DE1646757C - Verfahren zur Herstellung einer halb leitenden piezoelektrischen Keramik, elek tromechanisches Wandlerelement und halb leitender piezoelektrischer Wandler - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer halb leitenden piezoelektrischen Keramik, elek tromechanisches Wandlerelement und halb leitender piezoelektrischer WandlerInfo
- Publication number
- DE1646757C DE1646757C DE19681646757 DE1646757A DE1646757C DE 1646757 C DE1646757 C DE 1646757C DE 19681646757 DE19681646757 DE 19681646757 DE 1646757 A DE1646757 A DE 1646757A DE 1646757 C DE1646757 C DE 1646757C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ceramic
- semi
- transducer
- conductive piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- 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.)
- Expired
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N lead(II) oxide Inorganic materials [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 22
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 10
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N Barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N Lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101700043320 NISCH Proteins 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aion Chemical compound 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N oxolead;oxomagnesium;2,4,5-trioxa-1$l^{5},3$l^{5}-diniobabicyclo[1.1.1]pentane 1,3-dioxide Chemical compound [Mg]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.O1[Nb]2(=O)O[Nb]1(=O)O2 ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 235000015108 pies Nutrition 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Description
Pb(Mg1 3Nb2 3JxTixZr5O, 25 s'fe au'Sekuomecnanisches Wandlermaterial benutzt
und außerdem mit einem Ni-Gehalt entsprechend werden g«^ ,^, die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren ^ur Herstellung einer halbleitenden pie/o-
Bariumtitanat. BaTiO3. und Bleimagnesiumniobattitanatzirkonat.
Pb(Mg13Nb33-TLZr)O3
bekannt Diese Materialien zeigen überlegene elektrobe
Wandlereiaenschaften, weisen jedoch einen
ezifischen Widerstand als die Eingangsj
1 trinqktorHert^n Verstärkers auf.
1T^ »ekanni^ß Bariumtitanat .halbleitend ihm eine aeringe Mei-e eines Seltenzu°eeeben wird oder wenn es in einer Gasamosphäre gebrannt wird. Diese halbleitend^ Bariumtitanatkeramikmatenahen weihalble.tend n^d^ zo£.ektrischen ElgenSchaften auf
1T^ »ekanni^ß Bariumtitanat .halbleitend ihm eine aeringe Mei-e eines Seltenzu°eeeben wird oder wenn es in einer Gasamosphäre gebrannt wird. Diese halbleitend^ Bariumtitanatkeramikmatenahen weihalble.tend n^d^ zo£.ektrischen ElgenSchaften auf
daher nicht als elektromechanisches •rial verwendet werden. Aus J. Phys.
24 (196T.) S. 979 bis 984, J. Am. Ceram.
's 111 bis 112 (1965), und der USA-V^l6
49? ist außerdem bekannt, daß
Pb(Zr Ti)O, und PbTiO3 durch Brennen
in einer oxydierenden Atmosphäre hergestellt
im wesentlichen 0.3 bis 1.0 Gewichtsprozent NiO herstellt, worin χ ■+- y + ζ = 1 sind, und mit
Werten für χ von 0.125 bis 0.50. für y von 0.375 bis 0,435 und f*'r ζ von 0.125 bis 0.44. indem man
ein entsprechendes Gemisch aus PbO. MgO. Nb2O5.TiO:. ZrO2 und NiO während eines Zeitlaums
von 10 Minuten bh 5 S'unden bei einer Temperatur zwischen IHiO und 1350 C in einer
Gasatmosphäre, die im wesentlichen aus Stickstoff, Argon. Wasserstoff oder Gemischen davon
besteht, erhitzt und die so erhaltene Keramik dann in bekannter Weise polarisiert.
