DE19964233C2 - Piezoelektrische keramische Zusammensetzung - Google Patents
Piezoelektrische keramische ZusammensetzungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung gibt eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung zur Hand, die vorwiegend eine durch folgende Formel dargestellte Zusammensetzung umfaßt: DOLLAR A (1 - n) (K¶1-x-y¶Na¶x¶Li¶y¶)¶m¶(Nb¶1-z¶Ta¶z¶)O¶3¶ - nM1M2M3O¶3¶, DOLLAR A wobei M1 für ein dreiwertiges Metallelement steht; M2 für ein einwertiges Metallelement steht; M3 für ein vierwertiges Metallelement steht und x, y, z, m und n die folgenden Bedingungen erfüllen: x 0,9; 0,02 y 0,3; 0,75 x + y; 0 z 0,3; 0,98 m 1,0 und 0 < n 0,05.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische keramische Zusammenset
zung, insbesondere eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung, die als
Material für piezoelektrische keramische Elemente, beispielsweise piezoelektrische
Keramikfilter und piezoelektrische Keramikoszillatoren, verwendbar ist.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzungen, die vorwiegend Bleititanatzir
conat (Pb(TixZr1-x)O3) oder Bleititanat (PbTiO3) enthalten, haben breite Anwendung
bei piezoelektrischen keramischen Elementen, wie zum Beispiel piezoelektrischen
Keramikfiltern, gefunden. Die JP-A-06211523 offenbart eine derartige piezoelektri
sche keramische bleititanatzirconathaltige Zusammensetzung. Bei dem Herstel
lungsschritt für diese Arten von piezoelektrischen keramischen Zusammensetzun
gen wird im allgemeinen Bleioxid verwendet. Die Verdampfung von Bleioxid bewirkt
jedoch eine verschlechterte Homogenität der Eigenschaften der hergestellten Ele
mente.
Piezoelektrische keramische Zusammensetzungen, die vorwiegend Kaliumnatrium
lithiumniobat, dargestellt durch eine Formel wie (K1-x-yNaxLiy)NbO3, enthalten, füh
ren dagegen nicht zu dem oben genannten Problem, da sie kein Bleioxid enthalten.
Aus der U.S. 5,637,542 sind bleioxidfreie piezoelektrische keramische Zusammen
setzungen bekannt, die aus einem Binärsystem mit den Komponenten
(Bi1/2Na1/2)TiO3 und NaNbO3 bestehen. Das Bismutnatriumtitanat stellt ein ferro
elektrisches Material mit einer Curietemperatur von 320°C dar. Es liegt in einer tri
gonalgen Kristallstruktur vor. Die weitere Komponente Natriumniobat ist ein antifer
roelektrisches Material mit orthorombischer Perovskitstruktur.
Einige derartige Kaliumnatriumlithiumniobat enthaltende Zusammensetzungen, wie
sie beispielsweise aus der JP-A-07232923 bekannt sind, weisen einen hohen
elektromechanischen Kopplungsfaktor KP auf und werden als vielversprechende
Materialien für die Herstellung piezoelektrischer keramischer Elemente, wie bei
spielsweise piezoelektrische Keramikfilter und piezoelektrische Keramikoszillatoren,
betrachtet.
Die vorwiegend Kaliumnatriumlithiumniobat enthaltenden piezoelektrischen kerami
schen Zusammensetzungen weisen jedoch eine relative Dielektrizitätskonstante
auf, die niedriger als die von Bleititanatzirconat oder Bleititanat ist. Wenn sie als
Materialien für piezoelektrische keramische Elemente, wie zum Beispiel piezoelek
trische Keramikfilter und piezoelektrische Keramikoszillatoren verwendet werden,
ist daher die Impedanzanpassung mit einem die keramischen Elemente enthalten
den Stromkreis mangelhaft und der Stromkreisaufbau wird manchmal schwierig.
Wenn eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung in einem Hochfre
quenzbereich verwendet wird, kommt es zu folgenden Problemen. Da beispielswei
se eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung, die vorwiegend Bleitita
natzirconat enthält, im allgemeinen eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante (ca.
