DE1646814C2 - Ferroelectric ceramics and process for their manufacture - Google Patents

Ferroelectric ceramics and process for their manufacture

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DE1646814C2
DE1646814C2 DE19671646814 DE1646814A DE1646814C2 DE 1646814 C2 DE1646814 C2 DE 1646814C2 DE 19671646814 DE19671646814 DE 19671646814 DE 1646814 A DE1646814 A DE 1646814A DE 1646814 C2 DE1646814 C2 DE 1646814C2
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mno
compound
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pbtio
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Hisao Oaza-Arao; Aichi; Tsunooka Tsutomu Kariyta; Banno (Japan)
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Description

XPb(W174Ma1Z4)O3 · ^PbTiO3 · ZPbMbO3 XPb (W 174 Ma 1 Z 4 ) O 3 • ^ PbTiO 3 • ZPbMbO 3

ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and

χ = 0,5χ = 0.5

y = 0,4 y = 0.4

ζ = 0,1ζ = 0.1

und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Ve-bindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich 0,5 Gew.-% MnO2 enthält.and χ + y + ζ = 1.0, and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr as well as an additional 0.5% by weight MnO 2 .

6. Ferroelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer durch die Formel6. Ferroelectric ceramic, characterized in that it consists of one represented by the formula

.rPb(Wj/2Mal/2)Os - ^PbTiO3 · ZPbMbO3 .rPb (Wj / 2 Ma l / 2 ) O s - ^ PbTiO 3 · ZPbMbO 3

ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and

χ = 0,3χ = 0.3

y = 0,6 y = 0.6

Z = 0,1Z = 0.1

und x + j> + z = l,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/ oder Sr sowie zusätzlich 0,5 Gew.-% MnO2 enthält.and x + j> + z = 1.0, and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and an additional 0.5 wt .-% MnO 2 .

7. Verfahren zum Herstellen einer ferroeiektrischen Keramik nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssubstanzen, vorzugsweise Oxide oder Carbonate, in Verhältnissen, die den gewünschten Endprodukten entsprechen, gemischt werden, bei 700 bis 10000C vorgetempert und nach erneutem Mischen und Formgeben bei 1000 bis 1400°C in einer PbO-Atmosphäre gesintert werden und daß die so erhaltenen Sinterkeramiken bei vorzugsweise etwa 8O0C in Feldern von einigen zehn kV/cm polarisiert werden.7. A method for producing a ferroeiektrischen ceramic according to any of claims 1-6, characterized in that the starting substances, preferably oxides or carbonates, are mixed in proportions corresponding to the desired end products, pre-annealed at 700 to 1000 0 C and after renewed mixing and shaping are sintered at 1000 to 1400 ° C in a PbO atmosphere and in that the sintered ceramics thus obtained at preferably about 8O 0 C in fields of a few ten are kV / cm polarized.

45 Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung.
Insbesondere handelt es sich dabei um solche ferroelektrischen Keramikkörper, die elektrostatisch polarisierbar sind und dabei dem bekannten piezoelektrischen Effekt ähnliche, elektromechanische Energieumwandlungseigenschaften aufweisen. Derartige weiter als »piezoelektrische Keramiken« bezeichnete Stoffe, von denen die Erfindung ausgeht, sind bereits bekanntgeworden.
45 The invention relates to a ferroelectric ceramic and a method for its production.
In particular, these are ferroelectric ceramic bodies which can be electrostatically polarized and thereby have electromechanical energy conversion properties that are similar to the known piezoelectric effect. Such substances, further referred to as "piezoelectric ceramics", from which the invention is based, have already become known.

