JP2003238245A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉛成分を含有しない低コストの材料で、優れ
た圧電特性と誘電特性を有する圧電磁器組成物を提供す
ること。 【解決手段】 Bia(Na1-xKx)1-aTi1-y(Alb
Mo(4-3b)/5)yO3である組成式(ただし、Mは、M
o、Ta、Nb、Sb、Vのうちの1種以上の元素)で
表され、x、y、a、bはそれぞれ、モル比で0<x<
1、0<y≦0.5、0.4≦a≦0.6、0.2≦b≦
0.5である圧電磁器組成物とする。
た圧電特性と誘電特性を有する圧電磁器組成物を提供す
ること。 【解決手段】 Bia(Na1-xKx)1-aTi1-y(Alb
Mo(4-3b)/5)yO3である組成式(ただし、Mは、M
o、Ta、Nb、Sb、Vのうちの1種以上の元素)で
表され、x、y、a、bはそれぞれ、モル比で0<x<
1、0<y≦0.5、0.4≦a≦0.6、0.2≦b≦
0.5である圧電磁器組成物とする。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動子、アクチュ
エータ、センサ等の圧電デバイスに好適に使用される圧
電磁器組成物に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、圧電デバイスに用いられる圧電磁
気材料としては、PbTiO3やPbZrO3を主成分とする
圧電セラミックス(以下、PZT系圧電セラミックスと
略す)や、複合ペロブスカイト類を第三、第四成分とし
て固溶させた多成分系PZT系圧電セラミックスに代表
されるように、鉛を含有するものがほとんどである。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの鉛を
含有するセラミックスは、製造プロセスにおいて鉛成分
の揮発を免れ得ない。また、産業廃棄物中にこれらの鉛
を含有するセラミックスが含まれている場合、焼却灰や
溶出による環境汚染が考えられる。そのため、鉛成分を
外部環境に排出させない対策が必要となり、膨大なコス
トが発生する。 【0004】これらのことから、無鉛圧電材料を提供す
ることは環境対策だけではなく製造コストの面からも極
めて有用である。 【0005】そこで、本発明は、鉛成分を含有しない低
コストの材料で、優れた圧電特性と誘電特性を有する圧
電磁器組成物を提供することを課題としている。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器組成物
は、Bia(Na1-xKx)1-aTi1-y(AlbMo(4-
3b)/5)yO3である組成式(ただし、Mは、Mo、T
a、Nb、Sb、Vのうちの1種以上の元素)で表さ
れ、x、y、a、bは、それぞれ、0<x<1、0<y
≦0.5、0.4≦a≦0.6、0.2≦b≦0.5とす
る。 【0007】 【作用】本発明は、Ba-Na-Ti系の圧電材料におい
てNaの一部をKで置換し、さらにTiの一部をAlb
M(4-3b)/5(ただし、Mは、Mo、Ta、Nb、S
b、Vのうちの元素であり、0<b<1である)で置換
することにより、圧電特性および誘電特性を改善するも
のである。 【0008】x、y、それぞれの置換量を0<x<1、
0<y≦0.5としたのは、この範囲以外では圧電特性
が著しく低下するためである。それは、MPB(モルホ
トロピック相境界)近傍の組成範囲から大きく外れるこ
とが原因と思われる。 【0009】ところで、本発明の圧電磁器組成物におい
ては、ストイキオメトリー(化学量論比)から少しずれ
た組成に対する取り扱いが重要である。その原因とし
て、ペロブスカイト構造以外の異相の析出、別サイトと
の構成元素の置換、粒界部への析出、酸素欠陥、あるい
は構成元素の価数の変化などが挙げられる。 【0010】そのときの組成比のずれは、以下のようで
ある。本発明の圧電磁器組成物の組成を、前記x、yの
他に、a、b、cおよびdを加えて、仮に、[Bi
a(Na 1−xKx)1−a]c[Ti1−y(Alb
M(4−3b)/5)y]dO3、(ただし、Mは、M
o、Ta、Nb、Sb、Vのうちの元素である)と表し
たとき、c=1.00、およびd=1.00のときには、
ストイキオメトリー組成になる。しかし、cおよびdの
いずれかの値が1.00から±5%程度の範囲で変化し
ても、優れた圧電特性および誘電特性が得られるような
予備的な実験結果が見られた。 【0011】また、セラミックスの製造方法は、一般的
な製造方法であればよく、特に限定するものではない。 【0012】 【実施例】本発明の圧電磁器組成物の実施例を以下に示
す。 【0013】化学的に高純度のBi2O3、Na2CO3、
K2CO3、TiO2、Al2O3、Mo2O5を用い、Bi
0.5(Na1-xKx)aTi1-y(AlbMo(4-3b)/5)y
O3、(ただし、a=0.5、b=0.333、0≦x≦
1、0≦y≦0.6)の組成となるように配合し、これ
らの原料粉をジルコニアボールとともにアクリルポット
中に入れ、40時間、湿式混合した。 【0014】次に、これらの混合粉を脱水乾燥後、アル
ミナこう鉢で900℃予焼を行ってから、各予焼粉をア
クリルポット中ジルコニアボールにて20時間、湿式粉
砕し、これを2回繰り返した。 【0015】引き続き、脱水乾燥して得られた予焼粉砕
粉にバインダを混合して加圧し、20φ×3mmtに成
形した。この成形体を900〜1200℃で2時間焼成
し、各焼結体を1mmの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して350℃で焼き付けて電極を形成し、
100℃のシリコーンオイル中で4〜7kV/mmの直
流電圧を15分間印加して厚み方向に分極し、評価用の
試料とした。 【0016】また、比較品として発明品と同様の製造方