1.000-2.000) aufweist, nimmt die Impedanz in einem Hochfrequenzbereich von
beispielsweise über 100 MHz ab, was deren Verwendung in einem Hochfrequenz
bereich schwierig macht.
Vorwiegend Bleititanat (PbTiO3) enthaltende piezoelektrische keramische Zusam
mensetzungen dagegen weisen im allgemeinen eine relative Dielektrizitätskon
stante von ca. 200 auf, die niedriger als die der obigen vorwiegend Bleititanatcirco
nat enthaltenden piezoelektrischen keramischen Zusammensetzungen ist. Daher
sind die Bleititanat (PbTiO3) enthaltenden Zusammensetzungen bekanntermaßen
in einem Hochfrequenzbereich zweckmäßig. Eine noch niedrigere relative Dielektri
zitätskonstante ist jedoch in Anbetracht der Verwendung in einem höheren Hoch
frequenzbereich erwünscht. Die JP-A-05058634 offenbart einen Bleititanat enthal
tenden Film, der bei geringen Temperaturen ohne Nachbehandlung auf einem Ba
sismaterial aufgebracht werden kann.
Weiterhin weisen vorwiegend Bleititanatcirconat oder Bleititanat enthaltende piezo
elektrische keramische Zusammensetzungen eine Resonanzfrequenz der Schwin
gung in einer Stärkenrichtung von nur ca. 2.000-2.500 Hz.m auf. Wenn daher eine
derartige piezoelektrische keramische Zusammensetzung zur Ausbildung eines
Schwingungserregers zu einer dünnen Platte verarbeitet wird, muß der Schwin
gungserreger in einem beschränkten Frequenzband verwendet werden.
Einige der piezoelektrischen keramischen Verbindungen, die vorwiegend Kalium
natriumlithiumniobat, dargestellt durch eine Formel wie (K1-x-yNaxLiy)NbO3, enthal
ten, besitzen dagegen eine Resonanzfrequenz der Schwingung in einer Stärken
richtung von nur ca. 3.000 bis 3.500 Hz.m und eine relative Dielektrizitätskonstante
von ca. 100, die niedriger als die von Bleititanat ist. Daher werden einige der Zu
sammensetzungen bekanntermaßen als Material verwendet, das in Anbetracht sei
ner Verwendung in einem Hochfrequenzbereich vorteilhaftere Eigenschaften als
Bleititanatcirconat oder Bleititanat hat.
Die vorwiegend Kaliumnatriumlithiumniobat enthaltenden piezoelektrischen kerami
schen Zusammensetzungen weisen jedoch einen hohen temperaturabhängigen
Faktor der Resonanzfrequenz der Schwingung in einer Stärkenrichtung von etwa
150-300 ppm auf (dieser Faktor wird als fr-TC bezeichnet und steht für eine wich
tige Eigenschaft eines Materials für piezoelektrische Keramikfilter und piezoelektri
sche Keramikoszillatoren). Daher finden die piezoelektrischen keramischen Zu
sammensetzungen verglichen mit Beititanatcironat, Bleititanat, etc., noch keine
breite Anwendung in der Praxis.
Der oben beschriebene temperaturabhängige Faktor der Resonanzfrequenz der
Schwingung in einer Stärkenrichtung, dargestellt durch fr-TC, wird anhand folgen
der Gleichung berechnet:
fr-TC = (frmax - frmin)/(fr20.100)
wobei frmax für eine maximale Resonanzfrequenz der Schwingung in einer Stärken
richtung innerhalb eines Temperaturbereichs von -20°C bis +80°C, frmin für eine
minimale Resonanzfrequenz der Schwingung in einer Stärkenrichtung innerhalb
eines Temperaturbereichs von -20°C bis +80°C und fr20 für eine Resonanzfrequenz
der Schwingung in einer Stärkenrichtung bei 20°C steht.
Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bemühen, die oben erwähnten Probleme
mit vorwiegend Kaliumnatriumlithiumniobat enthaltenden piezoelektrischen kerami
schen Zusammensetzungen zu lösen, verwirklicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine piezoelektri
sche keramische Zusammensetzung zur Hand zu geben, bei der der tempera
turabhängige Faktor der Resonanzfrequenz, dargestellt durch fr-TC, günstig ist,
d. h. bei 100 ppm oder weniger liegt, und die relative Dielektrizitätskonstante bei 180
oder weniger liegt, und wobei die Zusammensetzung in einem Hochfrequenzbe
reich und unter einer Bedingung, daß der temperaturabhängige Faktor der Reso
nanzfrequenz der Schwingung in einer Stärkenrichtung bei 3.000 Hz.m oder höher
liegt, zweckmäßig verwendet wird.
In einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektri
sche keramische Zusammensetzung vorgesehen, die vorwiegend eine durch die
folgende Formel dargestellte Zusammensetzung umfaßt:
(1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3 - nM1M2M3O3
wobei M1 für ein dreiwertiges Metallelement steht; M2 für ein einwertiges Metalle
lement steht; M3 für ein vierwertiges Metallelement steht und x, y, z, m und n die
folgenden Bedingungen erfüllen: x ≦ 0,9; 0,02 ≦ y ≦ 0,3; 0,75 ≦ x + y; 0 ≦ z ≦ 0,3;
0,98 ≦ m ≦ 1,0 und 0 ≦ n ≦ 0,05.
M1 ist vorzugsweise Bi, M2 mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus K, Na
und Li ausgewähltes Element und M3 mindestens ein aus der Gruppe bestehend
aus Ti, Zr, Sn und Hf gewähltes Element.
Nach der Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung kann eine piezo
elektrische keramische Zusammensetzung mit ausgezeichneten Eigenschaften,
z. B. einem temperaturabhängigen Faktor der Resonanzfrequenz, dargestellt durch
fr-TC, von 100 ppm oder weniger und einem Curie-Punkt von über 200°C verwirk
licht werden, wobei die Zusammensetzung in einem Hochfrequenzbereich und un
ter den Bedingungen, daß die relative Dielektrizitätskonstante bei 180 oder darunter
liegt und der temperaturabhängige Faktor der Resonanzfrequenz der Schwingung
in einer Stärkenrichtung bei 3.000 Hz.m oder höher liegt, zweckmäßig verwendet
wird.
Durch die Verwendung der piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung nach
der vorliegenden Erfindung werden pie
zoelektrische keramische Elemente, wie beispielsweise piezoelektrische Keramik
filter und piezoelektrische Keramikoszillatoren, vorteilhaft hergestellt.
Wie oben beschrieben umfaßt die erfindungsgemäße piezoelektrische keramische
Zusammensetzung vorwiegend eine durch die folgende Formel dargestellte Zu
sammensetzung:
(1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3 - nM1M2M3O3
Unter Bezug auf die erste Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend die Gründe beschrieben, warum die Parameter auf die genannten
Bereiche beschränkt sind.
x und y sind derart beschränkt, daß 0,1 ≦ x und y ≦ 0,3 sind. Wenn x und y außer
halb dieser Bereiche fallen, sind die gesinterten Produkte nicht zufriedenstellend. x
+ y ist derart beschränkt, daß x + y < 0,75 ist. Wenn x + y gleich 0,75 oder mehr ist,
sinkt der durch KP dargestellte elektromechanische Kopplungsfaktor auf unter 25%,
was somit zu Schwierigkeiten bei der Anwendung der Zusammensetzung bei einem
Material für piezoelektrische Keramikfilter, piezoelektrische Keramikoszillatoren,
etc. führt.
z ist derart beschränkt, daß 0 ≦ z ≦ 0,3 ist. Wenn z außerhalb dieses Bereiches fällt,
sinkt der Curie-Punkt auf 200°C oder darunter, was ein Problem hinsichtlich der
Abweichung der Eigenschaften bei einer Temperaturänderung der Elemente führt,
die aus der erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung
gebildet werden.
