JP2007204336A - Lead free piezoelectric ceramic - Google Patents

Lead free piezoelectric ceramic Download PDF

Info

Publication number
JP2007204336A
JP2007204336A JP2006027264A JP2006027264A JP2007204336A JP 2007204336 A JP2007204336 A JP 2007204336A JP 2006027264 A JP2006027264 A JP 2006027264A JP 2006027264 A JP2006027264 A JP 2006027264A JP 2007204336 A JP2007204336 A JP 2007204336A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead
sample
powder
core
free piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006027264A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuhiko Nonoyama
龍彦 野々山
Toshiatsu Nagaya
年厚 長屋
Masaya Nakamura
雅也 中村
Ryuichiro Shinkai
竜一郎 新開
Yasuyoshi Saito
康善 齋藤
尚史 ▲高▼尾
Hisafumi Takao
Takahiko Honma
隆彦 本間
Kazumasa Takatori
一雅 鷹取
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2006027264A priority Critical patent/JP2007204336A/en
Publication of JP2007204336A publication Critical patent/JP2007204336A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8542Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/093Forming inorganic materials
    • H10N30/097Forming inorganic materials by sintering

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead free piezoelectric ceramic having an excellent denseness, hardly causing an insulation breakdown and comprising an alkali-niobium based compound. <P>SOLUTION: The lead free piezoelectric ceramic is composed of a polycrystalline substance 1 containing an alkali-niobium based compound represented by a composition formula ABO<SB>3</SB>(A is Li+Na+K, B is Nb, Nb+Ta, Nb+Sb, Nb+Ta or Nb+Ta+Sb and O is oxygen) as a main phase. The polycrystalline substance 1 has a core particle 2 and a shell particle 3 having a different composition from each other within a range of the composition formula ABO<SB>3</SB>as the crystal grains constituting the substance. In the polycrystalline substance 1, core particles 2 and shell particles 3 form a composite particle 4 having a pseudo-core shell structure in which a plurality of shell particles 3 are arranged so as to surround the core particle 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、組成式ABO3で表されるアルカリニオブ系化合物を主相とする多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスに関するもので、例えば中高電圧(電界強度)用積層圧電セラミック等に適した鉛フリー圧電セラミックスに関する。 The present invention relates to a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystal having an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 as a main phase. For example, lead suitable for a laminated piezoelectric ceramic for medium-high voltage (electric field strength) It relates to free piezoelectric ceramics.

セラミックスからなる多結晶体は、例えば、温度、熱、ガス、及びイオン等の各種センサ、或いはコンデンサ、抵抗体、及び集積回路用基板等の電子回路部品、或いは光学的又は磁気的記録素子等に利用されている。特に、圧電効果を有するセラミックス(以下、圧電セラミックスという)からなる多結晶体は、高性能で、形状の自由度が大きく、材料設計が比較的容易なため、広くエレクトロニクスやメカトロニクスの分野で応用されている。   Polycrystalline materials made of ceramics are used in various sensors such as temperature, heat, gas, and ions, electronic circuit components such as capacitors, resistors, and integrated circuit substrates, or optical or magnetic recording elements. It's being used. In particular, polycrystals made of ceramics with piezoelectric effect (hereinafter referred to as piezoelectric ceramics) are widely used in the fields of electronics and mechatronics because of their high performance, high degree of freedom in shape, and relatively easy material design. ing.

圧電セラミックスは、強誘電体セラミックスに電界を印加し、強誘電体の分域の方向を一定の方向にそろえる、いわゆる分極処理を施したものである。圧電セラミックスにおいて、分極処理により自発分極を一定方向にそろえるためには、自発分極の方向が三次元的に取りうる等方性ペロブスカイト型の結晶構造が有利である。そのため、実用化されている圧電セラミックスの大部分は、等方性ペロブスカイト型強誘電体セラミックスである。   Piezoelectric ceramics have been subjected to so-called polarization treatment in which an electric field is applied to ferroelectric ceramics to align the direction of the domain of the ferroelectric material in a certain direction. In piezoelectric ceramics, an isotropic perovskite-type crystal structure in which the direction of spontaneous polarization can be taken three-dimensionally is advantageous in order to align spontaneous polarization in a certain direction by polarization treatment. For this reason, most of the piezoelectric ceramics in practical use are isotropic perovskite ferroelectric ceramics.

等方性ペロブスカイト型強誘電体セラミックスとしては、例えば、Pb(Zr・Ti)O3(以下、これを「PZT」という。)や、PZTに鉛系複合ペロブスカイトが第三成分として添加されたPZT3成分系等が知られている。
PZTに代表される鉛系の圧電セラミックスは、高い圧電特性を有しており、現在実用化されている圧電セラミックスの大部分を占めている。しかしながら、蒸気圧の高い酸化鉛(PbO)を含んでいるために、環境に対する負荷が大きいという問題がある。そのため、低鉛あるいは無鉛でPZTと同等の圧電特性を有する圧電セラミックスが求められている。
Examples of the isotropic perovskite type ferroelectric ceramic include Pb (Zr · Ti) O 3 (hereinafter referred to as “PZT”) and PZT3 in which lead-based composite perovskite is added to PZT as a third component. Component systems and the like are known.
Lead-based piezoelectric ceramics typified by PZT have high piezoelectric properties and occupy most of the piezoelectric ceramics currently in practical use. However, since lead oxide (PbO) having a high vapor pressure is included, there is a problem that the load on the environment is large. Therefore, there is a demand for piezoelectric ceramics that have low or no lead and have piezoelectric properties equivalent to PZT.

鉛を含まない圧電セラミックスとしては、ABO3系化合物からなる多結晶体がある。具体的には、Aがアルカリ金属で、BがNb又はNbと5価金属であるアルカリニオブ系化合物、また、Aが少なくともBa又はSrで、Bが少なくともTiであるチタン酸バリウム系化合物やチタン酸ストロンチウム系化合物等がある。
しかし、これらの鉛を含まない圧電セラミックスは、PZTに比して、圧電特性が低いという問題があった。そのため大きな変位を得るために、高い電界を加える必要があった。その場合、より高い絶縁特性が要求される。その結果、特に高電圧下等で使用した場合に、部分放電が起こり、絶縁破壊が起こりやすいという問題があった。
As a piezoelectric ceramic not containing lead, there is a polycrystalline body made of an ABO 3 -based compound. Specifically, an alkali niobium compound in which A is an alkali metal and B is Nb or Nb and a pentavalent metal, or a barium titanate compound or titanium in which A is at least Ba or Sr and B is at least Ti. Examples include strontium acid compounds.
However, these lead-free piezoelectric ceramics have a problem of low piezoelectric characteristics as compared with PZT. Therefore, in order to obtain a large displacement, it was necessary to apply a high electric field. In that case, higher insulation characteristics are required. As a result, there is a problem that partial discharge occurs and dielectric breakdown is likely to occur particularly when used under a high voltage.

このような背景の中、チタン酸バリウム系化合物又はチタン酸ストロンチウム系化合物からなる多結晶セラミックスにおいては、該多結晶セラミックスを構成する結晶粒の結晶粒界と粒子内部とを異なる組成にした、所謂コアシェル構造の粒子からなる多結晶セラミックスが開発されている(特許文献1〜9参照)。このような多結晶体セラミックスにおいては、該多結晶セラミックスを構成する各結晶粒において、コアとなる部分とシェルとなる部分の組成が異なっており、そのため、シェル部分に高い絶縁特性を付与することで、高電界で使用する際の絶縁抵抗を改善することができる。   In such a background, in the polycrystalline ceramics composed of a barium titanate compound or a strontium titanate compound, the so-called so-called so-called so-called so-called so-called so-called so-called polycrystal ceramics, the grain boundaries of the crystal grains and the interior of the grains are different. Polycrystalline ceramics composed of core-shell structured particles have been developed (see Patent Documents 1 to 9). In such polycrystalline ceramics, the composition of the core portion and the shell portion is different in each crystal grain constituting the polycrystalline ceramic, and therefore, high insulation characteristics are imparted to the shell portion. Thus, the insulation resistance when used in a high electric field can be improved.

しかしながら、例えば(K,Na)NbO3系化合物等の上記アルカリニオブ系化合物においては、上記のごとくコアシェル構造を得ることが困難であった。また、アルカリニオブ系化合物は、焼成が困難で緻密化し難く、焼成時にボイドや開気孔が発生しやすい。そのため、アルカリニオブ系化合物からなる多結晶セラミックスにおいては、高電界下で部分放電が起こり、絶縁破壊が起こり易いという問題があった。 However, it is difficult to obtain a core-shell structure as described above, for example, in the alkali niobium compounds such as (K, Na) NbO 3 compounds. Alkali niobium compounds are difficult to be fired and difficult to be densified, and voids and open pores are easily generated during firing. For this reason, there has been a problem that polycrystalline ceramics made of an alkali niobium-based compound cause partial discharge under a high electric field and easily cause dielectric breakdown.

特許第3418091号公報Japanese Patent No. 3418091 特開2002−362970号公報JP 2002-362970 A 特開2002−362971号公報JP 2002-362971 A 特開平10−330160号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-330160 特開平10−308321号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-308321 特許第3487539号公報Japanese Patent No. 3487539 特許第3125386号公報Japanese Patent No. 3125386 特許第3289500号公報Japanese Patent No. 3289500 特開2004−345927号公報JP 2004-345927 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、優れた緻密性を有し、絶縁破壊が起こり難いアルカリニオブ系化合物からなる鉛フリー圧電セラミックスを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a lead-free piezoelectric ceramic made of an alkali niobium compound that has excellent denseness and is difficult to cause dielectric breakdown. .

本発明は、組成式ABO3(Aは、Li+Na+Kであり、Bは、Nb、Nb+Ta、Nb+Sb、Nb+Ta、又はNb+Ta+Sb、Oは酸素)で表されるアルカリニオブ系化合物を主相とする多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスであって、
上記多結晶体は、該多結晶体を構成する結晶粒として、上記組成式ABO3の範囲内で互いに組成が異なるコア粒子とシェル粒子とを有し、
上記多結晶体において、上記コア粒子と上記シェル粒子は、上記コア粒子を取り囲むように複数の上記シェル粒子が配されてなる擬コアシェル構造の複合粒子を形成していることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックスにある(請求項1)。
The present invention relates to a polycrystal having an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 (A is Li + Na + K, B is Nb, Nb + Ta, Nb + Sb, Nb + Ta, or Nb + Ta + Sb, O is oxygen) as a main phase. A lead-free piezoelectric ceramic comprising:
The polycrystalline body has core particles and shell particles having different compositions within the range of the composition formula ABO 3 as crystal grains constituting the polycrystalline body,
In the polycrystal, the core particle and the shell particle form a composite particle having a pseudo core-shell structure in which a plurality of the shell particles are arranged so as to surround the core particle. It exists in piezoelectric ceramics (Claim 1).

本発明の鉛フリー圧電セラミックスにおいては、上記擬コアシェル構造の上記複合粒子が形成されている。即ち、上記鉛フリー圧電セラミックスにおいて、上記多結晶体は、互いに組成が異なる上記コア粒子と上記シェル粒子とからなり、上記コア粒子と上記シェル粒子とは、上記擬コアシェル構造の上記複合粒子を形成している。
そのため、上記鉛フリー圧電セラミックスは、緻密性に優れ、ボイドや開気孔を低減することができる。
In the lead-free piezoelectric ceramic of the present invention, the composite particles having the pseudo core-shell structure are formed. That is, in the lead-free piezoelectric ceramic, the polycrystal is composed of the core particles and the shell particles having different compositions, and the core particles and the shell particles form the composite particles having the pseudo core-shell structure. is doing.
Therefore, the lead-free piezoelectric ceramic is excellent in denseness and can reduce voids and open pores.

即ち、一般に、アルカリニオブ系化合物は、結晶粒の自然な成長形態が立方体状であるため、異なる結晶方位をもつ結晶粒同士が互いに結晶成長を妨げ、緻密化し難く、ボイドや開気孔ができ易い傾向がある。これに対し、本発明の上記鉛フリー圧電セラミックスにおいては、上記コア粒子を取り囲むように配された複数の上記シェル粒子が、上記コア粒子間を埋めることができる。そのため、上記鉛フリー圧電セラミックスは、緻密性に優れ、ボイドや開気孔の発生を抑制することができる。それ故、例えば高電界下においても、ボイド等を起点にして起こる部分放電の発生を抑制し、絶縁破壊を発生し難くすることができる。   That is, generally, in the case of alkali niobium compounds, the natural growth form of crystal grains is cubic, so that crystal grains having different crystal orientations prevent crystal growth from each other, are difficult to be densified, and easily form voids and open pores. Tend. On the other hand, in the lead-free piezoelectric ceramic of the present invention, a plurality of the shell particles arranged so as to surround the core particles can fill the space between the core particles. Therefore, the lead-free piezoelectric ceramic is excellent in denseness and can suppress generation of voids and open pores. Therefore, for example, even under a high electric field, it is possible to suppress the occurrence of partial discharge that occurs starting from a void or the like, and to make it difficult for dielectric breakdown to occur.

