DE2423970A1 - PIEZOELECTRIC CERAMIC COMPOUNDS - Google Patents

PIEZOELECTRIC CERAMIC COMPOUNDS

Info

Publication number
DE2423970A1
DE2423970A1 DE2423970A DE2423970A DE2423970A1 DE 2423970 A1 DE2423970 A1 DE 2423970A1 DE 2423970 A DE2423970 A DE 2423970A DE 2423970 A DE2423970 A DE 2423970A DE 2423970 A1 DE2423970 A1 DE 2423970A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ceramic
piezoelectric
piezoelectric ceramic
goo
ceramic mass
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.)
Pending
Application number
DE2423970A
Other languages
German (de)
Inventor
Masamitsu Nishida
Kazunori Numata
Hiromu Ouchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of DE2423970A1 publication Critical patent/DE2423970A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/02Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
    • H01G7/025Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an inorganic dielectric
    • H01G7/026Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an inorganic dielectric with ceramic dielectric
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/51Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on compounds of actinides
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides
    • H10N30/8554Lead-zirconium titanate [PZT] based

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

Dr.-Ing. HAKS RUSCHKE Dipl. - Ing. OLAF RU3CHKE Dipl.-lng.HANS E. RUSCHKE 1 BERLIN 33Dr.-Ing. HAKS RUSCHKE Dipl. - Ing.OLAF RU3CHKE Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE 1 BERLIN 33

tyihiQftefiSnefttyihiQftefiSneft

M 34-27M 34-27

Matsushita Electric Industrial Go., Ltd., 1006 Kadoma, Osaka, JapanMatsushita Electric Industrial Go., Ltd., 1006 Kadoma, Osaka, Japan

Piezoelektrische KeramikmassenPiezoelectric ceramic masses

Zusammenfassung der Beschreibung:Summary of the description:

Es handelt sich um eine piezoelektrische Keramikmasse aus einer festen Lösung eines Materials Pb(Sn^ ,.,Nb2/^) Ti Zr 0,, worin 0,01 < x- i 0,25, O < y < 0,75 und O £ ζ < 0,375 ist und χ + y + ζ = 1 sind, die außerdem eine Kobaltmenge enthält, die 0,1 bis 3 Gew.-$& Kobaltoxid (GoO) äquivalent ist. Diese Keramik hat einen hohen mechanischen Qualitätsfaktor, eine hohe Konstanz der Resonanzfrequenz innerhalb eines breiten Temperaturbereichs und eine hohe Konstanz des Kapazitätsverhältnisses innerhalb eines breiten Temperaturbereichs.It is a piezoelectric ceramic mass made of a solid solution of a material Pb (Sn ^,., Nb 2 / ^) Ti Zr 0 ,, where 0.01 <x- i 0.25, O < y < 0.75 and O £ ζ < 0.375 and χ + y + ζ = 1, which also contains an amount of cobalt that is 0.1 to 3% by weight & equivalent to cobalt oxide (GoO). This ceramic has a high mechanical quality factor, a high constancy of the resonance frequency within a wide temperature range and a high constancy of the capacitance ratio within a wide temperature range.

Die Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische Keramikmassen und daraus hergestellte Gegenstände. Im spezielleren betrifft die Erfindung neue ferroelektrische Keramikmassen, die polycristalline Aggregate von bestimmten Bestandteilen sind. LieseThe invention relates to piezoelectric ceramic compositions and articles made therefrom. More specifically, the invention relates to new ferroelectric ceramic compositions, the polycrystalline Are aggregates of certain components. Liese

A09849/1039A09849 / 1039

piezoelektrischen Massen werden zu Keramikmaterialien nach, auf dem Gebiet der Keramik üblichen !Techniken gesintert, und die so hergestellten Keramikmaterialien werden durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen den Elektroden polarisiert, um den Keramikmaterialien elektromechanisch^ Wandlereigenschaften, entsprechend dem bekannten piezoelektrischen Effekt, zu verleihen. Die Erfindung erfaßt auch das kalzinierte Produkt aus den Ausgangsbestandteilen und die Gegenstände, wie z.B. elektromechanische Wandler, die aus der gesinterten Keramik hergestellt worden sind.piezoelectric masses become ceramic materials according to sintered techniques common in the field of ceramics, and the ceramic materials thus produced are applied by applying a DC voltage polarized between the electrodes to give the ceramic materials electromechanical ^ transducer properties, according to the known piezoelectric effect to give. The invention also encompasses the calcined product the raw ingredients and items such as electromechanical transducers made from the sintered ceramic have been.