m ist derart beschränkt, daß 0,98 ≦ m ≦ 1,0 ist. Wenn m außerhalb des Bereichs
fällt, ist die Polarisationsbehandlung einer gebrannten piezoelektrischen kerami
schen Zusammensetzung schwierig.
n ist derart beschränkt, daß 0 < n < 0,1 ist. Wenn n gleich 0,1 oder größer ist, sinkt
der durch KP dargestellte elektromechanische Kopplungsfaktor auf unter 25%, was
somit zu Schwierigkeiten bei der Anwendung der Zusammensetzung auf einem
Material für piezoelektrische Keramikfilter, piezoelektrische Keramikoszillatoren,
etc. führt.
Unter Bezug auf die zweite Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend die Gründe beschrieben, warum die Parameter auf die genannten
Bereiche beschränkt sind.
x und y sind derart beschränkt, daß x ≦ 0,9 und 0,2 ≦ y ≦ 0,3 sind. Wenn x und y
außerhalb dieser Bereiche fallen, sind die gesinterten Produkte nicht zufriedenstel
lend. Der Wert x + y ist derart beschränkt, daß 0,75 ≦ x + y ist. Wenn x + y kleiner
als 0,75 ist, liegt die relative Dielektrizitätskonstante bei über 180, so daß der Vor
teil der Anwendung der Zusammensetzung in einem Hochfrequenzbereich verloren
geht.
z ist derart beschränkt, daß 0 ≦ z ≦ 0,3 ist. Wenn z außerhalb dieses Bereiches fällt,
sinkt der Curie-Punkt auf 200°C oder darunter, was ein Problem hinsichtlich der
Abweichung der Eigenschaften bei einer Temperaturänderung der Elemente führt,
die aus der erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung
gebildet werden.
m ist derart beschränkt, daß 0,98 ≦ m ≦ 1,0 ist. Wenn m außerhalb des Bereichs
fällt, ist die Polarisationsbehandlung einer gebrannten piezoelektrischen kerami
schen Zusammensetzung schwierig.
n ist derart beschränkt, daß 0 < n ≦ 0,05 ist. Ist n größer als 0,05, sinkt der Curie-
Punkt auf 200°C oder darunter, was ein Problem hinsichtlich der Abweichung der
Eigenschaften bei einer Temperaturänderung der Elemente führt, die aus der erfin
dungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung gebildet wer
den.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend eingehend anhand von Beispielen be
schrieben, die nicht als Einschränkung der Erfindung hierauf ausgelegt werden
sollten.
K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Ta2O5, Bi2O3, TiO2 und ZrO2 wurden als Aus
gangsrohmaterialien vorgesehen und wurden so abgewogen, daß sie Zusammen
setzungen der in Tabelle 1 gezeigten Formel (1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3-
nM1M2M3O3 bildeten. Die Ausgangsmaterialien wurden für jede Probe etwa vier
Stunden lang in Alkohol unter Verwendung einer Kugelmühle naß aufbereitet und
die sich ergebende Mischung wurde getrocknet, dann bei 700-900°C kalziniert.
Anschließend wurde die getrocknete Mischung grob zerkleinert, vier Stunden lang
unter Verwendung einer Kugelmühle mit einer geeigneten Menge eines organi
schen Bindemittels naßvermahlen und durch ein Sieb mit Maschenweite 40 pas
siert, um so die Partikelgröße des gemahlenen Pulvers einzustellen.
Anschließend wurde das Pulver mit eingestellter Partikelgröße bei 1.000 kg/cm2 zu
einer Scheibe mit einem Durchmesser von 12 mm und mit einer Stärke von 1,2 mm
geformt, und die Scheibe wurde bei 1.050°C-1.300°C mittels eines üblichen
Brennverfahrens gebrannt, um so eine Keramikscheibe zu bilden. Anschließend
wurden auf beiden Seiten der keramischen Scheibe Silberelektroden durch Auftra
gen und Brennen der Silberpaste mittels üblicher Verfahren gebildet. Die Scheibe
wurde durch Anlegen einer Gleichstromspannung von 2-10 kV/mm über 10-30
Minuten in einem 50°C-150°C heißen Isolieröl einer Polarisationsbehandlung un
terzogen, um so eine als Probe dienende piezoelektrische Keramikscheibe zu er
halten.
