JP2006032468A - Method of manufacturing oxide piezoelectric material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電セラミック製品に使用されるタングステンブロンズ型の酸化物圧電材料の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a tungsten bronze type oxide piezoelectric material used in piezoelectric ceramic products.
従来、圧電セラミック材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系(PbTiO3−PbZrO3、以下、PZTと記す。)セラミックスが、大きな圧電性が得られることから、センサ、アクチュエータ、フィルタなど、多種の用途に用いられてきた。 Conventionally, as a piezoelectric ceramic material, lead zirconate titanate-based (PbTiO 3 —PbZrO 3 , hereinafter referred to as PZT) ceramics can be used in various applications such as sensors, actuators, filters, etc. because large piezoelectricity is obtained. Has been used.
しかし、PZT材料は、環境への負荷が非常に大きい鉛が主成分であり、全体の中に占める比率で、60重量%以上にもなる。酸化鉛は比較的容易に還元されて鉛を生成し、鉛は低温でも揮発性が高く、製造時の予焼、焼結などの工程で、大気中に漏れるのが不可避であり、これらの工程での周囲への拡散を防止する対策が必要であった。 However, the PZT material is mainly composed of lead, which has a very large burden on the environment, and it accounts for 60% by weight or more in the whole. Lead oxide is reduced relatively easily to produce lead. Lead is highly volatile even at low temperatures, and it is inevitable that it will leak into the atmosphere during pre-baking and sintering during manufacturing. It was necessary to take measures to prevent diffusion to the surrounding area.
また、何ら対策を施すことなしにPZTを廃棄すると、鉛が溶出するので、環境汚染防止の対策、つまり廃棄物処理に、膨大な設備投資が必要になるため、鉛を含有せずに大きな圧電特性を示す材料が要望されている。 In addition, if PZT is discarded without taking any countermeasures, lead will be eluted. Therefore, a huge amount of capital investment is required for measures to prevent environmental pollution, that is, waste disposal. There is a need for materials that exhibit properties.
このために、多くの無鉛圧電材料の探索がなされているが、その中の一つとして、タングステンブロンズ構造化合物が、実用化に向け検討されている。タングステンブロンズ構造は、一般式がAxByOzで示される。ここで、Aはアルカリ元素またはアルカリ土類元素、BはMo、Nb、Tiなどを代表とする3価ないし5価の元素である。 For this reason, many lead-free piezoelectric materials have been searched. As one of them, a tungsten bronze structure compound has been studied for practical use. Tungsten bronze structure, the general formula is represented by A x B y O z. Here, A is an alkali element or alkaline earth element, and B is a trivalent to pentavalent element typified by Mo, Nb, Ti or the like.
このような材料の一例として、特許文献1には、一般式が(A1)2(A2)B5O15で表され、A1がSr、Ba、Caから選ばれる少なくとも1種、A2がNa、Bi1/3の少なくとも1種、BがNb、Ta、Vから選ばれる少なくとも1種で、Bの一部がMn、Cr、Fe、Co、Ti、Zrから選ばれる元素で置換されているタングステンブロンズ構造化合物が開示されている。 As an example of such a material, in Patent Document 1, the general formula is represented by (A1) 2 (A2) B 5 O 15 , A1 is at least one selected from Sr, Ba, and Ca, A2 is Na, Tungsten in which at least one of Bi 1/3 , B is at least one selected from Nb, Ta, and V, and a part of B is substituted with an element selected from Mn, Cr, Fe, Co, Ti, and Zr Bronze structural compounds are disclosed.
その一方で、電子部品自体の高性能化、小型化、低コスト化への要求は、日々増加しており、原料について見ると、従来の製造方法では、上記要求項目へ対応するのが、もはや限界の状態になってきている。例を挙げると、圧電アクチュエータの製造工程においては、小型化を実現するために、原料粉末をバインダと溶媒からなる溶液に分散した、ペーストを成膜して得られるグリーンシートを、積層する方法が行われている。 On the other hand, the demand for high performance, miniaturization, and cost reduction of electronic parts themselves is increasing day by day. Looking at the raw materials, the conventional manufacturing methods can no longer meet the above requirements. It is reaching the limit. For example, in the manufacturing process of a piezoelectric actuator, in order to realize downsizing, there is a method of laminating green sheets obtained by forming a paste film in which raw material powder is dispersed in a solution composed of a binder and a solvent. Has been done.