Die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Keramikkörper liegen grundsätzlich in fester Lösung vor, die die Systeme \ Pb(Sn1 ^5Nb2Z5)O5-PbOIiO3-PbZrO5, Pb(Sn1/5Nb2/5)05-PbTi05\oder ()The proposed according to the invention ceramic body are generally present in solid solution systems \ Pb (Sn 1 ^ 5 Nb 2 Z 5) 5 O 3 -PbZrO -PbOIiO 5, Pb (Sn 1/5 Nb 2/5) 0 5 -PbTi0 5 \ or ()

^z-JNTb0Z-Z)O-J-PbZrO,;, modifiziert mit einem GoG-Zusatz von V3 <V3 3 3' ^ z-JNTb 0 ZZ) OJ-PbZrO,;, modified with a GoG addition of V3 <V3 3 3 '

0,1 bis 3 Gew.-5&, enthalten.0.1 to 3 wt.

Die Anwendung von piezoelektrischen haterialien auf verschiedenen Wandleranwendungsgebieten bei der Herstellung, hessung und .Richtungssinnbestimmung von Ton, Stoß, Vibration, Druck usw. hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Sowohl Kristalials auch Keramiktypen von Wandlern sind in großem umfange benutzt worden. Wegen der möglicherweise geringeren Kosuen und der Leichtigkeit der Herstellung von Keramikmaterialien mit verschiedenen Formen und Größen sowie der größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber hoher "Temperatur und/oder .Feuchtigkeit als kristalline Substanzen, wie z.B. das Rochelle-Salz, haben die piezoelektrischen Keramikmaterialien in letzter Zeit auf verschiedenen wandleranwendun-fsgebieten Bedeutung erlangt.The application of piezoelectric materials on various Converter application areas in manufacture, measurement and .Determination of the sense of direction of sound, shock, vibration, pressure, etc. has increased significantly in recent years. Both Kristalials Ceramic types of transducers have also been used extensively. Because of the possibly lesser Kosuen and the Ease of manufacture of ceramic materials of various shapes and sizes, as well as greater resistance to high "temperature and / or .humidity than Crystalline substances such as Rochelle's salt have recently been used in the piezoelectric ceramic materials in various ways converter application areas gained importance.

Die erforderlichen piezoelektrischen Ligenschaften von Keramikmaterialien variieren offensichtlich mit der Art der Anwendung. Z.B. erfordern elektromechanische Wandler, z.B. für xonabnehmer und Mikrophone, piezoelektrische Keramikmaterialien, die durch einen im wesentlichen hohen elektromechanischen Kopplungslcoeffizienten und eine hohe Jjielektrizitätskonstante aus^ezeichnetThe required piezoelectric properties of ceramic materials obviously vary with the type of application. E.g. require electromechanical converters, e.g. for xon consumers and microphones, piezoelectric ceramic materials characterized by a substantially high electromechanical coupling coefficient and has a high dielectric constant

409849/1039409849/1039

sind. Demgegenüber ist es bei einem Einsatz von piezoelektrischen keramikmaterialien auf dem Gebiet der Keramikfilter erwünscht, daß die hater.ialien einen hohen Wert für den mechanischen Qualitätsfaktor zeigen. Die Keramikmaterialien müssen ferner eine hohe Konstanz der Resonanzfrequenz'und anderer elektrischer Eigenschaften mit der (Temperatur und der Zeit aufweisen. are. In contrast, it is when using piezoelectric ceramic materials desirable in the field of ceramic filters, that the hater.ialien have a high value for the mechanical Show quality factor. The ceramic materials must also have a high constancy of the resonance frequency and others electrical properties with the (temperature and time.

Als ziemlich viel versprechende Keramikmaterialien, die diesen Anforderun-en genügen, ist Bleititanat-Bleizirkonat in großem Umfange bis jetzt benutzt worden. Es ist jedoch schwierig, bei den Bleititanat-Bleizirkonat-Keramikmaterialien einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz zu erhalten, ferner ändern sich die dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften von den Bleititanat-ßleizirkonat-Keramikmaterialien stark mit der Brenntechnik, was mit einem Verdampfen von PbO ζ usammenhängt·As quite promising ceramic materials that meet these requirements, lead titanate-lead zirconate is widely available Extensions have been used so far. However, it is very difficult to get one with the lead titanate-lead zirconate ceramic materials To obtain small temperature coefficients of the resonance frequency, also change the dielectric and piezoelectric Properties of the lead titanate-lead zirconate ceramic materials are strongly related to the firing technique, resulting in the evaporation of PbO ζ related

Hauptziel der Erfindung ist daher, neue und verbesserte piezoelektrische Keramikmaterialien vorzuschlagen, die wenigstens eines der oben aufgezeigten Probleme lösen.The main object of the invention is therefore to find new and improved piezoelectric To propose ceramic materials that solve at least one of the problems identified above.

