DE2952649A1

DE2952649A1 - Piezoelektrischer keramikwerkstoff

Info

Publication number: DE2952649A1
Application number: DE19792952649
Authority: DE
Inventors: Tomosaburo Kitamura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS5591891A; JPS6057237B2; NL7909361A

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Keramikwerkstoff mit einer hohen piezoelektrischen Konstanten.
In jüngster Zeit wurde versucht, zur Steigerung der Aufzeichnungsdichte eines magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerätes für Videosignale (VTR) die Breite der Aufzeichnungsspur möglichst schmal zu halten. Wenn die Spurbreite in der oben angegebenen Weise eng ausgelegt wird, muß die Position des magnetischen Wiedergabekopfes in bezug auf die Aufzeichnungsspur wegen der geringen Breite der Aufzeichnungsspur genauer sein. Da die genaue Justieruny des Wiedergabemagnetkopfes in bezug auf die Aufzeichnungsspur über die mechanische Genauigkeit des Gerätes angesichts der angewandten Technik schwierig oder kostenaufwendig ist, wurde bislang ein elektromechanischer Wandler verwendet, um die relative Position des Wiedergabemagnetkopfes in bezug auf die Aufzeichnungsspur stets in der vorbestimmten Position zu halten. Dies bedeutet, daß der Magnetkopf mechanisch mit dem elektromechanischen Wandler gekuppelt ist, so daß dann, wenn der Wandler mit einem elektrischen Signal beaufschlagt wird, das der Änderung eines reproduzierten Signales entspricht, die durch eine Veränderung der Position des Magnetkopfes in bezug auf die Aufzeichnungsspur verursacht wird, eine mechanische Verschiebung des Magnetkopfes bewirkt wird, so daß der Magnetkopf stets in der richtigen Position in bezug auf die Aufzeichnungsspur steht.
Im allgemeinen wird bei solchen VTR-Geräten als elektromechanischer Wandler ein piezoelektrisches Zweiplattensystem (bimorph) aus einer piezoelektrischen Keramik verwendet, das aufgrund seines piezoelektrischen Effektes eine mechanische Verschiebung verursacht.
Wie in der Fig.1 dargestellt ist, besteht das piezoelektrische Zweiplattensystem aus zwei polarisierten Piezokeramikplatten, von denen jede Elektroden 1 auf beiden Hauptoberflächen aufweist und die über eine Metallgrundplatte 3 miteinander verbunden sind. Ein Ende der zusammengefügten piezoelektrischen Keramikplatten 2 bzw. des piezoelektrischen Zweiplattensystems ist festgelegt bzw. fixiert. Das piezoelektrische Zweiplattensystem wird in Abhängigkeit von der angelegten Spannung in der in der Fig. 1 dargestellten Pfeilrichtung verschoben, was eine Folge der Tatsache ist, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die piezoelektrische Keramik 2 diese in senkrechte Richtung zu der Polarisationsachse der Keramik 2 sich ausdehnt oder zusammenzieht. Da in diesem Fall die mit der Grundplatte 3 verbundenen Teile der Keramikplatten 2 festgelegt sind, biegt sich das Verbundgefüge, so daß das freie Ende des piezoelektrischen Zweiplattensystems in der angegebenen Pfeilrichtung verschoben wird. Dabei ist die Verschiebung um so größer, je größer die piezoelektrische Konstante d31 der Ausdehnung und der Schrumpfung der piezoelektrischen Keramikplatte 2 in senkrechter Richtung zu ihrer Polarisationsache ist. Damit ist es erforderlich, eine piezoelektrische Keramik mit großer piezoelektrischer Konstante zu entwickeln, wenn man ein piezoelektrisches Zweiplattensystem mit großer Verschiebung bilden will.
Bei einer Dreikomponentenkeramik der Zusammensetzung Pb(Ni Nb Zr 0 , Zrz03, die als piezoelektrische 1/3 2/3x x z 3 Keramik bekannt ist, besitzt die eine Komponente der Formel Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 eine niedrige Curie-Temperatur Tc von -1400C, so daß die Curie-Temperatur über die Auswahl der Zusammensetzung der Keramik niedrig gehalten werden kann, was zur Folge hat, daß man eine Keramik mit einem hohen t -Wert herstellen kann. Der 33 Grund hierfür ist darin zu sehen, daß im allgemeinen ein piezoelektrisches Material des Systems ABO3-PbTiO3 -PbZrO3(AB03), beispielsweise Pb(Ni1/3 Nb2/3)03 die Neigung besitzt, daß es eine hohe Dielektrizitätskonstante & aufweist, wenn die Curie-Temperatur T des c Materials niedrig liegt. Da die Grundzusammensetzung des obigen Systems eine hohe Sintertemperatur von 1250 bis 13500C besitzt, ist es wegen des Verdampfens von PbO beim Sintern nicht möglich, eine homogene Keramik herzustellen und eine Keramik mit einer piezoelektrischen Konstanten von mehr als 300 x 10-12 m/V zu bilden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen verbesserten piezoelektrischen Keramikwerkstoff mit großer piezoelektrischer Konstanten zu schaffen, der für die Herstellung von elektromechanischen Wandlern verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird nun durch den piezoelektrischen Keramikwerkstoff gemäß Patentanspruch gelöst.