Ferroelektrische Keramiken zur Verwendung in piezoelektrischen und elektrostriktiven Elementen haben eine Perowskit-Struktur, die sich durch die Formel ABO8 ausdrücken läßt, worin A ein zweiwertiges Metallion und B ein vierwertiges Metallion darstellen. Doch nicht alle Verbindungen mit einer Perowskit-Struktur weisen piezoelektrische und elektrostriktive Eigenschaften auf. Einige dieser Verbindüngen, wie z. B. Bariumtitanat, BaTiO3, weisen für sich allein piezoelektrische und elektrostriktive Eigenschaften auf. Andere, wie z. B. die Doppelverbindung Bleititanat—Zirkonat, PbTiO3-PbZrO3, weisenFerroelectric ceramics for use in piezoelectric and electrostrictive elements have a perovskite structure which can be expressed by the formula ABO 8 , where A is a divalent metal ion and B is a tetravalent metal ion. However, not all compounds with a perovskite structure have piezoelectric and electrostrictive properties. Some of these compounds, such as B. barium titanate, BaTiO 3 , have piezoelectric and electrostrictive properties on their own. Others, such as B. the double compound lead titanate-zirconate, PbTiO 3 -PbZrO 3 , have

zwar nicht als Einzelverbindung, Bleititanat oder Bleizirkonaf. aber als feste Lösung von wenigstens zwei Einzelverbindungen, beispielsweise den zwei genannten, piezoelektrische und elektrostriktive Eigenschaften auf. Eine ABOS-Struktur dagegen, in der der Platz des vierwertigen B-Ions von zwei Ionen mit unterschiedlicher Ionenvalenz besetzt ist, z. B. t MfJ) d (Mfö MLtnot as a single compound, lead titanate or lead zirconate. but as a solid solution of at least two individual compounds, for example the two mentioned, piezoelectric and electrostrictive properties. An ABO S structure, on the other hand, in which the place of the tetravalent B ion is occupied by two ions with different ion valences, e.g. B. t MfJ) d (Mfö MLt

(Mit
8
(With
8th

oder (Mfö MLt), worin M2+, M8+ und ior (Mfö MLt), wherein M 2+ , M 8 + and i

M8+ zweiwertige, sechswertige und fünfwertige Metallionen bedeuten, zeigen im allgemeinen allein oder als feste Lösung mit einer anderen ABO3-Verbindung piezoelektrische und elektrostriktive Eigenschaften, während festgestellt wurde, daß Pb(W112Ma112)O3 mit Perowskit-Struktur, worin W M8+ und Ma M2+ und M2+ Ni und/oder Zn ist, und W und Ma die B-Plätze in der ABO3-Struktur besetzen, ähnlich wie PbTiO3 allein keine piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaften aufweist.M 8+ denotes divalent, hexavalent and pentavalent metal ions, generally show piezoelectric and electrostrictive properties alone or as a solid solution with another ABO 3 compound, while it was found that Pb (W 112 Ma 112 ) O 3 with a perovskite structure, where WM 8+ and Ma M 2+ and M 2+ Ni and / or Zn, and W and Ma occupy the B-sites in the ABO 3 structure, similar to PbTiO 3 alone does not have any piezoelectric and electrostrictive properties.

Der Erfindung liegt: deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue und vielseitig anwendbare, ferroelektrische Keramik der in Betracht kommenden Art zu schaffen, die vor allem zur Verwendung in elektromechanischen Energieumwandlungselementen geeignet ist.The invention is therefore based on the object of a new and versatile ferroelectric To create ceramics of the type under consideration, especially for use in electromechanical Energy conversion elements is suitable.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine ferroelektrische Keramikverbindung zu finden, die einen sehr hohen mechanischen Gütefaktor von mindestens 950 sowie außerdem einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kp von wenigstens 0,10 und eine dielektrische Konstante e von wenigstens 300 aufweist.Another object of the invention is to find a ferroelectric ceramic compound which has a very high mechanical quality factor of at least 950 and also an electromechanical coupling coefficient kp of at least 0.10 and a dielectric constant e of at least 300.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Keramik gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer durch die FormelThese objects are achieved according to the invention by a ceramic which is characterized in that them from one through the formula

· ^PbTiO3 · 2PbMbO3 · ^ PbTiO 3 · 2PbMbO 3

ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt und χ = 0,3, y = 0,5, ζ =-- 0,2 und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich MnO2 zwischen 0,3 und 2,0 Gew.-% enthält.The compound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and χ = 0.3, y = 0.5, ζ = - 0.2 and χ + y + ζ = 1.0 , and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and additionally MnO 2 between 0.3 and 2.0% by weight.