Ein spezielleres Ziel der Erfindung ist die Schaffung verbesserter polykristalliner Keramikmaterialien, die durch einen hohen mechanischen Qualitätsfaktor zusammen mit einer hohen Konstanz der Resonanzfrequenz innerhalb eines breiten Temperaturbereichs und einer hohen Konstanz des Kapazitätsverhältnisses innerhalb eines breiten Temperaturbereichs ausgezeichnet sind. 'A more specific object of the invention is to provide improved ones polycrystalline ceramic materials, which have a high mechanical quality factor together with a high degree of constancy the resonance frequency within a wide temperature range and a high constancy of the capacitance ratio within are excellent over a wide temperature range. '

Nach einem anderen Ziel der Erfindung sollen neue piezoelektrische Keramikmassen vorgeschlagen werden, bei denen bestimmte Eigenschaften eingestellt werden können, uiü sie verschiedenen Anwendungen anzupassen.Another object of the invention is to provide new piezoelectric Ceramic masses are proposed in which certain properties can be set, uiü they different Customize applications.

.ach noch einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein verbesser-■er eiektromecheiiischer Wandler geschaffen werden, und zwarAnother object of the invention is to provide an improvement eiektromecheiiischer converter are created, namely

409849/1039409849/1039

unter Verwendung eines elektrostatisch polarisierten Körpers aus den neuen Keramikmassen als aktive Elemente.using an electrostatically polarized body made of the new ceramic masses as active elements.

Diese Ziele der Erfindung und die Art und Weise, wie diese Ziele erreicht werden, sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der dazugehörenden Zeichnung leicht zu entnehmen. In der Zeichnung gibt die Figur 1 (die einzige Figur) einen Querschnitt eines elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung wieder.These objects of the invention and the manner in which these objects are achieved are set out in the following description Connection with the associated drawing is easy to find. In the drawing, figure 1 (the only figure) gives one Cross-section of an electromechanical transducer according to the invention again.

Bevor die nach der Erfindung vorgeschlagenen piezoelektrischen haterialien im einzelnen erläutert werden, wird deren piezoelektrische Anwendung in elektromechanischen Wandlern unter hinweis auf die Figur 1 beschrieben werden, in der die jsezugsziffer 7 einen elektromechanischen wandler als ganzen bezeichnet, der als aktives Element einen vorzugsweise scheibenförmigen Körper 1 aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial der Erfindung enthält.Before the proposed according to the invention piezoelectric materials are explained in detail, their piezoelectric Application in electromechanical converters will be described with reference to FIG. 1, in which the reference number 7 denotes an electromechanical transducer as a whole, the active element being a preferably disk-shaped Includes body 1 made of a piezoelectric ceramic material of the invention.

Der Körper 1 wirdjbuf die nachfolgend angegebene Art und Weise elektrostatisch polarisiert und mit einem Paar Elektroden 2 und 5 versehen, die in geeigneter Weise an den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers angebracht sind. Leitungsdrähte 5 und 6 sind mit den Elektroden 2 und 3 durch ein Lötmittel 4-leitend verbunden. Wenn die Keramik einem Stoß, einer Vibration oder einer anderen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird, kann eine elektrische Ausgangsleistung den Leitungsdrähten ί? und 6 entnommen werden. Umgekehrt wie bei anderen piezoelektrischen Wandlern führt das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 2 und 3 zu einer mechanischen Deformation des Keramikkörpers. Der Ausdruck elektromechanischer 'wandler soll, wie er hier benutzt wird, in seinem breitesten Sinne verstanden werden und piezoelektrische Keramikfilter, Frequenzsteuergeräte und dergleichen erfassen, und außerdem kann die Erfindung auf vielen anderen Anwendungsgebieten benutzt und diesen Anwendungsgebieten angepaßt werden, die Materialien mit dielektrischen,The body 1 is electrostatically polarized in the following manner and with a pair of electrodes 2 and 5 provided in a suitable manner on the two opposite Surfaces of the body are attached. Lead wires 5 and 6 are 4-conductive to electrodes 2 and 3 by solder tied together. If the ceramic is exposed to impact, vibration or other mechanical stress, can an electrical output power the lead wires ί? and 6 can be removed. Conversely, as with other piezoelectric transducers, the application of an electrical voltage leads the electrodes 2 and 3 to a mechanical deformation of the Ceramic body. The term electromechanical 'converter is intended to as used here to be understood in its broadest sense and piezoelectric ceramic filters, frequency control devices and the like, and the invention can also be used in many other fields of application and those fields of application be adapted, the materials with dielectric,

409849/1039409849/1039

piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften erfordern. require piezoelectric and / or electrostrictive properties.

