JP2000128633A - Piezoelectric porcelain composition - Google Patents
Piezoelectric porcelain compositionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電歪みを利用し
た圧電アクチュエータなどに好適な圧電体磁器組成物に
関するものであり、特に比誘電率(ε33/ε0)及び圧
電特性(d定数)が大きく、且つ、焼成温度が1000
℃以下と低い圧電体磁器組成物に関するものである。The present invention relates generally relates to such a suitable piezoelectric ceramic composition piezoelectric actuator using a piezoelectric strain, in particular the dielectric constant (ε 33 / ε 0) and piezoelectric properties (d constant) And the firing temperature is 1000
The present invention relates to a piezoelectric porcelain composition as low as not more than ° C.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧電体磁器組成物としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)が、圧電性が大きく高温まで使用
することができることから、振動子をはじめとして各種
圧電素子に広く利用されている。また、PZTに第3成
分を添加することによって、種々の特性に富んだ磁器が
得られている。2. Description of the Related Art As a piezoelectric porcelain composition, lead zirconate titanate (PZT) is widely used for various piezoelectric elements such as vibrators since it has a large piezoelectricity and can be used up to high temperatures. . Further, by adding the third component to PZT, porcelain having various characteristics has been obtained.
【0003】たとえば、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−
PbTiO3−PbZrO3系の圧電体磁器組成物は、T
rans.J.Brit.Ceram.Soc.、73
(1974)251においてLuff等によって、高い
圧電特性を持つ圧電体磁器組成物であることが報告され
ており、アクチュエータ素子用の圧電体磁器に適してい
る。For example, Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 −
PbTiO 3 —PbZrO 3 based piezoelectric ceramic composition is
rans. J. Brit. Ceram. Soc. , 73
(1974) 251 reports that it is a piezoelectric ceramic composition having high piezoelectric properties by Luff et al., Which is suitable for a piezoelectric ceramic for an actuator element.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この系
の圧電体磁器組成物の焼成温度は、1200〜1300
℃と高温である。このため、焼成時における酸化鉛の蒸
発に起因して緻密な焼結体が得にくく、酸化鉛の蒸発に
よる組成ずれを引き起こし特性の再現性と均一性が得に
くいという欠点がある。However, the firing temperature of this type of piezoelectric ceramic composition is 1200 to 1300.
℃ and high temperature. For this reason, it is difficult to obtain a dense sintered body due to evaporation of lead oxide at the time of firing, and there is a disadvantage that a composition shift due to evaporation of lead oxide is caused and it is difficult to obtain reproducibility and uniformity of characteristics.
【0005】さらに、圧電アクチュエータなどの一体焼
結型の積層圧電素子を製造する場合、焼成温度が高いた
め、内部電極としてこの焼成温度に耐え得る白金やパラ
ジウムを利用せねばならず、素子のコストを上昇させる
要因になる。Further, when manufacturing a monolithic sintered type laminated piezoelectric element such as a piezoelectric actuator, the firing temperature is high, so that platinum or palladium which can withstand the firing temperature must be used as the internal electrode, and the cost of the element must be increased. Is a factor that increases
【0006】電極の問題を解決するためには、焼成温度
を、比較的安価な電極であるAg−Pd合金が使用でき
る1150℃以下にする必要があり、また、酸化鉛の蒸
発を制御するためには、焼成温度を、酸化鉛の蒸発が急
激に増加する1000℃以下にする必要がある。In order to solve the problem of the electrode, it is necessary to set the firing temperature to 1150 ° C. or less at which an Ag-Pd alloy which is a relatively inexpensive electrode can be used, and to control the evaporation of lead oxide. For this purpose, it is necessary to set the firing temperature to 1000 ° C. or less, at which the evaporation of lead oxide rapidly increases.