Dieser erfindungsgemäße piezoelektrische Keramikwerkstoff ist gekennzeichnet durch eine aus drei Komponenten bestehende feste Lösung der Formel b1-3a/2 Bia (Ni 1/3-b ZnbNb2/3)xTiyZrz03 in der x, y und z für das Molverhältnis von (Pb1-3a/2Bia) (Ni1/3-bZnbNb2/3)O3, Pb1-3/2aBiaTiO3 und Pb1 3a/2 Bia ZrO3 stehen und in einem ternären Diagramm von (Pb1-3a/2 Bia) (Ni 1/3-bZnbNb2/3)O3, (Pbl-3a/2 Bia) TiO3 und (Pbl-3a/2 Bia )ZrO3 innerhalb eines Bereiches liegen, der durch die Verbindung der Punkte A, B, C, D und E definiert ist, wobei x y z A 65 30 5 B 60 25 15 C 30 37 33 D 30 40 30 E 60 36 4 gilt und a einen Wert von nicht weniger als 0,005, jedoch nicht mehr als 0,02 und b einen Wert von nicht mehr als 1/6 besitzen.
Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines die vorliegende Erfindung verdeutlichenden piezoelektrischen Zweiplattensstems (piezoelectric bimorph) und Fig. 2 das zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikwerkstoffes verwendete ternäre Diagramm.
Die Piezoelektrische Konstante d kann anqenähert durch den Ausdruck 31 -wiedergegeben werden.
In diesem Fall ändert sich der Auslenkwert S11 nicht so 11 sehr in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Materials sondern der elektromechanische Kupplungskoeffizient k31 und die Dielektrizitätskonstante 6 T33 werden stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Materials und den Sinterbedingungen geändert. Damit kann man die Werte von k21 und #33T durch entpsrechende Aus-33 wahl der Zusammensetzung des Materials und durch Zugabe von geringen Mengen der Komponenten verbessern.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Bleis in der Keramik der Zusammensetzung Pb(Ni1/3 Nb2/3)x y Tc Zr z 3 durch Wismut ersetzt, um die Sintereigenschaften des Materials zu verbessern und die piezoelektrische Konstante zu erhöhen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß neben dem oben angesprochenen teilweisen Ersatz des Bleis durch Wismut ein Teil des Nickels durch Zink ersetzt, um das Sinterverhaltenweiter zu verbessern, die piezoelektrische Konstante d zu erhöhen und auch die Curie-Temperatur und das Koerzitivfeld und damit die Eigenschaften der piezoelektrischen Keramik zu verbessern.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektriskhen Keramikwerkstoffs unterscheidet sich nicht von dem Verfahren, mit dem die herkömmlichen piezoelektrischen Keramikwerkstoffe hergestellt werden.
Das Verfahren besteht darin, daß man die pulverförmigen Ausgangsmaterialien, wie PbO, Bi203, NiO, Nb205, TiO2, Zur02, ZnO und dergleichen in den vorbestimmten Mengen einwiegt und dann trocken oder naß in einem Gefäß vermischt. Anschließend kalziniert man die Mischung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung während 2 Stunden bei 800 bis 850"C und vermahlt das kalzinierte Material naß oder trocken während 10 bis 20 Stunden. Das in dieser Weise erhaltene kalzinierte Pulver wird in einer 2 Presse bei einem Druck von einer Tonne pro cm geformt und dann während 1 bis 3 Stunden bei 1150 bis 12000C gebrannt. Die in dieser Weise hergestellte Keramik wird zunächst einer Dichtemessung unterworfen, dann auf eine Dicke von 1mm zerschnitten und geschliffen, worauf beide Oberflächen der erhaltenen Keramikplatte durch Plattieren mit Silberelektroden beschichtet werden, mit denen verschiedene Eigenschaften gemessen werden. Um der Keramik das piezoelektrische Verhalten zu verleihen, wird die Keramik polarisiert, indem man ein elektrisches Feld von 20 bis 30 kV/cm bei 80 bis 1000C in Silikonöl anlegt.
Nach 24 Stunden mißt man den elektromechanischen Kupplungskoeffizienten (planarer Kupplungsfaktor) kp, die Dielektrizitätskonstante 33 und dergleichen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
BEISPIEL 1 Unter Anwendung der oben beschriebenen allgemeinen Verfahrensweise ersetzt man einen Teil des Bleis der Grundzusammensetzung der Formel Pb(Ni1/3Nb2/3)0 5 1/3 2/30,5 Ti Zr 0 durch Wismut und bereitet eine Keramik-0,33 0,17 3 probe 1 der folgenden Zusammensetzung Pb0,979Bi0,014(Ni1/3Nb2/3)0,5Ti0,33 rO,17 3 Zu Vergleichszwecken gibt man andererseits zu der Keramik der Grundzusammensetzung von Beispiel 1 1 Gew.-% Wismut unter Bildung der Probe 2, das heißt Pb(Ni 1/3 Nb2/3)0,5 Ti0,33Zr0,1703 + 1 Gew.-% Bi203 und eine Keramik der Zusammensetzung Pb0,986Bi0,014 (Ni1/3Nb2/3)0,5Ti0,33Zr0,17O3 (Probe 3), die einen stöchiometrischen Uberschuß an dreiwertigem Wismut enthält.
Die gemessenen Eigenschaften der in dieser Weise gebildeten Proben 1 bis 3 sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