Wach der Erfindung ist der Keramikkörper 1 in der Ii1IgUr 1 aus einer neuen piezoelektrischen Masse hergestellt worden, die eine polykristalline Keramik ist und aus Pb(Sn1 /τ^ο/77)" -PbZrCU, Pb(Sn^5Ub2 ,^)O3-PbTiO5 oder Pb(Sn1 ,JJF , modifiziert mit einem CoO-Zusatz, besteht.According to the invention, the ceramic body 1 has been manufactured in the Ii 1 IgUr 1 from a new piezoelectric mass, which is a polycrystalline ceramic and from Pb (Sn 1 / τ ^ ο / 7 ? ® 7 ) " -PbZrCU, Pb (Sn ^ 5 Ub 2 , ^) O 3 -PbTiO 5 or Pb (Sn 1 , JJF, modified with an addition of CoO.

Die Erfindung basiert auf der Feststellung, daß innerhalb besonderer Bereiche dieser Systeme die mit einem GoOyZusatz modifizierten Proben einen relativ hohen mechanischen Qualitätsfaktor zusammen mit einer hohen Konstanz der Resonanzfrequenz mit der 'Temperatur und einer hohen Konstanz des Kapazitätsverhält-. nisses mit der Zeit zeigen.The invention is based on the finding that within particular Areas of these systems modified with a GoOy addition Samples having a relatively high mechanical quality factor along with a high constancy of the resonance frequency the 'temperature and a high constancy of the capacity ratio. show over time.

Die Erfindung hat viele Vorteile bei der Herstellung und Anwendung auf dem Gebiet der Keramikwandler. Es ist bekannt, daß das Verdampfen von PbO während des Brennens ein Problem beim Sintern von Bleiverbindungen, wie z.B. Bleititanatzirkonat, darstellt. Die erfindungsgemäße Masse zeigt jedoch einen geringeren Anteil von verdampftem PbO als übliches Bleititanatzirkonat. Das erfindungsgemäße System kann ohne besondere Einstellung der PbO-Atmosphäre gebrannt werden. Ein gut gesinterter Körper aus der hasse nach der Erfindung wird durch Brennen in einem Keramiktiegel mit einem Keraraikdeckel, hergestellt aus einer Al^O5-Keraraik, erhalten. Eine hohe Sinterdichte ist für eine Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine hohe piezoelektrische Empfindlichkeit erwünscht, wenn der gesinterte Körper an einem Resonator oder dergleichen angebracht wird.The invention has many advantages in manufacture and use in the ceramic transducer field. It is known that the evaporation of PbO during firing is a problem in the sintering of lead compounds such as lead titanate zirconate. However, the composition according to the invention shows a lower proportion of evaporated PbO than conventional lead titanate zirconate. The system according to the invention can be fired without any particular adjustment of the PbO atmosphere. A well-sintered body from the hasse according to the invention is obtained by firing in a ceramic crucible with a ceramic lid made of an Al ^ O 5 ceramic. A high sintered density is desirable for moisture resistance and high piezoelectric sensitivity when the sintered body is attached to a resonator or the like.

Einige unter das System Pb(Sn1 ,-,Hb-Z7)O^-PbTiO,-PbZrO, fallende hassen zeigen nicht eine hohe Piezoelektrizität, und viele sind nur in einem geringen Grade elektromechanisch aictiv. Die Erfindung betrifft die massen, die durch die Formel Pb(Sn1 Ti Zr O7-, dargestellt werden, worin x, y und ζ sind wieSome hate falling under the system Pb (Sn 1 , -, Hb-Z 7 ) O ^ -PbTiO, -PbZrO, do not show a high level of piezoelectricity, and many are electromechanically active only to a small extent. The invention relates to the masses represented by the formula Pb (Sn 1 Ti Zr O 7 -, where x, y and ζ are like

409849/1039409849/1039

0,01 < χ £ 0,25, 0 < j i 0,75, 0 4 ζ < 0,875 und χ + y + ζ = 1 sind, und die eine piezoelektrische Empfindlichkeit erheblicher Größe zeigen. Die hassen der Erfindung enthalten die oben angegebene Grundzusammensetzung und einen Zusatz von CoO.0.01 <χ £ 0.25, 0 <ji 0.75, 0 4 ζ <0.875 and χ + y + ζ = 1, and which exhibit a piezoelectric sensitivity of considerable magnitude. The hats of the invention contain the basic composition given above and an addition of CoO.

Die hier beschriebenen Massen können nach verschiedenen bekannten Verfahren zur Herstellung"von Keramikmaterialien hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren, das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, schlägt die Verwendung von PbO oder Pb^O^,, SnO oder SnO2, Nb2O,-, TiO2, ZrO2 und. CoO, Go2O5 oder Co^O^ vor. Das nachfolgend angegebene Verfahren stellt jedoch keine Begrenzung für die Herstellung der erfindungsgemäßen hassen dar.The compositions described herein can be made by various known methods of making ceramic materials. A preferred method, which is described in more detail below, suggests the use of PbO or Pb ^ O ^ ,, SnO or SnO 2 , Nb 2 O, -, TiO 2 , ZrO 2 and. CoO, Go 2 O 5 or Co ^ O ^. However, the process given below does not represent any limitation for the production of the hats according to the invention.

