JP2009007182A - 非鉛系圧電セラミックス用焼結助剤、非鉛系圧電セラミックスおよび非鉛系圧電セラミックスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非鉛系圧電セラミックス用焼結助剤は、x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)の組成で表される化合物を主成分とする非鉛系圧電セラミックスの製造に用いられる焼結助剤であって、酸化銅からなる。上記の成分を有する焼結助剤を用いれば、1100℃以下の焼成温度で、BNT−BT−ST系圧電セラミックスを緻密化させることができる。その結果、非鉛系圧電セラミックスを用いて圧電デバイスを作製することができ、自然環境へのダメージを防止することができる。
【選択図】図5
Description
BNT−BT−ST系圧電セラミックス等の母材の圧電特性を悪化させずに、セラミック部材の焼結温度を低下させるには、反応性の高く融点の低いZnOやBi2O3を添加し、粒界相に液相を作り低温焼結を促進するのが効果的である。たとえば、4価のTiに対し、3価のBiなどの価数の異なるイオンを添加するとTiサイトで置換され、酸素イオンの空孔が生成され、この酸素空孔は焼結中のイオンの拡散を増加させる。この結果として焼結温度が効果的に低下する。
十分な圧電特性を有する非鉛系圧電セラミックスを得るためには、CuO焼結助剤を添加する母材の組成も目的に適したものである必要がある。母材の最適な組成は、x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)と表したとき、実質的にz>0を満たす組成である。以下にこれを実証するために行った組成トレース実験を説明する。
上記の試料番号1および13の組成のBNT−BT−ST系圧電セラミックスを母材として、各CuO焼結助剤の添加量、各焼成温度で焼成を行った。粉末の秤量時にx(Bi0.5Na0.5TiO3)+y(BaTiO3)+z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)で表したときに、x=0.83、y=0.10、z=0.07となるように秤量して、試料番号1の母材組成とした。また、同様に、x=0.83、y=0.17、z=0となるように秤量して、試料番号13の母材組成とした。
なお、CuO焼結助剤を用いて焼結されたBNT−BT−ST系圧電セラミックスは、電極と圧電体層が交互に積層された積層型圧電デバイスに用いられることで、大きな効果が得られる。BNT−BT−ST系圧電セラミックスは、固相焼結が簡便と言う利点があり積層化に適している。積層型圧電デバイスには、たとえば積層型圧電トランスがある。積層型の圧電トランスは、小型で大きい昇圧比が得られるため、液晶ディスプレイのバックライト用等で需要が高まっている。CuO焼結助剤を用いてBNT−BT−ST系圧電セラミックスを圧電体層とする積層型の圧電トランスが実現することで、鉛を含まず、かつ十分な特性を有する積層型の圧電トランスを得ることができる。
tanδ 誘電損失係数
εr 比誘電率
Claims (5)
- x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)の組成で表される化合物を主成分とする非鉛系圧電セラミックスの製造に用いられる焼結助剤であって、
酸化銅からなることを特徴とする非鉛系圧電セラミックス用焼結助剤。 - x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)の組成で表される化合物を主成分とする非鉛系圧電セラミックスであって、
前記非鉛系圧電セラミックス材料に対して、請求項1に記載の非鉛系圧電セラミックス用焼結助剤を0.1重量%以上2重量%以下添加し、1100℃以下で焼成して得られ、
密度が5.5×103kg/m3以上であることを特徴とする非鉛系圧電セラミックス。 - 前記x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)の組成において、
実質的にz>0を満たすことを特徴とする請求項2記載の非鉛系圧電セラミックス。 - 請求項2または請求項3記載の非鉛系圧電セラミックスからなる圧電体層とAg−Pdからなる内部電極層とを交互に積層して一体焼成により形成されることを特徴とする積層型圧電デバイス。
- x(Bi0.5Na0.5TiO3)−y(BaTiO3)−z(SrTiO3)(ただし、x+y+z=1)の組成で表される化合物を主成分とする非鉛系圧電セラミックスの仮焼粉末に対して、請求項1に記載の非鉛系圧電セラミックス用焼結助剤を0.1重量%以上2重量%以下添加する添加工程と、
前記添加工程により得られた材料の成形体を1100℃以下で焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする非鉛系圧電セラミックスの製造方法。
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