3. Elektromechanisches Wandlerelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus einem elektrisch
polarisierten polykristallinen Keramikkörper gemäß der Formel
Pb(Mg13Nb23)Ji1JZr1O3
besteht, worin χ - ν -»- - = 1 sind, und mit Werten
für χ von 0.063 bis 0.79. für y von 0.2 bis 0.52 und für ζ von 0.01 bis 0.673. der während eines
Zeitraums von 10 Minuten bis 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1350 C
in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre gebrannt worden ist.
4. Halbleitender piezoelektrischer Wandler aus einem polykristallinen Keramikkörper nach Anspruch
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper einen spezifischen Widerstand im Bereich
von 103 bis 10hOhm-cm aufweist.
elektrischen Keiam.k. die einen spezifischen Wider-5
and unter 7 χ ;,Z1 Ohm-cm und einen Raciialkopn-SSkSentcn
größer als 10% hat, zur Verfügung
c wird ücmäß der Erfindung durch
ein Verfahren /ur Herstellung einer halbleitend^
3, piezoelektrischen Keramik gelöst, das dadurch ;,ekennzeichnet
ist. daß m.m eine Keramik der Formel
Pb(Mg, ,Nb2,11TIyZr1O3
herstellt, worin ν · ν · ζ = 1 sind und mit Werten
für ν von 0 063 bis o'O. für y von 0.2 bis 0,52 und lur
- von 0 01 bis O'vV '"dem man ein entsprechendes
cSsch aus'PM). MgO. Nb2O, TiO2 undi ZrO2
während eines Zeitraums *on 10 Minuten bis 5 S unden
bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1350 C in einer Gasatmosphiire. die im wesentlichen aus
Stickstoff Ai»on. Wasserstoff oder Gemischen da\on besteht, erhitzt uivJ die so erhaltene Keramik dann
in bekannter Weise polarisiert.
Durch dieses Verfahren der Erfindung wird cr-,0
reicht, daß die Keramik einen spezifischen Widerstand
' unter 7 χ 10" Ohm-cm und einen Radialkopplungskoeffizienten
aröUcr als 10% hat. Auf Grund d.eser
charakteristischen Eigenschaften eignet sich die Kera-•1 ζ-· ■ .,..„..;.-f,M-ii:ff>rti>n Verstärker. ·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer halbleitenden piezoelektrischen Keramik, ein
elektromechanisches Wandlerelement und einen halbleitenden piezoelektrischen Wandler.
Es sind verschiedene piezoelektrisch ü Keramikmaterialien,
wie z. B. Bleititanatzirkonat, Pb(Ti1Zr)O3,
mik für einen transistorisierten Verstarker
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner ein Verfahrener Herstellung einer halbleitenden piezoelektrischen Keramik zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Keramik der Formel
Pb(Mg1/3Nb2/3),Ti,Zr,O3
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner ein Verfahrener Herstellung einer halbleitenden piezoelektrischen Keramik zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Keramik der Formel
Pb(Mg1/3Nb2/3),Ti,Zr,O3
und außerdem mit einem Ni-Gehalt entsprechend im wesentlichen 0,3 bis 1,0 Gewichtsprozent NiO
herstellt, worin χ -t- y + ζ = 1 sind, und mit Werten
für χ von 0,125 bis 0,50, für y von 0,375 bis 0,435 und
für - von 0,125 bis 0,44. indem man ein entsprechendes Gemisch aus PbO, MgO, Nb2O5, TiO2, ZrO2 und
NiO während eines Zeitraums von 10 Minuten bis
r avisch
5 Stunden bei einer Temperatur Avischen 1100 und
1350 C in einer Gasatmosphäre, die im wesentlichen aus Stickstoff. Argon. Wasserstoff oder Gemischen
davon besteht, erhitzt und die so erhaltene Keramik dann in bekannter Weise polarisiert.
Durch diese Ausführungsform der Erfindane wird
erreicht, daß die Keramik einen spezifischen Widerstand unter 1 χ 107 Ohm-cm und einen Radialkopplungskoeff.zienten
größer als 20% hat.