次に、上記擬コアシェル構造について説明する。
本発明の鉛フリー圧電セラミックスにおける上記擬コアシェル構造は、従来のチタン酸バリウム系化合物やチタン酸ストロンチウム系化合物のコアシェル構造とは異なる構造である。即ち、従来のコアシェル構造は、一つの結晶粒がその内部にコア部とシェル部を有し、シェル部にはコア部とは異なる元素が意図的に拡散させてある。したがって、従来のコアシェル構造は、一つの結晶粒の内部(コア部)と外周部(シェル部)との間に異なる成分分布が存在するような粒子からなる組織である。これに対し、上記擬コアシェル構造においては、従来のコアシェル構造におけるコア部とシェル部とが異なる結晶粒子からなる。即ち、上記擬コアシェル構造は、上記コア粒子と該コア粒子の周囲に配された上記シェル粒子という異なる粒子からなる。
また、従来のコアシェル構造においては、シェル部は、コア部には少ない添加元素を添加した成分組成を有するのに対し、本発明における擬コアシェル構造においては、上記コア粒子と上記シェル粒子は、同じ基本組成(ABO3)を有するにも関わらず、特定の元素成分量がコア粒子とシェル粒子との間で異なっているという点においても、従来のコアシェル構造と上記擬コアシェル構造とは相違する。
Next, the pseudo core shell structure will be described.
The pseudo core-shell structure in the lead-free piezoelectric ceramic of the present invention is different from the conventional core-shell structure of barium titanate compounds and strontium titanate compounds. That is, in the conventional core-shell structure, one crystal grain has a core part and a shell part inside, and an element different from the core part is intentionally diffused in the shell part. Therefore, the conventional core-shell structure is a structure composed of particles in which different component distributions exist between the inside (core portion) and the outer peripheral portion (shell portion) of one crystal grain. On the other hand, in the said pseudo core shell structure, the core part and shell part in the conventional core shell structure consist of different crystal grains. That is, the pseudo core-shell structure is composed of different particles such as the core particles and the shell particles arranged around the core particles.
In the conventional core-shell structure, the shell portion has a component composition in which a small amount of additional elements are added to the core portion, whereas in the pseudo-core-shell structure in the present invention, the core particle and the shell particle are the same. Despite having the basic composition (ABO 3 ), the conventional core-shell structure is different from the above-described pseudo-core-shell structure in that the specific element component amount is different between the core particle and the shell particle.

以上のように、本発明によれば、優れた緻密性を有し、絶縁破壊が起こり難いアルカリニオブ系化合物からなる鉛フリー圧電セラミックスを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a lead-free piezoelectric ceramic made of an alkali niobium compound that has excellent denseness and hardly causes dielectric breakdown.

次に、本発明の鉛フリー圧電セラミックスの好ましい実施の形態について説明する。
上記コア粒子は、上記鉛フリー圧電セラミックス全体の平均組成よりも、成分元素Na、Ta、及びSbの含有量が多い上記組成式ABO3で表されるアルカリニオブ系化合物からなり、上記シェル粒子は、上記鉛フリー圧電セラミックス全体の平均組成よりも、成分元素K及びNbの含有量が多い上記組成式ABO3で表されるアルカリニオブ系化合物からなることが好ましい(請求項2)。
この場合には、緻密性をより向上させることができると共に、ボイド及び開気孔の発生をより抑制することができる。その結果、絶縁破壊の発生をより抑制することができる。
Next, a preferred embodiment of the lead-free piezoelectric ceramic of the present invention will be described.
The core particle is composed of an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 having a higher content of the component elements Na, Ta, and Sb than the average composition of the entire lead-free piezoelectric ceramic, and the shell particles are Preferably, the lead-free piezoelectric ceramic is made of an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 having a higher content of the component elements K and Nb than the average composition of the entire lead-free piezoelectric ceramic.
In this case, the density can be further improved, and the generation of voids and open pores can be further suppressed. As a result, the occurrence of dielectric breakdown can be further suppressed.

また、上記コア粒子の組成と上記シェル粒子の組成とを比較すると、同じ元素の組成について10〜50%の組成差があることが好ましい。
組成差が10%未満の場合には、上記シェル粒子が少なく、その焼結過程での成長を抑制し、十分に緻密な焼結体を得ることが困難になるおそれがある。一方、50%を越える場合には、本来要求される圧電特性が低下することに加え、シェル粒子中の例えばK量が過剰となり電気伝導性が高まり、絶縁特性が低下するおそれがある。上記組成差は、より好ましくは3〜30%がよく、さらに好ましくは3〜25%がよい。
Further, when the composition of the core particle and the composition of the shell particle are compared, it is preferable that there is a composition difference of 10 to 50% with respect to the composition of the same element.
When the compositional difference is less than 10%, the number of the shell particles is small, and it may be difficult to obtain a sufficiently dense sintered body by suppressing growth during the sintering process. On the other hand, if it exceeds 50%, in addition to the originally required piezoelectric characteristics, the amount of K in the shell particles, for example, becomes excessive, resulting in an increase in electrical conductivity and a decrease in insulation characteristics. The composition difference is more preferably 3 to 30%, and further preferably 3 to 25%.

上記コア粒子と上記シェル粒子との上記組成差は例えば次のようにして測定することができる。
即ち、例えば、組成分析をX線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro−Analysis)を用い、15kVの加速電圧にてEPMA分析(元素マッピング分析)を行い、その後ZAF補正を施し、組成を求めることができる。元素マッピング分析を行い、元素分布からコア粒子、シェル粒子を同定した後、各々の粒子の元素分析結果を得る。なおさらに精密な分析値を得るためには、各粒子についてEPMA点分析を実施し、ZAF補正の後、各粒子の正確な組成を得る。
The composition difference between the core particles and the shell particles can be measured, for example, as follows.
That is, for example, composition analysis can be performed by using an X-ray microanalyzer (EPMA), performing EPMA analysis (element mapping analysis) at an acceleration voltage of 15 kV, and then performing ZAF correction to obtain the composition. it can. After performing element mapping analysis and identifying core particles and shell particles from the element distribution, the elemental analysis results of each particle are obtained. In order to obtain a more precise analysis value, EPMA point analysis is performed on each particle, and after ZAF correction, an accurate composition of each particle is obtained.

上記複合粒子の平均粒径は、0.15〜30μmであることが好ましい(請求項3)。
上記複合粒子の平均粒径は0.15μm未満の場合には、高い圧電特性を実現できなくなるおそれがある。一方、30μmを越える場合には、高い圧電特性は期待できるものの、焼結体としての強度が低下するおそれがある。その結果、例えば上記鉛フリー圧電セラミックスを各種圧電素子等として用いた際に、その作動の繰り返しにより素子が疲労破壊する寿命が大幅に短くなるおそれがある。
上記複合粒子の平均粒径は、例えば上記鉛フリー圧電セラミックスを鏡面研磨した後、その研磨面についての走査型電子顕微鏡(SEM)写真を用いて、所謂インターセプト法によって測定することができる。
The composite particles preferably have an average particle size of 0.15 to 30 μm.
If the average particle diameter of the composite particles is less than 0.15 μm, high piezoelectric characteristics may not be realized. On the other hand, if it exceeds 30 μm, high piezoelectric properties can be expected, but the strength as a sintered body may be reduced. As a result, for example, when the above lead-free piezoelectric ceramics are used as various piezoelectric elements, the life of the element due to fatigue failure due to repeated operation may be significantly shortened.
The average particle size of the composite particles can be measured by a so-called intercept method using, for example, a mirror image of the lead-free piezoelectric ceramic and then using a scanning electron microscope (SEM) photograph of the polished surface.

また、上記アルカリニオブ系化合物は、一般式:{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3(但し、0≦x≦0.2、0<y<1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物であることが好ましい(請求項4)。
この場合には、上記鉛フリー圧電セラミックスの圧電特性及び誘電特性をより向上させることができる。また、誘電率や圧電変位の温度依存性、即ち温度変化による誘電率や圧電変位等の特性のばらつきを小さくすることができる。
The alkali niobium-based compound has the general formula: {Li x (K 1 -y Na y ) 1 -x} {Nb 1 -zw Ta z Sb w } O 3 (where 0 ≦ x ≦ 0.2, An isotropic perovskite type compound represented by 0 <y <1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0) is preferable.
In this case, the piezoelectric characteristics and dielectric characteristics of the lead-free piezoelectric ceramic can be further improved. Further, the temperature dependence of the dielectric constant and the piezoelectric displacement, that is, the variation in characteristics such as the dielectric constant and the piezoelectric displacement due to the temperature change can be reduced.

上記一般式において、「x+z+w>0」は、置換元素として、Li、Ta及びSbの内の少なくとも1つが含まれていればよいことを示す。
また、上記一般式において、「y」は、等方性ペロブスカイト型化合物に含まれるKとNaの比を表す。一般的な等方性ペロブスカイト型化合物においては、Aサイト元素として、K又はNaの少なくとも一方が含まれていればよいが、本発明においては、上記擬コアシェル構造を実現するために、KとNaの両方が同時に存在することが必須である。そのため、上記一般式におけるyの範囲は、上記のごとく0<y<1である。また、y>0、即ちNaが必須成分であるため、上記鉛フリー圧電セラミックスは優れた圧電g31定数を示すことができる。
また、上記一般式において、yの範囲は、0.05≦y≦0.75であることがより好ましく、0.20≦y≦0.70であることがさらに好ましい。これらの場合には、上記結晶配向セラミックスの圧電d31定数及び電気解決合計数Kpを一層向上させることができる。さらにより好ましくは、0.20≦y<0.70がよく、さらに一層好ましくは0.35≦y≦0.65がよく、さらにより一層好ましくは0.35≦y<0.65がよい。また、最も好ましくは、0.42≦y≦0.60がよい。
In the above general formula, “x + z + w> 0” indicates that at least one of Li, Ta, and Sb may be included as a substitution element.
In the above general formula, “y” represents the ratio of K and Na contained in the isotropic perovskite compound. In a general isotropic perovskite type compound, it is sufficient that at least one of K and Na is contained as an A site element. In the present invention, in order to realize the above pseudo core shell structure, K and Na are used. It is essential that both exist simultaneously. Therefore, the range of y in the above general formula is 0 <y <1 as described above. Moreover, since y> 0, that is, Na is an essential component, the lead-free piezoelectric ceramic can exhibit an excellent piezoelectric g 31 constant.
In the above general formula, the range of y is more preferably 0.05 ≦ y ≦ 0.75, and further preferably 0.20 ≦ y ≦ 0.70. In these cases, the piezoelectric d 31 constant and the total number of electrical solutions Kp of the crystal oriented ceramics can be further improved. Even more preferably, 0.20 ≦ y <0.70, even more preferably 0.35 ≦ y ≦ 0.65, and even more preferably 0.35 ≦ y <0.65. Most preferably, 0.42 ≦ y ≦ 0.60.

「x」は、Aサイト元素であるK及び/又はNaを置換するLiの置換量を表す。K及び/又はNaの一部をLiで置換すると、圧電特性等の向上、キュリー温度の上昇、及び/又は緻密化の促進という効果が得られる。
上記一般式におけるxの範囲は、0<x≦0.2であることが好ましい。
この場合には、上記一般式で表される化合物において、Liが必須成分となるので、上記多結晶体は、その作製時の焼成を一層容易に行うことができると共に、圧電特性がより向上し、キュリー温度(Tc)を一層高くすることができる。これは、Liを上記のxの範囲内において必須成分とすることにより、焼成温度が低下すると共に、Liが焼成助剤としての役割を果たし、より空孔の少ない焼成を可能にするからである。
xの値が0.2を越えると、圧電特性(圧電d31定数、電気機械結合係数kp、圧電g31定数等)が低下するおそれがある。
“X” represents a substitution amount of Li for substituting K and / or Na which are A site elements. Replacing a part of K and / or Na with Li provides the effect of improving the piezoelectric characteristics, increasing the Curie temperature, and / or promoting densification.
The range of x in the above general formula is preferably 0 <x ≦ 0.2.
In this case, since Li is an essential component in the compound represented by the above general formula, the polycrystalline body can be fired more easily at the time of production, and the piezoelectric characteristics are further improved. The Curie temperature (Tc) can be further increased. This is because by making Li an essential component within the range of x described above, the firing temperature is lowered and Li serves as a firing aid, enabling firing with fewer voids. .
If the value of x exceeds 0.2, the piezoelectric characteristics (piezoelectric d 31 constant, electromechanical coupling coefficient kp, piezoelectric g 31 constant, etc.) may be reduced.

また、上記一般式におけるxの値は、x=0とすることができる。
この場合には、上記一般式は、(K1-yNay)(Nb1-z-wTazSbw)O3で表される。そしてこの場合には、上記鉛フリー圧電セラミックスを作製する際に、その原料中に例えばLiCO3のように、最も軽量なLiを含有してなる化合物を含まないので、原料を混合し、上記多結晶体よりなる上記鉛フリー圧電セラミックスを作製するときに、原料粉の偏析による特性のばらつきを小さくすることができる。原料粉のばらつきは、例えば後述の結晶配向性セラミックス構造の多結晶体を作製する場合等に、特に大きくなり易いため、この場合には、特性のバラツキを小さくできるという上述の効果をより顕著に発揮することができる。また、x=0の場合には、さらに高い比誘電率と比較的大きな圧電g定数を実現できる。
上記一般式において、xの値は、0≦x≦0.15がより好ましく、0≦x≦0.10がさらに好ましい。
Further, the value of x in the above general formula can be set to x = 0.
In this case, the above general formula is represented by (K 1 -y Na y ) (Nb 1 -zw Ta z Sb w ) O 3 . In this case, when producing the lead-free piezoelectric ceramic, since the raw material does not include the lightest Li-containing compound such as LiCO 3 , the raw materials are mixed, When producing the lead-free piezoelectric ceramic made of a crystal, variation in characteristics due to segregation of the raw material powder can be reduced. The dispersion of the raw material powder tends to be particularly large, for example, in the case of producing a polycrystalline body having a crystal orientation ceramic structure, which will be described later, and in this case, the above-described effect of reducing the variation in characteristics is more prominent. It can be demonstrated. Further, when x = 0, a higher relative dielectric constant and a relatively large piezoelectric g constant can be realized.
In the above general formula, the value of x is more preferably 0 ≦ x ≦ 0.15, and further preferably 0 ≦ x ≦ 0.10.

