JP2007022854A - ニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 構成成分が(1−n)KxNa1−xNbO3・nMH(式中のMHは金属酸化物または金属炭酸塩であり、Mは価数の異なる金属元素、HはOまたはCO3ラジカル、0.21≦x≦0.95、0≦n≦0.30)で示され、NaNbO3とKNbO3との両者の合計は材料総量の70〜100wt%の間を占めており、併せて0〜30wt%のMHが複合されていることを特徴とするニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック。
【選択図】 図1
Description
4)合成後のニオブ酸塩原料粉末を焼結する工程で、合成後のニオブ酸塩原料粉末をφ10〜50mmのグラファイトモールドに装入し、放電プラズマ焼結技術(SPS)炉内に設置して焼結し、真空環境下で、温度上昇速度は20〜200℃/min、550〜1200℃の一定温度下で焼結し、焼結温度下で1〜20min保温し、圧力はl0〜80MPaとする。
6)異なる温度で焼結された試料の密度と圧電定数d33を測定する工程であり、異なる温度下のSPSで焼結された試料について、その密度は焼結温度の上昇に伴い明らかに増大し、圧電定数d33も焼結温度の上昇に伴い上昇傾向を示し、圧電定数d33の範囲は30〜120pC/Nの間である工程、
を備えている。
(1)焼結温度が低く、焼結時間が短いため、細密で、均一な組織を得ることができるとともに、当初材料の自然な状態を維持することが可能である。
(2)緻密度の高い材料を得ることができる。
(3)焼結成分と工程とを制御することが可能である。
(4)放電プラズマ放電衝撃圧力及び電場などの共同作用下において、試料の表面を活性化させ、拡散を加速させ、塑性変形を向上させることが可能である。
[実施例1]
化学式K0.5Na0.5NbO3に基づく配合により、14.53gのNb2O5、2.78gのK2CO3、2.90gのNa2CO3をボールミルタンクに装入し、40mlの無水エタノールを媒質として加え、遊星式ボールミルにより4時間粉砕・混合し、回転速度は200rpmとし、ペーストを70℃で4時間加熱乾燥して乾燥粉末を得た。乾燥粉末を840℃下で、4時間保温し、ニオブ酸塩の合成を実施した。
化学式K0.3Na0.7NbO3に基づく配合により、14.53gのNb2O5、2.31gのK2CO3、4.13gのNa2CO3をボールミルタンクに装入し、40mlの無水エタノールを媒質として加え、遊星式ボールミルにより4時間粉砕・混合し、回転速度は200rpmとし、ペーストを70℃で4時間加熱乾燥して乾燥粉末を得た。乾燥粉末を840℃下で、4時間保温し、ニオブ酸塩の合成を実施した。
化学式K0.5Na0.5NbO3に基づく配合により、14.53gのNb2O5、2.78gのK2CO3、2.90gのNa2CO3をボールミルタンクに装入し、40mlの無水エタノールを媒質として加え、遊星式ボールミルにより4時間粉砕・混合し、回転速度は200rpmとし、ペーストを70℃で4時間加熱乾燥して乾燥粉末を得た。乾燥粉末を840℃下で、4時間保温し、ニオブ酸塩の合成を実施した。
化学式0.94K0.5Na0.5NbO3−0.02La2O3−0.04BaOに基づく配合により、13.66gのNb2O5、2.67gのK2CO3、2.73gのNa2CO3、0.17gLa2O3,0.16gのBaOをボールミルタンクに装入し、40mlの無水エタノールを媒質として加え、遊星式ボールミルにより4時間粉砕・混合し、回転速度は200rpmとし、ペーストを70℃で4時間加熱乾燥して乾燥粉末を得た。乾燥粉末を840℃下で、4時間保温し、ニオブ酸塩の合成を実施した。
Claims (10)
- 構成成分が(1−n)KxNa1−xNbO3・nMH(式中のMHは金属酸化物または金属炭酸塩であり、Mは価数の異なる金属元素、HはOまたはCO3ラジカル、0.21≦x≦0.95、0≦n≦0.30)で示され、NaNbO3とKNbO3との両者の合計は材料総量の70〜100wt%の間を占めており、併せて0〜30wt%のMHが複合されていることを特徴とするニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック。
- 前記MHは、カルシウム、銅、マンガン、バリウム、リチウム、イットリウム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、ランタン、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、鉄、コバルト、ニッケル、銀、スズ、アンチモン、タンタル及びタングステンの酸化物または炭酸塩から選択される1種以上であることを特徴とする請求項1に記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック。
