgewiesen ist, eine kristalline Struktur vom Wolfram-Bronze-Typ ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Piezokeramische Zusammensetzung

Claims (4)

  1. Piezokeramische Zusammensetzung, umfassend eine kristalline Phase einer Perowskit-Struktur, die als Formel ABO3 ausgewiesen ist, wobei Element A aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus K (Kalium), Na (Natrium) und Li (Lithium) ausgewählt sind, und wobei Element B aus einem oder mehreren Elementen besteht, die aus Nb (Niob), Ta (Tantal) und Sb (Antimon) ausgewählt sind, wobei ein Röntgenbeugungsprofil der Pulverprobe, die zerkleinert wird, bis die Partikel der piezokeramischen Zusammensetzung einen Durchmesser von 10 μm oder weniger haben, Beugungsspitzen aufweist, welche die Hauptphase sowie eine heterogene Phase einer kristallinen Struktur indizieren, die als Formel AsBtOu (s < t < u) ausgewiesen ist, aber nicht zur Perowskit-Struktur gehört (im Folgenden als heterogene Phase AsBtOu ausgewiesen), wobei das Intensitätsverhältnis (v) = Imax(2θ = 29,3°)/Imax(2θ = 31,8°) und als 0 < v ≤ 0,088 definiert ist, wobei die Beugungsintensität Imax(2θ = 29,3°) von der heterogenen Phase stammt und die Beugungsintensität Imax(2θ = 31,8°) von der Hauptphase stammt.
  2. Piezokeramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die heterogene Phase ein Oxid ist, das mehr als die 1,5-fache Menge, aber weniger als die 4,0-fache Menge an Element B als an Element A umfasst.
  3. Piezokeramische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die heterogene Phase ein Oxid ist, das als A6B10,8O30 ausgewiesen ist, mit einem Gewichtsverhältnis w von 0% < w ≤ 6,0%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
  4. Piezokeramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-Struktur hinzugefügte metallische Elemente Bi (Bismut) und Fe (Eisen) enthält wie in Formel (1-z) ABO3 + z(0,5Bi2O3 + 0,5Fe2O3) beschrieben, wobei das Gesamtverhältnis der Zusammensetzung 1 ist, und wobei z im Bereich von 0 < z ≤ 0,02 liegt.
DE112012000207.5T 2012-03-02 2012-03-02 Piezokeramische Zusammensetzung Active DE112012000207B4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/056048 WO2013128651A1 (ja) 2012-03-02 2012-03-02 圧電磁器組成物及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112012000207T5 DE112012000207T5 (de) 2014-07-03
DE112012000207B4 true DE112012000207B4 (de) 2016-08-25

Family

ID=49081893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112012000207.5T Active DE112012000207B4 (de) 2012-03-02 2012-03-02 Piezokeramische Zusammensetzung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9172026B2 (de)
JP (1) JP5990760B2 (de)
KR (1) KR101411221B1 (de)
CN (1) CN103503185B (de)
DE (1) DE112012000207B4 (de)
WO (1) WO2013128651A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5934927B2 (ja) * 2012-05-10 2016-06-15 本多電子株式会社 圧電磁器組成物
CN107512908A (zh) * 2017-08-21 2017-12-26 昆明理工大学 一种铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法
CN113557612A (zh) * 2019-03-13 2021-10-26 京瓷株式会社 压电陶瓷组合物
CN115279713A (zh) * 2020-03-30 2022-11-01 京瓷株式会社 压电陶瓷组合物以及压电致动器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008162889A (ja) * 2002-07-16 2008-07-17 Denso Corp 圧電磁器組成物及びその製造方法並びに圧電素子
JP4326374B2 (ja) * 2003-03-14 2009-09-02 株式会社豊田中央研究所 結晶配向セラミックス及びその製造方法
JP4398635B2 (ja) * 2002-09-24 2010-01-13 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 圧電セラミックス

