JP2013155079A - Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric ceramic composition comprising a non-lead material and having little deterioration of polarization even at a high temperature, and to provide a piezoelectric element containing the piezoelectric ceramic composition having little deterioration of characteristic even at a high temperature.SOLUTION: A piezoelectric ceramic composition includes at least three components, namely, bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate and barium dititanate, as main components, and as for the composition ratio thereof aBNT-bBKT-cBT2, the composition range of (a, b, c) is in a domain (including lines connecting each point) enclosed by A (0.61, 0.38, 0.01), B (0.41, 0.58, 0.01), C (0.51, 0.38, 0.11) and D (0.31, 0.58, 0.11) on a composition diagram of the three components.

Description

本発明は、アクチュエータ、センサーまたはレゾネータなどの分野において広く利用される圧電磁器組成物および圧電素子に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition and a piezoelectric element that are widely used in the fields of actuators, sensors, and resonators.

現在実用化されている圧電磁器組成物の大部分は、PbZrO(PZ)−PbTiO(PT)からなる固溶体系(PZT系)である。その理由は、菱面晶系のPZと正方晶系のPTの結晶学的な相境界(M.P.B.)付近の組成を用いることで、優れた圧電特性を得ることができるからである。このPZT系圧電材料には、様々な副成分あるいは添加物を加えることにより、多種多様なニーズに応えるものが幅広く開発されている。また、PZT系以外にも圧電材料として実用化されているものはあるが、それもマグネシウム酸ニオブ酸鉛(Pb(Mg、Nb)O:PMN)などの鉛系ペロブスカイト組成を主成分とする固溶体がほとんどである。 Most of the piezoelectric ceramic compositions that are currently in practical use are solid solution systems (PZT systems) composed of PbZrO 3 (PZ) -PbTiO 3 (PT). The reason is that excellent piezoelectric characteristics can be obtained by using a composition near the crystallographic phase boundary (MPB) of rhombohedral PZ and tetragonal PT. is there. A wide variety of PZT piezoelectric materials have been developed that meet various needs by adding various subcomponents or additives. In addition to PZT materials, there are materials that have been put to practical use as piezoelectric materials, but they also have lead-based perovskite compositions such as lead magnesium niobate (Pb (Mg, Nb) O 3 : PMN) as the main component. Most are solid solutions.

ところが、これらの鉛系圧電材料は、主成分として低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛(PbO)を60〜70質量%程度と多量に含んでいる。例えば、PZTまたはPMNでは、質量比で約2/3が酸化鉛である。よって、これらの圧電材料を製造する際には、磁器であれば焼成工程、単結晶品であれば溶融工程などの熱処理工程において、工業レベルで極めて多量の酸化鉛が大気中に揮発し拡散してしまう。また、製造段階で放出される酸化鉛については回収することも可能であるが、工業製品として市場に出された圧電製品に含有される酸化鉛については現状では回収が難しく、これらが広く環境中に放出されると、酸性雨による鉛の溶出などが心配される。従って、今後圧電磁器および単結晶の応用分野が広がり、使用量が増大すると、無鉛化の問題が極めて重要な課題となる。   However, these lead-based piezoelectric materials contain a large amount of lead oxide (PbO) having a very high volatility at a low temperature of about 60 to 70% by mass as a main component. For example, in PZT or PMN, about 2/3 by mass is lead oxide. Therefore, when manufacturing these piezoelectric materials, an extremely large amount of lead oxide is volatilized and diffused in the atmosphere at an industrial level in a heat treatment process such as a firing process for porcelain and a melting process for single crystal products. End up. In addition, it is possible to recover the lead oxide released in the manufacturing stage. However, it is difficult to recover the lead oxide contained in the piezoelectric products put on the market as industrial products. When released to the sea, there is a concern about lead elution due to acid rain. Accordingly, if the application fields of piezoelectric ceramics and single crystals are expanded in the future, and the amount of use increases, the problem of lead-free becomes a very important issue.