Durch die Erfindung wird auch ein elektromecharasches
Wandlerelement geschaffen, das dadurch gekennzeichi
ist. daß dieses aus einem elektrisch polarisierten polykristallinen Keramikkörper gemäß
der Formel
Pb(Mg13Nb2O1Ti5Zr1O3 '5
besteht. s%orin χ + y + ζ = 1 sind, und mit Werten
fur χ von ft.Ofo bis 0.79. für y von 0.2 bis 0.52 ur.d für :
\on 0.01 bis O.h73. der während eines Zeitraums von
10 Minuten bis 5 Stunden bei einer Temperatur /wischen 1100 und 1350 C in einer im wesentlichen
sauersloflTreien Atmosphäre gebrannt worden ist.
Ein solches elektromechanisches Wandlerelement
zeichnet sich durch einen spezifischen Widerstand •riter 7 χ 1 (Γ Ohm-cm und einen Radialkopplungskoeffizienien
größer als 10".. aus.
Schließlich wird gemäß der Erfindung ein halbieitendcr
piezoelektrischer Wandler aus einem polykristallinen Keramikkörper, der wie \erstehend angegeben
zusammengesetzt und hergestellt worden ist. geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der
keramikkörper einen spezifischen Widerstand im Bereich von 1OJ bis 10h Ohm-cm aufweist.
Em solcher halbierender piezoelektrischer Wandler
kann in sehr vorteilhafter Weise in einem transistorisierten Verstärker verwendet werden.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden in der n; ;hfolgenden Beschreibung ausführlicher
erläutert.
Die Zeichnung ist eine Darstellung eines Wandlers. der einen Keramikkörper gemäß der Erfindung
enthält.
Vor einer eingehenderen Beschreibung der nach der Erfindung hergestellten halbleitenden piezoelektrischen
Keramikmaterialien wird ihre Anwendung in elektromechanischen Wandlern unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben, in der die Bezugs-/iffer 10 einen elektromechanischen Wandler als Ganzes
bezeichnet, der als aktives Element einen vorzugsweise scheibenförmigen Körper II aus einem halbleitenden
piezoelektrischen Keramikmaterial, das gemäß der Erfindung hergestellt worden ist. aufweist.
Der Körper 11 ist in der nachstehend beschriebenen Weise elektrisch polarisiert und ist mit einem
Elektrodenpaar 12 und 13 versehen, wobei die Elektroden in geeigneter und an sich üblicher Weise an
zwei gegenüberliegenden Seiten des Körpers angebracht sind. Die Zuleitungsdrähte 15 und 16 sind
an den Elektroden 12 bzw. 13 mit Hilfe des Lötmaterials 14 befestigt. Wenn der Keramikkörper einem
Stoß, einer Vibration oder anderen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, kann die erzeugte elektrische
Ausgangsleistung durch die Zuleitungen 15 und 16
abgenommen werden.
Der Geltungsbereich der Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
Ausfiihrungsbeispiele gemäß der Erfindung erläutert.
Die Rohmaterialien"PbO. MgO. Nb2O5TTiO2 und
ZrO, sowie gegebenenfalls NiO werden in Mengen entsprechend den in Tabelle I angegebenen Stoffzusammensetzungen
verwendet, wobei die Massen durch die chemische Formel
Pb(Mg13Nb23IJi1ZrA,
(x t ν + : = 11 ausgedrückt werden. Sie werden in
einer Kugelmühle unter Ver· · ndung einer angemessenen
Menge Wasser innig \en.niseht. Nach dem Mischen und Trocknen wird die Mischung zu der
gewünschten Form. z. B. Pellets von 50 mm Durchmesser und 30 mm Stärke, unter einem geeigneten
Druck, z. B. 300 kg cm-, verpreßt. Die verpreßten Pellets werden bei einer geeigneten Temperatur.