このような積層型圧電アクチュエータの場合、導体粉末を分散したペーストを用いた印刷により、グリーンシート表面に内部電極を形成した後に積層して焼結するため、内部電極に使用する導体には、焼結温度よりも融点の高いものを選択する必要がある。圧電材と電極を同時に焼結する場合、一般にAg−Pdが電極として用いられている。 In the case of such a multilayer piezoelectric actuator, the internal electrode is formed on the green sheet surface by printing using a paste in which conductive powder is dispersed, and then laminated and sintered. It is necessary to select one having a melting point higher than the setting temperature. In the case where the piezoelectric material and the electrode are simultaneously sintered, Ag—Pd is generally used as the electrode.
Pdは融点が1552℃と高いが高価であるため、Agの比率の多い導体を用いることがコスト的に有利である。しかしAgの融点は961℃なので、Agの比率を多くするのには限界がある。従って圧電材の焼結温度を低くすることができれば、Agの比率の多い安価な導体を電極として使用することができる。 Although Pd has a high melting point of 1552 ° C., it is expensive. Therefore, it is advantageous in terms of cost to use a conductor having a high Ag ratio. However, since the melting point of Ag is 961 ° C., there is a limit to increasing the Ag ratio. Therefore, if the sintering temperature of the piezoelectric material can be lowered, an inexpensive conductor having a large Ag ratio can be used as the electrode.
周知のように、金属やセラミックスの焼結においては、原料となる粉末の粒径を微細にすることで、焼結温度を低下できる。タングステンブロンズ構造を有する化合物の場合の、一般的な製造法は、公知のセラミックスと同様である。 As is well known, in sintering metals and ceramics, the sintering temperature can be lowered by reducing the particle size of the raw material powder. In the case of a compound having a tungsten bronze structure, the general production method is the same as that of known ceramics.
つまり、構成元素の酸化物粉末、あるいは炭酸塩粉末をボールミルなどで混合した後、予焼、粉砕工程を経て得られるタングステンブロンズ構造化合物の粉末を、加熱しながら加圧する、いわゆるホットフォージング法などにより粒子配向させ、プレスして圧粉体を作製、これを焼結することによって目的のタングステンブロンズ構造化合物の焼結体を得ている。この場合の焼結温度は、通常1300〜1400℃である。 In other words, a so-called hot forging method, in which a powder of a tungsten bronze structure compound obtained by mixing a constituent element oxide powder or carbonate powder with a ball mill or the like and then pre-baking and pulverizing processes is heated and heated. Thus, the sintered body of the target tungsten bronze structure compound is obtained by making a green compact by pressing and preparing a green compact and sintering it. The sintering temperature in this case is usually 1300-1400 ° C.
従来の製造方法において、焼結温度を低下させるには、前述の粉砕工程で微細な粉末を得なければならない。しかしながら、この方法で得られる予焼粉の粒径は数μmとかなり大きいため、粉砕に長時間をかけて微粉末を調製する必要がある。このような従来の方法では、長時間の粉砕を要するため、コスト高になるという点、さらに粉砕媒体に由来する異物の混入が増大し、組成比がずれるという欠点があった。 In the conventional manufacturing method, in order to lower the sintering temperature, it is necessary to obtain a fine powder by the above-mentioned pulverization step. However, since the particle size of the pre-baked powder obtained by this method is as large as several μm, it is necessary to prepare a fine powder by taking a long time for pulverization. Such a conventional method requires a long period of pulverization, resulting in an increase in cost, and further has a disadvantage that the mixing of foreign substances derived from the pulverization medium increases and the composition ratio is shifted.