Die relative Dielektrizitätskonstante, der durch KP dargestellte elektromechanische
Kopplungsfaktor und der Curie-Punkt wurden für die erhaltenen Proben gemessen.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
In Tabelle 1 fallen die mit * gekennzeichneten Proben außerhalb des Umfangs der
vorliegenden Erfindung.
In Tabelle 1 weisen die Proben, die alle folgenden Bedingungen: 0,1 ≦ x; y ≦ 0,3; x
+ y < 0,75; 0 ≦ z ≦ 0,3; 0,98 ≦ m ≦ 1,0 und 0 < n < 0,1 erfüllen, ausgezeichnete Ei
genschaften auf. Kurz gesagt besitzen alle erfindungsgemäßen Proben (die nicht
mit * gekennzeichnet sind) eine relative Dielektrizitätskonstante von 1.000 oder hö
her, einen durch KP dargestellten elektromechanischen Kopplungsfaktor von 25%
oder mehr und einen Curie-Punkt von über 200°C.
Die Proben Nr. 14 und 15, die weder die Bedingung 0,1 × noch die Bedingung y ≦
0,3 erfüllen, weisen dagegen eine mangelhafte Sinterfähigkeit auf.
Probe Nr. 1, die die Bedingung 0,1 ≦ x oder y ≦ 0,3 erfüllt und die Bedingung x + y
< 0,75 nicht erfüllt, besitzt einen durch KP dargestellten elektromechanischen
Kopplungsfaktor von 21%. Probe Nr. 1 besitzt auch eine relative Dielektrizitätskon
stante von 930. Wie durch die Daten gezeigt wird, erreicht Probe Nr. 1 nicht die
relative Dielektrizitätskonstante von 1.000 oder höher und auch nicht den durch KP
dargestellten elektromechanischen Kopplungsfaktor von 25% oder mehr.
Probe Nr. 32, die nicht die Bedingung 0,1 ≦ z ≦ 0,3 erfüllt, besitzt einen Curie-Punkt
von 180°C und erreicht somit nicht einen Curie-Punkt von über 200°C.
Probe Nr. 37, die nicht die Bedingung 0,98 ≦ m ≦ 1,0 erfüllt, erreicht nicht die wün
schenswerte Polarisation.
Von den Proben, die nicht die Bedingung 0 < n < 0,1 erfüllen, weisen Proben Nr. 5,
9, 13, 19, 23, 27, 31, 36, 40 und 43 mit n gleich 0,1 oder größer einen durch KP
dargestellten elektromechanischen Kopplungsfaktor von unter 25% auf und Proben
Nr. 2, 6, 10, 16, 20, 24, 28 und 33 mit n gleich 0 erreichen keine relative Dielektri
zitätskonstante von 1.000 oder mehr.
In Beispiel 1 wurde Bi als M1 verwendet; Na oder Li wurde als M2 verwendet und Ti
oder Zr wurde als M3 verwendet. Die Erfinder bestätigten jedoch, daß gleichwertige
Wirkungen erzielt werden können, wenn K als M2 und Sn und/oder Hf als M3 ver
wendet werden. Es können auch andere dreiwertige Metalle, einwertige Metalle
und vierwertige Metalle jeweils als M1, M2 bzw. M3 verwendet werden.
Wie durch dieses Beispiel vorgeführt, gibt die erste Erscheinungsform der vorlie
genden Erfindung eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung zur Hand,
die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist; d. h. eine verbesserte relative Dielektri
zitätskonstante von 1.000 oder mehr, einen durch KP dargestellten elektromechani
schen Kopplungsfaktor von 25% oder mehr und einen Curie-Punkt von über 200°C.
Daher werden durch die Verwendung der piezoelektrischen keramischen Zusam
mensetzung nach der ersten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung piezo
elektrische keramische Elemente, wie beispielsweise piezoelektrische Keramikfilter
und piezoelektrische Keramikoszillatoren, vorteilhaft hergestellt.
