DE1940974C3

DE1940974C3 - Piezoelektrische Keramik

Info

Publication number: DE1940974C3
Application number: DE1940974A
Authority: DE
Inventors: Masamitsu Nishida; Hiromu Ouchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1969-08-07
Publication date: 1974-12-05
Also published as: GB1284457A; DE1940974B2; DE1940974A1; NL154712B; US3669887A; NL6911996A

Description

enthält Keramik und auf daraus hergestellte Erzeugnisse. Im

2. Piezoelektrische Keramik, bestehend aus einer spezielleren betrifft ^e Erfindung «^^J^ festen Lösung gemäß der Formel elektrische Keramiken die I»¹^^* i^£?

aus bestimmten Bestandteilen aufweisen. Diese piezo-

Pb(Sn₁Z₁Nb₁Za)₁TiKZTiOj, elektrischen Massen werden nach gewöhnlichen Kera-

dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik aus mikverfahren zu Keramiker>*"**. und danach einem Material besteht, das aus dem ternären werden die Keramiken durch Anlegen^r Gleich-System ausgewählt ist, das durch die Eckpunkte F, spannung zwischen den Elektroden polansie^^o daß C, H, T, /und K bestimmt ist, und die Keramik diesen Keramiken elektromechanisch_ Wand!ereigen-0,1 bis 5 Gewichtsprozent MnO₂ enthält, wobei F, >o schäften gleich dem. bekannten P^lez°!'^ek^^ris^^e" ^E**» C, H, I, J und K den Formeln verliehen werden. Die Erfindung erfaßt auch das kalzi

nierte Zwischenprodukt der Ausgangsstoffe und die

F = Pb(Sn₁Z₃Nb₁Z₃)C₁₀₀Ti₀₁₄₀₀Zr₀₁₄₀₀O₃ Erzeugnisse, wie elektromechanische Umwandler, die

G = Pb(Sn₁Z₃Nb^)₀., ,5Ti₀₁₅₀₀Zr₀₁₃₇₅O_{3 aus der} gesinterten Keramik hergestellt werden.

H = Pb(Sn₁Z₁Nb₄Z₃)O₁₀₆₀Ti₀₁₅₁₀ZrC₁₃₀O_{3 Die} Verwendung piezoelektrischer Stoffe auf zahl-

/ = Pb(Sn₁,₃Nb_iz₃)_0l010Ti_0i470Zr_0iia)O_{3 reichen} Anwendungsgebieten für Wandler zur Erzeu-

J = Pb(Sn₁^Nb₁Z₃)C₀₆₀Ti₀₁₃₁₁₀Zr₀₁₅₈₀O_{3 gung} Messung und RichtungssinnbeEtimmung von

K = Pb(Sn₁Z₃Nb^)₀₁₁₁₅Ti₀₁₃₁₅Zr₀₁₅₈₀O_{3 Tönen>} Erschütterungen, Schwingungen, Druck usw.

entsprechen hat in den letzten Jahren sehr zugenommen. In großem

3. Elektromechanischer Wandler, dadurch ge- 30 Maße sind Wandler sowohl vom Knstalltyp als auch kennzeichnet, daß er eine Keramik nach An- vom keramischen lyp benutzt worden. Piezoelekspruch 2 enthält trische Keramikstoffe sind wegen ihrer möglicherweise

4. Piezoelektrischer Transformator, diidurch ge- geringeren Kosten und der einfachen Anwendung zur kennzeichnet, daß er eine Kea.-nik mach An- Herstellung von Keramiken verschiedener Gestalten Spruch 2 enthält. 35 und Größen und ihrer größeren Beständigkeit bei

5. Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- höheren Temperaturen und/oder hohen Feuchtigkeitsteichnet, daß sie im wesentlichen aus einer festen gehalten gegenüber den kristallinen Substanzen, wie Lösung gemäß der Formel dem Rochellesalz, usw. seit letzter Zeit in bedeutendem

Maße auf zahlreichen Anwendungsgebieten als Wand-Pb(Sn_lz₁Nb_iz₃)₀.o«o^TO.4«o^Zro,48o03 _{4o ler} be_nutzt worden.