また焼結体の圧電特性と結晶粒径について見ると、常温での誘電率εr、圧電定数d33、K33は、結晶粒径に関わらずほぼ一定であるが、結晶の微細化に従い、機械的品質係数Qmは増大する傾向にあることが知られている。圧電材料はその製造過程で分極処理を行うが、結晶粒径が大きければ粒子が動くことによって生じる応力が大きくなる。機械的品質係数には内部応力が大きく係わっており、分極後の圧電体中において、結晶粒径が小さいほど内部応力が小さくなり、ひいては高いQm値を得ることが可能となる。 Further, regarding the piezoelectric characteristics and the crystal grain size of the sintered body, the dielectric constant εr and the piezoelectric constants d 33 and K 33 at room temperature are almost constant regardless of the crystal grain size. It is known that the quality factor Qm tends to increase. Piezoelectric materials are polarized during the manufacturing process, but the larger the crystal grain size, the greater the stress generated by the movement of the particles. The internal stress is greatly related to the mechanical quality factor. In the piezoelectric body after polarization, the smaller the crystal grain size, the smaller the internal stress, and thus a higher Qm value can be obtained.
焼結体の結晶粒径には原料粉末の粒径が関わっていて、結晶を微細化するには、やはり粒径の小さい原料粉末を用いて、低温焼結することが必要条件であると考えられるが、先に述べたとおり従来の方法では、原料粉末の微細化には限界がある。 The crystal grain size of the sintered body is related to the grain size of the raw material powder. To refine the crystal, it is considered necessary to perform low-temperature sintering using a raw material powder with a small grain size. However, as described above, in the conventional method, there is a limit to the refinement of the raw material powder.
また従来の製法においては、タングステンブロンズ構造を固相反応で形成するため、原材料の混合、予焼は、不可欠な工程であった。つまり、原材料を十分に混合し、予焼を施さないと、均一なタングステンブロンズ構造を有する化合物は得られない。 Further, in the conventional manufacturing method, since the tungsten bronze structure is formed by a solid phase reaction, mixing of raw materials and pre-baking are indispensable steps. That is, a compound having a uniform tungsten bronze structure cannot be obtained unless the raw materials are sufficiently mixed and prefired.
従って、まず原材料を長時間混合した上に、1050〜1150℃前後の温度で予焼をし、酸化物を完全にタングステンブロンズ構造化合物とした後で焼結するという、2段階の高温処理の工程を経なければならないという欠点があった。しかも、このような製造プロセスを経ても完全に均一な組成の材料を製造することは不可能であり、常に組成変動を含んでいるため、特性のばらつきを生じる要因となってしまう。 Therefore, the raw material is first mixed for a long time, pre-fired at a temperature of around 1050 to 1150 ° C., and the oxide is completely made into a tungsten bronze structure compound and then sintered, and then a two-step high temperature treatment process There was a drawback of having to go through. Moreover, it is impossible to manufacture a material having a completely uniform composition even through such a manufacturing process, and since it always includes a composition variation, it causes a variation in characteristics.
従って、本発明の課題は、焼結温度が低く、かつ特性ばらつきのないタングステンブロンズ構造化合物からなる酸化物圧電材料を、簡便な工程で製造する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an oxide piezoelectric material comprising a tungsten bronze structure compound having a low sintering temperature and no characteristic variation in a simple process.
本発明者は、前記の問題を解決するため、種々の検討を行った結果、ニオブを含むタングステンブロンズ構造化合物の粉末を製造する工程において、ニオブアルコキシド、及びタングステンブロンズ構造化合物を構成する他の元素の硝酸塩、及びアミノ酸を含む溶液を加熱して得られる粉末を原料とすることで、従来の製法に比べて非常に低い温度で焼結できることを見出し、本発明をなすに至ったものである。 As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor found niobium alkoxide and other elements constituting the tungsten bronze structure compound in the process of producing the powder of the tungsten bronze structure compound containing niobium. It has been found that by using a powder obtained by heating a solution containing a nitrate and an amino acid as a raw material, it can be sintered at a temperature much lower than that of the conventional production method, and the present invention has been made.
