DE1646525B2

DE1646525B2 - Piezoelektrische keramik

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Publication number: DE1646525B2
Application number: DE19671646525
Authority: DE
Priority date: 1966-10-26
Filing date: 1967-10-16
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1199438A; NL6714565A; SE330667B; FR1551976A; DE1646525A1; US3536625A

Description

besteht mit Werten für χ zwischen 0,05 und 0,8, für ν zwischen 0,1 und 0,8 und für ζ zwischen 0,1 und 0,8, wobei χ -r + : = l gilt, und daß sie außerdem noch mindestens ein Oxyd aus der Gruppe Fe₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, Seltene Erden und/ oder Nb₂O₅ zu 0,1 bis 5 Gewichtsprozent und SiO₂ zu 0,02 bi« 5 Gewichtspiozent enthält.

2. Piezoelektrische Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für χ zwischen 0,05 und 0,4, für y zwischen 0,25 und 0,55 und für ζ zwischen 0,2 und 0,6 liegen.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Keramik, die in elektromechanischen Wandlern, insbesondere in akustischen Wandlern, wie Tonabnehmern und Mikrophonen, und al Ultraschallresonator oder mechanisches Filter, wie beispielsweise ein Zwischenfrequenzübertrager für 455 kHz, verwendet wird.

Piezoelektrische Keramiken, die bisher industriell hergestellt worden sind, haben meist ein Bleititanat-Bleizirkonat-System oder ein Bleititanat-Bleizirkonat-Bleistanat-System. Bei der Weiterentwicklung dieser Materialien hat sich herausgestellt, daß die Herstellung des Bleititanat-Bleizirkonat-Systems in industriellem Umfange schwierig ist, da Bleimonoxyd verdampft wird. Eine industrielle Herstellung hat sich aber durch die Zugabe von Strontium oder Kalzium als möglich erwiesen. Mit einem Bleititanat-Bleizirkonat-Bleistanat-System (deutsche Auslegeschrift 1116 742) kann zwar ein relativ hoher elektromechanischer Kopplungskoeffizient erreicht werden, jedoch wird andererseits nur eine relativ niedrige mechanische Qualität Q von 50 bis 60 erhalten. Keramiken mit solchen Eigenschaften sind für die Herstellung von Ultraschallschwingern, so Tonabnehmern und Mikrophonen im Hinblick auf den hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zwar geeignet, jedoch muß die ungenügende mechanische Güte in Kauf genommen werden. Andererseits ist aber insbesondere für mechanische Filter unbedingt eine hohe mechanische Güte erforderlich.

Es sind auch piezoelektrische Keramiken in Form einer festen Lösung von Bleimagnesiumwolframat und Bleititanat bekannt (Isvestia Akad. Nauk, Phys. Serie, 1965, S. 988 bis 990), die einen niedrigen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von etwa 20% und eine für praktische Zwecke nicht ausreichend hohe mechanische Güte aufweisen.

Die Verwendung von Bleizirkonat bei der Herstellung von piezoelektrischen Keramiken ist auch bekannt (Journ. of Am. Cer. Soc, 42, S. 49 und 343), jedoch ereibt sich daraus nicht der Hinweis auf eine Verbesserung sowohl des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten als auch der mechanischen Güte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Keramik zu schaffen, die einen hohen elektromechanischen Kopplungsfaktor und eine hohe mechanische Güte und gleichzeitig einen guten Temperaturgang aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die piezoelektrische Keramik hauptsächlich aus einer festen Lösung von drei Komponenten gemäß der Formel

Pb (Mg₁ZsW₁Zs)XTiVZiZ

besteht mit Werten für .v zwischen 0,05 und 0,8, für y zwischen 0,1 und 0,8 und für ζ zwischen 0,1 und 0,8, wobei χ 4-.)' -r ζ = 1 gilt, und daß sie außerdem noch mindestens ein Oxyd aus der Gruppe Fe₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, Seltene Erden und/oder Nb₂O₅ zu 0,1 bis 5 Gewichtsprozent und SiO₂ zu 0,02 bis 5 Gewichtsprozent enthält. Besonders gute elektromechanische Eigenschaften werden erhalten, wenn die Werte für .γ zwischen 0,05 und 0,4, für y zwischen 0,25 und 0,55 und für ζ zwischen 0,2 und 0,6 liegen.