Vorteilhafte ferroelektrische Keramiken gemäß der Erfindung gehen auch aus den Patentansprüchen 2 bis 6 hervor.Advantageous ferroelectric ceramics according to the invention also go from claims 2 to 6 emerges.

Vorteilhaft wird das vorgenannte keramische Material dadurch hergestellt, daß die Ausgangssubstanzen, vorzugsweise Oxide oder Carbonate, in Verhältnissen, die den gewünschten Endprodukten entsprechen, gemischt werden, bei 700 bis 10000C vorgetempert und nach erneutem Mischen und Formgeben bei 1000 bis 14000C in einer PbO-Atmosphäre gesintert werden und daß die so erhaltenen Sinterkeramiken bei vorzugsweise etwa 803C in Feldern von einigen zehn kV/cm polarisiert werden.The above-mentioned ceramic material is prepared advantageous in that the starting substances, preferably oxides or carbonates, are mixed in proportions corresponding to the desired end products, pre-annealed and at 700 to 1000 0 C after remixing and molding at 1000-1400 0 C in be sintered in a PbO atmosphere and that the sintered ceramics obtained in this way are polarized at preferably about 80 3 C in fields of a few tens of kV / cm.

Die Erfindung wird mit Hinweis auf die folgenden Beispiele erläutert.The invention is illustrated with reference to the following examples.

erhaltene Produkt wurde geformt und bei einer Temperatur von 700 bis 900° C getempert und dann wieder gemahlen und geformt und anschließend in PbO-Atmosphäre bei einer Temperatur von 1000 bis 13000C gesintert, um eine Scheibe mit einem Durchmesser von ungefähr 20 mm und einer Stärke von 0,8 mm zu erhalten. Die Scheibe wurde an der Hauptoberfläche mit einer Silbereiektrode überzogen und anschließend 1 Stunde lang unter Verwendung eines elektrischen Gleichstromfeldes von 3,2 kV (40 kV/cm) bei einer Temperatur von 8O0C polarisiert.obtained product was molded and tempered at a temperature of 700 to 900 ° C and then re-ground and shaped and then sintered in a PbO atmosphere at a temperature of 1000 to 1300 0 C to form a disk with a diameter of about 20 mm and a Thickness of 0.8 mm. The disc was coated on the main surface with a long Silbereiektrode and then for 1 hour polarized using a DC electric field of 3.2 kV (40 kV / cm) at a temperature of 8O 0 C.

Diese Scheibe wurde dann an der Luft bei Zimmertemperatur 1 Woche lang aufbewahrt, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kp, die dielektrisehe Konstante e und der mechanische Gütefaktor Qm der Scheibe wurden gemessen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.This disk was then left in the air at room temperature for 1 week, and the electromechanical coupling coefficient kp, dielectric constant e, and mechanical quality factor Qm of the disk were measured. The results obtained are shown in Table 1 below.

Tabelletable 2020th Proben-Rehearse- 11 Elektro-Electrical DielektrischeDielectric MechanischerMechanical Nr.No. mechaniscbermechaniscber Konstanteconstant QmSqm Gehaltsalary KopplungsCoupling εε an MnO1 at MnO 1 koeffizientcoefficient (Ge(Ge kpkp wichtsweight prozent)percent)

25*)25 *) 00 0,230.23 770770 7070 5151 0,050.05 0,310.31 14601460 181181 5252 0,10.1 0,390.39 20452045 284284 30 5330 53 0,30.3 0,270.27 10441044 10151015 5454 0,50.5 0,220.22 11001100 20002000 5555 1,01.0 0,220.22 12401240 11951195 5656 2,02.0 0,190.19 15471547 11151115 35 57 35 57 3,03.0 0,150.15 16381638 847847 5858 4,04.0 0,120.12 17451745 531531 5959 5,05.0 0,100.10 18001800 233233 40 ·)40 ·) Verglei-.-h.Compare -.- h.

Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, ermöglicht es die Zugabe von bis zu 5,0 Gewichtsprozent MnO2, einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kp von über 0,10 zu erhalten, der in der Praxis zur Verwendung in piezoelektrischen und elektrostriktiven Keramiken besonders geeignet ist und den mechanischen Gütefaktor Qm beachtlich verbessert. Das heißt, die Zugabe von wenigstens 0,05 Gewichtsprozent MnO2 ermöglicht es, Qm um das Zweifache der Größe zu erhöhen, die er besitzt, wenn kein MnO2 zugegeben wird. Die Zugabe von 0,5 Gewichtsprozent MnO2 zeigt den maximalen Wert von Qm. As can be seen from Table 1, the addition of up to 5.0 percent by weight of MnO 2 makes it possible to obtain an electromechanical coupling coefficient kp of over 0.10, which is particularly suitable in practice for use in piezoelectric and electrostrictive ceramics and the mechanical quality factor Qm considerably improved. That is, the addition of at least 0.05% by weight of MnO 2 enables Qm to be increased by two times the size that it is when MnO 2 is not added. The addition of 0.5 percent by weight of MnO 2 shows the maximum value of Qm.

Beispiel 2Example 2

PbO, WO3, NiO, ZnO, TiO2, ZrO2, SnO2, BaCO3 PbO, WO 3 , NiO, ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , BaCO 3

CaCO3, SrCO3 und MnO8 wurden zusammengegeben, so daß Keramiken mit den in den folgenden Tabellen 2 und 3 gezeigten Zusammensetzungen erhalten wurden. Die Proben wurden in einer der in dem Beispiel 1 erläuterten, ähnlichen Weise behandelt. Die so behandelten Beispiele wurden polarisiert, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kp, die dielektri-CaCO 3 , SrCO 3 and MnO 8 were combined so that ceramics having the compositions shown in Tables 2 and 3 below were obtained. The samples were treated in a manner similar to that illustrated in Example 1. The examples treated in this way were polarized, and the electromechanical coupling coefficient kp, the dielectric

0,3 Pb(Wl/2Ni1/2)O3 · 0,5 PbTiO3 · 0,2 PbZrO3 65 sehe Konstante ε und der mechanische Gütefaktor Qm 0.3 Pb (W l / 2 Ni 1/2 ) O 3 · 0.5 PbTiO 3 · 0.2 PbZrO 3 65 see constant ε and the mechanical quality factor Qm

der Proben wurden gemessen; die dabei erzielten Ergebnisse werden in den folgenden Tabellen 2 und 3 gezeigt.the samples were measured; the results obtained are shown in Tables 2 and 3 below shown.

Beispiel 1example 1

PbO, WO3, NiO, TiO8 und ZrO2 wurden zusammengegeben, so daß die Grundverbindung, ausgedrückt durch die FormelPbO, WO 3 , NiO, TiO 8 and ZrO 2 were added together to form the basic compound expressed by the formula

erhalten wurde. Die so erhaltene Verbindung wurde weiter mit MnO8 versehen und gemahlen. Das sowas obtained. The compound thus obtained was further provided with MnO 8 and ground. That so