Die Ausgangsmaterialien, nämlich Bleioxid (PbO), Zinnoxid (SnO2), Kiobpentoxid (Wb2On.), Titandioxid (TiO2), Zirkondioxid (ZrO2) und Kobaltoxid (CoO), alle von relativ reiner Beschaffenheit (z.B. von dem Grad "chemisch rein"), werden in einer mit Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliertem Wasser vermischt. Beim Mahlen des Gemischs muß dafür gesorgt werden, daß eine Verunreinigung durch den Abrieb der hahlkugeln oder -steine vermieden wird (oder es müssen die Anteile von den Bestandteilen so variiert werden, daß eine solche Verunreinigung kompensiert wird).The starting materials, namely lead oxide (PbO), tin oxide (SnO 2 ), Kiob pentoxide (Wb 2 O n .), Titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ) and cobalt oxide (CoO), all of a relatively pure nature (e.g. from the Degree "chemically pure"), are intimately mixed with distilled water in a rubber-lined ball mill. When grinding the mixture, care must be taken to avoid contamination from abrasion of the hollow balls or stones (or the proportions of the ingredients must be varied to compensate for such contamination).

Nach, .dem Haßvermahlen wird das Gemisch getrocknet. Dann wird' das Gemisch einer Vorreaktion durch Kalzinieren bei einer Temperatur von rund 850 C für 2 Stunden unterworfen.After the hate grinding, the mixture is dried. Then it will The mixture is subjected to a preliminary reaction by calcining at a temperature of around 850 C for 2 hours.

Räch dem Kalzinieren wird das umgesetzte Material abgekühlt und dann zu einer kleinen Teilchengröße naßvermahlt. Der CoO-Zusetz kann dem umgesetzten material nach dem Kalzinieren der Ausganpsmaterialien, die kein üoO enthalten, zugegeben werden, und das umgesetzte haterial mit dem CoG-Zusatz kann zu einer .Kleinen Teilchengröße vera-ahlen werden, "wiederum muß darauf geacntet werden, daß eine Verunreinigung durch Abrieb der hahlkugeln oder -steine vermieden wird (oder eine solche Verunreinigung kociperi-After the calcination, the reacted material is cooled and then wet milled to a small particle size. The CoO addition can be added to the reacted material after calcining the starting materials, which contain no üoO, are added, and the reacted haterial with the CoG addition can lead to a .Kleinen Particle size can be determined, "again must be responded to that contamination by abrasion of the hollow balls or stones is avoided (or such contamination kociperi-

409849/1039409849/1039

siert wird, indem die Anteile von den bestandteilen entsprechend variiert werden). Je nach Wahl und den gewünschten i'ormen kann aus dein haterial ein Gemisch oder Schlamm gebildet werden, das zum Pressen, Gleitgießen oder Extrudieren geeignet ist, und zwar Je nach dem Einzelfall nach herkömmlichen Verfahrensweisen auf dem Gebiet der Keramik. Die Proben, für die nachfolgend die Vierte angegeben werden, wurden durch Vermischen von 100g des vermahlenen vorge sintert en Gemische mit 5 cm5 destilliertem V/asser hergestellt. Das Gemisch wurde dann zu Scheiben mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicice von 2 mm bei einemis adjusted by varying the proportions of the components accordingly). Depending on the choice and the desired shapes, a mixture or slurry can be formed from the de-haterial, which is suitable for pressing, slide casting or extrusion, depending on the individual case according to conventional procedures in the field of ceramics. The samples, for which the fourth is given below, were prepared by mixing 100 g of the ground, pre-sintered mixture with 5 cm 5 of distilled water. The mixture then became disks with a diameter of 20 mm and a dicice of 2 mm at a

K von 700 kg/cm verpreßt. Die verpreßten Scheiben wurdenK of 700 kg / cm pressed. The pressed discs were

bei 11öO - 1^90 0O für eine Erhitζungszeitspanne von etwa 4-5 hinuten gebrannt. Wach der Erfindung ist es nicht erforderlich, die hasse in einer PbO-Atmosphäre zu brennen und muß keine besondere Sorgfalt in bezug auf den iDemper at ur abfall in einem Ofen, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, angewendet werden. So können nach der Erfindung gleichmäßige und ausgezeichnete piezoelektrische ΪΛ-eramikprodukte leicht durch einfaches Abdecken der Proben mit einem Aluminiumoxidtiegel während des Brennens erhalten werden.Fired at 110 - 1 ^ 90 0 O for a heating period of about 4-5 minutes. According to the invention, it is not necessary to burn the hasse in a PbO atmosphere and no special care must be taken with regard to the temperature drop in a furnace, in contrast to the known processes. Thus, according to the present invention, uniform and excellent ceramic piezoelectric products can be easily obtained by simply covering the samples with an alumina crucible during firing.