Die Erfindung schafft somit ein neues Dreikomponentensystem ir Form einer festen Lösung, das sowohl einen hohen Kopplungsfaktor als auch eine hohe mechanische Güte ergibt. Beim Herstellen der Keramik wird beim Brennvorgang die Verdampfung von Bleimonoxyd durch die Verwendung des Bleimagnesiumwolframats vermieden, so daß sich Zusätze, die der Verdampfung von Bleimonoxyd entgegenwirken sollen, erübrigen.

Bleizirkonat kann bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramik in relativ großem Umfang verwendet werden. Die Zugabe der weiteren Oxyde führt zu einer Verbesserung des Temperaturgangs.

Die Erfindung wird nachsiehend an Hand der Zeichnung erläutert.

F i g. 1 zeigt die Veränderung des e'ektromechanischen Kopplungsfaktors (kp) bei der Zugabe von Pb(Mg · W)V₂ O₃ zu einer Zusammensetzung von 0,55 MoI PbTiO₃ und 0,45 Mol PbZrO₃;

F i g. 2 zeigt ein dreieckiges Mischungsdiagramm, aus welchem der Wirkungsbereich der Erfindung hervorgeht. Dort zeigt das Polygon ABCDEFGA die Grenzen, in welchen die Erfindung besondere Vorteile bringt. In dem Bereich BCKJIHB sind die elektromechanischen Eigenschaften besonders gut.

Die Tabelle I zeigt die Bestandteile gemäß F i g. 2.

Tabelle 1

	Pb(Mg -W> V, O₃	PbTiO,	PbZrO₃
	(Mol)	(Mod	(Mol)
A	0.05	0.15	0,80
B	0,05	0,35	0,60
C	0,05	0,55	0,40
D	0.05	0,80	0,15
E	0,10	0,80	0,10
F	0,80	0,10	0,10
G	0,10	0,10	0,80
H	0,15	0,25	0,60
1	0,40	0,25	0,35
J	0,40	0.40	0,20
K	0,25	0,55	0,20

Das Mischungsdiagramm nach F i g. 3 zeigt die Verteilung der Kristallphase nach einer Röntgen-

strahlendiffrakticin des Dreikomponentensystems bei dem piezoelektrischen Keramikmaterial gemäß der Erfindung.

Das Mischungsdiagramm gemäß F i g. 4 zeigt den Verlauf des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten des aus einem Dreikomponentensystem bestehenden piezoelektrischen Keramikmaterials gemäß der Erfindung.

F i g. 5 zeigt ein Beispiel der dielektrischen Eigenschaften des aus einem Dreikomponentensystem bestehenden Keramikmaterials nach der Erfindung bei 1 kHz.

Das in F i g. 6 dargestellte Mischungsdiagramm zeigt den Verlauf der dielektrischen Eigenschaften, den Verlauf des Curie-Punkts und der Dielektrizitätskonstante bei dem aus einem Dreikomponentensystem bestehenden piezoelektrischen Keramikmaterial nach der Erfindung.

Das Mischungsdiagramm nach F i g. 1 zeigt den Verlauf des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten bei dem aus einem Dreikomponentensystem bestehenden piezoelektrischen Keramikmaterial gemäß der Erfindung, welchem MnO₂ oder Fe₂O₃ hinzugefügt wurde.

F i g. 8 zeigt ein Beispiel des Temperaturverlaufs der Resonanzfrequenz bei dem aus einem Dreikomponentensystem bestehenden pxzoelektrischen Keramikmaterial gemäß der Erfindung bei Anwendung uls Resonator.

Die Erfindung ist nachstehend im einzelnen beschrieben.