「z」は、Bサイト元素であるNbを置換するTaの置換量を表す。Nbの一部をTaで置換すると、圧電特性等の向上という効果が得られる。上記一般式において、zの値が0.4を越えると、キュリー温度が低下し、家電や自動車用の圧電材料としての利用が困難になるおそれがある。
上記一般式におけるzの範囲は、0<z≦0.4であることが好ましい。
この場合には、上記一般式で表される化合物において、Taが必須成分となる。そのため、この場合には、焼結温度が低下すると共に、Taが焼結助剤の役割を果たし、上記多結晶体中の空孔を少なくすることができる。
“Z” represents the amount of Ta substituted for Nb which is a B-site element. If a part of Nb is replaced with Ta, an effect of improving the piezoelectric characteristics and the like can be obtained. In the above general formula, when the value of z exceeds 0.4, the Curie temperature is lowered, and there is a possibility that the use as a piezoelectric material for home appliances and automobiles becomes difficult.
The range of z in the above general formula is preferably 0 <z ≦ 0.4.
In this case, Ta is an essential component in the compound represented by the above general formula. Therefore, in this case, the sintering temperature is lowered, and Ta serves as a sintering aid, so that the pores in the polycrystalline body can be reduced.

上記一般式におけるzの値は、z=0とすることができる。
この場合には、上記一般式は、{Lix(K1-yNay1-x}(Nb1-wSbw)O3で表される。そして、この場合には、上記一般式で表される化合物はTaを含まない。そのためこの場合には、上記鉛フリー圧電セラミックスは、その作製時に高価なTa成分を使用することなく、優れた圧電特性を示すことができる。
上記一般式において、zの値は、0≦z≦0.35がより好ましく、0≦z≦0.30がさらに好ましい。
The value of z in the above general formula can be set to z = 0.
In this case, the general formula is represented by {Li x (K 1−y Na y ) 1−x } (Nb 1−w Sb w ) O 3 . In this case, the compound represented by the above general formula does not contain Ta. Therefore, in this case, the lead-free piezoelectric ceramic can exhibit excellent piezoelectric characteristics without using an expensive Ta component during its production.
In the above general formula, the value of z is more preferably 0 ≦ z ≦ 0.35, and further preferably 0 ≦ z ≦ 0.30.

さらに、「w」は、Bサイト元素であるNbを置換するSbの置換量を表す。Nbの一部をSbで置換すると、圧電特性等の向上という効果が得られる。wの値が0.2を越えると、圧電特性、及び/又はキュリー温度が低下するので好ましくない。
また、上記一般式におけるwの値は、0<w≦0.2であることが好ましい。
この場合には、上記一般式で表される化合物において、Sbが必須成分となる。そのため、この場合には、上記多結晶体の焼結温度が低下し、焼結性を向上させることができると共に、誘電損失tanδの安定性を向上させることができる。
Further, “w” represents the substitution amount of Sb that substitutes Nb, which is a B site element. If a part of Nb is replaced with Sb, an effect of improving the piezoelectric characteristics and the like can be obtained. If the value of w exceeds 0.2, the piezoelectric characteristics and / or the Curie temperature are lowered, which is not preferable.
The value of w in the above general formula is preferably 0 <w ≦ 0.2.
In this case, Sb is an essential component in the compound represented by the above general formula. Therefore, in this case, the sintering temperature of the polycrystalline body can be lowered, the sinterability can be improved, and the stability of the dielectric loss tan δ can be improved.

また、上記一般式におけるwの値は、w=0とすることができる。
この場合には、上記一般式は、{Lix(K1-yNay1-x}(Nb1-zTaz)O3で表される。そして、この場合には、上記一般式で表される化合物は、Sbを含まず、上記多結晶体よりなる上記鉛フリー圧電セラミックスは、比較的高いキュリー温度を示すことができる。
上記一般式において、wの値は、0≦w≦0.15であることがより好ましく、0≦w≦0.10であることがさらに好ましい。
The value of w in the above general formula can be set to w = 0.
In this case, the above general formula is represented by {Li x (K 1−y Na y ) 1−x } (Nb 1−z Ta z ) O 3 . In this case, the compound represented by the general formula does not contain Sb, and the lead-free piezoelectric ceramic made of the polycrystalline body can exhibit a relatively high Curie temperature.
In the above general formula, the value of w is more preferably 0 ≦ w ≦ 0.15, and further preferably 0 ≦ w ≦ 0.10.

なお、上記多結晶体は、上記一般式で表される等方性ペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、等方性ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。   The polycrystal is preferably composed only of the isotropic perovskite type compound represented by the above general formula, but the isotropic perovskite type crystal structure can be maintained, and sintering characteristics, piezoelectric characteristics, etc. Other elements or other phases may be included as long as these properties are not adversely affected.

また、上記多結晶体は、該多結晶体を構成する上記結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向性セラミックス構造を有することが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記鉛フリー圧電セラミックスの圧電特性及び誘電特性をより一層向上させることができる。
また、一般に結晶配向性セラミックスにおいては、100%の結晶配向を実現させることは困難であるため、電界を印加したときに、異なる結晶方位をもつ結晶粒同士の歪み方向が異なり、ボイド等があるとこれに応力が集中する結果、これを起点としてクラック等の機械的破壊が起り易くなる。これに対し、本発明においては、上記擬コアシェル構造を有するため、上記のごとく結晶配向性セラミックス構造を有していても、上記シェル粒子の変位が歪みを緩和することができる。その結果、結晶配向セラミックス構造を有する場合であっても、クラック等の機械的破壊の発生を抑制することができる。また、このようにクラックの発生を抑制できるため、クラック面を流れる電流が抑制され、電気的な絶縁破壊の発生も抑制される。また、クラックの発生に伴う正圧電効果による電荷がクラック面に出現する現象が抑制される。そのために、クラックの発生に伴う部分放電を抑制することができ、その結果として絶縁破壊を抑制することができる。
The polycrystal preferably has a crystal-oriented ceramic structure in which specific crystal planes of the crystal grains constituting the polycrystal are oriented.
In this case, the piezoelectric characteristics and dielectric characteristics of the lead-free piezoelectric ceramic can be further improved.
In general, in crystal-oriented ceramics, it is difficult to achieve 100% crystal orientation. Therefore, when an electric field is applied, the strain directions of crystal grains having different crystal orientations differ, and voids are present. As a result of stress concentration on this, mechanical destruction such as cracks is likely to occur starting from this stress. On the other hand, in the present invention, since it has the pseudo core shell structure, even if it has a crystal orientation ceramic structure as described above, the displacement of the shell particles can alleviate strain. As a result, even if it has a crystallographically-oriented ceramic structure, the occurrence of mechanical breakdown such as cracks can be suppressed. Moreover, since generation | occurrence | production of a crack can be suppressed in this way, the electric current which flows through a crack surface is suppressed and generation | occurrence | production of an electrical breakdown is also suppressed. In addition, a phenomenon in which charges due to the positive piezoelectric effect accompanying the occurrence of cracks appear on the crack surface is suppressed. Therefore, partial discharge accompanying the generation of cracks can be suppressed, and as a result, dielectric breakdown can be suppressed.

なお、「特定の結晶面が配向する」とは、例えば上記一般式で表される化合物等からなる結晶配向セラミックスの特定の結晶面が互いに平行になるように、各結晶粒が配列していること(以下、このような状態を「面配向」という。)、又は、特定の結晶面Aが多結晶体を貫通する1つの軸に対して平行になるように、各結晶粒が配列していること(以下、このような状態を「軸配向」という。)の双方を意味する。   “Specific crystal planes are oriented” means, for example, that the crystal grains are arranged so that the specific crystal planes of the crystal-oriented ceramic made of the compound represented by the general formula are parallel to each other. (Hereinafter, such a state is referred to as “plane orientation”), or each crystal grain is arranged so that a specific crystal plane A is parallel to one axis penetrating the polycrystal. (Hereinafter, such a state is referred to as “axial orientation”).

また、上記多結晶体は、原子番号21〜29の遷移金属元素、アルカリ土類金属、Al、Bi、及びSiから選ばれる1種以上の元素を含有することが好ましい(請求項6)。
この場合には、上記擬コアシェル構造による絶縁特性の改良に加え、上述の各元素の効果により、さらに絶縁特性の改良を図ることができる。即ち、この場合には上記擬コアシェル構造と上述の各元素との相乗効果により、より優れた絶縁特性を示し、高い信頼性を確保することができる。
The polycrystal preferably contains one or more elements selected from a transition metal element having an atomic number of 21 to 29, an alkaline earth metal, Al, Bi, and Si (Claim 6).
In this case, in addition to the improvement of the insulation characteristics by the pseudo core shell structure, the insulation characteristics can be further improved by the effect of each element described above. That is, in this case, due to the synergistic effect of the pseudo core shell structure and each of the above-described elements, it is possible to show more excellent insulating characteristics and ensure high reliability.

上述の原子番号21〜29の遷移金属元素、アルカリ土類金属、Al、Bi、及びSiとしては、元素の形態で含有されていてもよいが、これら各元素を含む化合物の形態で含有されていてもよい。
原子番号21〜29の遷移金属元素化合物としては、具体的には、例えばSc23、Cu2O、NiO、Fe23、Mn23、V25、TiO2、CoO、Cr23、LaMnO3、LaFeO3等を用いることができる。
また、アルカリ土類化合物としては、例えばMgO、CaO、SrO、BaO、BaTiO3、MgAl24、MgFe24、MgWO4、SrTa26等を用いることができる。
Al化合物としては、例えばAl23、FeAlO3、AlSb、CaTiO3、CaZrO3等を用いることができる。
Bi化合物としては、例えばBi23、Bi4Ti312、Bi2WO6、Bi2Sb3、BiFeO3、Bi2.5Na3.5Nb518等を用いることができる。
また、Si化合物としては例えばSiO2、FeSi、Ni2Si、FeSi2、NbSi2、TaSi2、TiSi2、WSi2等を用いることができる。
The above transition metal elements of atomic numbers 21 to 29, alkaline earth metals, Al, Bi, and Si may be contained in the form of elements, but are contained in the form of compounds containing these elements. May be.
Specific examples of the transition metal element compounds having atomic numbers 21 to 29 include, for example, Sc 2 O 3 , Cu 2 O, NiO, Fe 2 O 3 , Mn 2 O 3 , V 2 O 5 , TiO 2 , CoO, Cr 2 O 3 , LaMnO 3 , LaFeO 3 or the like can be used.
Further, as the alkaline earth compound, for example, MgO, CaO, SrO, BaO, BaTiO 3 , MgAl 2 O 4 , MgFe 2 O 4 , MgWO 4 , SrTa 2 O 6 and the like can be used.
As the Al compound, for example, Al 2 O 3 , FeAlO 3 , AlSb, CaTiO 3 , CaZrO 3 and the like can be used.
As the Bi compound, for example, Bi 2 O 3 , Bi 4 Ti 3 O 12 , Bi 2 WO 6 , Bi 2 Sb 3 , BiFeO 3 , Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 can be used.
As the Si compound may be, for example, SiO 2, FeSi, Ni 2 Si , FeSi 2, NbSi 2, TaSi 2, TiSi 2, WSi 2 , and the like.

また、上記鉛フリー圧電セラミックスにおいては、上記アルカリニオブ系化合物1molに対して、Cu2O、CuO、K4CuNb823、K5.4Cu1.3Ta1029、CuNb26、CuTa26、KNbO3、及びK3Li2Nb515から選ばれる1種以上が0.0005〜0.03mol添加されていることが好ましい(請求項7)。
この場合には、開気孔の発生をより一層抑制することができる。
添加量が0.0005mol未満の場合には、開気孔の発生をより抑制できるという上述の効果が充分に得られなくなるおそれがある。一方、0.03molを越える場合には、絶縁特性は向上するが、圧電特性が低いNbリッチの異相が組織中に出現し、上記鉛フリー圧電セラミックスの圧電特性が大きく低下するおそれがある。
In the lead-free piezoelectric ceramic, Cu 2 O, CuO, K 4 CuNb 8 O 23 , K 5.4 Cu 1.3 Ta 10 O 29 , CuNb 2 O 6 , CuTa 2 O are used with respect to 1 mol of the alkali niobium compound. It is preferable that 0.0005 to 0.03 mol of at least one selected from 6 , KNbO 3 and K 3 Li 2 Nb 5 O 15 is added.
In this case, generation of open pores can be further suppressed.
When the addition amount is less than 0.0005 mol, there is a possibility that the above-described effect that the generation of open pores can be further suppressed cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if it exceeds 0.03 mol, the insulation characteristics are improved, but an Nb-rich heterogeneous phase with low piezoelectric characteristics appears in the structure, and the piezoelectric characteristics of the lead-free piezoelectric ceramics may be greatly reduced.

