JP2009242166A - 圧電磁器及びその製造方法、並びに当該圧電磁器を用いた圧電素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電磁器1は下記一般式(1)で表される主成分と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の副成分とを含有し、主成分に対する副成分の合計の含有量が酸化物に換算して0.05〜1.0質量%である焼結体を備えている。焼結体は、酸素分圧が0.21atm未満の雰囲気中で焼成されたものであり、結晶粒の平均粒径が0.9μm以上である。
a(NaxKyLiz)[Nb(1-α)Taα]O3−bBa[Nb(1-α)Taα)2O6−cABO3・・・・(1)
[式中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、a+b+c=1、0≦b≦0.01、0≦c≦0.1、0.35≦x≦0.65、0.35≦y≦0.55、0≦z≦0.1、及び0≦α≦0.2を満足する数値であり、ABO3は、前記ペロブスカイト型酸化物を示す。]
【選択図】図1
Description
式(1)中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、
a+b+c=1、
0≦b≦0.01、
0≦c≦0.1、
0.35≦x≦0.65、
0.35≦y≦0.55、
0≦z≦0.1、及び
0≦α≦0.2を満足する数値であり、
ABO3は、CaTiO3,CaZrO3,SrTiO3,SrZrO3,BaTiO3,及びBaZrO3からなる群より選ばれる少なくとも一つの化合物である。
Ba[Nb(1−α)Taα]2O6・・・(3)
ABO3・・・(4)
<圧電素子の作製>
得られた圧電素子20を24時間放置したのち、電気抵抗と、圧電特性として誘電損失(tanδ)、比誘電率(εr)及び圧電d定数(d33)とを測定した。電気抵抗はデジタル超高抵抗計(ADVANTEST社製、商品名:R8340A)を用いて測定した。比誘電率(εr)及び誘電損失(tanδ)は、インピーダンスアナライザー(アジレント・テクノロジー社製、商品名:HP4294A)を用いて、周波数1kHzで測定した。圧電d定数(d33)はd33メータ(Institute of Acoustics Academia Sinica社製、商品名:ZJ−4B)を用いて測定した。測定結果を表1に示す。
得られた圧電磁器1の微細構造を走査型電子顕微鏡(SEM)の観察を行った(倍率5000倍)。そして、画面上に映し出された粒子をランダムに150個抽出して、粒径を測定し、その平均値を平均粒径として求めた。測定結果を表1に示す。
圧電磁器の主成分の組成が下記式(6)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表2記載の条件としたこと以外は、実施例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
なお、上記式(6)中、b及びcは、表2に記載の数値を示す。
圧電磁器の主成分の組成が下記式(7)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表3記載の条件としたこと以外は、実施例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表3に示す。
なお、上記式(7)中、x、y及びzは、表3に記載の数値を示す。
圧電磁器の主成分の組成が下記式(8)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表4記載の条件としたこと以外は、実施例1−9と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表4に示す。
なお、上記式(8)中、αは、表4に記載の数値を示す。
MnCO3粉末を、上記式(5)で表される主成分全体に対し、MnOに換算して表5に記載の含有量となるように秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表5記載の条件としたこと以外は、実施例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表5に示す。
上記式(5)で表される主成分のうち、第2のペロブスカイト型酸化物としてSrZrO3に代えて、表6に記載の化合物を用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表6記載の条件としたこと以外は、実施例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表6に示す。なお、CaTiO3は、CaCO3粉末とTiO2粉末を、CaZrO3はCaCO3粉末とZrO2粉末を、SrTiO3はSrCO3粉末とTiO2粉末を、BaTiO3はBaCO3粉末とTiO2粉末を、BaZrO3はBaCO3粉末とZrO2粉末を、CaZrO3はCaCO3粉末とZrO2粉末を、それぞれ用いて、第2のペロブスカイト型酸化物を調製した。調製方法は、実施例1におけるSrZrO3の調製と同様とした。
副成分の原料である添加物として、MnCO3の代わりに表7に示す化合物の粉末を用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表7記載の条件としたこと以外は実施例1−9と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表7に示す。添加物として、MnCO3を用いた場合に、誘電損失を低く維持しつつ圧電定数を一層向上させることができた。
上述の通り調製した各圧電磁器うち、いくつかを選んで、圧電磁器の組成を蛍光X線分析(EDX)で確認した。結果を表8に示す。EDXによる組成分析の結果、焼結後の圧電磁器の組成は、原料の配合組成とほぼ一致していることが確認された。この結果から、空気よりも酸素分圧が低い条件下で焼成しても、酸素イオンや金属イオンの消失は発生していないことが確認された。
Claims (7)
- 下記一般式(1)で表される主成分と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、前記副成分をそれぞれCr2O3,MnO,Fe2O3,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、前記主成分に対する前記副成分の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を備えており、
a(NaxKyLiz)[Nb(1−α)Taα]O3−bBa[Nb(1−α)Taα]2O6−cABO3・・・・(1)
[式中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、
a+b+c=1、
0≦b≦0.01、
0≦c≦0.1、
0.35≦x≦0.65、
0.35≦y≦0.55、
0≦z≦0.1、及び
0≦α≦0.2を満足する数値であり、
ABO3は、CaTiO3,CaZrO3,SrTiO3,SrZrO3,BaTiO3,及びBaZrO3からなる群より選ばれる少なくとも一つの化合物である。]
前記焼結体は、酸素分圧が0.21atm未満の雰囲気中で焼成されたものであり、
前記焼結体の結晶粒の平均粒径が0.9μm以上である圧電磁器。 - 前記焼結体は、1150〜1300℃で焼成されたものである請求項1記載の圧電磁器。
- CaTiO3,CaZrO3,SrTiO3,SrZrO3,BaTiO3,及びBaZrO3からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有するペロブスカイト型酸化物と、ナトリウム化合物、カリウム化合物、ニオブ化合物及びバリウム化合物からなる必須成分、並びにリチウム化合物及び/又はタンタル化合物からなる任意成分を含む原料組成物と、構成元素としてCr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを有する少なくとも一種の化合物を含有する添加物と、を混合して混合物を調製する混合工程と、
前記混合物を仮焼した後、成形し、酸素分圧が0.21atm未満の雰囲気中で焼成して、下記一般式(1)で表される主成分とCr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、前記副成分をそれぞれCr2O3,MnO,Fe2O3,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、前記主成分に対する前記副成分の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を得る焼成工程と、
前記焼結体に分極処理を施して圧電磁器を得る分極処理工程と、を有する、圧電磁器の製造方法。
a(NaxKyLiz)[Nb(1−α)Taα]O3−bBa[Nb(1−α)Taα]2O6−cABO3・・・・(1)
[式中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、
a+b+c=1、
0≦b≦0.01、
0≦c≦0.1、
0.35≦x≦0.65、
0.35≦y≦0.55、
0≦z≦0.1、及び
0≦α≦0.2を満足する数値であり、
ABO3は、前記ペロブスカイト型酸化物を示す。] - 前記添加物が、Cr2O3、MnCO3,Fe2O3,CoO,CuO及びNiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する、請求項3記載の製造方法。
- 前記ナトリウム化合物、前記カリウム化合物、前記ニオブ化合物、前記バリウム化合物、前記リチウム化合物、及び前記タンタル化合物が、酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、または水酸化物である、請求項3又は4記載の製造方法。
- 請求項1又は2記載の圧電磁器を備える圧電素子。
- 電極と前記圧電磁器とが交互に積層された素体と、
該素体を挟むように該素体の両端面にそれぞれ設けられ、前記電極と電気的に接続されている一対の端子電極と、を備える請求項6記載の圧電素子。
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