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002284574A (ja) * 2001-03-26 2002-10-03 Tdk Corp 圧電セラミックスの製造方法
JP2006315909A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Univ Nagoya 圧電セラミックス
JP4576532B2 (ja) * 2005-09-09 2010-11-10 独立行政法人産業技術総合研究所 タンタル酸カリウム微結晶の製造方法
JP5407330B2 (ja) * 2006-02-28 2014-02-05 コニカミノルタ株式会社 圧電磁器組成物
JP5094334B2 (ja) * 2006-12-25 2012-12-12 京セラ株式会社 圧電磁器および圧電素子
JP2008207999A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Konica Minolta Holdings Inc 圧電磁器組成物の製造方法
JP2010053021A (ja) * 2008-07-28 2010-03-11 Ngk Insulators Ltd 圧電／電歪セラミックス焼結体及び散漫散乱強度比の算出方法
JP5072760B2 (ja) * 2008-07-28 2012-11-14 京セラ株式会社 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子
JP5024399B2 (ja) * 2009-07-08 2012-09-12 日立電線株式会社 圧電薄膜素子、圧電薄膜デバイス及び圧電薄膜素子の製造方法
JP5515675B2 (ja) * 2009-11-20 2014-06-11 日立金属株式会社 圧電薄膜素子及び圧電薄膜デバイス
JP5531635B2 (ja) * 2010-01-18 2014-06-25 日立金属株式会社 圧電薄膜素子及び圧電薄膜デバイス
JP5614531B2 (ja) * 2010-03-12 2014-10-29 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及びそれを用いた液体噴射装置並びに圧電素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008162889A (ja) * 2002-07-16 2008-07-17 Denso Corp 圧電磁器組成物及びその製造方法並びに圧電素子
JP4398635B2 (ja) * 2002-09-24 2010-01-13 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 圧電セラミックス
JP4326374B2 (ja) * 2003-03-14 2009-09-02 株式会社豊田中央研究所 結晶配向セラミックス及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9172026B2 (en) 2015-10-27
CN103503185A (zh) 2014-01-08
KR101411221B1 (ko) 2014-06-23
KR20130128307A (ko) 2013-11-26
WO2013128651A1 (ja) 2013-09-06
JP5990760B2 (ja) 2016-09-14
CN103503185B (zh) 2015-06-03
US20140367605A1 (en) 2014-12-18
DE112012000207T5 (de) 2014-07-03
JPWO2013128651A1 (ja) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69815876T2 (de) Bei verminderter temperatur gleichzeitig mit silber sinterbare pzt-keramikzusammensetzung und verfahren zu ihrer herstellung
DE112006003755B4 (de) Piezoelektrische Keramikzusammensetzung
DE102005051855B4 (de) Verfahren zur Fertigung eines polykristallinen Keramikkörpers
DE102010050554B4 (de) Dielektrische Keramikzusammensetzung und elektronische Komponente
EP1337496B1 (de) Keramischer werkstoff sowie dessen herstellung
EP2773598B1 (de) Keramikmaterial, verfahren zur herstellung desselben und elektrokeramisches bauelement umfassend das keramikmaterial
DE102007000459A1 (de) Anisotrop geformtes Pulver, zugehöriges Herstellungsverfahren und Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik
DE102007016854A1 (de) Piezoelektrische, bleifreie keramische Zusammensetzung, Verfahren zu deren Herstellung sowie ein dieses Material unfassendes piezoelektrisches Bauelement
DE102008042955A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Keramik mit Kristallorientierung
DE112012000207B4 (de) Piezokeramische Zusammensetzung
DE69923635T2 (de) Piezoelektrische Keramiken
EP1025061A1 (de) Hochleistungs-piezokeramik
DE112015005617B4 (de) Elektrisch leitfähiger Oxidsinterkörper, Element zur elektrischen Leitung, Gassensor, piezoelektrisches Element und Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Elements
EP2751854B1 (de) Verfahren zur herstellung eines piezoelektrischen bauelements
DE102017116925B4 (de) Harte PZT-Keramik, piezoelektrisches Vielschichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements
DE2631035B2 (de) Feinteiliges Pulver aus einer Bleititanat/Blei Magnesium-Wolframat-Zusammensetzung und seine Verwendung
DE102007012916B4 (de) Laminiertes piezoelektrisches Element und Herstellungsverfahren hierfür
EP0714866B1 (de) Komplexer, substituierter Lanthan-Blei-Zirkon-Titan-Perowskit, keramische Zusammensetzung und Aktuator
DE10164252A1 (de) Dielektrisches Keramikmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1668715A2 (de) Piezoelektrisches keramikmaterial, vielschichtbauelement und verfahren zur herstellung des keramikmaterials
DE19828438A1 (de) Gesinterte piezoelektrische Keramik, piezoelektrische Keramikvorrichtung, monolithische piezoelektrische Keramikvorrichtung, und Verfahren zur Herstellung einer gesinterten piezoelektrischen Keramik
DE112014002433B4 (de) Piezoelektrische Keramik, Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Keramik und Piezoelektrische-Keramik-Elektronikkomponente
DE112005002093T5 (de) Herstellverfahren für eine piezoelektrische Keramik, Herstellverfahren für ein piezoelektrisches Element und piezoelektrisches Element
DE112018001758T5 (de) Piezoelektrische Zusammensetzung und piezoelektrisches Element
DE10237291B4 (de) Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, deren Herstellungsverfahren und piezoelektrische Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final