次に、上記鉛フリー圧電セラミックスの製造方法について説明する。
上記鉛フリー圧電セラミックスは、例えば下記の原料混合工程と、成形工程と、焼成工程とを行うことにより作製することができる。
即ち、上記原料混合工程においては、上記組成式ABO3で表される上記アルカリニオブ系化合物を製造するための原料を混合して原料混合物を作製する。次いで、上記成形工程においては、上記原料混合物を成形して成形体を作製する。次に、上記焼成工程においては、上記成形体を焼成することにより、上記多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する。また、上記焼成工程においては、上記成形体の加熱を開始して温度を上昇させる昇温過程と、上記成形体を温度T1℃(但し、600≦T1≦1500)で0.1分以上保持する第1保持過程とを行うと共に、該第1保持過程と連続する過程であって上記成形体を温度T1℃よりも低温の温度T2℃(但し、T2≧300)で10分以上保持する第2保持過程、及び/又は上記第1保持過程と連続する過程であって上記成形体を温度T1℃から降温速度60℃/h以下で冷却する冷却過程を行う。
Next, a method for producing the lead-free piezoelectric ceramic will be described.
The lead-free piezoelectric ceramic can be produced, for example, by performing the following raw material mixing step, forming step, and firing step.
That is, in the raw material mixing step, raw materials for producing the alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 are mixed to prepare a raw material mixture. Next, in the molding step, the raw material mixture is molded to produce a molded body. Next, in the firing step, the molded body is fired to produce a lead-free piezoelectric ceramic made of the polycrystalline body. Further, in the firing step, a heating process in which heating of the molded body is started to increase the temperature, and the molded body is held at a temperature T1 ° C. (provided that 600 ≦ T1 ≦ 1500) for 0.1 minute or longer. A first holding step and a step that is continuous with the first holding step and holds the molded body at a temperature T2 ° C. (T2 ≧ 300) lower than the temperature T1 ° C. for 10 minutes or more. A holding process and / or a process that is continuous with the first holding process and cools the molded body from a temperature T1 ° C. at a temperature drop rate of 60 ° C./h or less is performed.

上記第1保持過程前の昇温過程(温度T1−200℃以上、T1以下)、第1保持過程(温度T1)、第1保持過程後の降温過程(温度T1以下、T1−500℃)及び第2保持過程(温度T2)の温度範囲においては、上記原料混合物から液相が発生し、この液相によって、上記コア粒子の周囲に上記シェル粒子が形成されると考えられる。そのため、上記第1保持過程の温度及び該温度で保持する保持時間を適宜調整することにより、上記シェル粒子の大きさを制御することができる。その結果、上記鉛フリー圧電セラミックスの圧電特性及び誘電特性を制御することができる。   The temperature raising process before the first holding process (temperature T1-200 ° C. or higher, T1 or lower), the first holding process (temperature T1), the temperature lowering process after the first holding process (temperature T1 or lower, T1 to 500 ° C.), In the temperature range of the second holding process (temperature T2), a liquid phase is generated from the raw material mixture, and the liquid particles are considered to form the shell particles around the core particles. Therefore, the size of the shell particles can be controlled by appropriately adjusting the temperature of the first holding process and the holding time held at the temperature. As a result, the piezoelectric characteristics and dielectric characteristics of the lead-free piezoelectric ceramic can be controlled.

また、上記第1保持過程における保持温度T1℃が600≦T1≦1500という範囲から外れる場合には、上記擬コアシェル構造を形成させることができず、上記鉛フリー圧電セラミックスの緻密性が低下するおそれがある。好ましくは、上記保持温度T1(℃)は、1000≦T1≦1300であることがよい。
また、保持温度T1℃での保持時間が0.1分未満の場合にも、上記擬コアシェル構造を形成させることができず、緻密性が低下するおそれがある。好ましくは、温度T1℃での保持時間は30分以上、より好ましくは60分以上であることがよい。また、開気孔率が大きくなることを抑制するため、温度T1℃での保持時間の上限は、2000分以下がよい。より好ましくは600分以下、さらに好ましくは300分以下がよい。
Further, when the holding temperature T1 ° C. in the first holding process is out of the range of 600 ≦ T1 ≦ 1500, the pseudo core-shell structure cannot be formed, and the denseness of the lead-free piezoelectric ceramic may be reduced. There is. The holding temperature T1 (° C.) is preferably 1000 ≦ T1 ≦ 1300.
Further, even when the holding time at the holding temperature T1 ° C. is less than 0.1 minutes, the pseudo core-shell structure cannot be formed, and the denseness may be lowered. Preferably, the holding time at the temperature T1 ° C. is 30 minutes or longer, more preferably 60 minutes or longer. Moreover, in order to suppress that an open porosity becomes large, the upper limit of the retention time in temperature T1 degreeC is good for 2000 minutes or less. More preferably, it is 600 minutes or less, More preferably, 300 minutes or less is good.

また、上記第2保持過程において、T2<300の場合には、上記成形体の焼結が充分に進行しないおそれがある。また、上記擬コアシェル構造を充分に形成させることができず、上記多結晶体のボイドを充分に低減させることができないおそれがある。より好ましくは温度T2は、T2≧600がよい。
また、T2での保持時間が10分未満の場合には、上記擬コアシェル構造を充分に形成させることができず、上記多結晶体のボイドを充分に低減させることができないおそれがある。また、生産性が低下するおそれがあるため、温度T2での保持時間の上限は、2000分以下がよい。
Further, in the second holding process, when T2 <300, there is a possibility that sintering of the molded body does not proceed sufficiently. In addition, the pseudo-core shell structure cannot be sufficiently formed, and the voids of the polycrystalline body may not be sufficiently reduced. More preferably, the temperature T2 is preferably T2 ≧ 600.
On the other hand, when the holding time at T2 is less than 10 minutes, the pseudo-core shell structure cannot be sufficiently formed, and the voids of the polycrystalline body may not be sufficiently reduced. Moreover, since there exists a possibility that productivity may fall, the upper limit of the holding time in temperature T2 is good for 2000 minutes or less.

また、上記第1保持過程における上記保持温度T1(℃)と、上記第2保持過程における上記保持温度T2(℃)とは、5≦(T1−T2)≦300という関係を満足することが好ましい。
(T1−T2)<5の場合には、上記擬コアシェル構造を充分に形成させることができず、上記多結晶体中のボイドを充分に低減させることができないおそれがある。一方、(T1−T2)>300の場合には、上記成形体の焼成が充分に進行しないおそれがある。いずれの場合においても、得られる上記多結晶体よりなる上記鉛フリー圧電セラミックスの緻密化が不充分になるおそれがある。
Further, it is preferable that the holding temperature T1 (° C.) in the first holding process and the holding temperature T2 (° C.) in the second holding process satisfy a relationship of 5 ≦ (T1−T2) ≦ 300. .
In the case of (T1-T2) <5, the pseudo core shell structure cannot be sufficiently formed, and voids in the polycrystalline body may not be sufficiently reduced. On the other hand, in the case of (T1-T2)> 300, there is a possibility that firing of the molded body does not proceed sufficiently. In either case, there is a possibility that the lead-free piezoelectric ceramic made of the resulting polycrystalline material will be insufficiently densified.

また、上記冷却過程において、降温速度が60℃/hを超える場合には、上記擬コアシェル構造を充分に形成させることができず、上記多結晶体中のボイドを充分に低減させることができないおそれがある。より好ましくは、上記冷却過程における降温速度は、40℃/h以下であることがよい。さらに好ましくは20℃/h以下、さらにより好ましくは10℃/h以下、さらにより一層好ましくは5℃/h以下がよい。また、生産性が低下するおそれがあるため、降温速度は、1℃/h以上がよい。   Further, in the cooling process, when the temperature lowering rate exceeds 60 ° C./h, the pseudo core-shell structure cannot be sufficiently formed, and the voids in the polycrystal may not be sufficiently reduced. There is. More preferably, the temperature lowering rate in the cooling process is 40 ° C./h or less. More preferably, it is 20 ° C./h or less, even more preferably 10 ° C./h or less, and still more preferably 5 ° C./h or less. Moreover, since there exists a possibility that productivity may fall, 1 degreeC / h or more is good for a temperature fall rate.

また、冷却過程においては、室温まで冷却を行うことができるが、全行程の時間を短縮するために、焼結が促進される温度域のみで上記冷却過程を行うことができる。この場合、上記冷却過程は、温度T1−500℃まで行うことが好ましい。より好ましくは、T1−300℃まで、さらに好ましくはT1−100℃まで行うことがよい。   In the cooling process, cooling can be performed to room temperature, but the above cooling process can be performed only in a temperature range in which sintering is promoted in order to shorten the entire process time. In this case, the cooling process is preferably performed up to a temperature T1-500 ° C. More preferably, it is good to carry out to T1-300 degreeC, More preferably, to T1-100 degreeC.

(実施例1)
本例は、結晶配向性セラミックス構造の多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックスを製造する例である。
本例の鉛フリー圧電セラミックスは、一般式{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3においてx=0.065、y=0.55、z=0.09、w=0.08となる組成の等方性ペロブスカイト型化合物、即ち、{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.0862.4}O3で表されるアルカリニオブ系化合物を主相とし、結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向性セラミックス構造の多結晶体よりなる。多結晶体1は、これを構成する結晶粒として、互いに組成が異なるコア粒子2とシェル粒子3とを有する(図2参照)。また、多結晶体1において、コア粒子2とシェル粒子3は、コア粒子2を取り囲むように複数のシェル粒子3が配されてなる擬コアシェル構造の複合粒子4を形成している。
Example 1
In this example, a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystal having a crystal orientation ceramic structure is manufactured.
The lead-free piezoelectric ceramic of this example has the general formula {Li x (K 1 -y Na y ) 1 -x} {Nb 1 -zw Ta z Sb w } O 3 , x = 0.065, y = 0.55 , Z = 0.09, w = 0.08, isotropic perovskite type compound, that is, {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 O 62.4 } O 3 It is made of a polycrystal having a crystal orientation ceramic structure in which a specific crystal plane of a crystal grain is oriented, with the alkali niobium compound as a main phase. The polycrystalline body 1 has core particles 2 and shell particles 3 having different compositions as crystal grains constituting the polycrystalline body 1 (see FIG. 2). In the polycrystalline body 1, the core particle 2 and the shell particle 3 form a composite particle 4 having a pseudo core-shell structure in which a plurality of shell particles 3 are arranged so as to surround the core particle 2.

以下、本例の鉛フリー圧電セラミックスの製造方法につき説明する。
(1)異方形状粉末の作製
まず、特定の結晶面(以下「結晶面a」という)が配向してなる配向面を有し、該配向面が目的の多結晶体を構成する特定の結晶面(以下「結晶面A」という)と格子整合性を有する第1配向粒子からなる第1異方形状粉末を作製する。具体的には、本例においては、Bi2.5Na3.5Nb518からなる異方形状粉末Bを作製し、この異方形状粉末Bを用いて、NaNbO3からなる板状の第1異方形状粉末(異方形状粉末A)を作製する。
Hereinafter, the manufacturing method of the lead-free piezoelectric ceramic of this example will be described.
(1) Production of anisotropically shaped powder First, a specific crystal having an orientation plane in which a specific crystal plane (hereinafter referred to as “crystal plane a”) is oriented, and the orientation plane constitutes a target polycrystal. A first anisotropic shaped powder composed of first oriented particles having lattice matching with a plane (hereinafter referred to as “crystal plane A”) is prepared. Specifically, in this example, an anisotropically shaped powder B made of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 is produced, and a plate-like first anisotropic made of NaNbO 3 is produced using this anisotropic shaped powder B. A shaped powder (anisotropic shaped powder A) is prepared.

即ち、まず、Bi2.5Na3.5Nb518(以下、適宜「BINN5」という)という組成となるような化学量論比で、Bi23粉末、Na2CO3粉末及びNb25粉末を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対し、フラックスとしてNaClを50wt%添加し、1時間乾式混合した。
次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、850℃×1hの条件下で加熱し、フラックスを完全に溶解させた後、さらに1100℃×2hの条件下で加熱することにより、BINN5を合成した。なお、昇温速度は、200℃/hrとし、降温は炉冷とした。冷却後、反応物から湯洗によりフラックスを取り除き、BINN5粉末(異方形状粉末B)を得た。得られたBINN5粉末は、{001}面を配向面とする板状粉末であった。
That is, first, Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder and Nb 2 O 5 powder with a stoichiometric ratio such that Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 (hereinafter referred to as “BINN5” as appropriate) is obtained. Were weighed and wet mixed. Next, 50 wt% NaCl was added as a flux to the raw material, and dry mixed for 1 hour.
Next, the obtained mixture is put in a platinum crucible and heated under the conditions of 850 ° C. × 1 h to completely dissolve the flux, and further heated under the conditions of 1100 ° C. × 2 h to synthesize BINN5. did. The temperature rising rate was 200 ° C./hr, and the temperature lowering was furnace cooling. After cooling, the flux was removed from the reaction product by washing with hot water to obtain BINN5 powder (anisotropically shaped powder B). The obtained BINN5 powder was a plate-like powder having the {001} plane as the orientation plane.