7. B. S50 C". 2 Stunden lang in Luft gebrannt. Die calcinierten Pellets werden durch Verarbeitung in
einer Kugelmühle z.erkleinert. Nach dem Zerkleinern und Trocknen wird eine kleine Menge eine-, geeigneten
Bindemittels, wie z. B. Polyvinylalkohol (PVA). zu
dem calcinierten Pulver hinzugefügt. Das mit PVA versetzte Pulver wird zu der gewünschten Form,
z. B. Pellets von 20 mm Durchmesser und 2 mm Stärke, unter einem geeigneten Druck, z. B. 700kg cm".
verpreßt.
Die verpreßten Pellets werden in einer sauerstoffarmen Gasatmosphäre, bestehend aus einem Stickstoff-.
Argon- oder Wasserstoffstrom oder einem Gemisch davon, bei 1100 bis 1350 C für einen Zeitraum
von 10 Minuten bis 5 Stunden erfindungsgemäß gebrannt. Das Brennen wird unter geeigneten
Bedingungen, z. B. bei einer Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit von 200 C pro Stunde, durchgeführt.
Während des Aufheizens. des Haltens auf der Temperatur
und des Abkühlens wird die die Pellets umgebende Atmosphäre geschaffen durch Strömen eines
sauerstoffarmen Gases, das Stickstoff. Argon. Wasserstoff
oder ein Gemisch derselben sein kann. Der Ausdruck >>sauerstoffarm« bezeichnet eine Atmosnhäre.
die wesentlich weniger Sauerstoff als Luft unter normalem atmosphurigem Druck enthält. Die
Strömungsgeschwindigkeit liegt im Bereich von 20 bis 200ιηΓρΓθ Minute. Die Zusammensetzung der
Keramikmaterialien und die Brennatmosphären sind in der Tabelle I angegeben.
Probe
2
Λ- 1
Λ- 1
Zusammensetzung der Keramikmaterialien
PbZrO3
PbMg1-1Nb13O3
.x
.x
1,00
0,9G
0.80
0,9G
0.80
PbTiO3
0,00
0,10
0,20
0,10
0,20
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Zusätze
ohne ohne ohne Menge des
Zusatzes
Zusatzes
(Gewichtsprozent)
0
0
0
0
0
Brennatmosphäre
Gasstrom
95% N2
95% N,
95% N,
5% H2 5% H2
95% N2 + 5% H2
Strümungsgeschwindigkeit
(ml/min)
20 20 20
Fortsetzung
| Zusammensetzung der Keramik materialien | PbTiO3 y |
PbZrO, | Zusätze | Menge des | Brennatmosphäre | Strömungs- geschwindigke (ml''min) |
|
| Probe |
PbMg1, jNbi.jOj
X |
0.20 | 0,01 | ohne | Zusatzes (Gewichts prozent) |
Gasstrom | 20 |
| 4 - 1 | 0,79 | 0.20 | 0.01 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 4-2 | 0.79 | 0.30 | 0,01 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 20 |
| 5- I | 0.69 | 0.30 | 0,01 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 5-2 | 0.69 | 0,41 | 0.01 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 20 |
| 6- I | 0,58 | 0.41 | 0,01 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 6-2 | 0,58 | 0.375 | 0,125 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 20 |
| 7 - 1 | 0,50 | 0.375 | 0,125 | NiO | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 7-2 | 0,50 | 0.375 | v 0.125 | NiO | 0 | N2 | 20 |
| 7-3 | 0,50 | 0.375 | 0,125 | NiO | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 7-4 | 0,50 | 0.375 | 0,125 | NiO | 0 | N2 | 20 |