Es ist allgemein bekannt, daß sich Ferroelektrizität zeigt, wenn ein antiferroelektrischer Stoff und ein, diesem ähnlicher, ferroelektrischer Stoff mit einander ähnlicher Struktur zusammen in eine feste Lösung gebracht weiden. Beispielsweise stellt eine feste Lösung (ein keramisches Material) aus Bleititanat und Bleizirkonat eine ausgezeichnete ferroelektrirche Substanz und ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Keramikmaterial dar. Bleititanat ist ein Ferroelektrikum mit einem Aufbau vom Perowskit-Typ. und Bleizirkonat ist ein Antiferroelektrikum mit ähnlichem Aufbau. Wenn aber Bleizirkonat und Bleititanat oberhalb von einigen Molprozent in eine feste Lösung gebracht werden, so wird das Bl^izirkonat in ein Ferroelektrikum umgewandelt. Die wurde 1952 von G. Shirane, K. Suzuki und A. T a k e d a im Journal of the Physical Society of Japan, Bd. 7, Nr. 12. berichtet.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung benutzten dieselbe Erscheinung bei Bleimagnesiumwolframat und Bleititanat. Es wurde von G. A. S m ο 1 e η s \ \ i, A. I. Agranouskaya und V. A. Isupov in Fizika Tuerdogo TeId, Bd. 1, S. 990, 1959 berichtet, daß Bleimagnesiumwolframat [Pb(Mg-W)V₂O₃] ein Antiferroelektrikum ist, das eine Struktur vom Perowskit-Typ und einen Curie-Punkt bei 40°C besitzt. Wenn Bleimagnesiumwolframat und Bleititanat in eine feste Lösung gebracht wurden, so zeigte sich ein ferroelektrischer Effekt, und die Piezoelektrizität wuchs ebenfalls stark an. Wurden Bleimagnesiumwolframat und Bleititanat jeweils zu 50 Molprozent in eine feste Lösung gebracht, so erhitit man ein hervorragendes keramisches Material. Wurde dieses in einem starken elektrischen Gleichspainungsfeld polarisiert, so konnte ein elektromechanischer Kopplungsfaktor von 15 bis 20% erreicht werden.

Dieses keramische Material war jedoch für den praktischen Gebrauch als piezoelektrisches Element unbefriedigend, und die Erfinder der vorliegenden Erfindung setzten sich daher zum Ziel, eine Verbesserung des Verhaltens durch zusätzliche Lösung von Bleizirkonat zu erreichen, und erzielten damit ein besonders gutes Ergebnis. Wenn beispielsweise ein Dreikomponentensystem in fester Lösung, bestehend aus Bleimagnesiumwolframat [Pb(Mg-W)V₂Oa] mit einem Anteil von 15 Molprozent, Bleititanat (PbTiO;,) mit einem Anteil von 45 Molprozent und Bleizirkonat

ίο (PbZrO₃) mit einem Anteil von 40 Molprozent durch ein elektrisches Gleichspannungsfeld mit einer Feldstärke von 40 kV/cm polarisiert wurde, so war der elektromechanische Kopplungskoeffizient (ebener Kopplungsfaktor) 0,4, und der mechanische Gütewert Qm der Resonanz als Resonator betrug jOO.

Der elektromechanische Kopplungskoeffizient und der Wert Qm werden beiläufig ;n der nachstehenden Weise durch die Konstantstrohimethode angenähert berechnet:

kp" = 2,51

fr

ausgedrückt durch den
Wert von kp · 100, wenn
in % angegeben.

Qm =

Af

Qm

kp

i00<,
0.30<.

Hier bedeutet:

fa = Antiresonanzfrequenz,
fr = Resonanzfrequenz,

kp — ebener Kopplungsfaktor (elektromechanischer Kopplungsfaktor in radialer Richtung).
Qm = Qualität der Resonanz,

f^l \ = Frequenz um 3db höher als fr.

J' 2 J

Die allgemein bekannte feste Lösung von Bleititanat und Bleizirkonat ist ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Material, aber diese Art von fester Lösung ist schwierig herzustellen, da viel von dem Bleioxyd beim Herstellungsprozeß verdampft. Es ist jedoch sehr leicht, eine feste Lösung aus Bleititanat und Bleizirkonat herzustellen: Wenn nämlich eine geringe Menge eines Zusatzes beigefügt wird, so diffundiert dieser Zusatzstoff regelrecht in die Zwischenräume hinein.