Tabelle 2Table 2 Pb(W1Z5Ni1 Pb (W 1 Z 5 Ni 1 Zj)O, PbTiO,Zj) O, PbTiO, PbZrO,PbZrO, PbSnO,PbSnO, Gehalt anContent of Elektro-Electrical DielektrischeDielectric MechanischerMechanical MnO1 MnO 1 mechanischer
Kopplungs
more mechanical
Coupling
Konstante
ε
constant
ε
Gütefaktor
Qm
Figure of merit
Sqm
(Gewichts(Weight koeffizientcoefficient Proben- Grund verbindung (Molverhältnis)Basic sample connection (molar ratio) 0,30.3 0,70.7 prozent)percent) kpkp Nr.No. 0,30.3 0,70.7 - - 00 0,180.18 460460 145145 0,030.03 0,270.27 0,70.7 0,50.5 0,150.15 423423 10151015 0,030.03 0,270.27 0,70.7 00 0,140.14 310310 140140 61 A61 A 0,10.1 0,40.4 0,50.5 0,50.5 0,130.13 170170 230230 61 B61 B 0,10.1 0,40.4 0,50.5 - 00 0,520.52 12281228 127127 62 A62 A 0,10.1 0,520.52 0,380.38 0,50.5 0,390.39 597597 435435 62 B62 B 0,10.1 0,520.52 0,380.38 00 0,500.50 12001200 120120 63 A63 A 0,10.1 0,60.6 0,30.3 0,50.5 0,400.40 10001000 500500 63 B63 B 0,10.1 0,60.6 0,30.3 00 0,370.37 828828 161161 64 A64 A 0,20.2 0,150.15 0,650.65 0,50.5 0,290.29 597597 435435 64B64B 0,20.2 0,150.15 0,650.65 00 0,130.13 310310 180180 65 A65 A 0,20.2 0,40.4 0,40.4 0,50.5 0,130.13 180180 260260 65 B65 B 0,20.2 0,40.4 0,40.4 - 00 0,540.54 10901090 7575 66 A66 A 0,20.2 0,50.5 0,30.3 0,50.5 0,330.33 528528 598598 66 B66 B 0,20.2 0,50.5 0,30.3 00 0,350.35 880880 187187 67 A67 A 0,30.3 0,60.6 0,10.1 0,50.5 0,370.37 961961 857857 67 B67 B 0,30.3 0,60.6 0,10.1 - 00 0,210.21 490490 9595 68 A68 A 0,30.3 0,50.5 0,20.2 - 0,50.5 0,130.13 510510 933933 68 B68 B 0,30.3 0,50.5 0,20.2 - 00 0,230.23 770770 7070 69 A69 A 0,30.3 0,40.4 0,30.3 - 0,50.5 0,220.22 11001100 20002000 69 B69 B 0,30.3 0,40.4 0,30.3 - 00 0,390.39 14401440 1515th 25*)25 *) 0,30.3 0,30.3 0,40.4 - 0,50.5 0,400.40 21002100 10001000 54*)54 *) 0.30.3 0,30.3 0,40.4 - 00 0,330.33 810810 6060 7OA7OA 0,30.3 0,20.2 0,50.5 - 0,50.5 0,300.30 15001500 850850 7OB7OB 0,30.3 0,20.2 0,50.5 - 00 0,230.23 780780 6565 71 A71 A 0,40.4 0,40.4 0,20.2 - 0,50.5 0,250.25 670670 17001700 71 B71 B 0,40.4 0,40.4 0,20.2 - 00 0,250.25 13001300 8989 72 A72 A 0,40.4 0,30.3 0,30.3 - 0,50.5 0,210.21 14121412 11231123 72 B72 B 0,40.4 0,30.3 0,30.3 - 00 0,350.35 27002700 7878 73 A73 A 0,50.5 0,40.4 0,10.1 - 0,50.5 0,200.20 528528 610610 73 B73 B 0,50.5 0,40.4 0,10.1 - 00 0,220.22 12301230 121121 74 A74 A 0,50.5 0,20.2 0,30.3 - 0,50.5 0,100.10 21152115 14211421 74 B74 B 0,50.5 0,20.2 0,30.3 - 00 0,150.15 25002500 147147 75 A75 A 0,650.65 0,250.25 0,10.1 - 0,50.5 0,130.13 431431 345345 75 B75 B 0,650.65 0,250.25 0,10.1 - 00 0,100.10 17001700 170170 76 A76 A 0,30.3 0,50.5 - 0,20.2 0,50.5 0,100.10 13001300 220220 76 B76 B 0,30.3 0,50.5 - 0,20.2 00 0,250.25 810810 134134 77 A77 A 0,30.3 0,20.2 - 0,50.5 0,50.5 0,150.15 520520 546546 77 B-77 B- 0,30.3 0,20.2 - 0,50.5 00 0,260.26 700700 143143 78 A78 A 0,I++)0, I + +) 0,450.45 0,450.45 - 0,50.5 0,210.21 532532 728728 78 B78 B 0,1++)0.1 ++) 0,450.45 0,450.45 - 00 0,520.52 15001500 7575 79 A79 A 0,2++)0.2 ++) 0,400.40 0,400.40 - 0,50.5 0,450.45 12001200 340340 79 B79 B 0,2++)0.2 ++) 0,400.40 0,400.40 - 00 0,550.55 18001800 7272 80A80A 0,3++)0.3 ++) 0,350.35 0,350.35 - 0,50.5 0,500.50 13101310 480480 80B80B 0,3++)0.3 ++) 0,350.35 0,350.35 - 00 0,590.59 25002500 8080 81 A81 A 0,50.5 0,510.51 14201420 350350 81 B81 B 82 A82 A 82 B82 B