| 7-5 | 0,50 | 0.50 | 0.01 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 8 | 0,49 | 0.30 | 0,21 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 9 | 0,49 | 0.4375 | 0,125 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 ' | 200 |
| 10.- 1 | 0,4375 | 0.375 | 0.25 | ohne | 0 | N2 | 20 |
| 11 1 | 0.375 | 0.375 | 0.25 | ohne | 0 | N2 | 50 |
| 11 — ? | 0.375 | Λ ITC | _ ι .. | 0 | N2 | ||
| « * ■> | rt nc | U.J/J | U,iJ | UiIIlC | 20() | ||
| U,.' I J | 0.375 | 0,25 | ohne | υ | N2 | 50 | |
| 11-4 | 0.375 | 0.375 | 0.25 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 11-5 | 0,375 | 0.375 | 0.25 | NiO | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 50 |
| 11-6 | 0.375 | 0.375 | 0.25 | NiO | 0,3 | N2 | 50 |
| 11-7 | 0,375 | 0.375 | 0,25 | NiO | 1.0 | N2 | 50 |
| Μ O | 0.375 | 0.375 | 0,25 | NiO | 1,0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 11-9 | 0,375 | 0.375 | 0,25 | NiO | 1.0 | 80% N2 + 20% H2 | 50 |
| 11 -IO | 0,375 | 0.435 | 0.44 | ohne | 1.0 | Ar | 200 |
| 12 - I | 0.125 | 0.435 | 0,44 | ohne | 0 | N2 | 50 |
| 12-2 | 0,125 | 0.435 | 0.44 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | 20 |
| 12-3 | 0,125 | 0,435 | 0,44 | NiO | 0 | 60% N2 + 40% H2 | 200 |
| 12-4 | 0.125 | 0,435 | 0,44 | NiO | 0,3 | N2 | 200 |
| 12-5 | 0.125 | 0.52 | 0.417 | ohne | 1,0 | N2 | 50 |
| 13 - 1 | 0.063 | 0,52 | 0,417 | ohne | 0 | 95% N2 + 5% H2 | |
| 13 -2 | 0.063 | 0.30 | 0.637 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 20 |
| 14 | 0,063 | 0,46 | 0.53 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 20 |
| 15 | 0,01 | 0,47 | 0,53 | ohne | 0 | 80% N2 + 20% H2 | 200 |
| 16-I | 0,00 | 0,47 | 0,53 | ohne | 0 | N2 | 20 |
| 16-2 | 0.00 | 0 | 60% N2 + 40% H2 | ||||
Der so als feste Lösung erhaltene Keramikkörper nit der Zusammensetzung
nit oder ohne NiO wird bis zu einer Stärke von I mm geschliffen und mit Hilfe von Silberfarbe mit
Elektroden versehen. Der mit Silberelektroden verlehene Keramikkörper wird durch Stromstoßgabe
:ines Gleichstromfeldes von 4OkV (Kilovolt) pro Zentimeter unter Verhinderung von Wärmeerzeugung
polarisiert.
Einige der untersuchten polarisierten Keramiknaterialien zeigen keine hohe Piezoelektrizität und
zahlreiche sind nur in geringem Maße elektromech
nisch aktiv. Die vorliegende Erfindung betrifft m diejenigen polarisierten Keramikmaterialien, die eil
piezoelektrische Ansprechbarkeit von annehmbar
Höhe zeigen. Aus Gründen der Bequemlichkeit wii die Radialkopplung Kr (auch als planare Kopplung K
und Scheibenkopplung K-Scheibe bekannt) des Ve suchskörpers nach dem IRE-Verfahren als Maß fi
die piezoelektrische Aktivität des Wandtermateria
verwendet. Die piezoelektrischen und dielektrische
Eigenschaften sowie die spezifischen Widerstänc der untersuchten Keramikkörper sind in der Tabelle
angegeben.