besteht und außerdem 0,5 Gewichtsprozent Man- Die piezoelektrischen Eigenschaften, die Keramiken

gandioxid (MnO₁) enthält. aufweisen müssen, ändern sich offensichtlich je nach

6. Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- der vorgesehenen Anwendung. Zum Beispiel erfordern Kichnet, daß sie im wesentlichen aus einer festen elektromechanische Wandler, die fur Tonabnehmer-Lösung gemäß der Formel 45 und Mikrophonelemente vorgesehen sind, piezoelek-

_D__ „. _n trische Keramiken, die durch einen im wesentlichen

Fo(^n₁Z₃IND₁Zj)₉₁IiS "o.445^r₀.43oUj hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten

besteht und außerdem 0,5 Gewichtsprozent Man- und eine im wesentlichen hohe Dielektrizitätskon-

gandioxid (MnO₁) enthält. stante ausgezeichnet sind. Andererseits ist es auf dem

7. Verfahren zur Herstellung einer Keramik 50 Gebiet der keramischen Filter und piezoelektrischen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (1) Transformatoren erwünscht, daß die Materia hen einen ein Bleioxid, ein Zinnoxid, Nb₁O₅, TiO₁, ZrO₁ und hohen Wert für den mechanischen Gutefaktor und MnO₁ innig miteinander naßvermischt werden, einen hohen elektromechanischen Kopplungskoefh-(2) dieses Gemisch getrocknet, (3) in eine vorbe- zienten aufweisen. Ferner erfordern keramische Matestimmte Gestalt gepreßt und (4) durch Kalzinieren 55 rialien eine große Konstanz hinsichtlich der Resonanzin Abwesenheit einer PbO-Atmosphäre zur Vor- frequenz und anderer elektrischer Eigenschaften mnerreaktion gebracht wird, (5) das kalzinierte Gemisch halb großer Temperatur- und Zeitspannen, abgekühlt und (6) zu einer kleineren Teilchengröße Als erfolgversprechende Keramik für diese Anwenzerkleinert wird, (7) das zerkleinerte Gemisch ge- dungsgebiete ist Bleititanat-Bleizirkonat bis jetzt in formt wird und (8) das geformte Gemisch bei er- 60 großem Umfange benutzt worden. Es ist jedoch höhten Temperaturen in Abwesenheit einer PbO- schwierig, einen sehr hohen mechanischen Gütefaktor Atmosphäre gebrannt wird. zusammen mit einem hohen planaren Kopplungskoeffizienten in den üblichen Bleititanat-Bleizirkonat-

Keramiken zu erlangen. Außerdem schwanken die di-

™ , , „ . .. 65 elektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften der

Zusammenfassung der Beschre.bung 5 _B,_eititanat._B|eizirk ^P _onat._{Keramiken je nach dcm ange}.

Die Erfindung betrifft eine durch sehr hohe mechani- wendeten Brennverfahren sehr, was auf das Versehe Gütefaktoren und elektromechanische Kopp- dampfen von PbO zurückzuführen ist.

3 4

Unmodifoierte Keramiken aus Der Körper 1 rst in einer nachfolgend beschriebenen

_ Ph7 η ^{Art und} Weise elektrostatisch polarisiert und mit

FD^rUa, einem Rlektrndennaar 1 und % ansseetattet. das in ßfr-

_ej_nem r£|_e|<_troclenpaar 2 und 3 ausgestattet, das in geeigneter Weise je an den beiden entgegengesetzten die der Grundsusammensetzung der Keramik gemäß s Oberflächen des Körpers 1 angebracht ist. leitungsder Erfindung entsprechen, zeigen eine hohe Piezo- drähte 5 und 6 werden durch das Lötmittel 4 mit den elektrizität, weisen jedoch einen niedrigen mechani- Elektroden 2 und 3 leitend verbunden. Wenn die sehen QuaUtätsfaktor auf (Q_u = 50 bis 100). Daher Keramik einer Erschütterung, einer Schwingung oder können unmodüizierte Keramiken aus einer anderen mechanischen Beanspruchung ausge-