即ち、本発明は、ニオブを含むタングステンブロンズ構造化合物を有する酸化物圧電材料の製造方法において、ニオブアルコキシド、前記タングステンブロンズ構造化合物を構成する他の元素の硝酸塩及びアミノ酸を、溶媒に溶解して溶液を調製する工程と、前記溶液を加熱して溶媒を除去するとともにタングステンブロンズ構造化合物粉末を作製する工程と、前記粉末に粒子配向を施す工程と、前記粒子配向を施した粉末を成形して圧粉体を作製する工程と、前記圧粉体を焼結する工程とを有することを特徴とする酸化物圧電材料の製造方法である。 That is, the present invention relates to a method for producing an oxide piezoelectric material having a tungsten bronze structure compound containing niobium, in which a niobium alkoxide, nitrates of other elements constituting the tungsten bronze structure compound, and amino acids are dissolved in a solvent. A step of heating the solution to remove the solvent and producing a tungsten bronze structure compound powder, a step of subjecting the powder to particle orientation, and a step of molding and pressing the powder subjected to the grain orientation. A method for producing an oxide piezoelectric material comprising a step of producing a powder and a step of sintering the green compact.
また、本発明は、前記アミノ酸のモル数の、前記硝酸塩のモル数に対するの比が、1.5以上、3以下であることを特徴とする、前記の酸化物圧電材料の製造方法である。 In addition, the present invention provides the method for producing the oxide piezoelectric material, wherein a ratio of the number of moles of the amino acid to the number of moles of the nitrate is 1.5 or more and 3 or less.
また、本発明は、前記粉末を作製する工程は、前記溶液を噴霧して加熱する工程を有することを特徴とする、前記の酸化物圧電材料の製造方法である。 Further, the present invention provides the method for producing the oxide piezoelectric material, wherein the step of producing the powder includes a step of spraying and heating the solution.
金属のアルコキシドの加水分解により微細な金属酸化物粒子が得られることが知られているが、一方で、金属のアミノ酸錯体の溶液を加熱して、溶媒を除去すると、残留物が自己燃焼を起こすことが知られている。しかも、この燃焼は、極めて短時間で終了するため、極めて微細な酸化物の粒子が生成する。 It is known that fine metal oxide particles can be obtained by hydrolysis of metal alkoxides. On the other hand, if the solvent is removed by heating the metal amino acid complex solution, the residue self-combusts. It is known. In addition, since this combustion is completed in a very short time, very fine oxide particles are generated.
即ち、ニオブアルコキシドと、タングステンブロンズ構造化合物を構成する元素のアミノ酸錯体の混合溶液を加熱し、溶媒を除去すると、極めて微細なタングステンブロンズ化合物の粉末を得ることが可能となる。このような方法により作製したタングステンブロンズ構造化合物粉末を用いると、低温での焼結が可能となるため、焼結体の結晶粒径が小さくなり、高Qm化が図れる。 That is, when a mixed solution of niobium alkoxide and an amino acid complex of an element constituting the tungsten bronze structure compound is heated and the solvent is removed, an extremely fine tungsten bronze compound powder can be obtained. When the tungsten bronze structure compound powder produced by such a method is used, sintering at a low temperature is possible, so that the crystal grain size of the sintered body is reduced and high Qm can be achieved.
さらに、このような製造方法に起因する極めて優れた特長として、粉末製造が溶液状態から出発していることから、各成分の混合が容易であるばかりでなく、均一系の反応であるために、従来の固相反応による製造法では困難であった、組成の偏倚が極めて少ない均一な化合物の粉末が得られることが挙げられる。 Furthermore, as an extremely excellent feature resulting from such a production method, since powder production starts from a solution state, not only the mixing of each component is easy, but also a homogeneous reaction, For example, it is difficult to obtain a uniform compound powder with a very small compositional deviation, which is difficult with a conventional production method using a solid phase reaction.