*) Die Proben Nr. 25 und 54 waren dieselben wie die im Beispiel 1 Tabelle 1 gezeigten und wurden zum Vergleich mit anderen Proben erneut aufgeführt.*) Sample Nos. 25 and 54 were the same as those shown in Example 1 Table 1 and were used for comparison with others Samples listed again.

**) Pb(W1Z2Zn1Z2)O3 wurde an Stelle von Pb(Wu2Ni1Z2)O3 verwendet. * *) Pb (W 1 Z 2 Zn 1 Z 2 ) O 3 was used instead of Pb (Wu 2 Ni 1 Z 2 ) O 3 .

Tabelle 3Table 3

Proben- Grundverbindung
Nr.
Basic sample connection
No.
(Pb0,95Sr0,05)W0,05Ni0,05Ti0,4eZr0,44)O3 (Pb 0 95 Sr 0, 0 5) W 0 05 Ni 0 05 Ti 0, 4e Zr 0, 44) O 3 Gehalt
an MnO2
(Gewichts
prozent)
salary
on MnO 2
(Weight
percent)
Eleklro-
mechanischer
Kopplungs
koeffizient
kp
Electrical
more mechanical
Coupling
coefficient
kp
Dielektrische
Konstante
ε
Dielectric
constant
ε
Mechanischer
Qualitätsfaktor
Qm
Mechanical
Quality factor
Sqm
46»)46 ») desgl.the same OO 0,550.55 15801580 7575 46 B46 B (Pb0>88Ca0i02)(W0,06Ni0i0STi0,4eZr0,44)O3 (Pb 0> 88 Ca 0i02 ) (W 0 , 06 Ni 0i0S Ti 0 , 4 e Zr 0 , 44 ) O 3 11 0,500.50 12101210 428428 47*)47 *) desgl.the same OO 0,490.49 12401240 7979 47 B47 B (Pb0f85Ba0,15)(W0.05Ni0f05Ti0,4eZrM4)O3 (Pb 0f85 Ba 0, 15) (W 0th 05 Ni 0 0f05 Ti, Zr 4e M4) O 3 11 0,550.55 11801180 334334 48*)48 *) desgl.the same OO 0,530.53 15801580 9292 48 B48 B ♦) Vergleich.♦) Comparison. 11 0,560.56 14901490 439439

Wie aus den obigen Tabellen 2 und 3 zu ersehen ist, ist die VerbindungAs can be seen from Tables 2 and 3 above, the connection is

^Pb(W112Ni12)O3 · JPbTiO3 · ZPbMbO3 ^ Pb (W 112 Ni 12 ) O 3 · JPbTiO 3 · ZPbMbO 3

worin Ma Ni und/oder Zn darstellt und Mb Zr und/ oder Sn darstellt, worin χ = 0,03 bis 0,5, y = 0,2 bis 0,6, 2 = 0,1 bis 0,5 und .v + y + ζ = 1,0 sind und Null bis 20 Atomprozent Pb durch Ba, Ca und/ oder Sr ersetzt wird und worin weiter 0,5 Gewichtsprozent MnO2 enthalten ist, fähig, einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kp von über 0.10 aufweisen, der als piezoelektrische und elektrostriktive Keramik in der Praxis verwendet werden kann. Die Verbindung ist weiter fähig, den mechanischen Gütefaktor Qm beachtlich zu verbessern.where Ma is Ni and / or Zn and Mb is Zr and / or Sn, where χ = 0.03 to 0.5, y = 0.2 to 0.6, 2 = 0.1 to 0.5 and .v + y + ζ = 1.0 and zero to 20 atomic percent of Pb is replaced by Ba, Ca and / or Sr and wherein further 0.5 percent by weight of MnO 2 is contained, capable of having an electromechanical coupling coefficient kp of over 0.10, which is greater than piezoelectric and electrostrictive ceramics can be used in practice. The connection is further capable of remarkably improving the mechanical quality factor Qm.