次に、このBINN5からなる板状粉末に対し、NaNbO3(以下、適宜「NN」という)の合成に必要な量のNa2CO3粉末(反応原料)を加えて混合し、NaClをフラックスとして、白金るつぼ中において、950℃×8時間の熱処理を行った。
得られた反応物には、NaNbO3粉末に加えてBi23が含まれているので、反応物からフラックスを取り除いた後、これをHNO3水溶液中に入れ、余剰成分として生成したBi23を溶解させた。さらに、この溶液を濾過してNN粉末を分離し、80℃のイオン交換水で洗浄した。このようにして、異方形状粉末としてのNN粉末(異方形状粉末A)を得た。これを粉末試料A1とする。
得られたNN粉末は、擬立方{100}面を配向面とし、平均粒径15μmであり、かつアスペクト比が約10〜20程度の板状粉末であった。
Next, an amount of Na 2 CO 3 powder (reaction raw material) necessary for the synthesis of NaNbO 3 (hereinafter referred to as “NN”) is added to and mixed with the plate-like powder composed of BINN5, and NaCl is used as a flux. In the platinum crucible, heat treatment was performed at 950 ° C. for 8 hours.
Since the obtained reaction product contains Bi 2 O 3 in addition to the NaNbO 3 powder, after removing the flux from the reaction product, it is put in an aqueous HNO 3 solution and Bi 2 produced as an excess component. O 3 was dissolved. Further, this solution was filtered to separate the NN powder and washed with ion exchange water at 80 ° C. Thus, NN powder (anisotropically shaped powder A) was obtained as an anisotropically shaped powder. This is designated as powder sample A1.
The obtained NN powder was a plate-like powder having a pseudo cubic {100} plane as an orientation plane, an average particle diameter of 15 μm, and an aspect ratio of about 10 to 20.

(2)微細粒子粉末の作製
次に、以下のようにして、上記異方形状粉末(NN粉末)と焼結させることにより多結晶体を生成する微細粒子粉末を作製する。
本例においては、後述のごとく、一般式ABO3で表される目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.08}O3におけるAサイト元素の5at%がNN粉末(異方形状粉末)の元素から供給されるように、NN粉末を配合する。
したがって、微細粒子粉末の作製にあたっては、まず、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.08}O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、アセトン又はアルコール等の有機溶剤を媒体としてZrO2ボールで24時間湿式混合した。
(2) Preparation of fine particle powder Next, the fine particle powder which produces a polycrystal by sintering with the said anisotropically shaped powder (NN powder) as follows is produced.
In this example, as described later, the composition of the target ceramic represented by the general formula ABO 3 {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {5 at% of the A site element in Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 } O 3 NN powder is blended so that is supplied from the element of NN powder (anisotropically shaped powder).
Therefore, in the production of the fine particle powder, first, the composition of the target ceramic {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 } O 3 is subtracted from the blended amount of the NN powder. Na 2 CO 3 powder with a purity of 99.99% or more, K 2 CO 3 powder, Li 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, Ta 2 O 5 powder, and Sb 2 O 5 powder so as to have a composition Weighed and wet mixed with ZrO 2 balls for 24 hours using an organic solvent such as acetone or alcohol as a medium.

その後、温度750℃で5時間仮焼し、さらに有機溶媒を媒体としてZrO2ボールで24時間湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉末(微細粒子粉末)を得た。これを粉末試料B1とする。 Thereafter, calcined at a temperature of 750 ° C. for 5 hours, and further wet pulverized with a ZrO 2 ball for 24 hours using an organic solvent as a medium to obtain a calcined powder (fine particle powder) having an average particle size of about 0.5 μm. It was. This is designated as Powder Sample B1.

(3)成形体の作製
次に、粉末試料A1と、粉末試料B1とを目的の組成{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.08}O3となるような化学量論比で秤量し、有機溶剤を媒体として、ZrO2ボールで24時間湿式混合を行い、原料混合物のスラリーを得た。
その後、スラリーに対してバインダーとしてのポリビニルブチラール樹脂(PVB)及び可塑剤としてのフタル酸ジブチルを、目的の組成({Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.08}O3)1molに対して、それぞれ約10.35gずつ加え、さらに2時間混合した。
(3) Fabrication of molded body Next, the stoichiometric amounts of the powder sample A1 and the powder sample B1 to be the target composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 } O 3 The mixture was weighed in a stoichiometric ratio and wet mixed with a ZrO 2 ball for 24 hours using an organic solvent as a medium to obtain a slurry of a raw material mixture.
Thereafter, polyvinyl butyral resin (PVB) as a binder and dibutyl phthalate as a plasticizer are added to the slurry with a desired composition ({Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 } O 3. ) About 10.35 g of each was added to 1 mol, and further mixed for 2 hours.

次に、ドクターブレード装置を用いて、バインダー及び可塑剤を混合した原料混合物のスラリーを、厚さ約100μmのテープ状に成形した。さらに、このテープ状の成形体を積層、圧着及び圧延することにより、厚さ1.5mmの板状の成形体を得た。次いで、得られた板状成形体の脱脂を行った。脱脂は、大気中において、加熱温度:750℃、加熱時間:5時間、昇温速度:50℃/hr、冷却速度:炉冷という条件下で行った。さらに、脱脂後の板状成形体に、圧力:300MPaでCIP処理を施した。このようにして得られた成形体を成形試料D1とする。   Next, using a doctor blade device, a slurry of a raw material mixture in which a binder and a plasticizer were mixed was formed into a tape having a thickness of about 100 μm. Furthermore, the tape-shaped molded body was laminated, pressure-bonded and rolled to obtain a plate-shaped molded body having a thickness of 1.5 mm. Subsequently, the obtained plate-shaped molded body was degreased. Degreasing was performed in the atmosphere under the conditions of heating temperature: 750 ° C., heating time: 5 hours, heating rate: 50 ° C./hr, cooling rate: furnace cooling. Furthermore, the CIP process was performed to the plate-shaped molded object after degreasing | defatting by pressure: 300MPa. The molded body thus obtained is designated as a molded sample D1.

(4)焼成
次に、上記のようにして得られた成形体(成形試料D1)を焼成し、多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する。成形試料D1の焼成にあたっては、昇温過程、第1保持過程、及び冷却過程を行った。
即ち、まず、成形試料D1を加熱炉中に入れ、温度900℃まで昇温速度200℃/hで昇温させ、温度1020℃まで昇温速度45℃/hで昇温させ、さらに温度1115℃まで昇温速度10℃/hで昇温させた。次いで、保持過程を行い、温度1115℃にて5時間保持した。次に、降温速度5℃/hで温度1010℃まで冷却した。その後、降温速度200℃/hで室温まで冷却し、結晶配向セラミックスからなる多結晶体を作製した。
このようにして、{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.08}O3を主相とする結晶配向性セラミックス構造の多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを得た。これを試料E1とする。
(4) Firing Next, the molded body (molded sample D1) obtained as described above is fired to produce a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystalline body. In firing the molded sample D1, a heating process, a first holding process, and a cooling process were performed.
That is, first, the molded sample D1 is placed in a heating furnace, heated up to a temperature of 900 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h, heated up to a temperature of 1020 ° C. at a heating rate of 45 ° C./h, and further heated to a temperature of 1115 ° C. The temperature was raised at a heating rate of 10 ° C./h. Next, a holding process was performed, and the temperature was held at 1115 ° C. for 5 hours. Next, it was cooled to a temperature of 1010 ° C. at a temperature decrease rate of 5 ° C./h. Then, it cooled to room temperature with the temperature-fall rate of 200 degrees C / h, and produced the polycrystal body which consists of crystal orientation ceramics.
In this way, a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystalline body having a crystal orientation ceramic structure having {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 } O 3 as a main phase was obtained. This is designated as Sample E1.

なお、脱脂と焼成は、連続した一工程で行ってもよい。その場合には、成形体を加熱炉中に入れ、昇温速度50℃/hで脱脂温度600℃まで昇温させ、温度600℃で1〜5時間保持し(脱脂過程)、次いで、温度900℃まで昇温速度200℃/hで昇温させ、温度1020℃まで昇温速度45℃/hで昇温させ、さらに温度1115℃まで昇温速度10℃/hで昇温させる。次いで、保持過程を行い、温度1115℃にて5時間保持する。次に、降温速度5℃/hで温度1010℃まで冷却し、その後、降温速度200℃/hで室温まで冷却し、上記試料E1と同様の多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを得ることができる。   Note that degreasing and firing may be performed in a single continuous step. In that case, the compact is put in a heating furnace, heated to a degreasing temperature of 600 ° C. at a heating rate of 50 ° C./h, held at a temperature of 600 ° C. for 1 to 5 hours (degreasing process), and then a temperature of 900 The temperature is increased to 200 ° C. at a temperature increase rate of 200 ° C./h, the temperature is increased to a temperature of 1020 ° C. at a temperature increase rate of 45 ° C./h, and further the temperature is increased to 1115 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./h. Next, a holding process is performed and the temperature is held at 1115 ° C. for 5 hours. Next, it is cooled to a temperature of 1010 ° C. at a temperature drop rate of 5 ° C./h, and then cooled to a room temperature at a temperature drop rate of 200 ° C./h to obtain a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystal similar to the sample E1. it can.

次に、本例においては、得られた試料E1(鉛フリー圧電セラミックス)の結晶構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により調べた。その結果を図1に示す。また、説明の便宜のため、図1における点線で囲った部分における主要な結晶粒の構造を図2に示す。
図1及び図2より知られるごとく、本例の鉛フリー圧電セラミックスは、その多結晶体1を構成する結晶粒としてコア粒子2とシェル粒子3とを有していた。また、多結晶体1において、コア粒子2とシェル粒子3とは、コア粒子2を取り囲むように複数のシェル粒子3が配されてなる擬コアシェル構造の複合粒子4を形成した。
Next, in this example, the crystal structure of the obtained sample E1 (lead-free piezoelectric ceramic) was examined by a scanning electron microscope (SEM). The result is shown in FIG. For convenience of explanation, FIG. 2 shows a structure of main crystal grains in a portion surrounded by a dotted line in FIG.
As is known from FIGS. 1 and 2, the lead-free piezoelectric ceramic of this example had a core particle 2 and a shell particle 3 as crystal grains constituting the polycrystalline body 1. In the polycrystalline body 1, the core particle 2 and the shell particle 3 formed a composite particle 4 having a pseudo core-shell structure in which a plurality of shell particles 3 are arranged so as to surround the core particle 2.

また、本例においては、試料E1の鉛フリー圧電セラミックスの組成分析をX線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro−Analysis)により行った。
EPMA分析は、日本電子製のJXA−8200を用いて行った。分析は、15kVの加速電圧にて行い、その後ZAF補正を行った。EPMA分析によって得られたコア粒子とシェル粒子とにおける各構成元素の組成分析の結果を表1に示す。
また、EPMA分析の結果から、コア粒子における各元素組成とシェル粒子における各元素組成との差を算出した。その結果を表2に示す。表2においては、コア粒子の元素組成に対する差によって、コア粒子とシェル粒子との構成元素の組成差を示した。
Moreover, in this example, the composition analysis of the lead-free piezoelectric ceramic of the sample E1 was performed with an X-ray microanalyzer (EPMA: Electron Probe Micro-Analysis).
EPMA analysis was performed using JXA-8200 manufactured by JEOL. The analysis was performed at an acceleration voltage of 15 kV, and then ZAF correction was performed. Table 1 shows the results of the composition analysis of each constituent element in the core particles and the shell particles obtained by the EPMA analysis.
Moreover, the difference between each elemental composition in the core particle and each elemental composition in the shell particle was calculated from the result of the EPMA analysis. The results are shown in Table 2. In Table 2, the compositional difference between the constituent elements of the core particle and the shell particle is shown by the difference with respect to the elemental composition of the core particle.

表1及び表2より知られるごとく、コア粒子には、Na、Ta、Sbが多く含まれ、シェル粒子には、K、Nbが多く含まれていることがわかる。その組成の違いは3〜25%にも達している。また、コア粒子とシェル粒子との平均組成は、およそ{Li0.065(K0.45Na0.55)0.935}{Nb0.83Ta0.09Sb0.0862.4}O3になっていた。また、本明細書においては、明確には示していないが、XRD測定の結果、試料E1は、ペロブスカイト構造を有しており、組成との整合性も認められた。 As is known from Tables 1 and 2, it can be seen that the core particles contain a lot of Na, Ta, and Sb, and the shell particles contain a lot of K and Nb. The difference in composition reaches 3 to 25%. The average composition of the core particles and the shell particles was approximately {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } {Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 O 62.4 } O 3 . Although not clearly shown in the present specification, as a result of XRD measurement, the sample E1 has a perovskite structure, and consistency with the composition was recognized.

(実施例2)
本例は、上記一般式:{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3で表される結晶配向性セラミックス構造の多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックスを製造する例である。
具体的には、一般式{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3においてx=0.065、y=0.60、z=0.10、w=0.065となる組成の等方性ペロブスカイト型化合物、即ち、{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とし、結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向性セラミックス構造の多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する。
(Example 2)
This example is made of a polycrystal having a crystal orientation ceramic structure represented by the above general formula: {Li x (K 1 -y Na y ) 1 -x} {Nb 1 -zw Ta z Sb w } O 3 It is an example which manufactures lead free piezoelectric ceramics.
Specifically, the general formula {Li x (K 1-y Na y) 1-x} {Nb 1-zw Ta z Sb w} In O 3 x = 0.065, y = 0.60, z = 0 .10, isotropic perovskite type compound having a composition of w = 0.065, that is, isotropic perovskite represented by {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 A lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystalline body having a crystal orientation ceramic structure in which a specific crystal plane of crystal grains is oriented with a type compound as a main phase is produced.