現在、非鉛系の圧電体セラミックスとしては、(Bi0.5Na0.5)TiO(チタン酸ビスマスナトリウム。以下、「BNT」と称する。)が知られている。BNTはPZTと同様にペロブスカイト型の圧電体セラミックスであり、比較的高い電気磁気結合係数を有する。 Currently, (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 (bismuth sodium titanate, hereinafter referred to as “BNT”) is known as a lead-free piezoelectric ceramic. BNT is a perovskite-type piezoelectric ceramic similar to PZT and has a relatively high electromagnetic coupling coefficient.

このBNTをベースにして、種々の改良組成系が検討されている。BNTに、BaTiO(チタン酸バリウム。以下、「BT」と称する。)および(Bi0.50.5)TiO(チタン酸ビスマスカリウム。以下、「BKT」と称する。)を固溶させた圧電磁器組成物が、特許文献1に開示されている。 Various improved composition systems have been investigated based on this BNT. BaTiO 3 (barium titanate; hereinafter referred to as “BT”) and (Bi 0.5 K 0.5 ) TiO 3 (bismuth potassium titanate; hereinafter referred to as “BKT”) are dissolved in BNT. A piezoelectric ceramic composition made is disclosed in Patent Document 1.

特開2001−151566号公報JP 2001-151666 A

鉛を全く含有しない圧電磁器組成物としては、例えばチタン酸バリウム(BaTiO)あるいはビスマス層状強誘電体などが知られている。しかし、チタン酸バリウムはキュリー点が130℃と低く、その温度以上では圧電性が消失してしまう。一方、ビスマス層状強誘電体は、通常400℃以上のキュリー点を有しており、熱的安定性に優れているが、結晶異方性が大きいので、分極が困難であり、生産性の点で課題がある。 Known piezoelectric ceramic compositions that do not contain lead include, for example, barium titanate (BaTiO 3 ) and bismuth layered ferroelectrics. However, barium titanate has a low Curie point of 130 ° C., and the piezoelectricity disappears above that temperature. On the other hand, a bismuth layered ferroelectric usually has a Curie point of 400 ° C. or higher and is excellent in thermal stability, but has a large crystal anisotropy, so that polarization is difficult and productivity is high. There is a problem.

更に、最近では、新たな材料として、チタン酸ビスマスナトリウム系の材料について研究が進められている。しかし、これらチタン酸ビスマスナトリウム系の材料では、鉛系圧電材料に比べると未だ十分といえる圧電特性が得られておらず、さらなる圧電特性の向上が求められていた。   Furthermore, recently, research has been conducted on a bismuth sodium titanate-based material as a new material. However, these bismuth sodium titanate-based materials have not yet obtained sufficient piezoelectric characteristics as compared with lead-based piezoelectric materials, and further improvements in piezoelectric characteristics have been demanded.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非鉛材料であり、かつ高温においても分極の劣化が少ない圧電磁器組成物を提供することを目的とするものである。また、高温においても特性の劣化が少ない圧電磁器組成物含む圧電素子を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic composition that is a lead-free material and has little deterioration in polarization even at high temperatures. In addition, the present invention provides a piezoelectric element including a piezoelectric ceramic composition with little deterioration in characteristics even at high temperatures.

上記目的を達成するため、本発明者らは、圧電材料組成を種々検討した。そして、非鉛材料であり、かつ高温においても分極の劣化が少ない圧電磁器組成物の組成を見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have studied various piezoelectric material compositions. And the composition of the piezoelectric ceramic composition which is a lead-free material and has little deterioration in polarization even at a high temperature was found.