法で組成が請求項の範囲外のものを作製した。 【0017】圧電特性は、インピーダンスアナライザ
(HP4194A)を使用して、共振-反共振法で求め
た。 【0018】表1に、その圧電特性と誘電特性を各組成
に対して示す。この表1でのkpは径方向振動の電気機
械結合係数を示し、εr は1kHz の比誘電率を示す。 【0019】 【表1】 【0020】表1に示すように、y=0、およびy>
0.5では、kpの値が小さくなってしまう。また、0
<x<1の範囲においては、kpは最大で約30%を示
すが、yが請求項の範囲外の組成では、最大でも約10
%と小さい値しか示さない。なお、表1において、試料
番号の前に*印がついたものは比較材であり、印のない
ものが本発明の組成に属する試料である。 【0021】本実施例においては、a=0.5、b=0.
333の場合について説明したが、0.4≦a≦0.6、
0.2≦b≦0.5の範囲においても、優れた圧電特性お
よび誘電特性が得られる。 【0022】また、本実施例においては、Alと共にT
iを置換する元素MとしてMoを用いたが、他に、T
a、Nb、Sb、Vなどが可能である。 【0023】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、B
ia(Na1-xKx)1-aTi1-y(AlbMo(4-3b)/5)
yO3である組成式(ただし、Mは、Mo、Ta、Nb、
Sb、Vのうちの1種以上の元素)で表され、x、y、
a、bは、それぞれ、0<x<1、0<y≦0.5、0.
4≦a≦0.6、0.2≦b≦0.5とすることで、鉛を
含有せず、低コストで、優れた圧電特性と誘電特性を有
する圧電磁器組成物を得ることが出来る。
エータ、センサ等の圧電デバイスに好適に使用される圧
電磁器組成物に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、圧電デバイスに用いられる圧電磁
気材料としては、PbTiO3やPbZrO3を主成分とする
圧電セラミックス(以下、PZT系圧電セラミックスと
略す)や、複合ペロブスカイト類を第三、第四成分とし
て固溶させた多成分系PZT系圧電セラミックスに代表
されるように、鉛を含有するものがほとんどである。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの鉛を
含有するセラミックスは、製造プロセスにおいて鉛成分
の揮発を免れ得ない。また、産業廃棄物中にこれらの鉛
を含有するセラミックスが含まれている場合、焼却灰や
溶出による環境汚染が考えられる。そのため、鉛成分を
外部環境に排出させない対策が必要となり、膨大なコス
トが発生する。 【0004】これらのことから、無鉛圧電材料を提供す
ることは環境対策だけではなく製造コストの面からも極
めて有用である。 【0005】そこで、本発明は、鉛成分を含有しない低
コストの材料で、優れた圧電特性と誘電特性を有する圧
電磁器組成物を提供することを課題としている。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器組成物
は、Bia(Na1-xKx)1-aTi1-y(AlbMo(4-
3b)/5)yO3である組成式(ただし、Mは、Mo、T
a、Nb、Sb、Vのうちの1種以上の元素)で表さ
れ、x、y、a、bは、それぞれ、0<x<1、0<y
≦0.5、0.4≦a≦0.6、0.2≦b≦0.5とす
る。 【0007】 【作用】本発明は、Ba-Na-Ti系の圧電材料におい
てNaの一部をKで置換し、さらにTiの一部をAlb
M(4-3b)/5(ただし、Mは、Mo、Ta、Nb、S
b、Vのうちの元素であり、0<b<1である)で置換
することにより、圧電特性および誘電特性を改善するも
のである。 【0008】x、y、それぞれの置換量を0<x<1、
0<y≦0.5としたのは、この範囲以外では圧電特性
が著しく低下するためである。それは、MPB(モルホ
トロピック相境界)近傍の組成範囲から大きく外れるこ
とが原因と思われる。 【0009】ところで、本発明の圧電磁器組成物におい
ては、ストイキオメトリー(化学量論比)から少しずれ
た組成に対する取り扱いが重要である。その原因とし
て、ペロブスカイト構造以外の異相の析出、別サイトと
の構成元素の置換、粒界部への析出、酸素欠陥、あるい
は構成元素の価数の変化などが挙げられる。 【0010】そのときの組成比のずれは、以下のようで
ある。本発明の圧電磁器組成物の組成を、前記x、yの
他に、a、b、cおよびdを加えて、仮に、[Bi
a(Na 1−xKx)1−a]c[Ti1−y(Alb
M(4−3b)/5)y]dO3、(ただし、Mは、M
o、Ta、Nb、Sb、Vのうちの元素である)と表し
たとき、c=1.00、およびd=1.00のときには、
ストイキオメトリー組成になる。しかし、cおよびdの
いずれかの値が1.00から±5%程度の範囲で変化し
ても、優れた圧電特性および誘電特性が得られるような
予備的な実験結果が見られた。 【0011】また、セラミックスの製造方法は、一般的
な製造方法であればよく、特に限定するものではない。 【0012】 【実施例】本発明の圧電磁器組成物の実施例を以下に示
す。 【0013】化学的に高純度のBi2O3、Na2CO3、
K2CO3、TiO2、Al2O3、Mo2O5を用い、Bi
0.5(Na1-xKx)aTi1-y(AlbMo(4-3b)/5)y
O3、(ただし、a=0.5、b=0.333、0≦x≦
1、0≦y≦0.6)の組成となるように配合し、これ
らの原料粉をジルコニアボールとともにアクリルポット
中に入れ、40時間、湿式混合した。 【0014】次に、これらの混合粉を脱水乾燥後、アル
ミナこう鉢で900℃予焼を行ってから、各予焼粉をア
クリルポット中ジルコニアボールにて20時間、湿式粉
砕し、これを2回繰り返した。 【0015】引き続き、脱水乾燥して得られた予焼粉砕