TABELLE 1

. Dichte des ge- Dielektri- Elektromecha- Piezoelektrische

gesinterten zitätskon- nische Kupplungs- Konstante

Materials stant > koeffizient

5(g/cm²) #33(#33/#0) kp @31@@ m/V;

1 8,067 7065 1 0,59 328

2 7,811 5137 0,47 224

3 7,832 5320 0,49 235

Die Dichte ? der Grundzusammensetzung der Formel Pb(Ni1/3Nb2/3)0,5 Ti0,33Zr0,1703 beträgt 7,789 g/cm' und ihre piezoelektrische Konstante d31 beträgt 217 x 10-12 m/V, so daß der Wert von d31 im Fall der Proben 1, 2 und 3 verbessert ist, jedoch im Fall der Proben 2 und 3 nicht ausreichend. Im Gegensatz dazu zeigt die erfindungsgemäße Probe 1 eine wesentliche Verbesserung der piezoelektrischen Konstanten d31. Die Proben zeigen bezüglich der Curie-Temperatur T c keine großen Unterschiede, indem T etwa 1310C beträgt, wobei c es sich jedoch zeigt, daß die Änderung der Dielektrizitätskonstanten mit der Temperatur im Fall der erfindungsgemäßen Probe 1 am geringsten ist. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Ersatz des Bleis durch Pb 3a/2Bia, wobei Pb eine Wertigkeit von zwei und Bi eine Wertigkeit von drei besitzt, zu überlegenen Eigenschaften führt.