【0007】したがって、本発明の目的は、圧電材料と
して優れた特性を有し、しかも1000℃以下の低温で
焼成した場合にも焼結性が良好な圧電体磁器組成物を提
供することである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric porcelain composition having excellent properties as a piezoelectric material and having good sinterability even when fired at a low temperature of 1000 ° C. or less. .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、一般式xPb
(Ni1/3(Nb1-aTaa)2/3)O3−yPbTiO3−
zPbZrO3(但しx+y+z=1)で示される、ニ
ッケル、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウムおよ
び酸素からなる圧電体磁器組成物であり、x、y、zが
それぞれ、0.20<x<0.60、0.30<y<
0.50、0.10<z<0.50の範囲にあり、Nb
サイトのTa置換量aが、0<a<0.10の範囲であ
ることを特徴とする圧電体磁器組成物に関する。その
際、副成分としてPbOを含み、その量bが、上記主成
分を100重量部としたとき、0<b<5(重量部)の
範囲内であるとさらに焼成温度を下げることができるの
で好ましい。According to the present invention, there is provided a compound of the general formula xPb
(Ni 1/3 (Nb 1-a Ta a ) 2/3 ) O 3 -yPbTiO 3-
A piezoelectric ceramic composition composed of nickel, niobium, tantalum, titanium, zirconium, and oxygen, represented by zPbZrO 3 (where x + y + z = 1), wherein x, y, and z are respectively 0.20 <x <0.60. , 0.30 <y <
0.50, 0.10 <z <0.50, Nb
The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition, wherein the Ta substitution amount a at the site is in the range of 0 <a <0.10. At this time, if the amount b is in the range of 0 <b <5 (parts by weight) when PbO is contained as a subcomponent and the amount b is 100 parts by weight of the main component, the firing temperature can be further lowered. preferable.
【0009】磁器組成物の組成を上記範囲に限定した理
由は、上記範囲以外の組成では、電気機械結合係数Kp
もしくは比誘電率ε33/ε0が著しく低下するからであ
る。また、Ta置換量を上記に限定した理由は、それ以
上含有した場合、比誘電率ε 33/ε0は向上するが電気
機械結合係数Kpが低下するためである。また、副成分
であるPbOの量比を上記に限定した理由は、副成分を
それ以上含有した場合、電気機械結合係数Kpが低下す
るためである。[0009] The composition of the porcelain composition is limited to the above range.
The reason is that, for compositions outside the above range, the electromechanical coupling coefficient Kp
Or the relative permittivity ε33/ Ε0Is significantly reduced
You. The reason for limiting the Ta substitution amount to the above is as follows.
When contained, the relative dielectric constant ε 33/ Ε0Improves but electricity
This is because the mechanical coupling coefficient Kp decreases. Also, sub-components
The reason for limiting the amount ratio of PbO is that
If it is contained more, the electromechanical coupling coefficient Kp decreases.
That's because.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の圧電体磁器組成物の好適
な製造法の一例を次に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of a preferred method for producing a piezoelectric ceramic composition of the present invention will be described below.
【0011】酸化鉛(PbO)、酸化ニッケル(Ni
O)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2
O5)、酸化チタン(TiO2)および酸化ジルコニウム
(ZrO2)の出発原料を各所定量ずつ秤量し混合・粉
砕する。これを酸素含有ガス雰囲気(例えば空気雰囲
気)下にて所定の温度で約1〜5時間仮焼する。次に、
得られた仮焼粉と副成分であるPbOを、水、アルコー
ル等の溶媒と共に湿式混合する。続いて、溶媒を除去し
た後、粉砕する。更に、ポリビニルアルコールの如き有
機バインダと共に混合して均質にし、乾燥、粉砕、加圧
成形(圧力100〜1000Kg/cm2程度)する。
得られた成形物を空気の如き酸素含有ガス雰囲気下に8
00〜1000℃で焼成することにより、上記組成式で
表わされる圧電体磁器組成物が得られる。[0011] Lead oxide (PbO), nickel oxide (Ni
O), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2
O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ) are weighed, mixed, and pulverized in predetermined amounts. This is calcined at a predetermined temperature in an oxygen-containing gas atmosphere (for example, an air atmosphere) for about 1 to 5 hours. next,
The obtained calcined powder and PbO as an accessory component are wet-mixed with a solvent such as water or alcohol. Subsequently, after removing the solvent, pulverization is performed. Further, the mixture is mixed with an organic binder such as polyvinyl alcohol to homogenize, dried, pulverized, and pressed (with a pressure of about 100 to 1000 kg / cm 2).