Mangan kann metallisch oder in der Form von Oxiden oder anderen Verbindungen zugegeben werden. Es kann in einem Verhältnis zugeführt werden, das insgesamt 0,03 bis 2,0 Gewichtsprozent MnO2 entspricht. In diesem Fall ist es vorzuziehen, den Bleianteil zu vermehren, so daß Blei mit dem zugegebenen Mangan ins Gleichgewicht kommt.Manganese can be added in metallic form or in the form of oxides or other compounds. It can be added in a ratio that corresponds to a total of 0.03 to 2.0 percent by weight of MnO 2. In this case, it is preferable to increase the proportion of lead so that lead equilibrates with the added manganese.

Pb(W1Z2Ma1(J)O3, PbTiO3 und PbMbO3, die an der erfindungsgemäßen Grundzusammensetzung beteiligt sind, haben Perowskit-Struktur bzw. sind durch die Formel ABO3 ausgedrückt und weisen allein keine piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaften auf. In festen Lösungen jedoch, die durch die Formeln Pb (W 1 Z 2 Ma 1 (J) O 3 , PbTiO 3 and PbMbO 3 , which are involved in the basic composition according to the invention, have a perovskite structure or are expressed by the formula ABO 3 and alone have no piezoelectric or electrostrictive properties In solid solutions, however, given by the formulas

Ma1^)O3 · (1 - X)PbTiO3 Ma 1 ^) O 3 · (1 - X) PbTiO 3

worin χ = 0,2 bis 0,7, oderwhere χ = 0.2 to 0.7, or

.vPb(W1;2Mali2)O3 · VPbTiO3 · ZPbMbO3 .vPb (W 1; 2 Ma li2 ) O 3 · VPbTiO 3 · ZPbMbO 3

worin χ = 0,3 bis 0.5, y == 0,2 bis 0,6, ζ = 0,1 bis. 0,5 und a· + y + ζ = 1,0 sind, ausgedrückt werden., weisen sie piezoelektrische und elektrostriktive Eigenschaften auf.
Wenn ein Teil Pb in der obigen Zusammensetzung
where χ = 0.3 to 0.5, y == 0.2 to 0.6, ζ = 0.1 to. 0.5 and a · + y + ζ = 1.0, they have piezoelectric and electrostrictive properties.
When a part of Pb is in the above composition

VPbTiO3 · zPbMbO3 VPbTiO 3 zPbMbO 3

durch Ba, Ca und/oder Sr ersetzt wird, so muß dieser Ersatz weniger als 20 Atomprozent betragen, weil ein Ersatz, der 20 Atomprozent überst.igt. eine beachtliche Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften des Produktes verursacht.is replaced by Ba, Ca and / or Sr, this replacement must be less than 20 atomic percent because a substitute that exceeds 20 atomic percent. considerable deterioration in the piezoelectric Properties of the product.

Die durch die obenerwähnten Formeln ausgedrückte, erfindungsgemäße Keramikverbindung weist die besten piezoelektrischen und elektrostriktiven Eigenschaften auf. Aber es ist in der Praxis schwierig, das Atomverhältnis so genau zu erhalten, wie es in den obenerwähnten Formeln angegeben ist. selbst wenn die Sinterbehandlung in einer bestimmten Atmosphäre vorgenommen oder ein Überschuß zur Kompensation der Verdampfungsverluste eingewogen wird. Eine geringe Abweichung von dem obenerwähnten Atomverhältnis ist zulässig, solange die erfindungs- gemäße Keramikverbindung durch die Abweichung nicht wesentlich beeinflußt wird. The ceramic compound of the present invention expressed by the above-mentioned formulas exhibits the best piezoelectric and electrostrictive properties. But it is difficult in practice to obtain the atomic ratio as accurately as shown in the above-mentioned formulas. even if the sintering treatment is carried out in a certain atmosphere or an excess is weighed in to compensate for the evaporation losses. A slight deviation from the above-mentioned atomic ratio is permissible as long as the ceramic compound according to the invention is not significantly influenced by the deviation.