BEISPIEL 2 Bei der Grundzusammensetzung der Formel Pb. 2Bi 1-3a/2 a (Ni1/3Nb2/3)x Tly Zr 0 3 wählt man a mit 0,014 und x mit z 0,5 aus und variiert y und z und bereitet die entsprechenden Keramikwerkstoffe (Proben 4a, 5a, 6a, 7a, 8a und 9a).
Zu Vergleichszwecken werden Keramikwerkstoffe (Proben 4b, 5b, 6b, 7b, 8b und 9b) mit der der obigen Zusammensetzung ähnlichen Grundzusammensetzung bereitet, wobei jedoch a den Wert Null und x den Wert 0,5 besitzen und y und z variiert werden.
Die gemessenen Eigenschaften der in dieser Weise bereiteten Proben sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt.

TABELLE II

Probe Dichte des ge- Dielektrizitäts- planarer piezoelektrische

sinterten konstante #33 Kupplungs- Konstante

Materials faktor kp d31(x10-12m/V)

# (g/cm²)

4a a=0,014 y=0,35 z=0,15 8,159 4412 0,57 230

4b a=0 y=0,35 z=0,15 7,753 4027 0,47 213

5a a=0,014 y=0,34 z=0,16 8,170 5969 0,58 280

5b a=0 y=0,34 z=0,16 7,740 4907 0,53 266

6a a=0,014 y=0,33 z=0,17 8,067 7065 0,59 328

6b a=0 y=0,33 z=0,17 7,789 3680 0,55 217

7a a=0,014 y=0,32 z=0,18 8,085 6984 0,61 345

7b a=0 y=0,32 z=0,18 7,763 3151 0,49 195

8a a=0,014 y=0,31 z=0,19 8,105 4978 0,63 288

8b a=0 y=0,31 z=0,19 7,772 2712 0,41 164

9a a=0,014 y=0,30 z=0,20 8,195 4632 0,59 250

9b a=0 y=0,30 z=0,20 7,759 2556 0,40 146

Aus der obigen Tabelle II ist ersichtlich, daß man durch den teilweisen Ersatz des Bleis durch Wismut optimale Sintereigenschaften, eine hohe Dichte und eine Verbesserung die Dielektrizitätskonstanten 6 des elektro-33, mechanischen Kupplungskoeffizienten (planarer Kupplungsfaktor) kp und der piezoelektrischen Konstanten d31 erreicht.

BEISPIEL 3 Man ersetzt einen Teil des Bleis der Grundzusammensetzung durch Wismut und bereitet ein Material der Formel Pb1-3a/2Bia(Ni1/3Nb2/3)xTixZryO 2 a(Nil/3 2/3 x y z 3' worauf man einen Teil (1/12) des Nickels des letzteren Materials durch Zink ersetzt, wobei x den Wert 0,5 besitzt und y und z variiert werden, um entsprechende Keramiken zu bilden (Proben 10a, 11a und 12a).
Zu Vergleichszwecken bereitet man Keramiken (Proben 1Ob, 11b und 12b), bei denen man bei der obigen Zusammensetzung kein Zink verwendet, um einen Teil des Nickels zu ersetzen, und Keramiken (Proben 10c, 11c und 12c) bei denen bei der entsprechenden Zusammensetzung nicht ein Teil des Bleis durch Wismut ersetzt ist.
Die gemessenen Eigenschaften der in dieser Weise gebildeten Proben sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengestellt.