The obtained molded product was placed in an oxygen-containing gas atmosphere such as air for 8 hours.
By firing at 00 to 1000 ° C., the piezoelectric ceramic composition represented by the above composition formula is obtained.
【0012】得られた焼結体を切断、研磨加工を行なっ
た後電極を形成し、シリコンオイル中において3kV/
mmの直流電圧を20分間印加して分極処理を行ない、
各種圧電特性を測定する。After the obtained sintered body is cut and polished, an electrode is formed, and 3 kV /
mm DC voltage for 20 minutes to perform polarization processing,
Measure various piezoelectric characteristics.
【0013】なお、鉛、ニッケル、ニオブ、タンタル、
チタン及びジルコニウムの原料としては、PbO、Ni
O、Nb2O5、TiO2およびZrO2等の他に、焼成時
に酸化物となる硝酸塩、水酸化物等を使用する事ができ
る。Note that lead, nickel, niobium, tantalum,
Raw materials for titanium and zirconium include PbO, Ni
In addition to O, Nb 2 O 5 , TiO 2, ZrO 2, etc., nitrates, hydroxides and the like which become oxides during firing can be used.
【0014】[0014]
【実施例】以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に
説明する。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
【0015】高純度な酸化鉛(PbO)、酸化ニッケル
(NiO)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル
(Ta2O5)、酸化チタン(TiO2)および酸化ジル
コニウム(ZrO2)のうち、NiO、Nb2O5、Ta2
O5を所定量秤量し混合した後、空気雰囲気下にて10
00℃で5時間仮焼した。この仮焼粉と、残りの原料粉
を所定量秤量し混合粉砕した。この粉末を空気雰囲気下
にて800℃で2時間仮焼した。次に得られた仮焼粉と
酸化鉛(PbO)の所定量を、ジルコニア製玉石を用い
エタノールを溶媒としてボールミル混合した。この溶液
を脱媒後、粉砕した後、適量のポリビニルアルコール溶
液を加え乾燥し、直径10mm、厚さ約2mmのペレッ
トを成形し、酸素雰囲気下において、表1に示した各温
度で2時間焼成した。High purity lead oxide (PbO), nickel oxide (NiO), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) Of which, NiO, Nb 2 O 5 , Ta 2
After weighing and mixing a predetermined amount of O 5 , 10
Calcination was performed at 00 ° C. for 5 hours. A predetermined amount of the calcined powder and the remaining raw material powder were weighed and mixed and pulverized. This powder was calcined at 800 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Next, a predetermined amount of the obtained calcined powder and lead oxide (PbO) was mixed in a ball mill using zirconia cobblestone with ethanol as a solvent. After desolvating the solution, pulverizing it, adding an appropriate amount of polyvinyl alcohol solution, and drying, forming pellets having a diameter of 10 mm and a thickness of about 2 mm, and baking under an oxygen atmosphere at each temperature shown in Table 1 for 2 hours. did.
【0016】こうして得られた磁器組成物焼結体を直径
8mm、厚さ約0.5mmの大きさに加工した後、Ag
電極を形成し、シリコンオイル中において3kV/mm
の直流電圧を20分間印加して分極処理を行なった。そ
の後、比誘電率ε33/ε0、電気機械結合係数Kpを測
定した。表1に各組成で得られた特性を、同様にして得
られた比較例とともに示す。The sintered body of the porcelain composition thus obtained is processed into a size having a diameter of 8 mm and a thickness of about 0.5 mm.
An electrode is formed and 3 kV / mm in silicon oil
Was applied for 20 minutes to perform a polarization treatment. Thereafter, the relative permittivity ε 33 / ε 0 and the electromechanical coupling coefficient Kp were measured. Table 1 shows the characteristics obtained with each composition, together with comparative examples obtained in the same manner.