具体的には、まず、異方形状粉末(NN粉末)を作製した。この異方形状粉末としては、実施例1の粉末試料A1と同様のものを準備した。
また、微細粒子粉末を作製した。
本例の微細粒子粉末の作製にあたっては、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、実施例1の上記粉末試料B1と同様にして作製した。これを粉末試料B2とする。粉末試料B2は、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉末(微細粒子粉末)である。
Specifically, first, an anisotropic shaped powder (NN powder) was produced. As this anisotropically shaped powder, the same powder sample A1 of Example 1 was prepared.
Moreover, the fine particle powder was produced.
In producing the fine particle powder of this example, the composition of the target ceramic {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 is obtained by subtracting the NN powder composition. Weigh Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder, Li 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, Ta 2 O 5 powder, and Sb 2 O 5 powder with a purity of 99.99% or more so that Then, it was produced in the same manner as the powder sample B1 of Example 1. This is designated as Powder Sample B2. The powder sample B2 is a calcined powder (fine particle powder) having an average particle diameter of about 0.5 μm.

次に、実施例1と同様にして、粉末試料A1と、粉末試料B2とを目的の組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3となるような化学量論比で秤量しスラリーを作製し、成形及び脱脂を行って成形体を作製した。スラリーの作製、成形、及び脱脂は、実施例1と同様にして行った。このようにして得られた成形体を成形試料D2とする。 Next, in the same manner as in Example 1, the powder sample A1 and the powder sample B2 are chemically treated to have the target composition {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3. A slurry was prepared by weighing at a stoichiometric ratio, and molded and degreased to produce a molded body. Production, molding, and degreasing of the slurry were performed in the same manner as in Example 1. The molded body thus obtained is designated as a molded sample D2.

次に、得られた成形試料D2を加熱炉中に入れ、温度900℃まで昇温速度200℃/hで昇温させ、温度1020℃まで昇温速度45℃/hで昇温させ、さらに温度1115℃まで昇温速度10℃/hで昇温させた。次いで、保持過程を行い、温度1115℃にて5時間保持した。次に、降温速度5℃/hで温度1010℃まで冷却した。その後、降温速度200℃/hで室温まで冷却し、結晶配向セラミックスからなる多結晶体を作製した。このようにして、{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3を主相とした結晶配向性セラミックス構造の多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックスを得た。これを試料E2とする。 Next, the obtained molded sample D2 is put in a heating furnace, heated to a temperature of 900 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h, heated to a temperature of 1020 ° C. at a heating rate of 45 ° C./h, and further heated to a temperature. The temperature was raised to 1115 ° C. at a temperature raising rate of 10 ° C./h. Next, a holding process was performed, and the temperature was held at 1115 ° C. for 5 hours. Next, it was cooled to a temperature of 1010 ° C. at a temperature decrease rate of 5 ° C./h. Then, it cooled to room temperature with the temperature-fall rate of 200 degrees C / h, and produced the polycrystal body which consists of crystal orientation ceramics. In this way, a lead-free piezoelectric ceramic composed of a polycrystalline body having a crystal orientation ceramic structure having {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 as a main phase was obtained. This is designated as Sample E2.

上記試料E2についても、実施例1の上記試料E1と同様に、その結晶構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により調べた。その結果、試料E2も、上記試料E1と同様に、その多結晶体を構成する結晶粒としてコア粒子とシェル粒子とを有していた。また、その多結晶体において、コア粒子とシェル粒子とは、コア粒子を取り囲むように複数のシェル粒子が配されてなる擬コアシェル構造の複合粒子を形成していた。また、試料E2についても、実施例1と同様に、EPMA分析を行ったところ、上記試料E1と同様に、コア粒子には、Na、Ta、Sbが多く、シェル粒子には、K、Nbが多く含まれており、その組成の違いは3〜25%にも達していた。   For the sample E2, the crystal structure was examined by a scanning electron microscope (SEM) in the same manner as the sample E1 of Example 1. As a result, sample E2 also had core particles and shell particles as crystal grains constituting the polycrystal as in sample E1. In the polycrystal, the core particle and the shell particle form a composite particle having a pseudo core-shell structure in which a plurality of shell particles are arranged so as to surround the core particle. In addition, the sample E2 was subjected to EPMA analysis in the same manner as in Example 1. As in the sample E1, the core particles contained a large amount of Na, Ta, and Sb, and the shell particles contained K and Nb. Many were included, and the difference in composition reached 3 to 25%.

また、本例においては、上記試料E2の比較用として、{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3を主相とする結晶配向セラミックスからなるが、擬コアシェル構造を有していない多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックス(試料C2)を作製した。
試料C2の作製にあたっては、まず、上記試料E2と同様にして、異方形状粉末(粉末試料A1)及び微細粒子粉末(粉末試料B2)作製し、これらを目的の組成({Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3)となるようにバインダー及び可塑剤と共に混合して原料混合物を作製した。さらに試料E2と同様にして、原料混合物のスラリーを、成形し、成形体を積層、圧着及び圧延することにより成形体を得た後、脱脂、CIP処理を施した。このようにして、試料E2と同様の成形試料D2を得た。
Further, in this example, for comparison with the sample E2, it is made of a crystal oriented ceramic having {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 as a main phase. A lead-free piezoelectric ceramic (sample C2) made of a polycrystalline body having no structure was produced.
In producing the sample C2, first, an anisotropic shaped powder (powder sample A1) and a fine particle powder (powder sample B2) were produced in the same manner as the sample E2, and these were prepared with the desired composition ({Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 ) was mixed with a binder and a plasticizer to prepare a raw material mixture. Further, in the same manner as in the sample E2, a slurry of the raw material mixture was molded, and the molded body was obtained by laminating, pressing and rolling, and then subjected to degreasing and CIP treatment. In this way, a molded sample D2 similar to the sample E2 was obtained.

次いで、成形試料D2を焼成し、結晶配向セラミックスの多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する。
成形試料D2の焼成は、次のような条件で行った。
まず、成形試料D2を加熱炉中に入れ、昇温速度200℃/hで温度1115℃まで昇温させた(昇温過程)。次いで、この温度1115℃で5時間保持した。その後、降温速度200℃/hで室温まで冷却し、結晶配向セラミックスからなる多結晶体を作製した。
Next, the molded sample D2 is fired to produce a lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystal of crystal-oriented ceramic.
The molded sample D2 was fired under the following conditions.
First, the molded sample D2 was placed in a heating furnace and heated to a temperature of 1115 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./h (temperature rising process). Subsequently, this temperature was maintained at 1115 ° C. for 5 hours. Then, it cooled to room temperature with the temperature-fall rate of 200 degrees C / h, and produced the polycrystal body which consists of crystal orientation ceramics.

このようにして、{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3を主相とする結晶配向セラミックスからなる多結晶体を得た。これを試料C2とする。
試料C2についても、実施例1と同様に、その結晶構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により調べた結果、試料C2においては、実施例1の上記試料E1及び本例の上記試料E2のような擬コアシェル構造は確認されなかった。
In this way, a polycrystalline body made of crystallographic ceramics having {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 as a main phase was obtained. This is designated as Sample C2.
Similarly to Example 1, the crystal structure of Sample C2 was examined with a scanning electron microscope (SEM). As a result, Sample C2 was similar to Sample E1 of Example 1 and Sample E2 of this example. The pseudo core shell structure was not confirmed.

(実施例3)
本例は、上記一般式:{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3で表される化合物に、添加物を配合してなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する例である。具体的には、実施例2の上記試料E2と同じ組成の等方性ペロブスカイト型化合物、即ち{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O3で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とし、さらに添加物としてCuOが添加された多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスを作製する。
(Example 3)
This example is a lead obtained by adding an additive to a compound represented by the above general formula: {Li x (K 1 -y Na y ) 1 -x} {Nb 1 -zw Ta z Sb w } O 3 It is an example which produces free piezoelectric ceramics. Specifically, an isotropic perovskite type compound having the same composition as the sample E2 in Example 2, that is, {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 ) O 3 etc. A lead-free piezoelectric ceramic made of a polycrystal having an isotropic perovskite compound as a main phase and CuO added as an additive is prepared.

具体的には、まず、異方形状粉末(NN粉末)を作製した。この異方形状粉末としては、実施例2の粉末試料A1と同様のものを準備した。
また、微細粒子粉末を作製した。
本例の微細粒子粉末の作製にあたっては、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、さらにCuOの添加量が目的のセラミック組成{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O31molに対して0.001molとなるように、添加物CuOを加えて混合した点を除いては、実施例2の上記粉末試料B2と同様にして作製した。これを粉末試料B3とする。粉末試料B3は、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉末(微細粒子粉末)である。
Specifically, first, an anisotropic shaped powder (NN powder) was produced. As this anisotropically shaped powder, the same powder sample A1 of Example 2 was prepared.
Moreover, the fine particle powder was produced.
In producing the fine particle powder of this example, the composition of the target ceramic {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 is obtained by subtracting the NN powder composition. Weigh Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder, Li 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, Ta 2 O 5 powder, and Sb 2 O 5 powder with a purity of 99.99% or more so that Further, the additive CuO is added so that the amount of CuO added is 0.001 mol with respect to 1 mol of the target ceramic composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 ) O 3. The sample was prepared in the same manner as the powder sample B2 of Example 2 except that the points were mixed. This is designated as Powder Sample B3. The powder sample B3 is a calcined powder (fine particle powder) having an average particle diameter of about 0.5 μm.

次に、実施例2と同様にして、粉末試料A1と、粉末試料B3とをCuO添加分を除いて目的の組成{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O3となるような化学量論比で秤量しスラリーを作製し、成形及び脱脂を行って成形体を作製した。スラリーの作製、成形、及び脱脂は、実施例1と同様にして行った。このようにして得られた成形体を成形試料D3とする。 Next, in the same manner as in Example 2, the powder sample A1 and the powder sample B3 were removed from the target composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 ) O except for the added CuO. The slurry was weighed at a stoichiometric ratio of 3 to form a slurry, and molded and degreased to produce a molded body. Production, molding, and degreasing of the slurry were performed in the same manner as in Example 1. The molded body thus obtained is designated as a molded sample D3.

次に、得られた成形試料D2を加熱炉中に入れ、温度900℃まで昇温速度200℃/hで昇温させ、温度1020℃まで昇温速度45℃/hで昇温させ、さらに温度1115℃まで昇温速度10℃/hで昇温させた。次いで、保持過程を行い、温度1115℃にて5時間保持した。次に、降温速度5℃/hで温度1010℃まで冷却した。その後、降温速度200℃/hで室温まで冷却し、結晶配向セラミックスからなる多結晶体を作製した。
このようにして、{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O3を主相とし、添加物(CuO)が添加された結晶配向性セラミックス構造の多結晶体からなる鉛フリー圧電セラミックス(試料E3)を得た。
Next, the obtained molded sample D2 is put in a heating furnace, heated to a temperature of 900 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h, heated to a temperature of 1020 ° C. at a heating rate of 45 ° C./h, and further heated to a temperature. The temperature was raised to 1115 ° C. at a temperature raising rate of 10 ° C./h. Next, a holding process was performed, and the temperature was held at 1115 ° C. for 5 hours. Next, it was cooled to a temperature of 1010 ° C. at a temperature decrease rate of 5 ° C./h. Then, it cooled to room temperature with the temperature-fall rate of 200 degrees C / h, and produced the polycrystal body which consists of crystal orientation ceramics.
In this way, from the polycrystalline body having a crystal orientation ceramic structure in which {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 ) O 3 is added as the main phase and the additive (CuO) is added. A lead-free piezoelectric ceramic (sample E3) was obtained.

また、本例においては、CuOの添加量を変えて、その他は上記試料E3と同様にして、鉛フリー圧電セラミックス(試料E4)を作製した。
即ち、試料E4は、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、さらにCuOの添加量が目的のセラミック組成{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O31molに対して0.002molとなるように、添加物CuOを加えて混合して作製した微細粒子粉末を用いた点を除いては、上記試料E3と同様にして作製した。
In this example, lead-free piezoelectric ceramics (sample E4) were prepared in the same manner as the sample E3 except that the amount of CuO added was changed.
That is, the sample E4 has a composition of the target ceramic {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 so that the composition of the NN powder is subtracted. purity 99.99% or more Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder, Li 2 CO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, Ta 2 O 5 powder, and Sb 2 O 5 powder were weighed and further the CuO Prepared by adding the additive CuO and mixing so that the amount added is 0.002 mol per 1 mol of the target ceramic composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935 } (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08 ) O 3 It was produced in the same manner as the sample E3 except that the fine particle powder was used.