- 圧電定数d33が30〜120pC/Nであることを特徴とする請求項1または2に記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック。
- プラズマ放電焼結法によりニオブ酸カリウムナトリウム(KNbO3−NaNbO3)系無鉛圧電セラミックを生成するニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法であり、
1)化学式(1−n)KxNa1−xNbO3・nMH(式中のMHは金属酸化物または金属炭酸塩であり、Mは価数の異なる金属元素、HはOまたはCO3ラジカル、0.21≦x≦0.95、0≦n≦0.30)に基づき原料を混合する工程と、2)混合された原料を加熱乾燥させて乾燥粉末を得る工程と、
3)該乾燥粉末を焙焼してニオブ酸塩を合成する工程と、
4)合成後のニオブ酸塩原料粉末を焼結する工程と、
5)焼結後のニオブ酸カリウムナトリウム(KNbO3−NaNbO3)系無鉛圧電セラミックディスクを熱処理し、分極させる工程と、
を備えていることを特徴とするニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。 - 前記1)化学式(1−n)KxNa1−xNbO3・nMH(式中のMHは金属酸化物または金属炭酸塩であり、Mは価数の異なる金属元素、HはOまたはCO3ラジカル、0.21≦x≦0.95、0≦n≦0.30)に基づき原料を混合する工程の原料が、Nb2O5、Na2CO3、K2CO3、CaCO3、CuO、MnCO3、BaCO3、LiCO3、SrCO3、TiO2、ZrO2から選択されることを特徴とする請求項4に記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
- 前記2)混合された原料を加熱乾燥させて乾燥粉末を得る工程が、混合された原料を無水エタノールの媒質中に加え、遊星式ボールミルにより1〜8時間粉砕・混合し、それを加熱乾燥させて乾燥粉末を得るものであることを特徴とする請求項4または5に記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
- 前記3)該乾燥粉末を焙焼してニオブ酸塩を合成する工程が、該乾燥粉末を焙焼温度500〜900℃、保温時間1〜10時間で焙焼して、ニオブ酸塩を合成するものであることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
- 前記4)合成後のニオブ酸塩原料粉末を焼結する工程が、合成後のニオブ酸塩原料粉末をφ10〜50mmのグラファイトモールドに装入し、放電プラズマ焼結技術(SPS)炉内に設置して焼結し、真空環境下で、温度上昇速度は20〜200℃/min、550〜1200℃の一定温度下で焼結し、焼結温度下で1〜20min保温し、圧力はl0〜80MPaとすることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
- 前記5)SPS焼結後のニオブ酸カリウムナトリウム(KNbO3−NaNbO3)系無鉛圧電セラミックディスクを空気雰囲気内で500〜l000℃、1〜10時間熱処理し、得られた白色でやや黄色を帯びたニオブ酸カリウムナトリウム系圧電セラミックディスクに銀電極を塗布した上でそれを焼き付け、シリコン油内で、先ず比較的低い分極電圧を印加し、さらに当該電圧下でシリコン油を加熱し、室温から徐々に100〜200℃まで温度を上昇させ、10〜60minその状態を維持し、その後温度を低下させ、温度が50〜150℃まで低下した後、分極電圧を上昇させ、1〜5kV/mmに到達すれば、その状態を10〜60min維持し、さらに室温まで温度を低下させ、分極を完成させるものであることを特徴とする請求項4乃至8のいずれかに記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
- 前記5)分極させる工程の後、
6)異なる温度で焼結された試料の密度と圧電定数d33を測定する工程、
を備えていることを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載のニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミックの製造方法。
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