K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Ta2O5, Bi2O3, TiO2 und ZrO2 wurden als Aus
gangsrohmaterialien vorgesehen und wurden so abgewogen, daß sie Zusammen
setzungen der in Tabellen 2 und 3 gezeigten Formel (1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3
- nM1M2M3O3 bildeten. Die Ausgangsmaterialien wurden für jede Probe
etwa vier Stunden lang in Alkohol unter Verwendung einer Kugelmühle naß aufbe
reitet und die sich ergebende Mischung wurde getrocknet, dann bei 700-900°C
kalziniert. Anschließend wurde die getrocknete Mischung grob zerkleinert, vier
Stunden lang unter Verwendung einer Kugelmühle mit einer geeigneten Menge
eines organischen Bindemittels naßvermahlen und durch ein Sieb mit Maschen
weite 40 passiert, um so die Partikelgröße des gemahlenen Pulvers einzustellen.
Anschließend wurde das Pulver mit eingestellter Partikelgröße bei 1.000 kg/cm2 zu
einer Scheibe mit einem Durchmesser von 12 mm und mit einer Stärke von 1,2 mm
geformt, und die Scheibe wurde bei 1.050°C-1.300°C mittels eines üblichen
Brennverfahrens gebrannt, um so eine Keramikscheibe zu bilden. Anschließend
wurden auf beiden Seiten der Keramikscheibe Silberelektroden durch Auftragen
und Brennen der Silberpaste mittels üblicher Verfahren gebildet. Die Scheibe wurde
durch Anlegen einer Gleichstromspannung von 2-10 kV/mm über 10-30 Minuten
in einem 50°C-150°C heißen Isolieröl einer Polarisationsbehandlung unterzogen,
um so eine als Probe dienende piezoelektrische Keramikscheibe zu erhalten.
Die relative Dielektrizitätskonstante, der durch Kt dargestellten elektromechanische
Kopplungsfaktor bei Schwingung in einer Stärkenrichtung, die durch N dargestellte
Resonanzfrequenzkonstante der Schwingung in einer Stärkenrichtung, der durch fr-
TC dargestellte temperaturabhängige Faktor der Resonanzfrequenz der Schwin
gung in einer Stärkenrichtung und der Curie-Punkt wurden für die in Tabelle 2 und
3 gezeigten erhaltenen Proben gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 und
5 gezeigt.
In den Tabellen 2 bis 5 fallen die mit * gekennzeichneten Proben außerhalb des
Umfangs der vorliegenden Erfindung.
In den Tabellen 2 und 3 weisen die Proben, die alle folgenden Bedingungen: x ≦
0,9; 0,02 ≦ y ≦ 0,3; 0,75 ≦ x + y; 0 ≦ z ≦ 0,3; 0,98 ≦ m ≦ 1,0 und 0 ≦ n 0,05 erfül
len, ausgezeichnete Eigenschaften auf. Kurz gesagt besitzen alle in den Tabellen 4
und 5 gezeigten erfindungsgemäßen Proben (die nicht mit * gekennzeichnet sind)
eine relative Dielektrizitätskonstante von 180 oder weniger, eine Resonanzfre
quenzkonstante der Schwingung in einer Stärkenrichtung von 3.000 Hz.m oder
mehr, einen temperaturabhängigen Faktor der Resonanzfrequenz von 100 ppm
oder weniger und einen Curie-Punkt von über 200°C.
Die Proben Nr. 101, 119 und 132 dagegen, die weder die Bedingung x ≦ 0,9 noch
die Bedingung 0,02 ≦ y ≦ 0,3 erfüllen, weisen dagegen eine mangelhafte Sinterfä
higkeit auf.
Probe Nr. 145, die nicht die Bedingung 0,75 ≦ x + y erfüllt, besitzt eine relative Die
lektrizitätskonstante von 210 und erreicht somit nicht eine relative Dielektrizitäts
konstante von 180 oder weniger.