| Probe |
Radial-
kopplungs- koeffizieiH |
Dielektrizi-
ätskonstante |
^elektrischer
Verlustfaktor |
Spezifischer
Widerstand (Ohm · cm) |
| (V.) | ||||
| 1 | 10,1 | 500 | 005 | 7 x 108 |
| 15,8 | 2000 | 0,09 | 9 χ 10" | |
| 3-1 | 20,4 | 4700 | 0.12 | 5 χ 10" |
| 4-1 | 31.7 | 7900 | 0.23 | 7 χ 105 |
| 4-2 | 29.5 | ' 7300 | 0.22 | 2 χ 10* |
| 5-1 | 32,3 | 6200 | 0.15 | 3 χ 106 |
| 5-2 | 30.2 | 8500 | 0.25 | 1 χ ΙΟ5 |
| 6-1 | 31.5 | 6200 | 0.28 | 2 χ 10* |
| 6-2 | 28.5 | 7500 | 0.35 | 8 χ 104 |
| 7-1 | 40,0 | 4600 | 0.38 | 9 χ 105 |
| 7-2 | 43,5 | 4800 | 0,23 | 1 χ 106 |
| 7-3 | 41.0 | 13000 | 0.47 | 1 χ 10* |
| 7-4 | 45,9 | 6300 | 0.20 | 5 xlO6 |
| 7-5 | 42,1 | 12000 | 0,44 | 2 χ 10* |
| 8 | 35,6 · | 8100 | 0.36 | 1 χ 106 |
| 9 | 33,1 | 8700 | 0.40 | 1 χ ΙΟ6 |
| 10-1 | 29,0 | 5200 | 0,39 | 4 χ 10s |
| 11-1 | 58,5 | 1900 | Ö,UZ5 | 4 χ Kr |
| 11-2 | 57,8 | 3600 | 0,15 | 1 χ ΙΟ6 |
| 11-3 | 45,6 | 12000 | 0.39 | 3XlO5 |
| 11-4 | 39,1 | 18000 | 0.45 | 2 χ 10* |
| 11-5 | 31.5 | 22000 | 0.59 | 2XlO3 |
| 11-6 | 58,5 | 1900 | 0,035 | 7XlO6 |
| 11-7 | 65,0 | 4000 | 0,10 | 1 χ ΙΟ6 |
| 11-8 | 45,0 | 11000 | 0.35 | 8 χ 10s |
| 11-9 | 42,0 | 21000 | 0.58 | 1 χ ΙΟ3 |
| 11-10 | 55,2 | 4100 | 0,18 | 7 χ Kr |
| 12-1 | 35,0 | 3200 | 0.35 | 9 χ ΙΟ6 |
| 12-2 | 28,0 | 6800 | 0,42 | δχΙΟ5 |
| 12-3 | 24,0 | 9200 | 0,54 | 2 χ 1O3 |
| 12-4 | 39,0 | 3100 | 033 | 1 χ IO7 |
| 12-5 | 41,0 | 4000 | 0,37 | 5 χ 10* |
| 13-1 | 32,0 | 5200 | 0,37 | 1 χ 106 |
| 13-2 | 29,0 | 8700 | 041 | 3 χ ΙΟ5 |
| 14 | 303 | 4900 | 0,54 | 1 χ 10s |
| 15 | riß | 4100 | 0.13 | 2 χ ΙΟ7 |
| Ib-I | 49,0 | 900 | 0,018 | 1 χ ΙΟ11 |
| 16-2 | 48,0 | 880 | 0,018 | 2 χ ΙΟ11 |
{χ + y + ζ — 1) mit oder ohne NiO vorliegen und
gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt worden sind, einen niedrigeren spezifischen Widerstand.
Besonders bevorzugte Keramikmaterialien mit der chemischen Formel
Pb(Mg173Nb2^)xTi7Zr1O3
mit niedrigerem Widerstand sind in der Tabelle III aufgeführt.