™-/o xiu \rv DUTf\ ni.·» ^ ^{lo 8}^ ^w'^r(J' '^{cann e}'^ne elektrische Energie, die von der

Pb(SiWSo₁Zs)O.,- PbIiO₉- PbZrO₃ Keramikscheibe 1 erzeugt wird, an den Leitungs

drähten 5 und 6 abgenommen werden. Umgekehrt be-

nicht für piezoelektrische Wandler u. dgl. eingesetzt wirkt, wie bei anderen piezoelektrischen Wandlern, werden, die einen hohen Qualitätsfaktor und einen das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elekhoben elektromechanischen Kopplungsfaktor erfor- 15 troden 5 und 6 eine mechanische Deformierung des dern. Keramikkörpers 1. Der hier benutzte Ausdruck »elek-

Es ist daher ein grundlegendes Ziel der vorliegenden tromechanischer Wandler« ist so zu verstehen, daß er Erfindung, eine neuartige und verbesserte piezoelek- in seinem weitesten Sinne gebraucht wird und piezotrische Keramik zu entwickeln, die die oben aufge- elektrische Keramikfilter, piezoelektrische Transforzeigten Probleme überwinden. Nach einem spezielleren ao matoren, Frequenzsteuerungsgeräte u. dgl. erfaßt. Ziel der Erfindung sollen verbesserte polykristalline Darüber hinaus kann die Erfindung auf vielen anderen Keramiken entwickelt werden, die durch sehr hohe Anwendungsgebieten benutzt hzw. vielen anderen Anmechanische Gütefaktoren und gleichzeitig duich hohe Wendungsgebieten angepaßt werden, auf denen Stoffe piezoelektrische Kopplungskoeffizienten ausgezeichnet mit dielektrischen, piezoelektrischen und/oder elektrofind. »5 striktiven Eigenschaften erforderlich sinJ.

Nach einem anderen Ziel der Erfindung soll eine Nach der Erfindung wird der Keramikkörper 1

neuartige piezoelektrische Keramik entwickelt werden, (F ; g. 1) aus polykristallinen Keramiken gebildet, die die durch sehr hohe mechanische Gütefaktoren, hohe aus jeweils durch MnO₂-Zusatz modifiziertem clektromechanische Kopplungskoeffizienten und eine

jtarke Konstanz hinsichtlich der Resonanzfrequenz 30 Pb(Sn₁₃Nb₂₃)O₃-PbTiO₃—PbZrO₃,

und des mechanischen Gütefaktors innerhalb großer Pb(Sn₁J₃Nb₂J₃)O₃ - PbTiO₃

Temperatur- und Zeitspannen ausgezeichnet ist. oder

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Entwicklung Pb(Sn₁,₃Nb₂/₃)O₃ — PbZrO₃

einer neuartigen piezoelektrischen Keramik, bei der bestehen.

bestimmte Eigenschaften je nach den verschiedenen 35 Die vorliegende Erfindung basiert auf der Fest-Anwendungsgebieten geändert werden kann. stellung, daß innerhalb bestimmter besonderer Zu-Nach noch einem anderen Ziel der Erfindung sollen sammensetzungsbereiche dieser Systeme die durch verbesserte elektromechanische Wandler entwickelt MnO₂-Zusatz modifizierten Proben sehr hohe mechaniwerden, bei denen als wirksame Elemente elektro- sehe Gütefaktoren und hohe mechanische Kopplungsstatisch polarisierte Körper benutzt werden, die aus 40 koeffizienten zusammen mit starken Konstanzen hindieser neuartigen Keramik bestehen. sichtlich der Resonanzfrequenz und des mechanischen Diese Ziele werden gemäß der Erfindung durch eine Gütefaktors (Qm) innerhalb großer Temperatur- und piezoelektrische Keramik erreicht, die aus einer festen Zeitspannen aufweisen.