また、本発明においては、アミノ酸錯体を得るのに、タングステンブロンズ構造化合物を構成する元素の硝酸塩とアミノ酸を溶液中で混合するが、アミノ酸のモル数の、硝酸塩のモル数に対する比を、1.5以上、3以下としたのは、この範囲のみで微細で均一なタングステンブロンズ構造化合物粉末を得られることによる。 In the present invention, in order to obtain an amino acid complex, nitrates of elements constituting the tungsten bronze structure compound and amino acids are mixed in a solution. The ratio of the number of moles of amino acids to the number of moles of nitrates is as follows. The reason why it is 5 or more and 3 or less is that a fine and uniform tungsten bronze structure compound powder can be obtained only in this range.
即ち、この比率を1.5以下とした場合、溶液の溶媒を除いても自己燃焼を起こさず、また、この比率が3を超える範囲で反応を行った場合には、得られたタングステンブロンズ構造化合物粉末の粒径が大きくなってしまうからである。 That is, when this ratio is 1.5 or less, self-combustion does not occur even when the solvent of the solution is removed, and when the reaction is performed in a range where this ratio exceeds 3, the obtained tungsten bronze structure This is because the particle size of the compound powder becomes large.
また、タングステンブロンズ構造化合物の特性を、さらに向上するために、Y2O3、La2O3、Dy2O3、Nd2O3、Yb2O3、Sm2O3、Er2O3、Gd2O3、CaOなどの添加が有用であることが知られている。これらを使用する場合においても、主成分元素とアミノ酸との錯体の溶液を作製する際に、添加元素それぞれの硝酸塩を前記の溶液に混合、溶解させることにより、主成分元素と添加元素の分布が均一化されたタングステンブロンズ構造化合物粉末を得ることができ、さらに効果的に特性の向上を図ることができる。 In order to further improve the characteristics of the tungsten bronze structure compound, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Er 2 O 3 are used. , Gd 2 O 3 , CaO and the like are known to be useful. Even in the case of using these, when preparing a solution of the complex of the main component element and the amino acid, the nitrate of each additive element is mixed and dissolved in the above solution, so that the distribution of the main component element and the additional element is increased. Uniform tungsten bronze structure compound powder can be obtained, and characteristics can be improved more effectively.
また、本発明によれば、自己燃焼を引き起こす際には、溶媒を除去できる程度の温度まで昇温すればよいので、比較的低温に設定したの炉内であっても、アミノ酸錯体を含む溶液を噴霧することで、微細な液滴を形成すれば、速やかに溶媒を蒸発させることが可能であり、タングステンブロンズ構造化合物粉末を得ることができる。 Further, according to the present invention, when self-combustion is caused, the temperature should be raised to a temperature at which the solvent can be removed. Therefore, even in a furnace set at a relatively low temperature, a solution containing an amino acid complex If fine droplets are formed by spraying, it is possible to quickly evaporate the solvent and obtain a tungsten bronze structure compound powder.
本発明においては、タングステンブロンズ構造を形成するのに、構成元素のアミノ酸錯体を用いるのが特徴であり、アミノ酸錯体を含む溶液の噴霧の際に、昇温が必要な他は、公知の製造装置を用いることができる。 The present invention is characterized in that an amino acid complex of a constituent element is used to form a tungsten bronze structure, and that a temperature rise is necessary when spraying a solution containing the amino acid complex, and a known production apparatus Can be used.
本発明に使用できるアミノ酸としては、グリシン、アラニン、プロリン、アルギニン、トレオニンなどが挙げられるが、硝酸塩に含有される金属イオンと錯体を形成するアミノ酸であればよく、これらに限定されるものではない。 Examples of amino acids that can be used in the present invention include glycine, alanine, proline, arginine, threonine, and the like, but any amino acid that forms a complex with a metal ion contained in nitrates is not limited thereto. .
また、本発明において、硝酸塩とアミノ酸錯体を溶解する溶媒としては、有機溶媒を含めると様々な種類があるが、コストや、噴霧による乾燥などにおける取り扱い易さを考慮すると水が好ましい。 In the present invention, there are various types of solvents for dissolving nitrates and amino acid complexes, including organic solvents, but water is preferable in consideration of cost and ease of handling in drying by spraying.