【0017】[0017]
【表1】 [Table 1]
【0018】本発明の組成範囲内では、NbをTaに置
換することにより、焼成温度を下げ、比誘電率を上げる
事がわかる。しかし、Taの置換量aが増えるとKpが
低下する傾向があり、置換量aが0.1では、十分な特
性が得られない。It can be seen that within the composition range of the present invention, by substituting Ta for Nb, the firing temperature is lowered and the relative dielectric constant is raised. However, when the substitution amount a of Ta increases, Kp tends to decrease. When the substitution amount a is 0.1, sufficient characteristics cannot be obtained.
【0019】また、酸化鉛を添加することにより、さら
に焼成温度を下げる事ができる。しかし、それと共にK
pの低下が見られ、酸化鉛の添加量bが5.0重量部で
は、好ましいKpが得られない。Further, by adding lead oxide, the firing temperature can be further lowered. But with it
A decrease in p is observed, and when the added amount b of lead oxide is 5.0 parts by weight, a preferable Kp cannot be obtained.
【0020】さらに、上記式のx、y、xも上記範囲外
では、Kpあるいは比誘電率ε33/ε0が著しく小さく
なることがわかる。Further, when x, y and x in the above formulas are also outside the above ranges, it can be seen that Kp or the relative permittivity ε 33 / ε 0 becomes extremely small.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上の結果から明らかなように、本発明
の圧電体磁器組成物では、比誘電率ε 33/ε0と電気機
械結合定数が大きく、かつ、低温焼成が可能であり、内
部電極として比較的安価なAg−Pd等を使用した同時
焼成による積層化が可能な圧電体磁器組成物を提供する
ことができる。As is clear from the above results, the present invention
In the piezoelectric ceramic composition, the relative dielectric constant ε 33/ Ε0And electric machine
The mechanical coupling constant is large and low temperature firing is possible.
Simultaneous use of relatively inexpensive Ag-Pd etc.
Provided is a piezoelectric ceramic composition that can be laminated by firing.
be able to.
Claims (2)
2/3)O3−yPbTiO3−zPbZrO3(但しx+y
+z=1)で示される、鉛、ニッケル、ニオブ、タンタ
ル、チタン、ジルコニウムおよび酸素からなる圧電体磁
器組成物であり、x、y、zがそれぞれ、0.20<x
<0.60、0.30<y<0.50、0.10<z<
0.50の範囲にあり、NbサイトのTa置換量aが、
0<a<0.10の範囲であることを特徴とする圧電体
磁器組成物。1. The formula xPb (Ni 1/3 (Nb 1-a Ta a ))
2/3) O 3 -yPbTiO 3 -zPbZrO 3 ( where x + y
+ Z = 1) is a piezoelectric ceramic composition composed of lead, nickel, niobium, tantalum, titanium, zirconium and oxygen, wherein x, y and z are each 0.20 <x
<0.60, 0.30 <y <0.50, 0.10 <z <
0.50, and the Ta substitution amount a of the Nb site is:
A piezoelectric porcelain composition, wherein 0 <a <0.10.
量部)が、一般式xPb(Ni1/3(Nb1-aT
aa)2/3)O3−yPbTiO3−zPbZrO3(但し
x+y+z=1)で表わされる主成分を100重量部と
したとき、0<b<5(重量部)の範囲内であることを
特徴とする請求項1記載の圧電体磁器組成物。2. PbO is contained as an auxiliary component, and its amount b (parts by weight) is represented by the general formula xPb (Ni 1/3 (Nb 1-a T
a a ) 2/3 ) When the main component represented by O 3 -yPbTiO 3 -zPbZrO 3 (where x + y + z = 1) is 100 parts by weight, it is within the range of 0 <b <5 (parts by weight). The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10299359A JP2000128633A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Piezoelectric porcelain composition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10299359A JP2000128633A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Piezoelectric porcelain composition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000128633A true JP2000128633A (en) | 2000-05-09 |
Family
ID=17871544
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JP10299359A Pending JP2000128633A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Piezoelectric porcelain composition |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2000128633A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006038389A1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Piezoelectric porcelain composition and piezoelectric ceramic electronic component |
-
1998
- 1998-10-21 JP JP10299359A patent/JP2000128633A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2006038389A1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Piezoelectric porcelain composition and piezoelectric ceramic electronic component |
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