また、本例においては、CuOの代わりに添加物としてK4CuNb823を用いて、その他は上記試料E3と同様にして、鉛フリー圧電セラミックス(試料E5)を作製した。
即ち、試料E5は、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、さらにK4CuNb823が目的のセラミック組成{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O31molに対して0.001molとなるように、添加物K4CuNb823を加えて混合して作製した微細粒子粉末を用いた点を除いては、上記試料E3と同様にして作製した。
In this example, lead-free piezoelectric ceramics (sample E5) were prepared in the same manner as the sample E3 except that K 4 CuNb 8 O 23 was used as an additive instead of CuO.
That is, the sample E5 has a composition in which the composition of the target ceramic {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 is subtracted from the blended amount of the NN powder. A Na 2 CO 3 powder, a K 2 CO 3 powder, a Li 2 CO 3 powder, a Nb 2 O 5 powder, a Ta 2 O 5 powder, and a Sb 2 O 5 powder with a purity of 99.99% or more are weighed, and further K 4 CuNb 8 O 23 are formed so that 0.001mol for purposes ceramic composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935} (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08) O 3 1mol of the additive K 4 CuNb 8 O 23 The sample was prepared in the same manner as the sample E3 except that a fine particle powder prepared by mixing and using was used.

また、本例においては、添加物K4CuNb823の添加量を0.002molにした鉛フリー圧電セラミックス(試料E6)を作製した。
即ち、試料E6は、目的のセラミックスの組成{Li0.065(K0.40Na0.600.935}(Nb0.835Ta0.10Sb0.065)O3から、NN粉末の配合分を際し引いた組成となるように、純度99.99%以上のNa2CO3粉末、K2CO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びSb25粉末を秤量し、さらにK4CuNb823が目的のセラミック組成{Li0.065(K0.45Na0.550.935}(Nb0.83Ta0.09Sb0.08)O31molに対して0.002molとなるように、添加物K4CuNb823を加えて混合して作製した微細粒子粉末を用いた点を除いては、上記試料E3と同様にして作製した。
In this example, a lead-free piezoelectric ceramic (sample E6) in which the additive K 4 CuNb 8 O 23 was added in an amount of 0.002 mol was prepared.
That is, the sample E6 has a composition in which the composition of the target ceramics {Li 0.065 (K 0.40 Na 0.60 ) 0.935 } (Nb 0.835 Ta 0.10 Sb 0.065 ) O 3 is subtracted from the blended amount of the NN powder. A Na 2 CO 3 powder, a K 2 CO 3 powder, a Li 2 CO 3 powder, a Nb 2 O 5 powder, a Ta 2 O 5 powder, and a Sb 2 O 5 powder with a purity of 99.99% or more are weighed, and further K 4 CuNb 8 O 23 are formed so that 0.002mol for purposes ceramic composition {Li 0.065 (K 0.45 Na 0.55 ) 0.935} (Nb 0.83 Ta 0.09 Sb 0.08) O 3 1mol of the additive K 4 CuNb 8 O 23 The sample was prepared in the same manner as the sample E3 except that a fine particle powder prepared by mixing and using was used.

なお、K4CuNb823の微細粒子粉末は以下のようにして作製した。
まず、目的のセラミックスの組成K4CuNb823となるように、純度99.99%以上のK2CO3粉末、CuO粉末、Nb25粉末を秤量し、アセトン又はアルコール等の有機溶剤を媒体としてZrO2ボールで24時間湿式混合した。
その後、温度750℃で5時間大気雰囲気にて仮焼し、さらに有機溶媒を媒体としてZrO2ボールで24時間湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmのK4CuNb823微細粒子粉末を得た。合成した微細粒子粉末はXRD測定の結果、K4CuNb823と同定された。
The fine particle powder of K 4 CuNb 8 O 23 was produced as follows.
First, K 2 CO 3 powder, CuO powder and Nb 2 O 5 powder with a purity of 99.99% or more are weighed so that the composition of the target ceramic is K 4 CuNb 8 O 23, and an organic solvent such as acetone or alcohol is weighed. Was mixed with a ZrO 2 ball for 24 hours.
Thereafter, calcination is performed in an air atmosphere at a temperature of 750 ° C. for 5 hours, and wet pulverization is performed with a ZrO 2 ball for 24 hours using an organic solvent as a medium, whereby K 4 CuNb 8 O 23 having an average particle diameter of about 0.5 μm. A fine particle powder was obtained. As a result of XRD measurement, the synthesized fine particle powder was identified as K 4 CuNb 8 O 23 .

また、本例においては、試料E3〜試料E6の比較用として、4種類の鉛フリー圧電セラミックス(試料C3〜試料C6)を作製した。
試料C3〜試料C6は、焼成条件を変更した点を除いては、それぞれ試料E3〜試料E6と同様にして作製したものである。
即ち、試料C3は、試料E3と同様にして成形体を作製し、この成形体を実施例2の上記試料C2と同様の焼成条件で焼成することにより作製したものである。同様に、試料C4〜試料C6は、それぞれ試料E4〜試料E6と同様にして成形体を作製し、各成形体を実施例2の上記試料C2と同様の焼成条件で焼成することにより作製したものである。
In this example, four types of lead-free piezoelectric ceramics (sample C3 to sample C6) were prepared for comparison with samples E3 to E6.
Samples C3 to C6 were prepared in the same manner as Samples E3 to E6, respectively, except that the firing conditions were changed.
That is, Sample C3 was produced by producing a molded body in the same manner as Sample E3, and firing this molded body under the same firing conditions as Sample C2 in Example 2. Similarly, Sample C4 to Sample C6 were prepared by producing molded bodies in the same manner as Sample E4 to Sample E6, respectively, and firing each molded body under the same firing conditions as Sample C2 in Example 2. It is.

次に、上記試料E3〜試料E6及び上記試料C3〜上記試料C6についても、実施例1と同様に、その結晶構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により調べた。その結果、試料E3〜試料E6においては、上記試料E1と同様に、コア粒子の周囲にシェル粒子が配された擬コアシェル構造が観察されたが、試料C3〜試料C6においては、擬コアシェル構造は確認されなかった。   Next, the crystal structures of Sample E3 to Sample E6 and Sample C3 to Sample C6 were examined with a scanning electron microscope (SEM) as in Example 1. As a result, in sample E3 to sample E6, a pseudo core-shell structure in which shell particles were arranged around the core particle was observed as in sample E1, but in sample C3 to sample C6, the pseudo core-shell structure was It was not confirmed.

(実験例)
本例においては、上記実施例2及び3において作製した各種鉛フリー圧電セラミックス(試料E2〜試料E6及び試料C2〜試料C6)の嵩密度及び開気孔率を調べた。
(Experimental example)
In this example, the bulk density and open porosity of various lead-free piezoelectric ceramics (sample E2 to sample E6 and sample C2 to sample C6) manufactured in Examples 2 and 3 were examined.

「嵩密度」
まず、各試料の乾燥時の重量(乾燥重量)をそれぞれ測定した。また、各試料を水に浸漬して真空脱泡し各試料の開気孔部に水を浸透させた後、各試料の重量(含水重量)を測定した。次いで、含水重量と乾燥重量との差から、各試料中に存在する開気孔の体積を算出した。また、アルキメデス法により、各試料について、開気孔を除いた部分の体積を測定した。次いで、各試料の乾燥重量を、各試料の全体積(開気孔の体積と開気孔を除いた部分の体積との合計)で除することにより、各試料の嵩密度を算出した。その結果を表3に示す。
"The bulk density"
First, the dry weight (dry weight) of each sample was measured. Further, each sample was immersed in water, vacuum degassed, and water was permeated into the open pores of each sample, and then the weight of each sample (water content) was measured. Next, the volume of open pores present in each sample was calculated from the difference between the moisture content and the dry weight. Moreover, the volume of the part except an open pore was measured about each sample by the Archimedes method. Next, the bulk density of each sample was calculated by dividing the dry weight of each sample by the total volume of each sample (the sum of the volume of the open pores and the volume of the portion excluding the open pores). The results are shown in Table 3.

「開気孔率」
開気孔率は、
まず、各試料の乾燥重量と、開気孔部に水を浸透させた時の重量との差から、各試料中に存在する開気孔の体積を算出する。次に、アルキメデス法を用いて、算出した開気孔部の体積を除いた各試料の体積を測定する。
開気孔率は、開気孔の体積を各試料の全体積(開気孔の体積と開気孔を除いた部分の多結晶体の体積との合計)で除し100を掛けて算出することができる。その結果を表3に示す。
"Open porosity"
The open porosity is
First, the volume of open pores present in each sample is calculated from the difference between the dry weight of each sample and the weight when water is permeated into the open pores. Next, using the Archimedes method, the volume of each sample excluding the calculated volume of the open pores is measured.
The open porosity can be calculated by dividing the volume of the open pores by the total volume of each sample (the sum of the volume of the open pores and the volume of the polycrystalline material excluding the open pores) and multiplying by 100. The results are shown in Table 3.

表3より知られるごとく、試料E2〜試料E6は、試料C2〜試料C6に比べて高い嵩密度を有していた。また、試料E2〜試料E6と試料C2〜試料C5とをそれぞれ同じ組成のもの同士で比較、即ち、試料E2と試料C2、試料E3と試料C3、試料E4と試料C4、試料E5と試料C5、試料E6と試料C6とを比較すると、いずれの場合においても、試料E2〜試料E6はより開気孔率が小さくなっていた。
したがって、試料E2〜試料E6は、ボイドや開気孔が少なく、緻密性に優れていることがわかる。そのため、試料E2〜試料E6は、絶縁破壊が起こり難く、また、各組成のアルカリニオブ系化合物が本来発揮できる各種誘電特性及び圧電特性を充分に発揮することができる。
As is known from Table 3, Samples E2 to E6 had a higher bulk density than Samples C2 to C6. Sample E2 to Sample E6 and Sample C2 to Sample C5 are compared with each other in the same composition, that is, Sample E2 and Sample C2, Sample E3 and Sample C3, Sample E4 and Sample C4, Sample E5 and Sample C5, When Sample E6 and Sample C6 were compared, in any case, Samples E2 to E6 had a smaller open porosity.
Therefore, it can be seen that Samples E2 to E6 have few voids and open pores and are excellent in denseness. Therefore, the samples E2 to E6 are less likely to cause dielectric breakdown, and can sufficiently exhibit various dielectric characteristics and piezoelectric characteristics that can be inherently exhibited by the alkali niobium compounds having the respective compositions.

実施例1にかかる、鉛フリー圧電セラミックス(試料E1)の結晶構造を示す顕微鏡写真。The microscope picture which shows the crystal structure of the lead-free piezoelectric ceramic (sample E1) concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、鉛フリー圧電セラミックス(試料E1)の結晶構造の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the crystal structure of the lead-free piezoelectric ceramic (sample E1) concerning Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 多結晶体
2 コア粒子
3 シェル粒子
4 複合粒子
1 Polycrystalline 2 Core particle 3 Shell particle 4 Composite particle

Claims (7)

組成式ABO3(Aは、Li+Na+Kであり、Bは、Nb、Nb+Ta、Nb+Sb、Nb+Ta、又はNb+Ta+Sb、Oは酸素)で表されるアルカリニオブ系化合物を主相とする多結晶体よりなる鉛フリー圧電セラミックスであって、
上記多結晶体は、該多結晶体を構成する結晶粒として、上記組成式ABO3の範囲内で互いに組成が異なるコア粒子とシェル粒子とを有し、
上記多結晶体において、上記コア粒子と上記シェル粒子は、上記コア粒子を取り囲むように複数の上記シェル粒子が配されてなる擬コアシェル構造の複合粒子を形成していることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。
Lead-free made of a polycrystalline material having a main phase of an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 (A is Li + Na + K, B is Nb, Nb + Ta, Nb + Sb, Nb + Ta, or Nb + Ta + Sb, O is oxygen) Piezoelectric ceramics,
The polycrystalline body has core particles and shell particles having different compositions within the range of the composition formula ABO 3 as crystal grains constituting the polycrystalline body,
In the polycrystal, the core particle and the shell particle form a composite particle having a pseudo core-shell structure in which a plurality of the shell particles are arranged so as to surround the core particle. Piezoelectric ceramics.
請求項1において、上記コア粒子は、上記鉛フリー圧電セラミックス全体の平均組成よりも、成分元素Na、Ta、及びSbの含有量が多い上記組成式ABO3で表されるアルカリニオブ系化合物からなり、上記シェル粒子は、上記鉛フリー圧電セラミックス全体の平均組成よりも、成分元素K及びNbの含有量が多い上記組成式ABO3で表されるアルカリニオブ系化合物からなることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。 According to claim 1, said core particles, than the average composition of the entire lead-free piezoelectric ceramics consist component elements Na, alkali niobate-based compound Ta, and the content of Sb is represented by many above composition formula ABO 3 The shell particles are composed of an alkali niobium compound represented by the composition formula ABO 3 having a higher content of component elements K and Nb than the average composition of the entire lead-free piezoelectric ceramic. Piezoelectric ceramics. 請求項1又は2において、上記複合粒子の平均粒径は、0.15〜30μmであることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。   3. The lead-free piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the composite particles have an average particle size of 0.15 to 30 [mu] m. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記アルカリニオブ系化合物は、一般式:{Lix(K1-yNay)1-x}{Nb1-z-wTazSbw}O3(但し、0≦x≦0.2、0<y<1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物であることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。 4. The alkali niobium-based compound according to claim 1, wherein the alkali niobium compound has a general formula: {Li x (K 1−y Na y ) 1−x} {Nb 1−zw Ta z Sb w } O 3 ( However, it is an isotropic perovskite type compound represented by 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y <1, 0 ≦ z ≦ 0.4, 0 ≦ w ≦ 0.2, x + z + w> 0). Lead-free piezoelectric ceramics. 請求項1〜4のいずれか一項において、上記多結晶体は、該多結晶体を構成する上記結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向性セラミックス構造を有することを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。   5. The lead-free structure according to claim 1, wherein the polycrystal has a crystal-oriented ceramic structure in which specific crystal planes of the crystal grains constituting the polycrystal are oriented. 6. Piezoelectric ceramics. 請求項1〜5のいずれか一項において、上記多結晶体は、原子番号21〜29の遷移金属元素、アルカリ土類金属、Al、Bi、及びSiから選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス   6. The polycrystalline body according to claim 1, wherein the polycrystal includes one or more elements selected from a transition metal element having an atomic number of 21 to 29, an alkaline earth metal, Al, Bi, and Si. Lead-free piezoelectric ceramics 請求項1〜6のいずれか一項において、上記鉛フリー圧電セラミックスにおいては、上記アルカリニオブ系化合物1molに対して、Cu2O、CuO、K4CuNb823、K5.4Cu1.3Ta1029、CuNb26、CuTa26、KNbO3、及びK3Li2Nb515から選ばれる1種以上が0.0005〜0.03mol添加されていることを特徴とする鉛フリー圧電セラミックス。 7. The lead-free piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein Cu 2 O, CuO, K 4 CuNb 8 O 23 , K 5.4 Cu 1.3 Ta 10 O is used with respect to 1 mol of the alkali niobium compound. 29 , CuNb 2 O 6 , CuTa 2 O 6 , KNbO 3 , and K 3 Li 2 Nb 5 O 15 are added at least 0.0005 to 0.03 mol of lead-free piezoelectric Ceramics.
JP2006027264A 2006-02-03 2006-02-03 Lead free piezoelectric ceramic Pending JP2007204336A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006027264A JP2007204336A (en) 2006-02-03 2006-02-03 Lead free piezoelectric ceramic