本発明の圧電磁器組成物は、チタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸ビスマスカリウムと二チタン酸バリウムのモル比をa:b:cとすると(チタン酸ビスマスナトリウム:チタン酸ビスマスカリウム:二チタン酸バリウム=a:b:c)、前記三成分の組成図上で、(a、b、c)の組成範囲がA(0.61、0.38、0.01)、B(0.41、0.58、0.01)、C(0.51、0.38、0.11)、D(0.31、0.58、0.11)で囲まれる領域内(各点を結ぶ線上を含む。)であることを特徴とする。   The piezoelectric ceramic composition of the present invention has a molar ratio of bismuth sodium titanate, potassium bismuth titanate and barium dititanate as a: b: c (bismuth sodium titanate: bismuth potassium titanate: barium dititanate = a: b: c), the composition range of (a, b, c) is A (0.61, 0.38, 0.01), B (0.41, 0. 58, 0.01), C (0.51, 0.38, 0.11), and D (0.31, 0.58, 0.11) in the region (including the line connecting the points). ).

この三成分は、チタン酸ビスマスナトリウム(以後BNT)のキュリー温度は320℃と、チタン酸ビスマスカリウム(以後BKT)のキュリー温度は380℃であり、二チタン酸バリウム(以後BT2)のキュリー温度は479℃と、いずれも300℃以上の高いキュリー温度の材料で構成されている。圧電体の誘電率は、温度の上昇と共に増大し、その結果、結晶が不安定となり、ある温度を境に急激に結晶系が変化する。この温度がキュリー温度で、分極を消失する臨界温度を表わし、この温度では圧電性を失う。このキュリー温度の高い成分を用いると、高温まで分極の劣化が抑制され、優れた効果が得られる。さらに結晶系の違う成分を複数用いることにより、単成分よりも高い圧電特性を得られるようになる。   The three components are bismuth sodium titanate (hereinafter BNT) having a Curie temperature of 320 ° C., bismuth potassium titanate (hereinafter BKT) having a Curie temperature of 380 ° C., and barium dititanate (hereinafter BT 2) having a Curie temperature of 479 ° C., both of which are made of a material having a high Curie temperature of 300 ° C. or higher. The dielectric constant of the piezoelectric body increases as the temperature rises. As a result, the crystal becomes unstable, and the crystal system suddenly changes at a certain temperature. This temperature is the Curie temperature and represents the critical temperature at which the polarization disappears, and at this temperature the piezoelectricity is lost. When a component having a high Curie temperature is used, the deterioration of polarization is suppressed to a high temperature, and an excellent effect is obtained. Furthermore, by using a plurality of components having different crystal systems, it becomes possible to obtain piezoelectric characteristics higher than those of a single component.

さらに本発明の圧電磁器組成物の三成分の一般化学式が、チタン酸ビスマスナトリウムを(Bi0.5Na0.5TiO、チタン酸ビスマスカリウムを(Bi0.50.5TiO、二チタン酸バリウムをBaTiとしたとき、dが0.9≦d≦1.0、eが0.9≦e≦1.0、fが0.9≦f≦1.1であることを特徴とすることが好ましい。 Further, the general chemical formulas of the three components of the piezoelectric ceramic composition of the present invention are as follows: sodium bismuth titanate (Bi 0.5 Na 0.5 ) d TiO 3 and potassium bismuth titanate (Bi 0.5 K 0.5 ). When e TiO 3 and barium dititanate are Ba f Ti 2 O 5 , d is 0.9 ≦ d ≦ 1.0, e is 0.9 ≦ e ≦ 1.0, and f is 0.9 ≦ f. It is preferable that ≦ 1.1.

ここでdが0.9≦d≦1.0、eが0.9≦e≦1.0、fが0.9≦f≦1.1であるときは、焼結性をさらに向上させることが可能となる。   Here, when d is 0.9 ≦ d ≦ 1.0, e is 0.9 ≦ e ≦ 1.0, and f is 0.9 ≦ f ≦ 1.1, the sinterability is further improved. Is possible.