TABELLE III

piezoelektrische Dichte des Curie- Koerzitiv-

Probe Zusammensetzung Konstante gesinter- Temperatur Feld

d31(x10-12m/V) ten Tc(°C) Ec(kV/cm)

Materials

#(g/cm3)

10a Pb0.985Bi0.01

(Zn1/2Ni3/12Nb2/3)0.5 265 8.212 161 7.0

Ti0.34Zr0.16O3

10b Pb0.979Bi0.014

(Ni1/3Nb2/3)0.5 280 8.170 130 5.0

Ti0.34Zr0.16O3

10c Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5 266 7.740 140 5.3

Ti0.34Zr0.16O3

11a Pb0.985Bi0.01

(Zn1/12Ni3/12Nb2/3)0.5 308 8.243 155 6.7

Ti0.33Zr0.17O3

11b Pb0.979Bi0.014

(Ni1/3Nb2/3)0.5 328 8.067 126 4.8

Ti0.33Zr0.17O3

11c Pb(Ni1/3Nb3/2)0.5 217 7.789 136 5.0

Ti0.33Z30.17O3

12a Pb0.958Bi0.01

(Zn1/12Ni3/12Nb2/3)0.5 341 8.245 152 6.5

Ti0.32Zr0.18O3

12b Pb0.979Bi0.014

(Ni1/3Nb2/3)0.5 345 8.085 122 4.5

Ti0.32Zr0.18O3

12c Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5 195 7.763 132 4.7

Ti0.32Zr0.18O3

Wie aus der obigen Tabelle III zu ersehen ist, ergibt sich durch einen Ersatz eines Teils des Nickels durch Zink eine Verbesserung der Dichte der gesinterten Keramik, eine Steigerung der Curie-Temperatur Tc um 19 bis 200C und eine Verbesserung des Koerzitivfeldes Ec um 1,7 bis 1,8 kV/cm.

BEISPIEL 4 Man ersetzt das Nickel der folgenden Zusammensetzung Pb1-3a/2Bia (Ni i1/3Nb2/3)xTiyzrz03 durch variierende Mengen Zink.
Dann bereitet man Keramiken (Proben 13 bis 18) durch Variieren des Werts b bei der Zusammensetzung der Formel Pb0,97Bi0,02(ZnbNi1/3-bNb2/3)0,30Ti0,38Zr0,32O3 und Keramiken (Proben 19 bis 28) durch Variieren des Wertes b der Zusammensetzung der Formel Pb0,985Bi0,01(ZnNi1/3-bNb2/3)0,53Ti0,32Zr0,15O3.
Die gemessenen Eigenschaften der erhaltenen Proben 13 bis 28 sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt, wobei die Mengen von 0 bis 1/3 des durch Zink ersetzten Materials sämtlich löslich sind.

TABELLE IV

durch Zink Dichte des Dielektrizi- planarer piezoelektri-

Probe ersetzte gesinterten tätskonstante Kupplungs- sche Konstante

Menge b Materials E33 faktor kp d31(x10 mJw

#(g/cm3)

13 0 7,898 2267 0,64 207

1/60

14 1/45 7,892 2593 0,62 218

15 1/24 8,037 3046 0,69 267

1/15

16 1/12 8,034 3467 0,67 267

1/9

17 1/6 7,944 3061 0,60 221

1/4

18 1/3 8,009 1916 0,51 135

19 0 7,787 7047 0,49 281

20 1/60 7,923 7071 0,53 304

21 1/45 8,205 7164 1 0,63 358

22 1/24 8,225 6700 0,62 336

23 1/15 8,274 6549 0,62 322

24 1/12 8,278 5909 0,62 308

25 1/9 8,286 5689 0,62 306

26 1/6 8,217 3528 0,53 190

27 1/4 8,189 2056 0,42 112

28 1/3 8,146 1238 0,39 64

Aus der obigen Tabelle IV geht hervor, daß die piezoelektrische Konstante d31 mit zunehmender Zinkmenge ansteigt, jedoch scharf abfällt, wenn die Zinkaustauschmenge 1/6 übersteigt.