Lösung gemäß der Formel Die erfindungsgemäße Keramik weist zahlreiche

♦5 Vorteile hinsichtlich der Verfahren zu ihrer Herstellung

Pb(Sn₁Z₃Nb₂Z₃)ITIvZr₂O_{3 una} ;;_irer Anwendung für keramische Wandler auf.

Es war bekannt, daß das Verdampfen von PbO wäh-

besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß in der rend des Brennens ein Problem darstellt, das beim Formel je = 0,010 bis 0,250, y = 0 bis 0,750 und Sintern von Bleiverbindungen, wie Bleititanatzirkonat, z = 0 bis0,875 bedc'Jtet und χ + y + ζ - 1 sind, und 50 auftritt. Die erfindungsgemäßen Keramiken weisen die Keramik 0,1 bis 5 Gewichtsprozent MnO₈ enthält. jedoch eine geringere Menge an verdampftem PbO Diese Ziele der Erfindung und die Art und Weise, als die üblichen Bleititanatzirkonate nach dem Brennen wie diese Ziele auf einfache Weise erreicht werden, auf. Das erfindungsgemäße System kann, ohne daß sind aus der nachfolgenden Beschreibung und der eine PbO-Atmosphäre vorgesehen wird, gebrannt Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung ist 55 werden. Ein gut gesinterter Körper mit fiiner gemäß

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines elektro- der Erfindung definierten Zusammensetzung wird mechanischen Wandlers nach der Erfindung und durch Brennen der oben beschriebenen Masse in einem

F ig. 2 ein triangulär zusammengesetztes Diagramm Keramiktie~el, der mit einem aus AI,O₃-Keram!ken von den nach der Erfindung verwendeten Substanzen. hergestellten Keramikdeckel bedeckt ist, erhalten. Bevor die piezoelektrische Keramik, die gemäß der 60 Eine hohe Sinterdichte ist für die Feuchtigkeitsbestän-Erfindung vorgeschlagen werden, im einzelnen be- digkeit und eine hohe piezoelektrische Ansprechbarschrieben werden, soll deren Anwendung in elektro- keit vorteilhaft, wenn der gesinterte Körper als Resomechanischen Wandlern unter Bezugnahme auf nator oder auf anderen Anwendungsgebieten benutzt Fig. 1 der Zeichnung erörtert werden, in der die werden soll.

Bezugsziffer 7 einen elektromechanischen Wandler in 65 Alle möglichen Zusammensetzungen innerhalb des seiner Gesamtheit mit einem vorzugsweise scheiben- Systems
förmigen Körper 1 aus piezoelektrischer Keramik gemäß der Erfindung als wirksames Element bezeichnet. Pb(Sn₁₃Nb₂Z₃)O₃ — PbTiO, — PbZrO,

werden durch das trianguläre Diagramm, das die F i g. 2 der Zeichnung bildet, dargestellt. Einige Keramiken mit den durch das Diagramm dargestellten Zusammensetzungen weisen jedoch keine hohe Piezoelektrizität auf, und viele sind nur in einem unbedeutenden Maße elektromechanisch wirksam. Die vorliegende Erfindung betrifft Keramiken mit solchen Grundzusammensetzungen, die eine piezoelektrische Ansprechbarkeit von bemerkenswerter Größe aufweisen. Der Einfachheit halber wird der planare Kopplungskoeffizient (K_p) der Testscheiben als Maß für die piezoelektrische Wirksamkeit genommen. So zeigen in dem Bereich, der durch die Linien begrenzt ist, die die Punkte A, B, C, D und E des Diagramms von F i g. 2 verbinden, alle polarisierten und getesteten Massen einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 0,1 oder höher. Die Grundmassen in dem Bereich des Diagramms von F i g. 2, der durch die Linien begrenzt ist, die die Punkte F, G, H, /, J und K verbinden, weisen einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 0,5 oder höher auf. Die Molprozentgehalte von den drei Bestandteilen der Massen A, B, C, D, E, F, G, //, /, J und K sind folgende:

	Pb(Sn₁MNb₁₁₁)O,	PbTiO₃	PbZrO,
A	25,0	75,0
B	1,0	75,0	24,0
C	1.0	11,5	87,5
D	12,5		87,5
E	25,0		75,0
F	20,0	40,0	40,0
G	12,5	50,0	37.5
H	6,0	51,0	43.0
I	1,0	47,0	52,0
J	6,0	36.0	58,0
K	12,5	31.5	56.0

Die erfindungsgemäßen Keramiken können nach zahlreichen gut bekannten Verfahrensweisen hergestellt werden. Nach einem bevorzugten Verfahren jedoch, das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, ist die Verwendung von PbO oder Pb₃O₄, SnO,, SnO, Nb₁O₅, TiO₁, ZrO₁ und MnO₄ als Ausgangsstoffe vorgesehen.

Die Ausgangsstoffe, nämlich Bleioxid (PbO), Zinndioxid (SnO₁), Niobpentoxid (Nb_sO₅), Titandioxid (TiO₁), Zirkondioxid (ZrO₁) und MnO,, alle von relativ reiner Beschaffenheit (z. B. vom Reinheitsgrad »chemisch rein«), werden in einer mit Gummi ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliertem Wasser vermischt. Beim Vermählen des Gemisches muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß Verunreinigungen des Gemisches vermieden werden, die auf eine Abnutzung der Mahlkugeln oder -steine zurückzuführen sind. Dieses kann durch Verändern der Anteile an den Ausgangsstoffen verhindert werden, indem irgendeine Verunreinigung kompensiert wird.

Nach dem Naßmahlen wird das Gemisch getrocknet und durchmischt, um eine möglichst homogene Mischung sicherzustellen. Danach wird das Gemisch in geeigneter Weise mit einem Druck von 400 kg/cm² in die gewünschten Formen gebracht. Die Preßlinge werden dann durch Kalzinieren bei einer Temperatur von etwa 85O°C für etwa 2 Stunden einer Vorreaktion unterworfen.

Nach dem Kalzinieren läßt man das umgesetzte Material abkühlen. Das Material wird dann zu einer kleinen Teilchengröße naßvermahlen. Der MnO₁-Zusatz kann zu dem umgesetzten Material nach dem Kalzinieren der Ausgangsstoffe, die ursprünglich kein M nO₂ enthalten, zugefügt und dann das den MnO₁-Zusatz enthaltene umgesetzte Material zu einer kleinen

ίο Teilchengröße vermählen werden. Dabei sollte wiederum wie oben sorgfältig verfahren werden, um eine Verunreinigung durch ein Abnutzen der Mahlkugcln oder -steine zu vermeiden. Je nach Wahl und der gewünschten Form kann aus dem Material eine Mischung oder

)5 ein Schlamm gebildet werden, der oder die je nach dem einzelnen Fall zum Pressen, Gleitgießen oder Strangpressen nach auf dem Gebiet der Keramik üblichen Formgebungsverfahren geeignet ist. Die Proben, für die die Werte nachfolgend angegeben werden, wurden

»ο durch Mischen von 100 g vermahlenem vorgesintertem Gemisch mit 5 cm³ destilliertem Wasser hergestellt. Das Gemisch wurde dann zu Scheiben von 8 mm Durchmesser und 1 mm Dicke mit einem Druck von 700 kg/cm² gepreßt. Die gepreßten Scheiben wurden bei 1210 bis 1310T 45 Minuten lang gebrannt. Nach der Erfindung ist es nicht erforderlich, die Masse in einer PbO-Atmosphäre zu brennen. Darüber hinaus ist es nicht nötig, in dem Brennofen ein besonderes Temperaturgefälle einzuhalten, wie es bei den früheren Verfahren erforderlich war. Es können daher nach der Erfindung einheitliche und ausgezeichnete piezoelektrische Keramikerzeugnisse auf bequeme Weise erhalten werden, und zwar einfach durch Abdecken der Proben während des Brennens mit einem Aluminiumoxidtiegel.