Auf der Grundlage des gleichen Gedankens kann jedoch kein besonders gutes Ergebnis erzielt werden, wenn ein keramisches Material in Form des Dreikomponentensystems aus Bleimagnesiumwolframat-Bleititanat-Bleizirkonat hergestellt wird. Wird beispielsweise Blumagnesiumwolframat mit 0,5,1, 5 oder 10 Gewichtsprozent einem Zweikomponentensystem, bestehend aus Bleititanat und Bleizirkonat, zugesetzt und dieses gebrannt, so weiden die Eigenschaften des erzielten keramischen Materials wesentlich schlechter als die Eigenschaften des Zweikomponentensystems. Die Eigenschaften werden denen des Zweikomponentensystems nur gleich, wenn der Anteil von Bleimagnesiumwolframat oberhalb 10% liegt.

Aus dem oben geschilderten Verhalten kann entnommen werden, daß im Anfangszustand der Eines diffusion des Zusatzes die piezoelektrischen Eigenschaften von Bleititanat und Bleizirkonat gestört und die Eigenschaften des keramischen Materials verschlechtert werden und daß, wenn die Menge des Zu-

satzes ausreichend groß geworden ist. eine einheitliche Struktur aufgebaut und die piezoelektrische Eigenschaft wiedergewonnen wird. Man kann annehmen, daß diese Vorstellung zutrifft, da die piezoelektrische Eigenschaft durch die Verzerrung des entstandenen Kristalls stark beeinflußt wird. Das geschilderte Verhalten sollte eher als Entstehung eines völlig neuen keramischen Stoffes aus einem Dreikomponentensystem angesehen werden als eine Verbesserung der

so ist das mechanische Qm des letzteren Material; nahezu doppelt so groß wie das des ersteren.

(Kp):
planarer
Kopplungsfaktor

40%

50%

PbZrO₃- PbTiO₃-System

Zweikomponentenkeramik aus Bleititanat und Blei- io Pb(Mg-W)V₂O₃-PbTiO₃-

zirkonat. PbZrO₃-System

F i g. 1 zeigt die Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, wenn Bleimagne- Der elektromechanische Kopplungskoeffizient unc siumwolframat zu einem Zweikomponentensystem aus Qm verhalten sich entgegengesetzt. Wird der eine Wen Bleititanat und Bleizirkonat im Verhältnis 0.55/0,45 15 vergrößert, so wird der andere damit verkleinert. Wird Mol hinzugefügt wird. nur die elektromechanische Kopplungskonstante ir

Man kann annehmen, daß das Dreikomponenten- Betracht gezogen, so kann der plenare Kopplungskeramikmaterial, bestehend aus Bleimagnesiumwolf- faktor 50 bis 60% betragen.

ramat. Bleititanat und Bleizirkonat, gemäß der Erfin- Diese Konstanten werden üblicherweise zur Be-

dung sich durch eine solche Reaktion bildet, bei der ao urteilung der Güte benutzt, wenn piezoelektrische

Bleizirkonat in ein Zwtikomponentensystem aus Materialien als mechanische Resonatoren oder elek·

Magnesiumwolframat und Bleititanat hineindiffun- tromechanische Wandler verwendet werden sollen

diert (durch Diffusion in die Zwischenräume). Blei- und oft werden verschiedene weitere Arten der Anwen-

magnesiumwolframat und Bleititanat reagieren bei dung von diesen Konstanten bestimmt. Beispielsweise

niedrigerer Temperatür, z. B. bei etwa 1000 bis 1100° C. 25 müssen piezoelektrische Materialien für Tonabnehmer

Daher werden bei der Temperatur von 1250 bis 1300^c C. Mikrophone und Ultraschallresonatoren einen großer

bei der Bleizirkonat reagiert, die erstgenannten Stoffe elektromechanischen Kopplungskoeffizient haben

schmelzen und porös werden, und daher läßt sich kein Werden die genannten Materialien für mechanische

keramisches Material von großer Dichte erhalten. Um Filter od. dgl. verwendet, so muß der mechanische

das ausgezeichnete Dreikomponentensystem-Keramik- 30 Q-Wert groß sein. In diesen Fällen ist es besonder«

material von hoher Dichte, welches den Gegenstand günstig, den elektromechanischen Kopplungsfaktoi der Erfindung bildet, zu erzielen, ist es daher erforderlich, in erster Linie Bleimagnesiumwolframat und Bleititanat bei einer niedrigeren Temperatur miteinander
zu einer Reaktion zu bringen, um dadurch ein kera- 35
misches Material zu bilden, und dann zu bewirken,
daß Bleizirkonat langsam in dieses hineindiffundiert.
Der wichtigste Punkt ist die Steuerung dieser Reaktion.
Das Dreikomponentensystem-Keramikmaterial, das
auf diese Weise erhalten wird, besitzt ausgezeichnete 40
Eigenschaften als elektromechanischer Wandler.