また、本発明では、上記の圧電磁器組成物を含む圧電素子を提供する。このような圧電素子は、上記特徴を有する圧電磁器組成物を含むため、高い温度の環境下で使用しても、優れた性能を得ることができる。   Moreover, in this invention, the piezoelectric element containing said piezoelectric ceramic composition is provided. Since such a piezoelectric element includes the piezoelectric ceramic composition having the above characteristics, excellent performance can be obtained even when used in a high temperature environment.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、非鉛材料であり、かつ高温においても圧電特性の劣化が少ない圧電磁器組成物を提供することができる。また、そのような圧電磁器組成物を含むことによって、圧電特性の劣化が少ない圧電素子を提供することができる。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric ceramic composition that is a lead-free material and has little deterioration in piezoelectric characteristics even at high temperatures. In addition, by including such a piezoelectric ceramic composition, it is possible to provide a piezoelectric element with little deterioration in piezoelectric characteristics.

本発明による圧電磁器組成物の好ましい組成を示す三成分組成図である。It is a ternary composition diagram showing a preferred composition of the piezoelectric ceramic composition according to the present invention. 本発明の一実施形態に係る圧電磁器組成物を用いた圧電素子の一構成例を表す斜視図である。It is a perspective view showing the example of 1 structure of the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る圧電磁器組成物を用いた圧電素子の他の一構成例を表す断面図である。It is sectional drawing showing another structural example of the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施形態1)
本発明の実施の形態に係る圧電磁器組成物は、BNTとBKTとBT2の三成分を少なくとも主成分とすることを特徴とする。ここでは、BNTとBKTとBT2とを含む固溶体を含有している。すなわち、3種類の化合物を含んでおり、それらは固溶していてもよい。さらに、完全に固溶せずに、少なくともBT2が残る方が高いキュリー温度を維持する上で好ましい。
(Embodiment 1)
The piezoelectric ceramic composition according to the embodiment of the present invention is characterized by having at least three components of BNT, BKT, and BT2 as main components. Here, a solid solution containing BNT, BKT, and BT2 is contained. That is, three kinds of compounds are included, and they may be dissolved. Furthermore, it is preferable that at least BT2 remains without completely dissolving, in order to maintain a high Curie temperature.

BNTは、菱面晶系(Rhombohedral)ペロブスカイト構造ABOを有しており、ナトリウムおよびビスマスはペロブスカイト構造のAサイトに位置し、チタンはペロブスカイト構造のBサイトに位置している。 BNT has a rhombohedral perovskite structure ABO 3 , sodium and bismuth are located at the A site of the perovskite structure, and titanium is located at the B site of the perovskite structure.

BNTは、一般化学式(Bi0.5Na0.5TiOで示される。この式中、dは化学量論組成であれば1であるが、化学量論組成からずれていてもよく、0.9以上かつ1以下であれば焼結性を高めることができると共により高い圧電特性を得ることができるので好ましい。ナトリウムとビスマスとの組成、および酸素の組成は化学量論組成から求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。 BNT is represented by the general chemical formula (Bi 0.5 Na 0.5 ) d TiO 3 . In this formula, d is 1 if it is a stoichiometric composition, but it may deviate from the stoichiometric composition, and if it is 0.9 or more and 1 or less, the sinterability can be improved and higher. It is preferable because piezoelectric characteristics can be obtained. The composition of sodium and bismuth and the composition of oxygen are determined from the stoichiometric composition and may deviate from the stoichiometric composition.

BKTは、一般化学式(Bi0.50.5TiOで示される。この式中、eは化学量論組成であれば1であるが、化学量論組成からずれていてもよく、0.9以上かつ1以下であれば焼結性を高めることができると共により高い圧電特性を得ることができるので好ましい。カリウムとビスマスとの組成、および酸素の組成は化学量論組成から求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。 BKT is represented by the general chemical formula (Bi 0.5 K 0.5 ) e TiO 3 . In this formula, e is 1 if it is a stoichiometric composition, but it may deviate from the stoichiometric composition, and if it is 0.9 or more and 1 or less, sinterability can be improved and higher. It is preferable because piezoelectric characteristics can be obtained. The composition of potassium and bismuth and the composition of oxygen are determined from the stoichiometric composition and may deviate from the stoichiometric composition.