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明について説明する。高純度のSr(NO3)2、NaNO3、Nb(OC2H5)5を、酸化物換算組成で、Sr2NaNb5O15となり、かつ全量が100gになるように秤量し、純水中に溶解して、よく混合した。また、上記アルコキシドと硝酸塩の総モル数に対して、2倍のモル数のグリシンを秤量して、この溶液に添加し、充分撹絆混合し溶解させた。 Next, the present invention will be described with specific examples. High-purity Sr (NO 3 ) 2 , NaNO 3 , Nb (OC 2 H 5 ) 5 are weighed so as to be Sr 2 NaNb 5 O 15 in an oxide equivalent composition and the total amount is 100 g. Dissolved in and mixed well. Further, twice the number of moles of glycine relative to the total number of moles of the alkoxide and nitrate was weighed and added to this solution, and sufficiently stirred and mixed to dissolve.
次にこの溶液を、温度を400℃に保持した炉内に噴霧した。噴霧した液滴の水分は、炉内で瞬時に蒸発し、それと同時に残留物は自己燃焼を起こし、粉末状の生成物が得られた。この粉末をX線回折により評価したところ、従来の製造法によるSr2NaNb5O15粉末と同様の構造であることが確認できた。 This solution was then sprayed into a furnace maintained at 400 ° C. The water content of the sprayed droplets instantly evaporated in the furnace, and at the same time, the residue self-combusted and a powdery product was obtained. When this powder was evaluated by X-ray diffraction, it was confirmed that the powder had the same structure as the Sr 2 NaNb 5 O 15 powder produced by the conventional production method.
また、この粉末の粒径を、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したところ、D50値が0.10μmであり、粒度分布は従来製造法の場合に比べ非常にシャープであった。得られた粉末を、ホットフォージング法により粒子配向させた後、成形した。続いて成形体を、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃の温度で、それぞれ4時間焼結し、実施例1のタングステンブロンズ構造化合物からなる酸化物圧電材料を得た。 Further, when the particle size of the powder was measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device, the D 50 value was 0.10 μm, and the particle size distribution was very sharp compared to the case of the conventional production method. The obtained powder was shaped after the particles were oriented by a hot forging method. Subsequently, the compact was sintered at 1000 ° C., 1100 ° C., 1200 ° C., 1300 ° C., and 1400 ° C. for 4 hours, respectively, to obtain an oxide piezoelectric material composed of the tungsten bronze structure compound of Example 1.
高純度のBa(NO3)2、NaNO3、Nb(OC2H5)5を、酸化物換算組成でBa2NaNb5O15となり、かつ全量が100gになるように秤量し、純水中に溶解し、よく混合した。また、上記アルコキシドと硝酸塩の総モル数に対して、2.5倍のモル数のアラニンを秤量して、この溶液に添加し、充分撹絆混合し溶解させた。この溶液を用い、実施例1と同様にして原料粉末を得た。 High-purity Ba (NO 3 ) 2 , NaNO 3 , Nb (OC 2 H 5 ) 5 was weighed so that it would be Ba 2 NaNb 5 O 15 in terms of oxide composition and the total amount would be 100 g. And mixed well. In addition, 2.5 times the number of moles of alanine was weighed out relative to the total number of moles of the alkoxide and nitrate, and added to this solution. Using this solution, a raw material powder was obtained in the same manner as in Example 1.
この粉末をX線回折により評価したところ、従来の製造法によるBa2NaNb5O15粉末と同様の構造であることが確認できた。また、この粉末の粒径をレーザー回折式粒度分布測定装置で測定したところ、D50値が0.12μmであり、実施例1と同様、粒度分布は従来製造法の場合に比べ非常にシャープであった。この粉末を実施例1と同様にして焼結し、実施例2のタングステンブロンズ構造化合物からなる酸化物圧電材料を得た。 When this powder was evaluated by X-ray diffraction, it was confirmed that the powder had the same structure as the Ba 2 NaNb 5 O 15 powder produced by the conventional production method. Further, when the particle size of the powder was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device, the D 50 value was 0.12 μm, and as in Example 1, the particle size distribution was much sharper than in the case of the conventional production method. there were. This powder was sintered in the same manner as in Example 1 to obtain an oxide piezoelectric material composed of the tungsten bronze structure compound of Example 2.