Tabelle III
Zusammensetzung der Keramikmaterialien
Zusammensetzung der Keramikmaterialien
(PbMg1Z3Nb2nO3)
0,063 bis 0,79
0,063 bis 0,79
(PbTiO3)
0,2 bis 0,52
0,2 bis 0,52
(PbZrO3)
0,01 bis 0,637
0,01 bis 0,637
Ein spezifischer Widerstand in der Größenordnung von IO3 bis 136 Ohm - cm kann durch das angegebene
atmosphärische Brennen der in der Tabelle III aufgeführten Keramikmaterialien erhalten werden. Insbesondere
ergibt die Probe 11-1, enthaltend.
gebrannt in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 ml/Min., einen spezifischen
Widerstand von 4 χ iO6 Ohm · cm, einen Radialkopplungskoefnzienten von 58,5% und eine
Dielektrizitätskonstante von 1900; die Probe 11-4, enthaltend
Wie in der Tabelle Π gezeigt wird, weisen die Blei-UtanatzirkoiuUkeraeikmateriauen, die in Form einer
fetten Lösung mit der Zusammensetzung
gebrannt in einer Mischgasatmosphäre aus 95·/«
Stickstoff und 5% Wasserstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2OmVMnL, ergibt 2x10* Ohm - cm
39,1*/. bzw. 1800.
Weiterhin werden nach der Erfindung die halbleitenden piezoelektrischen Keramiknuterialien hin
sichtlich ihres Radialkopphmgskoeffizienten duret
Zugabe von NiO ca eisern Material mit der Zusammensetzung
vortieaea, einen to hoben spezifischen Widerstand
wie <tw* tO11 Obm · cm auf (Proben 16-1 and 16-2).
Anf der anderes Seite seifen die Keramik- verbessert. Vorzugsweise werden diesem Materie
materialien, die in Form einer festen Lösung mit der 65 03 bis 1,0 Gewichtsprozent NiO zugegeben.
Zwatmneasetztmg Diese Verbesserungen sind in der Tabelle IV untei
10
| Brennatmosphäre | Strömungs | • |
Radialkopplungs-
koeffizicnt |
|
| Zusammensetzung der Keramikmaterialien |
geschwindigkeit
(ml/min) |
NiOZugabe
(Gewichts |
(V.) | |
| durchströmendes Gas | 200 | prozent) | 35,0 | |
| Pb(Mg1ZiNb273)O1125Ti01435Zr0-44O3 | N2 | 200 | 0 | 39,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O425Ti01435Zr0-44O3 | N2 | 200 | 0,3 | 41,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti0-435Zr0-44O3 | N2 | 50 | 1,0 | 57,8 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O1375Ti0-375Zr0125O3 | N2 | 50 | 0 | 58,5 |
| Pb(MgIz3Nb2Z3)O1375Ti0-375Zr0125O3 | N2 | 50 | 0,3 | 65,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O-375Ti0-375Zr0125O3 | N2 | 50 | 1,0 | 39,1 |
| Pb(MgIz3Nb2Z3)O-375Ti0-375Zr0-25O3 | 95% N2 + 5% H2 | 50 | 0 | 45,0 |
| Pb(Mg1/3Nb2/3)oi375Ti0-375Zr0-2503 | 95% N2 + 5% H2 | 20 | 1,0 | 31,5 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)Q-375Ti0-375Zr0-25O3 | 8Ü% N2 + 20% H2 | 20 | 0 | 42,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O-375Ti0-375Zr0125O3 | 80% N2 + 20% H2 | 20 | 1,0 | 43,5 |
| Pb(Mg1PNb2Z3)O-50Ti0-375Zr0-125O3 | N2 | 20 | 0,3 | 45,9 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)Q-50Ti0-375Zr0-125O3 | N2 | 20 | 1,0 | 40,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O-50Ti0-375Zr0,, 25 O3 | 95% N2 + 5% H2 | 20 | 0 | 41,0 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3J0-50Ti0-375Zr0-125O3 | 95% N2 + 5% H2 | 20 | 0,3 | 42,1 |
| Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O-50Ti0-375Zr0J25O3 | 95% N2 + 5% H2 | 1,0 | ||
bung bevorzugte Beispiele erläutert worden sind, fikationen sollen in den Geltungsbereich der Paten
können zahireiche Veränderungen und Modifikationen 30 ansprüche fallen,
ohne Abweichung von der Erfindung vorgenommen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer halbleitenden piezoelektrischen Keramik, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Keramik der Formel
^b(Mg13Nb23)JiJ7Zr2O3
herstellt, worin .x: -r y + ζ = 1 sind, und mit Werten
für χ von 0.063 bis 0.79. Tür y von 0.2 bis 0.52 und für ζ von 0,01 bis 0.673, indem man ein entsprechendes
Gemisch aus PbO. MgO. Nb2O,, TiO2 und ZrO2 während eines Zeitraums von
10 Minuten bis 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1350'C in einer Gasatmosphäre,
die im wesentlichen aus Stickstoff. Argon. Wasserstoff oder Gemischen davon besteht, erhitzt
und die so erhaltene Keramik dann in
bekannter We^e polarisiert
2 Verfahren zur Herstellung einer halbierenden
piezoelektrischen Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Keramik der Forme!