Die Grenzen, innerhalb deren das Dreikomponentensystem-Keramikmaterial aus Bleimagnesiumwolframat. Bleititanat und Bleizirkonat brauchbar ist. zeigt

das Polygon ABCDEFGA in F i g. 2, und den Bereich. 45 elektromechanische Kopplungskoeffizient groß, se

in welchem darüber hinaus das elektromechanische wird der mechanische Q-Wert klein. Vorner-Tilich hai

Verhalten am ausgeprägtesten ist, umreißt das Polygon ein Material mit großem mechanischem ρ-Wert auch

BCKJIHB. Material dieses Bereiches kann für elek- einen großen Young-Modul und ein kleines Poisson-

tromechanische Filter verwendet werden. Als Ergebnis Verhältnis. Es ist hart und zerbrechlich. Dagegen be-

einer weiteren kristallographischen Untersuchung 5° sitzt ein Material mit einem großen elektromecha-

durch Röntgenstrahlendiffraktion sind die tetragonale nischen Kopplungsfaktor einen verhältnismäßig kleinen

Phase und die rhomboedrische Phase in F i g. 3 dar- Young-Modul und ein großes Poisson-Verhältnis,

gestellt. Durch Vergleich von F i g. 4 und F i g. 3 ist Daraus ist ersichtlich, daß der mechanische 0-Werl

ersichtlich, daß die piezoelektrische Eigenschaft im und der elektromechanische Kopplungskoeffizient ein

Grenzgebiet zwischen den zwei Phasen stark verbessert 55 gegenläufiges Verhalten zeigen.

wird. In der pseudokubischen Phase besteht kein Es ist aus diesem Grunde erforderlich. Zusätze ent-

Ferroelektrikum, diese ist aber ein Bereich, in dem die sprechend der beabsichtigten Anwendung der kera-

Piezoelektrizität nutzbar ist. mischen Stoffe auszuwählen. Die Erfinder haben ver-

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Drei- schiedene Arten von Metalloxyden dem Dreikompokomponentenmaterials bei Verwendung als elektro- 60 nenten-Keramikmaterial aus Bleimagnesiumwolframat,

mechanischer Wandler sind ausgezeichnete Resonanz- Bleititanat und Bleizirkonat zugesetzt und die elektro-

eigenschaften, wenn dieses zu Schwingungen angeregt mechanischen Eigenschaften untersucht. Als Ergebnis

wird, und Qm kann für die Anwendung in einem me- wurde gefunden, daß Eisenoxyde. Manganoxyde und

chanischen Filter groß gemacht werden. Sind die elek- Chromoxyde das Poisson-Verhältnis verkleinern und tromechanischen Kopplungskoeffizienten eines Zwei- 65 den Young-Modul vergrößern und bewirken, daß dei

komponentensystem-Keramikmaterials aus Bleititanat mechanische O-Wert vergrößert wird. Ferner wurde

und Bleizirkonat und eines Dreikomponentensystem- gefunden, daß Metalloxyde seltener Erden, beispiels-

Keramikmaterials gemäß der Erfindung nahezu gleich, weise Lanthanoxyde und Nioboxyde, das Poisson-

und den mechanischen £?-Wert entsprechend den Anwendungszweck durch Zusätze zu dem Material zi verändern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin die wirksamsten Zusätze zu dem piezoelektrischer Keramikmaterial anzugeben, welches aus einem Dreikomponentensystem, aus Bleimagnesiumwolframat Bleititanat und Bleizirkonat besteht.