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006027264A JP2007204336A (en) 2006-02-03 2006-02-03 Lead free piezoelectric ceramic

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007204336A true JP2007204336A (en) 2007-08-16

Family

ID=38484123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006027264A Pending JP2007204336A (en) 2006-02-03 2006-02-03 Lead free piezoelectric ceramic

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007204336A (en)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1990326A1 (en) * 2006-02-28 2008-11-12 Konica Minolta Holdings, Inc. Piezoelectric ceramic composition
JP2009046373A (en) * 2006-09-04 2009-03-05 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive body, manufacturing method of the same, and piezoelectric/electrostrictive element
JP2009132598A (en) * 2007-11-08 2009-06-18 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive body, and piezoelectric/electrostrictive element
EP2073284A2 (en) 2007-12-18 2009-06-24 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive membrane element
JP2010030809A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Ngk Insulators Ltd (Li, Na, K, Bi)(Nb, Ta)O3 BASED PIEZOELECTRIC MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME
WO2010024140A1 (en) 2008-08-29 2010-03-04 太陽誘電株式会社 Piezoelectric ceramic, process for producing the piezoelectric ceramic, and piezoelectric device
JP2010180121A (en) * 2009-01-12 2010-08-19 Denso Corp Piezoelectric ceramic, method for producing the same, lamination type piezoelectric element, and method for producing the same
CN101859869A (en) * 2010-05-18 2010-10-13 四川大学 High d33 lead-free piezoelectric ceramics-polymer-salt piezoelectric composite material and preparation method thereof
WO2010128647A1 (en) 2009-05-08 2010-11-11 太陽誘電株式会社 Piezoelectric ceramic, method for producing same, and piezoelectric device
JP2010275131A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Kyocera Corp Piezoelectric ceramic and piezoelectric element using the same
EP2309561A1 (en) 2009-07-10 2011-04-13 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
EP2338860A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-29 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
JP2012020918A (en) * 2010-07-16 2012-02-02 Fdk Corp Piezoelectric material and method for manufacturing piezoelectric material
EP2086030A3 (en) * 2008-01-30 2012-03-07 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics and process for producing the same
JP2012156210A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Seiko Epson Corp Liquid injection head and liquid injection apparatus, and piezoelectric element
US8282854B2 (en) 2008-01-08 2012-10-09 Ngk Insulators, Ltd. (Li, Na, K)(Nb, Ta, Sb)O3 based piezoelectric material and manufacturing method thereof
KR101198298B1 (en) 2010-03-23 2012-11-07 한국전기연구원 Composition of lead-free piezoelectric ceramics for sensor and actuator and making method for the same
KR101310450B1 (en) 2010-04-15 2013-09-24 울산대학교 산학협력단 Lead-free piezoelectric ceramic composition with high mechanical quality
JP2016117599A (en) * 2014-12-18 2016-06-30 株式会社サムスン日本研究所 Method for production of dielectric ceramic particle, and dielectric ceramic particle
JP2017179415A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 Tdk株式会社 Piezoelectric ceramic sputtering target, non-lead piezoelectric thin film and piezoelectric thin film element using the same
JP2018026459A (en) * 2016-08-10 2018-02-15 Tdk株式会社 Piezoelectric element
JP2019089705A (en) * 2019-01-28 2019-06-13 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. Manufacturing method for dielectric ceramic particle and dielectric ceramic
WO2019201353A1 (en) * 2018-04-21 2019-10-24 西安交通大学 Method for obtaining lead-free piezoelectric material, and corresponding lead-free piezoelectric material
JP2020035853A (en) * 2018-08-29 2020-03-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, liquid ejection head, and printer
WO2023112661A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 太陽誘電株式会社 Piezoelectric/dielectric ceramic, piezoelectric element and sounder

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006028001A (en) * 2004-06-17 2006-02-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Crystallographic orientation ceramic, and its manufacturing method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006028001A (en) * 2004-06-17 2006-02-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Crystallographic orientation ceramic, and its manufacturing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6010049794, 佐々木幹夫ら, "高周波用圧電セラミックス材料(Na,Li)(Nb,Sb)O3の微細構造", 旭硝子研究報告, 198602, Vol.35 No.2, P.139−151 *

Cited By (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1990326A1 (en) * 2006-02-28 2008-11-12 Konica Minolta Holdings, Inc. Piezoelectric ceramic composition
EP1990326A4 (en) * 2006-02-28 2012-04-25 Konica Minolta Holdings Inc Piezoelectric ceramic composition
US7803282B2 (en) * 2006-09-04 2010-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive body, manufacturing method of the same, and piezoelectric/electrostrictive element
JP2009046373A (en) * 2006-09-04 2009-03-05 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive body, manufacturing method of the same, and piezoelectric/electrostrictive element
JP2009132598A (en) * 2007-11-08 2009-06-18 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive body, and piezoelectric/electrostrictive element
JP2009147273A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive membrane element
JP4538493B2 (en) * 2007-12-18 2010-09-08 日本碍子株式会社 Piezoelectric / electrostrictive membrane element
EP2073284A2 (en) 2007-12-18 2009-06-24 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive membrane element
US8282854B2 (en) 2008-01-08 2012-10-09 Ngk Insulators, Ltd. (Li, Na, K)(Nb, Ta, Sb)O3 based piezoelectric material and manufacturing method thereof
EP2086030A3 (en) * 2008-01-30 2012-03-07 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics and process for producing the same
US8541102B2 (en) 2008-07-28 2013-09-24 Ngk Insulators, Ltd. (Li, Na, K, Bi)(Nb, Ta)O3 based piezoelectric material and manufacturing method of the same
JP2010030809A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Ngk Insulators Ltd (Li, Na, K, Bi)(Nb, Ta)O3 BASED PIEZOELECTRIC MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME
WO2010024140A1 (en) 2008-08-29 2010-03-04 太陽誘電株式会社 Piezoelectric ceramic, process for producing the piezoelectric ceramic, and piezoelectric device
US8487515B2 (en) 2008-08-29 2013-07-16 Taiyo Yuden Co., Ltd. Piezoelectric ceramic, process for producing the piezoelectric ceramic, and piezoelectric device
JP2010180121A (en) * 2009-01-12 2010-08-19 Denso Corp Piezoelectric ceramic, method for producing the same, lamination type piezoelectric element, and method for producing the same
WO2010128647A1 (en) 2009-05-08 2010-11-11 太陽誘電株式会社 Piezoelectric ceramic, method for producing same, and piezoelectric device
US8471442B2 (en) 2009-05-08 2013-06-25 Taiyo Yuden Co., Ltd. Piezoelectric ceramic, method for producing same, and piezoelectric device
JP2010275131A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Kyocera Corp Piezoelectric ceramic and piezoelectric element using the same
US8034249B2 (en) 2009-07-10 2011-10-11 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
EP2309561A1 (en) 2009-07-10 2011-04-13 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
EP2338860A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-29 NGK Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
US8414791B2 (en) 2009-12-14 2013-04-09 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body
KR101198298B1 (en) 2010-03-23 2012-11-07 한국전기연구원 Composition of lead-free piezoelectric ceramics for sensor and actuator and making method for the same
KR101310450B1 (en) 2010-04-15 2013-09-24 울산대학교 산학협력단 Lead-free piezoelectric ceramic composition with high mechanical quality
CN101859869A (en) * 2010-05-18 2010-10-13 四川大学 High d33 lead-free piezoelectric ceramics-polymer-salt piezoelectric composite material and preparation method thereof
JP2012020918A (en) * 2010-07-16 2012-02-02 Fdk Corp Piezoelectric material and method for manufacturing piezoelectric material
JP2012156210A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Seiko Epson Corp Liquid injection head and liquid injection apparatus, and piezoelectric element
JP2016117599A (en) * 2014-12-18 2016-06-30 株式会社サムスン日本研究所 Method for production of dielectric ceramic particle, and dielectric ceramic particle
US10593863B2 (en) 2016-03-29 2020-03-17 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic sputtering target, lead-free piezoelectric thin film and piezoelectric thin film element using the same
JP2017179415A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 Tdk株式会社 Piezoelectric ceramic sputtering target, non-lead piezoelectric thin film and piezoelectric thin film element using the same
CN107235723A (en) * 2016-03-29 2017-10-10 Tdk株式会社 Piezoelectric ceramics sputtering target material, lead-free piezoelectric thin film and piezoelectric film-type element
JP2018026459A (en) * 2016-08-10 2018-02-15 Tdk株式会社 Piezoelectric element
WO2019201353A1 (en) * 2018-04-21 2019-10-24 西安交通大学 Method for obtaining lead-free piezoelectric material, and corresponding lead-free piezoelectric material
JP2020035853A (en) * 2018-08-29 2020-03-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, liquid ejection head, and printer
JP7286929B2 (en) 2018-08-29 2023-06-06 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric elements, liquid ejection heads, and printers
JP2019089705A (en) * 2019-01-28 2019-06-13 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. Manufacturing method for dielectric ceramic particle and dielectric ceramic
WO2023112661A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 太陽誘電株式会社 Piezoelectric/dielectric ceramic, piezoelectric element and sounder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007204336A (en) Lead free piezoelectric ceramic
JP4541985B2 (en) Method for producing polycrystal
JP5264673B2 (en) Piezoelectric ceramics, manufacturing method thereof, multilayer piezoelectric element, and manufacturing method thereof
JP5214373B2 (en) Piezoelectric ceramics, manufacturing method thereof, and piezoelectric device
EP1382588A1 (en) Piezoelectric ceramic composition and method of production of same, piezoelectric element, and dielectric element
US9105845B2 (en) Piezoelectric ceramic comprising an oxide and piezoelectric device
WO2010128647A1 (en) Piezoelectric ceramic, method for producing same, and piezoelectric device
JP2004244300A (en) Piezoelectric ceramic composition, its production method, piezoelectric element, and dielectric element
JP2008239380A (en) Piezoelectric ceramic composition
JP5710077B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric ceramic, piezoelectric ceramic, and piezoelectric element
JP4563957B2 (en) Method for producing crystal-oriented ceramics
JP2009035431A (en) Dielectric porcelain, method for producing the same, and laminated ceramic capacitor using the same
JP2008074693A (en) Anisotropically shaped powder, method for producing the same, and method for producing crystal oriented ceramics
JP2009221096A (en) Piezoelectric/electrostrictive ceramic composition
JP2009114037A (en) Method of manufacturing crystal oriented ceramic
Chao et al. Tailoring Electrical Properties and the Structure Evolution of (Ba 0.85 Ca 0.15)(Ti 0.90 Zr 0.10) 1− x Li 4 x O 3 Ceramics with Low Sintering Temperature
JP2008207999A (en) Method for manufacturing piezoelectric ceramic composition
JP2011088786A (en) Piezoelectric ceramic
JP2010163313A (en) Method of manufacturing crystal-orientated ceramic
JP5490890B2 (en) Ceramic material and method for producing the ceramic material
JP5233778B2 (en) Method for producing anisotropically shaped powder and crystallographically oriented ceramics
KR20110043339A (en) Composition and fabrication method of lead-free piezoelectric ceramics for low temperature firing
JP2009256147A (en) Anisotropically formed powder and method for manufacturing crystal oriented ceramic
CN116589277A (en) Piezoelectric ceramic, ceramic electronic component, and method for manufacturing piezoelectric ceramic
JP2010222193A (en) Method for manufacturing crystal-oriented ceramic

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080611

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100820

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100831

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110118