DE19922955C2 - Piezoelektrische Keramikzusammensetzung - Google Patents
Piezoelektrische KeramikzusammensetzungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung
und insbesondere eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die geeignet
ist als Material zur Herstellung von piezoelektrischen keramischen Elementen wie
piezoelektrischen keramischen Filtern und piezoelektrischen keramischen Oszillato
ren.
Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend Bleititanatzirconat
(Pb(TixZr1-x)O3) oder Bleititanat (PbTiO3) enthalten, werden weithin verwendet zur
Herstellung von piezoelektrischen keramischen Elementen wie piezoelektrischen
keramischen Filtern und piezoelektrischen keramischen Oszillatoren. Piezoelektri
sche Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend Bleititanatzirconat oder Bleiti
tanat enthalten, werden im allgemeinen unter Verwendung von Bleioxiden herge
stellt, die zu einer Verringerung der Homogenität von Produkten infolge der Ver
dampfung von Bleioxiden führen. Im Gegensatz dazu enthalten piezoelektrische
Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend eine durch die Formel (Sr1-
xMx)Bi2Nb2O9 dargestellte schichtförmige Bismutverbindung enthalten, kein Bleioxid
und führen daher nicht zu dieser Art von Problem.
Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend eine schichtförmige
Bismutverbindung enthalten, besitzen jedoch einen kleinen elektromechanischen
Kopplungskoeffizienten kt und wurden daher in der Praxis noch nicht sehr
viel verwendet.
Angesichts des obigen Sachverhalts haben die hier auftretenden Erfinder sorgfäl
tige Untersuchungen durchgeführt, um den elektromechanischen Kopplungs
koeffizienten kt einer vorwiegend eine schichtförmige Bismutverbindung enthal
tenden piezoelektrischen Keramikzusammensetzung zu verbessern, um auf diese
Weise eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung bereitzustellen, die bei
Verwendung als Material zur Herstellung von piezoelektrischen keramischen Ele
menten einen für praktische Zwecke akzeptablen elektromechanischen Kopp
lungskoeffizienten kt besitzt (mehr als 10%).
Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfin
dung enthält eine Keramikverbindung und Mangan, wobei die Keramikverbindung
als primärer Bestandteil dient und dargestellt wird durch die Formel (Sr1-
xMx)Bi2Nb2O9, wobei M ein zweiwertiges Metallelement darstellt und x der Glei
chung 0 ≦ x ≦ 0,3 genügt und das Mangan in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder
weniger (wobei 0 ausgenommen ist) enthalten ist, wenn es auf MnCO3 reduziert
ist. Der obengenannte Parameter x ist auf 0-0,3 begrenzt, denn wenn x außer
halb dieses Bereichs liegt, ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht zu
spüren und man kann keinen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt er
halten, der die piezoelektrische Keramikzusammensetzung von praktischem Nut
zen sein läßt. Die Menge an Mangan ist auf 1,0 Gew.-% oder weniger (wobei 0
ausgenommen ist) begrenzt, wenn es auf MnCO3 reduziert ist, denn wenn der
Mangangehalt außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, kann man keine polari
sierbare Keramik erhalten.
Außerdem ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung besonders hervorragend,
wenn M in der Formel wenigstens ein Element darstellt, das ausgewählt ist aus Ca
und Ba. Ca und Ba können beide als M enthalten sein.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der
Erfindung besser verständlich.
Die vorliegende Erfindung wird nun näher beschrieben.
Eine Vielzahl von piezoelektrischen Keramikproben wurde nach dem folgenden
Verfahren hergestellt.
Die Ausgangsmaterialien SrO, Bi2O3, Nb2O5, CaO, BaO und MnCO3 wurden bereit
gestellt und abgewogen, so daß man eine Verbindung der Formel (Sr1-
xMx)Bi2Nb2O9 erhielt, wobei M ein zweiwertiges Metallelement darstellt und x der
Gleichung 0 ≦ x ≦ 0,3 genügt. Dann wurde für etwa vier Stunden mit Hilfe einer Ku
gelmühle eine Naßaufbereitung durchgeführt. Die daraus resultierende Mischung
wurde getrocknet, dann bei 700-900°C calciniert. Anschließend wurde die getrock
nete Mischung grob zerkleinert, mit einer entsprechenden Menge eines organi
schen Bindemittels vier Stunden mit Hilfe einer Kugelmühle naßgemahlen und
durch ein Sieb der Maschengröße 40, also ein Sieb mit 40 Löchern pro 6,4516 cm2,
geleitet, um auf diese Weise die Teilchengröße des gemahlenen Pulvers zu regulie
ren. Anschließend wurde das in der Teilchengröße regulierte Pulver mit 980 bar zu
einer Scheibe mit einem Durchmesser von 12,5 mm und einer Dicke von 1 mm
geformt, und die Scheibe wurde in Luft gebrannt, um so eine Keramikscheibe her
zustellen. Nachdem auf den Oberflächen (beiden Hauptflächen) der Keramikschei
be Silberelektroden ausgebildet wurden, indem man nach einem herkömmlichen
Verfahren eine Silberpaste auftrug und brannte, wurde die Scheibe durch Anlegen
einer Gleichspannung von 5-20 kV/mm für 10-30 Minuten in einem 150°C-200°C
heißen Isolieröl einer Polarisationbehandlung unterzogen, um auf diese Weise eine
als Probe dienende piezoelektrische Keramik zu erhalten. An der Probe wurden die
Dichte, der spezifische Widerstand und der elektromechanische Kopplungskoeffi
zient kt gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, besitzt jede der Proben Nr. 2, 3, 4, 7, 8, 11, 12,
16 und 19, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, einen verbesserten
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt im Vergleich zu den Proben Nr. 1,
5, 6, 9, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 20 und 21, die außerhalb des Rahmens der vorlie
genden Erfindung liegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der elektromechanische Kopplungs
koeffizient kt der vorwiegend eine schichtförmige Bismutverbindung enthaltenden
piezoelektrischen Keramikzusammensetzung verbessert werden, und eine piezo
elektrische Keramikzusammensetzung, die geeignet ist als Material für piezoelek
trische keramische Elemente wie piezoelektrische keramische Filter und piezo
elektrische keramische Oszillatoren, kann vorteilhaft hergestellt werden.
Claims (2)
1. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung umfassend als primären Be
standteil eine (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9-Keramikverbindung sowie Mangan, wobei M
ein zweiwertiges Metallelement darstellt, nämlich wenigstens ein Element, das
ausgewählt ist aus Ca, Ba, Mg, Pb und Cd, und x der Gleichung 0 ≦ x ≦ 0,3
genügt, wobei das Mangan in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger, be
zogen auf MnCO3 in der Ausgangsmischung, enthalten und 0 Gew.-% ausge
nommen ist.
2. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der M in
der Formel wenigstens ein Element ist, das ausgewählt ist aus Ca und Ba.
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