Die gesinterten^Keramikmassen werden auf beiden Oberflächen zu einer Dicke von 1 mm geschliffen. Die geschliffenen Scheibenoberflächen können dann mit Silberfarbe überzogen und unter Bildung von Silberelektroden gebrannt werden. Schließlich werden die Scheiben, während sie in ein Bad aus Siliconöl eingetaucht werden, bei 100 G polarisiert. Ein Spannungsgradient einer Gleichspannung von 4- kV/mm wird für eine Stunde aufrechterhalten, und die Scheiben werden in 30 Limiten auf Raumtemperatur feldgekühlt.The sintered ^ ceramic masses become on both surfaces ground to a thickness of 1 mm. The ground disc surfaces can then be coated with silver paint and fired to form silver electrodes. Eventually be the slices while immersed in a bath of silicone oil are polarized at 100 G. A stress gradient a DC voltage of 4 kV / mm is maintained for one hour, and the slices are set to room temperature within 30 limits field cooled.

Die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften der polarisierten Proben wurden bei 20 0C und einer relativen !Feuchte von 50 % gemessen. Beispiele für spezielle Keramikmassen nach der Erfindung und verschiedene wesentliche elektromechanisch^ und dielektrische Eigenschaften der Keramiicmassen werden in derThe piezoelectric and dielectric properties of the polarized samples were measured at 20 ° C. and a relative humidity of 50 %. Examples of special ceramic masses according to the invention and various essential electromechanical ^ and dielectric properties of the ceramic masses are in the

409849/1039409849/1039

!Tabelle 1 angegeben.! Table 1 given.

Zusammensetzungcomposition Tabelle 1Table 1 PbTiO,
3
PbTiO,
3
PbZrO,
3
PbZrO,
3
CoO-
Zusatz
CoO-
additive
24 Stun24 hours %% P-T fr-TCP-T fr-TC 0,230.23
der Massenof the masses 75,075.0 __ Gew. -γ<> Weight -γ <> den nach
dem Polen
the after
the Pole
510510 ** 0,280.28
Bei
spiel
at
game
¥lo1--/j der Grundzusammen
setzungen
¥ lo1 - / j the basic together
settlements
37,537.5 37,537.5 0,50.5 PP. 480480 1,321.32 0,080.08
Kr. ·Kr. JT U)OXi y\ / —?ΐΛ VJ r~\ f ~7 \-f -7 J
\ / ι r f ι Ο
JT U) OXi y \ / -? Ϊ́Λ VJ r ~ \ f ~ 7 \ -f -7 J
\ / ι rf ι Ο
43,543.5 44,044.0 0,50.5 39,239.2 170170 0,980.98 0,170.17
11 25,025.0 43,543.5 44,044.0 0,10.1 4,74.7 390390 0,590.59 0,250.25 22 25,025.0 43,543.5 44,044.0 1,01.0 2,72.7 230230 0,550.55 0,2ö0.2ö 33 12,512.5 -- 87,587.5 3,03.0 3,C3, c 620620 0,380.38 0,090.09 4 ·4 · 12,512.5 46,046.0 48,048.0 0,50.5 4,54.5 190190 1,711.71 0,150.15 55 12,512.5 46,046.0 48,048.0 0,10.1 40,940.9 530530 1,321.32 0,220.22 66th 12,512.5 47,047.0 50,050.0 1,01.0 2,82.8 230230 O,yiO, yi 0,170.17 77th 6,06.0 47,047.0 po,opo, o 0,20.2 3,13.1 500500 0,890.89 0,210.21 88th 6,06.0 47,047.0 52,052.0 0,50.5 3,33.3 250250 1,371.37 99 3,03.0 0,20.2 3,43.4 0,700.70 1010 3,03.0 3,43.4 1111 1,01.0

ρ ist das kapazitätsverhältnisρ is the capacity ratio

Γ _ Resonanzfrequenz "7Γ _ resonance frequency "7

2(Antiresonanzfrequenz - Resonanzfrequenz)-'2 (anti-resonance frequency - resonance frequency) - '

üjyi ist der mechanische Qualitätsfaktor. p-T ist die Änderung der Kapazitätsverhältnisse (p) zwischen 24 Stunden nach dem Polen und 1000 Stunden nach dem Polen. fr-TC ist die Änderung der Resonanzfrequenz (fr) innerhalb des Bereichs von -40°C bis öO °G.üjyi is the mechanical quality factor. p-T is the change the capacity ratios (p) between 24 hours after poling and 1000 hours after poling. fr-TC is the change the resonance frequency (fr) within the range of -40 ° C to ÖO ° G.