Probe Nr. 154, die nicht die Bedingung 0 ≦ z ≦ 0,3 erfüllt, besitzt einen Curie-Punkt
von 165°C und erreicht somit nicht einen Curie-Punkt von über 200°C.
Probe Nr. 163, die nicht die Bedingung 0,98 ≦ m ≦ 1,0 erfüllt, erreicht nicht die wün
schenswerte Polarisation.
Von den Proben, die nicht die Bedingung 0 < n ≦ 0,05 erfüllen, weisen Proben Nr.
105, 110, 114, 118, 123, 127, 131, 136, 140, 144, 149, 153, 158, 162, 166 und 169
mit n größer 0,05 einen Curie-Punkt von 200°C oder weniger und Proben Nr. 102,
106, 111, 115, 120, 124, 128, 133, 137, 141, 146, 150, 155 und 159 mit n gleich 0
einen temperaturabhängigen Faktor der Resonanzfrequenz von weit über 100 ppm
auf.
In Beispiel 2 wurde Bi als M1 verwendet; Na oder Li wurde als M2 verwendet und Ti
oder Zr wurde als M3 verwendet. Die Erfinder bestätigten jedoch, daß gleichwertige
Wirkungen erzielt werden können, wenn K als M2 und Sn und/oder Hf als M3 ver
wendet werden. Es können auch andere dreiwertige Metalle, einwertige Metalle
und vierwertige Metalle jeweils als M1, M2 bzw. M3 verwendet werden.
Wie durch dieses Beispiel vorgeführt, gibt die zweite Erscheinungsform der vorlie
genden Erfindung eine piezoelektrische keramische Zusammensetzung zur Hand,
die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist; d. h. eine relative Dielektrizitätskon
stante von 180 oder weniger und einen temperaturabhängigen Faktor der Reso
nanzfrequenz der Schwingung in einer Stärkenrichtung von 3.000 Hz.m oder mehr,
was beweist, daß die Zusammensetzung vorteilhaft in einem Hochfrequenzbereich
verwendet werden kann. Darüberhinaus besitzt die Zusammensetzung einen durch
fr-TC dargestellten temperaturabhängigen Faktor der Resonanzfrequenz von 100
ppm oder weniger und einen Curie-Punkt von über 200°C. Daher werden durch die
Verwendung der piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung nach der
zweiten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung piezoelektrische keramische
Elemente, wie beispielsweise piezoelektrische Keramikfilter und piezoelektrische
Keramikoszillatoren, vorteilhaft hergestellt.
Claims (2)
1. Piezoelektrische keramische Zusammensetzung, die vorwiegend eine durch
folgende Formel dargestellte Zusammensetzung umfaßt:
(1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3 - nM1M2M3O3
dadurch gekennzeichnet, daß M1 für ein dreiwertiges Metallelement steht; M2 für ein einwertiges Metallelement steht; M3 für ein vierwertiges Metalle lement steht und x, y, z, m und n die folgenden Bedingungen erfüllen: x ≦ 0,9; 0,02 ≦ y ≦ 0,3; 0,75 ≦ x + y; 0 ≦ z ≦ 0,3; 0,98 ≦ m ≦ 1,0 und 0 < n ≦ 0,05.
(1 - n)(K1-x-yNaxLiy)m(Nb1-zTaz)O3 - nM1M2M3O3
dadurch gekennzeichnet, daß M1 für ein dreiwertiges Metallelement steht; M2 für ein einwertiges Metallelement steht; M3 für ein vierwertiges Metalle lement steht und x, y, z, m und n die folgenden Bedingungen erfüllen: x ≦ 0,9; 0,02 ≦ y ≦ 0,3; 0,75 ≦ x + y; 0 ≦ z ≦ 0,3; 0,98 ≦ m ≦ 1,0 und 0 < n ≦ 0,05.
2. Piezoelektrische keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß M1 Bi ist, M2 mindestens ein aus der Gruppe beste
hend aus K, Na und Li gewähltes Element ist und M3 mindestens ein aus der
Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Sn und Hf gewähltes Element ist.
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