Im allgemeinen sind die Einflüsse zur Vergrößerung des mechanischen Q und des elektromechanischer Kopplungskoeffizienten einander genau entgegengesetzt. Ist der mechanische £?-Wert groß, so wird dei elektromechanische Kopplungsfaktor klein, ist dei

7 8

Verhältnis vergrößern und den Young-Modul ver- und Bleizirkonat gemäß der Erfindung beschrieben;

kleinern, mit dem Ergebnis, daß Materialien mit großen (PbMgW)V₂ O3. PbTiO₃ und PbZrO₃, in der oben be-

elektromechanischen Kopplungskoeffizienten erhalten schriebenen Weise hergestellt, werden in dem nach-

WPi-Jen können. stehenden Verhältnis gemischt:

Die Erfinder stellten ferner fest, daß Siliziumdioxyd 5 _Pb(Mg . _W)I/ Q₃ 0,15 Mol 50,26 g

(SiO₂) einen bedeutenden Beitrag als zweiter Zusatz PbTiO 0 45MoI 138 57 g

liefert. Es wurde nämlich gefunden, Jaß ein geeigneter pbZrO³ O 40 Mol 138 85 g

Anteil von Siliziumdioxyd zusammen mit den oben- ³

genannten verschiedenen Arten von Metalloxyden Pb(Mg · W)V₂ O₃. PbTiO₃ und PbZrO₃ werden bewirkt, daß der Wert Qm weiter vergrößert und der 10 während mehrerer Stunden in einem Mörser aus AIutlektromechanische Kopplungskoeffizient ebenfalls er- miniumkeramik oder Achat in einer trockenen Atmoheblich verbessert werden kann. Wenn beispielsweise Sphäre gut gemisch und gemahlen. Nach vollständiger 0,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃ zu einer Verbindung von Zerkleinerung wird die Masse in eine geeignete Form Pb(Mg · W)V₂ O₃ von 0,15 Mol. PbTiO₃ von 0,40 Mol getan und unter einem Druck von 0,5 bis 1,0 t/cm² und PbZrO₃ von 0,45 MoI hinzugefügt werden, so er- 15 gepreßt. Darauf wird die Masse aus der Form gereicht Qm den Wert 1300, und der ebene Kopplungs- nommer« und in einem Tiegel oder Schiff gebrannt, faktor (kp) wird 36 %. bei der Zugabe von 0,02 bis Dabei ist es nicht nötig, das Verdampfen von Bleioxyd 0,5 Gewichtsprozent Siliziumdioxyd wird Qm 1500 bis (PbO) zu berücksichtigen. Derartige besondere Über-1700 und kp 40%. legungen, wie sie das Zweikomponentensystem aus

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Ver- ao Bleititanat (PbTiO₃) und Bleizirkonat (PbZrO₃) erforbesserung des Temperaturverhaltens bei der Resonanz- dem, sind in diesem Falle nicht nötig. Beim Brennen frequenz und der Standfestigkeit. Von den oben ange- ist folgende Bedingung zu beachten: Da es nötig ist. gebenen Metalloxyden verbessert Chromoxyd weit- Pb(Mg · W)¹I₁ 0₃ und PbTiO₃ vornehmlich zur Regehend das Temperaturverhalten der Resonanzfre- aktion zu bringen, wie oben beschrieben wurde, muß auenz. Ist jedoch Chromoxyd gleichzeitig mit Eisen- as das gepreßte Material zunächst langsam über 3 Stunden uxyd oder Manganoxyd vorhanden, so wird ebenfalls auf eine Temperatur von 1100 bis 1200°C aufgeheizt das elektromechanische Verhalten sehr verbessert, so werden und dann während einer Stunde auf einer daß ein piezoelektrisches Element mit besonders aus- Temperatur von 1200 bis 1300⁰C gehalten werden, gezeichneter Stabilität erhalten werden kann. Ent- Darauf wird das Material abgekühlt. Das gekühlte sprechende Einzelheiten gehen aus der Beschreibung 30 und gesinterte keramische Material wird in Stücke der der Ausführungsformen hervor. verlangten Größe zurechtgeschnitten und seine Ober-