Neben den vorteilhaften, oben dargelegten Eigen schäften werden mit den erfindungsgemäßen Zu sammensetzungen Keramiken von guter physika lischer Qualität erhalten, die sich gut polarisiert lassen. In addition to the advantageous properties outlined above, the compositions according to the invention are used to obtain ceramics of good physical quality that can be polarized well.

709 608'41709 608'41

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. FeiToelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer durch die Formel1. FeiToelectric ceramics, characterized in that that they come from one through the formula XPb(W1Z4Ma1Z4)O3 · ^PbTiO3 · zPbMbOs XPb (W 1 Z 4 Ma 1 Z 4 ) O 3 · ^ PbTiO 3 · zPbMbO s ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed in which Ma represents Ni Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and χ = 0,3χ = 0.3 y = 0,5 y = 0.5 ζ = 0,2 ζ = 0.2 und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich MnO2 zwischen 0,3 und 2,0 Gew.-% enthält. aoand χ + y + ζ = 1.0, and the compound as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and additionally MnO 2 between 0.3 and 2.0% by weight contains. ao 2. Ferroelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer durch die Formel2. Ferroelectric ceramic, characterized in that it consists of one represented by the formula ZPbMbO3 ZPbMbO 3 ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and χ = 0,3
y = 0,4
ζ = 0,3
χ = 0.3
y = 0.4
ζ = 0.3
3030th und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich 0,5 Gew.-% MnO2 enthält.and χ + y + ζ = 1.0 , and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and additionally 0.5% by weight MnO 2 .
3. Ferroelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer durch die Formel3. Ferroelectric ceramic, characterized in that it consists of one represented by the formula XPb(Wi12Ma1Z2)O3 ■ ^PbTiO3 · 2PbMbO3 XPb (Wi 12 Ma 1 Z 2 ) O 3 ■ ^ PbTiO 3 · 2PbMbO 3 ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and χ = 0,3 χ = 0.3 y = 0,2 y = 0.2 Z = 0,5Z = 0.5 und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis °,0 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich 0,5 Gew.-% MnO2 enthält.and χ + y + ζ = 1.0, and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 0 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and an additional 0.5% by weight of MnO 2 . 4. Ferroelektrische Keramik, dadurch gekennteichnet, daß sie aus einer durch die Formel4. Ferroelectric ceramics, thereby identified, that they come from one through the formula · ^PbTiO3 · ZPbMbO3 · ^ PbTiO 3 · ZPbMbO 3 ausgedrückten Verbindung besteht, worin Ma Ni und/oder Zn und Mb Zr und/oder Sn darstellt undCompound expressed consists in which Ma represents Ni and / or Zn and Mb Zr and / or Sn and χ = 0,4 χ = 0.4 y = 0,4 y = 0.4 Z = 0,2Z = 0.2 und χ + y + ζ = 1,0 sind, und die Verbindung als Ersatz für einen äquivalenten Bleianteil von insgesamt Null bis 20 Atomprozent Ba, Ca und/oder Sr sowie zusätzlich 0,5 Gew.-% MnO2 enthält.and χ + y + ζ = 1.0, and the compound contains as a substitute for an equivalent lead content of a total of zero to 20 atomic percent Ba, Ca and / or Sr and additionally 0.5% by weight MnO 2 . 5. Ferroelektrische Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer durch die Formel5. Ferroelectric ceramic, characterized in that it consists of one represented by the formula
DE19671646814 1966-11-12 1967-10-25 Ferroelectric ceramics and process for their manufacture Expired DE1646814C2 (en)

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