Die mit einem CoO-Zusatz modifizierten hassen der Erfindung zeigen einen relativ hohen mechanischen Qualitätsfaktor (Ca, ) im Vergleich zu dem der Grundmassen, d.h., die Grundmassen ohne CoO a eigen einen Q, von etwa 100-The hats of the invention modified with an addition of CoO show a relatively high mechanical quality factor (Ca,) im Compared to that of the basic masses, i.e. the basic masses without CoO a own a Q of about 100-

409849/1039409849/1039

Der Tabelle Λ ist; zu entnehmen, daß die piezoelektrischen Keramikmassen der Erfindung eine hohe Konstanz der Resonanzfrequenz mit der 'i'emperatur innerhalb eines breiten l'emperaturbereichs und ferner eine hohe Kons.tanz des Kapazitätsverhältnisses mit der Zeit nach dem Polen zeigen. Die hasse nach dem Beispiel 3 zeigt eine sehr große Konstanz der Resonanzfrequenz mit der i!eiiiperatur. Diese Eigenschaften sind von Bedeutung bei einer Verwendung der piezoelektrischen Keramikmassen für Keramikfilter, ffrequenzsteuergeräte und so weiter.The table Λ is; It can be seen that the piezoelectric ceramic masses of the invention show a high constancy of the resonance frequency with the temperature within a wide temperature range and furthermore a high consistency of the capacitance ratio with time after the poling. The hasse according to Example 3 shows a very high constancy of the resonance frequency with the egg temperature. These properties are important when the piezoelectric ceramic compositions are used for ceramic filters, frequency control devices and so on.

Einen GoO-Zusatz unter 0,1 Gev/.-^ enthaltende Keramikmassen zeigen einen relativ niedrigen mechanischen Qualitätsfaktor. Bei Keramikmassen, die einen GoO-Zusatz über 5 Gew.-^ enthalten, ist der mechanische Qualitätsfaktor relativ gering. Aus diesem Grund sind solche hassen aus dem erfindungsgemäßen Bereich ausgeschlossen.Ceramic materials containing a GoO addition of less than 0.1 Gev /.- ^ show a relatively low mechanical quality factor. For ceramic masses that contain a GoO additive above 5 wt .- ^, the mechanical quality factor is relatively low. Because of this, such hates are out of the invention Area excluded.

Außer den oben angegebenen überlegenen Eigenschaften stellen die hassen nach der Erfindung Keramikmaterialien mit guter physikalischer Qualität dar, die sich-gut polarisieren lassen. Den vorstehenden Angaben ist zu entnehmen, da3 die mit einem CoO-Zusatz modifizierte ternäre feste Lösung Fb(Sn./JTbp/^)O3,-jr'bi'iOv-PbZrO-,. einen ausgezeichneten piezoelektrischen Keramikkörper bildet.In addition to the superior properties noted above, the properties of the invention are ceramic materials of good physical quality that can be polarized well. The above information shows that the ternary solid solution Fb (Sn./JTbp / ^) O 3 , -jr'bi'iOv-PbZrO- ,. forms an excellent piezoelectric ceramic body.

Es ist ersichtlich, daß die bei der Erfindung zu benutzenden Äusgangsmaterialien nicht auf solche begrenzt sind, die in den obigen Beispielen benutzt werden. Solche Oxide, Hydroxide und Carbonate können anstelle irgendeines Ausgangsmaterials in den obigen ±seispielen benutzt werden, die sich leicht unter bildung der erforderlichen Zusammensetzung der hassen bei erhöhter •i'emperatur zersetzen.It can be seen that those to be used in the invention Starting materials are not limited to those used in the above examples. Such oxides, hydroxides and Carbonates can be used in place of any of the starting materials in the above examples, which can readily be found under formation the required composition of the hate at increased • Decompose temperature.