粉にバインダを混合して加圧し、20φ×3mmtに成
形した。この成形体を900〜1200℃で2時間焼成
し、各焼結体を1mmの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して350℃で焼き付けて電極を形成し、
100℃のシリコーンオイル中で4〜7kV/mmの直
流電圧を15分間印加して厚み方向に分極し、評価用の
試料とした。 【0016】また、比較品として発明品と同様の製造方
法で組成が請求項の範囲外のものを作製した。 【0017】圧電特性は、インピーダンスアナライザ
(HP4194A)を使用して、共振-反共振法で求め
た。 【0018】表1に、その圧電特性と誘電特性を各組成
に対して示す。この表1でのkpは径方向振動の電気機
械結合係数を示し、εr は1kHz の比誘電率を示す。 【0019】 【表1】 【0020】表1に示すように、y=0、およびy>
0.5では、kpの値が小さくなってしまう。また、0
<x<1の範囲においては、kpは最大で約30%を示
すが、yが請求項の範囲外の組成では、最大でも約10
%と小さい値しか示さない。なお、表1において、試料
番号の前に*印がついたものは比較材であり、印のない
ものが本発明の組成に属する試料である。 【0021】本実施例においては、a=0.5、b=0.
333の場合について説明したが、0.4≦a≦0.6、
0.2≦b≦0.5の範囲においても、優れた圧電特性お
よび誘電特性が得られる。 【0022】また、本実施例においては、Alと共にT
iを置換する元素MとしてMoを用いたが、他に、T
a、Nb、Sb、Vなどが可能である。 【0023】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、B
ia(Na1-xKx)1-aTi1-y(AlbMo(4-3b)/5)
yO3である組成式(ただし、Mは、Mo、Ta、Nb、
Sb、Vのうちの1種以上の元素)で表され、x、y、
a、bは、それぞれ、0<x<1、0<y≦0.5、0.
4≦a≦0.6、0.2≦b≦0.5とすることで、鉛を
含有せず、低コストで、優れた圧電特性と誘電特性を有
する圧電磁器組成物を得ることが出来る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 Bia(Na1-xKx)1-aTi1-y(Alb
Mo(4-3b)/5)yO3である組成式(ただし、Mは、M
o、Ta、Nb、Sb、Vのうちの1種以上の元素)で
表され、x、y、a、bは、それぞれ、0<x<1、0
<y≦0.5、0.4≦a≦0.6、0.2≦b≦0.5で
あることを特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002044473A JP2003238245A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002044473A JP2003238245A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003238245A true JP2003238245A (ja) | 2003-08-27 |
Family
ID=27783845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002044473A Withdrawn JP2003238245A (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003238245A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008195603A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-08-28 | Fujifilm Corp | ペロブスカイト型酸化物とその製造方法、圧電体膜、圧電素子、液体吐出装置 |
JP2008239380A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物 |
CN109400146A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种高居里温度压电陶瓷及其制备方法 |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044473A patent/JP2003238245A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008195603A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-08-28 | Fujifilm Corp | ペロブスカイト型酸化物とその製造方法、圧電体膜、圧電素子、液体吐出装置 |
JP2008239380A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物 |
CN109400146A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种高居里温度压电陶瓷及其制备方法 |
CN109400146B (zh) * | 2018-12-14 | 2021-06-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种高居里温度压电陶瓷及其制备方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040820 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070206 |