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung fläche poliert. Dann werden beide Deckflächen der von Bleimagnesiumwolframat beschrieben: Zunächst Stücke mit Silberfarbe angestrichen und die Stücke werden 446,2 g Bleioxyd (PbO), 249,9 g Wolframsäure auf 600"'C erhitzt sowie die Elektroden angebracht.
(H₂WO₄) oder 231,9 g Wolframtrioxyd (WO₃) und 35 Der Curie-Punkt und die dielektrischen Eigenschaf-40.3 g Magnesiumoxyd (MgO) in einem Mörser od. dgl. ten werden auf folgende Weise gemessen: Beim fein gemahlen und gemischt und dann in einem Messen der elektromechanischen Eigenschaften wird Schmelztiegel aus Aluminiumkeramik 1 Stunde bei die Polarisation durch ein elektrisches Gleichspaneiner Temperatur von 900^cC gebrannt. Damit erhält nungsfeld mit einer Stärke von 40 kV/cm in Siliconöl man ein gelbes, festes keramisches Material aus Blei- 40 bei einer Temperatur von 140° C erreicht. Diese Polarimagnesiumwolframat [Pb(Mg · W)V₂ O₃]. sationsbedingung dient zur Vergrößerung des elektro-

AIs nächstes wird die Herstellung von Bleititanat mechanischen Kopplungskoeffizienten. Andererseits

beschrieben: 223.21 g Bleioxyd (PbO) und 79,9 g Titan- wird zur Vergrößerung des Wertes Qm im allgemeinen

oxyd (TiO₂) mit einer Reinheit von 99,8 % werden in die Polarisation bei niedriger Temperatur und hoher

einem Mörser od. dgl. fein gemahlen und gemischt 45 elektrischer Feldstärke, beispielsweise bei 60 ⁰C und

und darauf in einem Tiegel aus Aluminhirnkeramik 50 kV/cm bewirkt. Dagegen besitzt das Dreikompo-

1 Stunde bei einer Temperatur von 900⁰C gebrannt. nentenmaterial gemäß der Erfindung die Besonderheit,

Dadurch kann man helles, gelbgrünes Bleititanat daß Qm durch Vergrößerung der Polarisation ver-

(PbTiO₃) erhalten. größert werden kann.

Die Herstellung von Bleizirkonat als weitere Korn- 50 Wie in F i g. 4 gezeigt, ist der ebene Kopplungs-

ponente ist folgende: 223.21g Bleioxyd (PbO) und faktor (kp) zur selben Zeit größer als 40%. und bei der

123,22 g Zirkonoxyd (ZrO₂) mit einer Reinheit von beschriebenen Ausführungsform war kp 50% und

99,5% werden in einem Mörser od. dgl. fein gemahlen Qm 200. Wie oben beschrieben, zeigt das erfindungsge-

und gemischt und dann in einem Tiegel aus Alumi- mäße Dreikomponentenmaterial ausgezeichnete piezo-

niumkeramik getan und darauf 1 Stunde bei einer 55 elektrische Eigenschaften, und es ist offensichtlich.

Temperatur von 9C0^cC gebrannt. Auf diese Weise daß dieser neue piezoelektrische Stoff eine ausge-

erhält man hellgeltes Bleizirkonat (PbZrO₃). zeichnete Eignung für elektromechanische Wandler

Beim Brennen von Bleimagnesiumwolframat, Blei- besitzt.

titanat und Eleizirkonat, wie oben beschrieben, sind Weiterhin hat die Kristallphase, wie in F i g. 3 ge-

keine besonde:en Überlegungen erforderlich. Es ist 60 zeigt, eine Struktur vom Perowskit-Typ und kann in

lediglich notwendig, einen Deckel auf den Alumi- die tetragonale und rhomboetrische Phase unterteilt

niumkeramikschmelztiegel zu legen und in einem werden. Siezeigtein starkes piezoelektrisches Verhalten.

Kastenofen zu brennen. Dieses Kristallsystem besitzt auch einen pseudoku-

Nachstehend ist ein Beispiel für das Herstellungsver- bischen Bereich. Dieser Bereich kann noch als zufahren des piezoelektrischen Dreikomponenten-Kera- 65 friedenstellende piezoelektrische Substanz verwendet mikmaterials aus Bleimagnesiumwolframat, Bleititanat werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

*.._- 209 510/339

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Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrische Keramik für elektromechanische Wandler, Filter u.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß sie hauptsächlich aus einer festen Lösung von drei Komponenten gemäß der Formel

Pb