Die gesinterten Keramiken werden auf beiden Oberflächen bis zu einer Dicke von 0,5 mm geschliffen. Die geschliffenen Oberflächen der Scheiben werden dann mit einem Silberanstrich überzogen und gebrannt, wo-

durch Silberelektroden ausgebildet werden. Schließlich werden die Scheiben polarisiert, während sie in ein Bad aus Silikonöl von 100⁰C eingetaucht werden. Ein Spannungsgradient von 4 kV Gleichspannung je mm wurde eine Stunde lang eingestellt, und die Scheiben wurden dann innerhalb von 30 Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt (fieldcooled).

Die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften der polarisierten Proben wurden bei 20° C, einer relativen Feuchtigkeit von 50°/₀ und einer Fre-

quenz von 1 Kilohertz gemessen. Beispiele für die erfindungsgemäßen besonderen Keramiken und verschiedene sachdienliche elektromechanische und dielektrische Eigenschaften dieser Keramiken sind in Tabelle I aufgeführt. Aus Tabelle 1 ist gut ersichtlich, daß alle als Beispiele angegebenen Keramiken, die durch MnO₂-Zusatz modifiziert sind, durch einen sehr hohen mechanischen Gütefaktor und einen hohen planaren Kopplungskoeffizienten ausgezeichnet sind, wobei alle diese Eigenschaften für den Gebrauch von piezoelektrischer Keramik auf dem Gebiet der Keramik fi 1 ter, pi ezoelektrischen Transformatoren und Ultraschall-Wandler bedeutungsvoll sind. Es ist offensichtlich, daß die durch MnO₂-Zusatz modifizierte Keramik eine wesentliche Verbesserung bezüglich des mechanisehen Gütefaktors (0Af) im Vergleich mit dem der nicht modifizierten Keramik aufweisen. Zum Beispiel hat diese Keramik einen Q_M von etwa 200 oder weniger.

	Molprozcnt der	7	1	1'bZrO,	940 974 L	V	24	8	kocffizient A'„	mechanischer
	Vb(Sn₁₁₃Nb₂Z₁)O.,			51.0					0.50	Gütefaktor Qm
	3.0			48.0	Tabelle I		Stunden nach dem Polen	0.54	340
	6.0		49,0		Diclektrizitäts- j planarcr Kopplungs-	0.62	400
Probe	6,0	Griindzi'samincnsel/.ung	37.5		konstamc r	0,52	1550
Nr.	12.5	! PbTiO,	43.0		556		730
1	12.5	46.0	44.0		10X9		1120
2	12.5	46,0	44.0		1120		350
3	12.5	45,0	44.0		837		990
4	12.5	: 50,0	62.5		1159		490
5	12.5	44.5	37.5		1494		2000
6	25.0	43.5		973	0,60	1910
7		i 43.5		768	0.57
8	43.5		484	i 0.56
9	25.0		899
10	37.5
	MnO₁-	! 0.40
	Zusatz	ι 0.43
	Gewichts prozent	! 0.47
	0.5
0,2
0,5
0,5
0.5
0,2
1.0
3.0
0.5
0,5

Die Grundmasscn der vorstehenden Beispiele werden in dem Diagramm von F i g. 2 durch die entsprechend bezifferten Punkte angezeigt.

Aus vorstehender Tabelle I ist ersichtlich, daß die Werte für den mechanischen Gütefaktor, den planaren Kopplungskocffizicnlcn und die Dielektrizitätskonstante durch Wahl der Grundzusammensctzung und der Menge des MnO.₂-Zusatzes verändert werden können, so daß sich die Werte den verschiedenen Anwendungen anpassen.

Aus Tabelle 11 ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramiken eine starke Konstanz hinsichtlich der Resonanzfrequenz innerhalb einer großen Temperaturspanne aufweisen und daß diese Keramiken eine starke Konstanz hinsichtlich des mechanischen Gütefaktors (Qm) innerhalb eines Temperaturbereichs von 30 bis 110 C besitzen.