BEISPIEL 5 Man bereitet Keramiken (Proben 29 bis 34) durch Variieren der Menge a des Blei ersetzenden Bestandteils Wismut der Zusammensetzung Pb1 3a Bia (Znl Ni3 Nb8 ) Ti Zr0,18 O3 2 2 a V2 V2 V2 innerhalb eines Bereiches von 0 bis 0,025. Die gemessenen Eigenschaften der erhaltenen Proben 29 bis 34 sind in der nachstehenden Tabelle V zusammengestellt, aus der ersichtlich ist, daß selbst dann, wenn die Wismutersatzmenge a Null ist, das Sinterverhalten durch den durch den Ersatz mit Zink verursachten Effekt etwas verbessert wird, wobei die Verbesserung der piezoelektrischen Konstanten d31 nicht ausreicht. In der Tabelle V nimmt die piezoelektrische Konstante d31 einen Maximalwert an, wenn die ersetzte Wismutmenge a 0,015 beträgt, nimmt jedoch stark ab, wenn a einen Wert von 0,02 übersteigt. Daher ergibt sich ein Umkehreffekt im Hinblick auf die Abnahme der Curie-Temperatur T und c des Koerzitivfelds Ec,wenn Wismut in einer solchen Menge zugegeben wird, daß a 0,02 übersteigt.

TABELLE V

Probe durch Dichte des ge- Dielektrizi- planarer piezoelektrische Curie- Koerzitiv-
Wismuth sub- sinterten tätskon- Kupplungsfaktor Konstante Temperatur feld
stituierte Materials stante kp d31(x10-12m/V) Tc(°C) Ec(kV/cm)
Menge a # (g/cm3) # 33
29 0 8.173 4160 0.60 260 168 7.0
30 0.005 8.237 5350 0.64 308 160 6.7
31 0.010 8.245 5689 0.67 341 152 6.5
32 0.015 8.266 5834 0.67 345 146 6.0
33 0.020 8.244 6235 0.59 301 138 5.7
34 0.025 8.233 6311 0.48 175 131 5.4

Aus diesen Gründen liegt die Wismutersatzmenge erfindungsgemäß im Bereich von 0,005 bis 0,02.

BEISPIEL 6 Man bereitet Keramikwerkstoffe durch Variieren von x, y und z in der Grundzusammensetzung der Formel Pb1-3a/2Bia(Ni1/3-bZnbNb2/3)xTiyZrO 2 3 x y z3 worin a den Wert 0,01 und b den Wert 1/12 besitzen.
Zu Vergleichszwecken werden Keramikwerkstoffe hergestellt, deren Zusammensetzung außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches liegt.

Die gemessenen Eigenschaften der erhaltenen Werkstoffe (Proben 35 bis 63) sind in der folgenden Tabelle VI zusammengestellt, wobei diese Keramikwerkstoffe (Proben 35 bis 63) die Zusammensetzungen besitzen, diein dem in der Fig. 2 dargestellten ternären Diagramm durch die Punkte 35 bis 63 angegeben sind. Außerhalb des Bereiches, der durch die Linien definiert ist, die die benachbarten Punkte A, B, C, D und E verbinden (Proben 36, 41, 56, 54 und 39) in dem Diagramm der Fig. 2 an der Seite des Bestandteils Pb1-3a/2Bia(Ni1/3-bNb2/3)O3 (worin x groß wird), nimmt die Curie-Temperatur einen niedrigen Wert an und die piezoelektrischen Eigenschaften werden schlecht und an der Seite des Bestandteils Pb 3a Bi TiO3 (wo y einen großen Wert einnimmt) /2 a und des Bestandteils Pb 3a Bi ZrO (wo z einen 1- /2 a 3 großen Wert einnimmt) verschlechtern sich die piezoelektrischen Eigenschaften. Demzufolge ist erfindungs- gemäß die Zusammensetzung des beanspruchten Keramikwerkstoffes derart ausgewählt, daß sie innerhalb des Bereiches liegt, der durch die von den Punkten A bis E verlaufende Verbindungslinie definiert wird. TABELLE VI