PatencansorücheSponsorship sciences

409849/1039409849/1039

Claims (3)

PatentansprücheClaims (1.j Piezoelektrische Keramikmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine feste Lösung eines Materials der Formel(1.j Piezoelectric ceramic mass, characterized in that they are a solid solution of a material of the formula enthält, worin die Bereiche für x, y und ζ sind v;ie 0,01 4 χ ύ 0,25, 0 ^ yi 0,75 und 0 < ζ < 0,875 und χ + y + ζ = 1 sind, und außerdem eine Kobaltmenge enthält, die 0,1 bis 3 Gew.-^ Kobaltoxid (GoO) äquivalent ist.where the ranges for x, y and ζ are v; ie 0.01 4 χ ύ 0.25, 0 ^ yi 0.75 and 0 <ζ < 0.875 and χ + y + ζ = 1, and also one Contains amount of cobalt that is 0.1 to 3 wt .- ^ cobalt oxide (GoO) equivalent. 2. Elektromechanischer Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Keramikmasse nach dem Beispiel 1 enthält.2. Electromechanical converter, characterized in that it contains a ceramic mass according to Example 1. 3. Piezoelektrische Keramikmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus einem Material der Formel3. Piezoelectric ceramic mass, characterized in that it consists essentially of a material of the formula besteht und außerdem eine Kobaltmenge enthält, die 0,1 Gew.-?.? Kobaltoxid (GoO) äquivalent ist.exists and also contains an amount of cobalt that is 0.1 wt .-?.? Cobalt Oxide (GoO) is equivalent. 4-, Elektromechanisches Wandler element, dadurch gekennzeichnet, daß es eine piezoelektrische Keramikmasse nach Anspruch 3 enthält.4-, electromechanical transducer element, characterized that it contains a piezoelectric ceramic composition according to claim 3. 5-> Verfahren zur Herstellung der Keramikmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß PbO, SnOp, Wb, Oc-, TiOp, ZrOp und GoO innig naßvermshlen werden, das Semiscn getrocknet und durch Kalzinieren einer Yorreaktion unterworfen wird, das kalzinierte Gemisch abgekühlt; und zu einer kleineren teilchengröße vermählen wird, das feinteilige üeuisch geformt und das geformte Gemisch gebrannt wird-,5-> method for producing the ceramic mass according to claim 1, characterized in that PbO, SnOp, Wb, Oc-, TiOp, ZrOp and GoO are thoroughly wet-milled, the semis are dried and is subjected to Yorreaction by calcination, the calcined mixture is cooled; and to a smaller particle size is ground, the finely divided üeuisch shaped and the formed mixture is fired, i/r.Ye/iiei / r.Ye / iie 409849/1039409849/1039
DE2423970A 1973-05-18 1974-05-17 PIEZOELECTRIC CERAMIC COMPOUNDS Pending DE2423970A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5579373A JPS5434920B2 (en) 1973-05-18 1973-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2423970A1 true DE2423970A1 (en) 1974-12-05

Family

ID=13008778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2423970A Pending DE2423970A1 (en) 1973-05-18 1974-05-17 PIEZOELECTRIC CERAMIC COMPOUNDS

Country Status (7)

Country Link
JP (1) JPS5434920B2 (en)
CA (1) CA1040847A (en)
DE (1) DE2423970A1 (en)
FR (1) FR2229664B1 (en)
GB (1) GB1448162A (en)
IT (1) IT1011430B (en)
NL (1) NL7406683A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FR2229664B1 (en) 1977-10-28
JPS5434920B2 (en) 1979-10-30
FR2229664A1 (en) 1974-12-13
NL7406683A (en) 1974-11-20
GB1448162A (en) 1976-09-02
JPS5018999A (en) 1975-02-27
CA1040847A (en) 1978-10-24
IT1011430B (en) 1977-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1646698B1 (en) PIEZOELECTRIC CERAMICS
DE1796233C2 (en) Piezoelectric ceramics
DE1940974C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE2507395A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING FERROELECTRIC CERAMIC MATERIALS
DE1950317C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE2200787C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE1646699B1 (en) PIEZOELECTRIC CERAMICS
DE2423970A1 (en) PIEZOELECTRIC CERAMIC COMPOUNDS
DE1928595C3 (en) Polarizable ferroelectric ceramic with increased electromechanical coupling coefficients and increased dielectric constants
DE2206045C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE1922265C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE1802234C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE1771697C2 (en) Piezoelectric ceramics
DE2164403C3 (en) Ferroelectric ceramic compositions
DE2219558C3 (en) Piezoelectric ceramic materials and processes for their manufacture
DE1646740A1 (en) Piezoelectric ceramic masses
DE2121689C3 (en) Piezoelectric ceramics
DE1671039C (en) Electromechanical transducer, which consists of a ceramic mass of the type Pb (Zr, Ti) O deep 3 and method for the production of such a transducer
DE1646814C2 (en) Ferroelectric ceramics and process for their manufacture
DE1805575A1 (en) Piezoelectric ceramic masses
DE2933978A1 (en) METHOD FOR PRODUCING PIEZOELECTRIC CERAMICS
DE1796244A1 (en) Piezoelectric ceramic masses
DE2151689A1 (en) Piezoelectric ceramics
DE1646753A1 (en) Piezoelectric ceramic masses
DE1223290B (en) Ceramic for a piezoelectric filter

Legal Events

Date Code Title Description
OHW Rejection