Tabelle Il

Probe Nr.	Qs, -TC, »/,	/V-T-C, Υ,
1	5.4	0.334
2	12.5	0.231
3	23.2	0.361
4	27.7	0.192
5	15.3	0.017
6	6.6	0.038
7	10.4	0.204
8	20.8	0.351
9	5,0	0.361
10	24.1	0.274

stande zu bringen. Für einen solchen Einsatz der Keramiken ist es vorteilhaft, wenn die piezoelektrische Keramik eine starke Konstanz hinsichtlich der Resonanzfrequenz und des mechanischen Gütefaktors innerhalb einer großen Temperaturspannc und sehr hohe mechanische Gütefaktoren und hohe elektromechanischc Kopplungskoeffizienten aufweist, damit der piezoelektrische Transformator, der in einer Fcrnsehanlage usw. benutzt wird, hinsichtlich der Spannungs- und Stromlcistung eine große Konstanz mit der Temperatur besitzt.

Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramiken weisen hohe elcktromechanische Kopplungskoeffizicnten auf. Daher sind die erfindungsgemäßen Keramiken auch zur Anwendung in elektromechanischen Wandlerelementen, wie Tonabnehmern, Mikrophonen und Spannungsgcncratorcn in Ziindstromanlagcn geeignet.

Bei Keramiken, die mehr als 5 Gewichtsprozent MnOj-Zusatz enthalten, ist der mechanische Gütefaktor relativ gering und der planare Kopplungskoeffizient niedrig.

Keramiken, die weniger als 0.1 Gewichtsprozent MnO₂-Zusatz enthalten, weisen einen geringen mechanischen Gütefaktor auf. Aus diesen Gründen gehört eine derartige Keramik nicht zu den erfindungsgemäßen Keramiken.

Außer den oben beschriebenen überlegenen Eigenschaften stellen die erfindungsgemäßen Keramiken solche mit guter physikalischer Qualität und mit guter Polarisierbarkcit dar. Aus vorstehendem ergibt sich, daß die ternäre feste Lösung

Pb(Sn₁

₃ — PbTiO₃ — PbZrO₃,

Qm— T-C ist die Änderung des mechanischen Gütefaktors (Qm) in dem Bereich von 30 bis 110^ΛΓ. /r — T- C ist die Änderung der Resonanzfrequenz(J _r) innerhalb des Bereichs von 30 bis HO'C.

Diese Eigenschaften sind für den Gebrauch der piezoelektrischen Keramik bei einem Einsatz als piezoelektrische Transformatoren und Filter usw. wichtig. Der Ausdruck »piezoelektrischer Transformator¹ wird hier benutzt, um eine Einrichtung für die passive elektrische Energieübertragung oder einen Wandler zu beschreiben, der die piezoelektrischen Eigenschaften des Stoffes, aus dem er besteht, benutzt, um eine Transformicrung von Spannung. Strom oder Impedanz zudie mit dem MnO₂-Zusatz in den speziellen Anteilen modifiziert ist. ausgezeichnete piezoelektrische Keramikkörper bildet.

Obwohl die zur Zeit als bevorzugt angesehenen Ausführungsformen der Erfindung oben erläutert worden sind, ist es selbstverständlich, daß bei diesen Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Die Ansprüche sollen daher alle derartigen Änderungen und Abwandlungen erfassen, sofern diese zu dem tatsächlichen Inhalt und Umfang der Erfindung gehören.

Hierzu 1 Blatt Zcichnuneen

409 649/286

Claims

I 94Q974 lungskoeffizienten und starke Konstanz hinsichthch Patentansprüche: der Resonanzfrequenz und des mechanischen Gute-

1. Piezoelektrische Keramik, bestehend aus einer faktors innerhalb einer großen ^mperaturspanne

g-SnÄÄÄS det

PbiSn^Nb^^T^Zr.Oa, ⁵ „^ _sind die die Punkte A, B, C, D und E und die

dadurch gekennzeichnet, daß in der ^^^,ΛΓ,/,/undXdesDiagmmmsvonFig^ Formel χ = ofoiO bis 0,250, y = 0 bis 0,750 und verbinden, und die außerdem 0,1 bis 5 /, MnO₈ ent-