次に、比較に供するために、公知の製造方法により、タングステンブロンズ構造化合物からなる酸化物圧電材料を作製した。ここでは、原材料として、高純度のSr(CO3)2、Na2CO3、Nb2O5を用い、実施例1と同様の組成となるように、各成分を秤量し、ボールミルで45時間混合後、1100℃で予焼を行った。 Next, for comparison, an oxide piezoelectric material made of a tungsten bronze structure compound was prepared by a known manufacturing method. Here, high-purity Sr (CO 3 ) 2 , Na 2 CO 3 , and Nb 2 O 5 are used as raw materials, and each component is weighed so as to have the same composition as that of Example 1, and is ball-milled for 45 hours. After mixing, pre-baking was performed at 1100 ° C.
引き続き予焼粉を、ボールミルで20時間及び100時間粉砕し、粉末粒径を測定したところ、それぞれ、1.0μmと0.5μmであった。この2種を原料粉末を用い、実施例1と同様にして、比較例1と比較例2のタングステンブロンズ構造化合物からなる酸化物圧電材料を得た。なお、ここでは粉末粒径が0.5μmのものを比較例1、粉末粒径が1.0μmのものを比較例2とした。 Subsequently, the pre-fired powder was pulverized with a ball mill for 20 hours and 100 hours, and the particle size of the powder was measured to be 1.0 μm and 0.5 μm, respectively. Using these two raw material powders, oxide piezoelectric materials comprising the tungsten bronze structure compounds of Comparative Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1. Here, a powder having a powder particle diameter of 0.5 μm is referred to as Comparative Example 1, and a powder having a powder particle diameter of 1.0 μm is referred to as Comparative Example 2.
次に、実施例1、実施例2、比較例1、比較例2について、焼結体密度、焼結体の結晶粒径、比誘電率εr、圧電定数d33、K33、キュリー温度Tcを測定した。図1は、実施例1、比較例1、比較例2の焼結温度と焼結体密度の関係をまとめて示した図である。また、表1には、実施例1、実施例2における焼結温度が1100℃の焼結体、比較例1、比較例2における焼結温度が1400℃の焼結体の結晶粒径と圧電特性をまとめて示した。 Next, with respect to Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the sintered body density, the crystal grain size of the sintered body, the relative dielectric constant εr, the piezoelectric constants d 33 and K 33 , and the Curie temperature Tc are set. It was measured. FIG. 1 is a diagram collectively showing the relationship between the sintering temperature and the sintered body density in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Table 1 also shows the crystal grain size and piezoelectricity of the sintered bodies with the sintering temperature of 1100 ° C. in Examples 1 and 2 and the sintered bodies with the sintering temperature of 1400 ° C. in Comparative Examples 1 and 2. The characteristics are summarized.
図1から明らかなように、実施例1では、焼結温度が1100℃でも、既に焼結体密度が殆ど飽和状態に達していて、原料粉末の微細化の効果が顕著である。これに対して、比較例1及び比較例2では、実施例1の1100℃における焼結体密度に到達させるのに、1400℃の高温を要することが分かる。 As is apparent from FIG. 1, in Example 1, the sintered body density has almost reached the saturation state even at the sintering temperature of 1100 ° C., and the effect of refining the raw material powder is remarkable. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that a high temperature of 1400 ° C. is required to reach the sintered body density at 1100 ° C. of Example 1.
また、表1によると、結晶粒径とTcについては実施例と比較例の間に顕著な差が見られないが、d33とK33には、明らかな差が認められ、原料粉末の微細化により、焼結体の結晶粒径が小さくなり、焼結体内の組成の偏倚などがかなりの程度で解消され、圧電特性向上に寄与していることが推定できる。 Further, according to Table 1, although the grain size and Tc is not seen a marked difference between the Examples and Comparative Examples, the d 33 and K 33, apparent difference is observed, the raw material powder fine As a result, the crystal grain size of the sintered body is reduced, compositional deviation in the sintered body is eliminated to a considerable degree, and it can be estimated that this contributes to improvement of the piezoelectric characteristics.
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