Probe Zusammensetzung Dichte des Dielektrizitäts- planarer piezoelektrische Curie-
(Mol-%) gesinterten konstante Kupplungs- Konstante Temperatur
x y z Materials # 33 faktor kp d31(x10-12m/V) Tc(°C)
# (g/cm3)
35 70 30 0 8,346 6780 0,44 205 91
36 65 30 5 8,240 6190 0,52 256 102
37 65 26 9 8,217 6970 0,42 208 93
38 60 40 0 8,071 2101 0,38 98 160
39 60 36 4 8,180 3302 0,42 159 145
40 60 30 10 8,271 7749 0,58 327 117
41 60 25 15 8,329 5254 0,56 250 103
42 50 40 10 8,144 2050 0,43 107 185
43 50 37 13 8,150 3050 0,49 175 174
44 50 34 16 8,212 4803 0,59 265 161
45 50 33 17 8,243 5474 0,64 308 155
46 50 32 18 8,245 5689 0,67 341 152
47 50 31 19 8,320 3115 0,67 250 150
48 50 29 21 8,281 2454 0,54 160 144
49 50 24 26 8,243 1667 0,48 110 133
50 40 40 20 8,145 2232 0,49 121 212
51 40 36 24 8,141 4032 0,66 282 198
52 40 32 28 8,132 1251 0,56 118 185

TABELLE VI (Fortsetzung)

Probe Zusammensetzung Dichte des Dielektrizitäts- planarer piezoelektrische Curie-
(Mol-%) gesinterten konstante Kupplungs- Konstante Temperatur
x y z Materials # 33 faktor kp d31(x10-12m/V) Tc(°C)
# (g/cm3)
53 30 42 28 7,874 2003 0,49 130 260
54 30 40 30 7,859 2158 0,55 155 257
55 30 38 32 7,852 2626 0,62 224 250
56 30 37 33 7,868 1900 0,58 166 242
57 30 35 35 7,870 811 0,55 94 235
58 20 44 36 7,132 1421 0,41 107 301
59 20 41 39 7,485 1384 0,48 128 292
60 20 39 41 7,650 724 0,48 81 280
61 55 32 13 8,274 6100 0,58 293 137
62 55 31 14 8,277 6949 0,63 350 132
63 55 30 15 8,254 6241 0,64 341 128

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Keramikwerkstoffe sehr gute piezoelektrische Eigenschaften, Curie-Temperaturen und Koerzitivfelder besitzen, so daß mit ihnen beispielsweise piezoelektrische Zweiplattensysteme gebildet werden können, die große Verschiebungswerte ermöglichen und stabile Eigenschaften besitzen.

Claims

Piezoelektrischer Keramikwerkstoff PATENTANSPRUCH Piezoelektrischer Keramikwerkstoff, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine feste Lösung von drei Komponenten der Formel Pb. 3/2aBia(Ni1/3bZnbNb2)@Ti@Zr@O 2 3 3 y zi in der x, y und z für das Molverhältnis von (Pb1-3/2aBia)(Ni1/3-bZnbNb2/3)O3, Pb1-3/2aBiaTiO3 und Pb 3aBiazrO3 stehen und auf einem ternären Diagramm von @1-3/2a 3 Bi ) (Nil Zn N 1-/2a a /3b b /3 b /2a a @ (Pb1-3/3aBia)ZrO3 innerhalb eines Bereiches liegen, der durch die Verbindung der Punkte A, B, C, D und E definiert ist, wobei x y z A 65 30 5 B 60 25 15 C 30 37 33 D 30 40 30 E 60 36 4 gilt und a einen Wert von nicht weniger als 0,005, jedoch nicht mehr als 0,02 und b einen Wert von nicht mehr als 1/6 besitzen.