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1682167 | 1967-03-14 | ||
| JP1682167 | 1967-03-14 | ||
| JP1857467 | 1967-03-23 | ||
| JP1857467A JPS547357B1 (de) | 1967-03-23 | 1967-03-23 | |
| DEM0077284 | 1968-02-16 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1646757A1 DE1646757A1 (de) | 1971-09-09 |
| DE1646757B2 DE1646757B2 (de) | 1972-10-19 |
| DE1646757C true DE1646757C (de) | 1973-05-17 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3049193A1 (de) | Keramikmaterial und verfahren zur herstellung | |
| DE976691C (de) | Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern | |
| DE2512401C3 (de) | Thermische Detektionsvorrichtung | |
| DE1646698B1 (de) | Piezoelektrische keramik | |
| DE102006004447A1 (de) | Bleifreier piezokeramischer Werkstoff, Verfahren zum Herstellen eines piezokeramischen Bauteils mit dem Werkstoff und Verwendung des Bauteils | |
| DE1646757C (de) | Verfahren zur Herstellung einer halb leitenden piezoelektrischen Keramik, elek tromechanisches Wandlerelement und halb leitender piezoelektrischer Wandler | |
| DE4442598A1 (de) | Komplexer, substituierter Lanthan-Blei-Zirkon-Titan-Perowskit, keramische Zusammensetzung und Aktuator | |
| DE102007012916A1 (de) | Laminiertes piezoelektrisches Element und Herstellungsverfahren hierfür | |
| DE1796233C2 (de) | Piezoelektrische Keramiken | |
| DE2507395A1 (de) | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramikmaterialien | |
| DE1950317C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE1646757B2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer halbleitenden piezoelektrischen Keramik, elektromechanisches Wandlerelement und halbleitender piezoelektrischer Wandler | |
| DE1940974A1 (de) | Piezoelektrische Keramikmassen | |
| DE4327993C1 (de) | Verfahren zur Herstellung von PZT-Werkstoffen mit hoher Depolarisationsfestigkeit und niedriger Sintertemperatur | |
| DE1806082B2 (de) | Piezoelektrischer wandler | |
| DE1471066A1 (de) | Verfahren zur Bereitung von ferroelektrischen Bleititanat-Keramiken | |
| DE1802234C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2200787A1 (de) | Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen | |
| DE1922265C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2627192C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines nichtlinearen keramischen Widerstandsmaterials | |
| DE2130534C3 (de) | Piezoelektrisches Oxidmaterial | |
| DE4427564A1 (de) | Piezokeramisches Bauteil mit Kammerstruktur, Verfahren zu seiner Herstellung und Vorrichtung mit diesem Bauteil | |
| DE1796244A1 (de) | Piezoelektrische Keramikmassen | |
| DE2255143A1 (de) | Ferroelektrische keramikverbindungen | |
| DE1771697C2 (de) | Piezoelektrische Keramik |