二チタン酸バリウムは単斜晶系構造(Monoclinic)を有している。   Barium dititanate has a monoclinic structure (Monoclinic).

BT2は、一般化学式BaTiで示される。この式中、fは化学量論組成であれば1であるが、化学量論組成からずれていてもよく、0.9以上かつ1.1以下であれば焼結性の安定性を得ることができるので好ましい。バリウムとチタンとの組成、および酸素の組成は化学量論組成から求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。 BT2 is represented by the general chemical formula Ba f Ti 2 O 5 . In this formula, f is 1 if it is a stoichiometric composition, but it may deviate from the stoichiometric composition, and if it is 0.9 or more and 1.1 or less, the stability of sinterability is obtained. Is preferable. The composition of barium and titanium and the composition of oxygen are determined from the stoichiometric composition, and may deviate from the stoichiometric composition.

本実施形態では、これら300℃以上のキュリー点の高い材料を3種類組み合わせることにより耐熱特性を強化したものであり、例えばBTのようなキュリー点が130℃の材料を加えた三成分のときよりも、良好な圧電歪定数d33と優れた高温下での残留分極Pr特性の維持である耐熱性を兼備した圧電磁器組成物を得ることに特徴がある。 In the present embodiment, the heat resistance is enhanced by combining three kinds of materials having a high Curie point of 300 ° C. or higher. For example, compared to the case of a three-component material having a Curie point of 130 ° C. such as BT. also it is characterized by obtaining a piezoelectric ceramic composition having both maintenance and is heat-resistant residual polarization Pr properties at high temperatures and excellent excellent piezoelectric strain constant d 33.

さらに発明者らは、耐熱性の度合いを調べるために、各温度における残留分極値(Pr)を測定し、比較したところ、150℃の温度におけるPrの変化率が大きい場合、耐熱性が悪くなることを見出だした、そこで150℃と室温の残留分極値Prの変化率を比較することにより、耐熱性良否を判断することがわかった。これは150℃以下で何らかの相転移が起こるときに分極P−電界Eのヒステリシスが大きく変化するためであり、これが圧電特性に影響を及ぼすためと考えられる。   Furthermore, the inventors measured and compared the residual polarization value (Pr) at each temperature in order to investigate the degree of heat resistance, and when the rate of change of Pr at a temperature of 150 ° C. is large, the heat resistance deteriorates. Thus, it was found that the heat resistance was judged by comparing the rate of change of the remanent polarization value Pr between 150 ° C. and room temperature. This is because the hysteresis of the polarization P-electric field E changes greatly when some phase transition occurs at 150 ° C. or lower, which is considered to affect the piezoelectric characteristics.

本実施形態の圧電磁器組成物は、高いキュリー点をもつ三成分を組み合わせた相乗効果により、高温での圧電歪特性に優れた効果が発現される。特にBT2相が圧電磁器組成物に存在することで、より一層優れた耐熱性を得ることができる。   The piezoelectric ceramic composition of the present embodiment exhibits an effect excellent in piezoelectric strain characteristics at high temperature due to a synergistic effect combining three components having a high Curie point. In particular, when the BT2 phase is present in the piezoelectric ceramic composition, further excellent heat resistance can be obtained.

また、この圧電磁器組成物は、これらBNTとBKTとBT2とを主成分とし、副成分として、遷移金属元素(長周期型周期表における3族〜11族の元素)、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、長周期型周期表における12族元素および長周期型周期表における13族の金属元素のうちの少なくとも1種を含有していてもよい。これにより機械的品質係数を向上させることができるからである。ここでの、主成分とは、材料組成物を構成する成分の全体のモル比に対して90%以上のことを示す。   This piezoelectric ceramic composition is mainly composed of these BNT, BKT, and BT2, and as a subcomponent, a transition metal element (group 3 to group 11 element in the long-period periodic table), alkali metal element, alkaline earth It may contain at least one of a group metal element, a group 12 element in the long-period periodic table, and a group 13 metal element in the long-period periodic table. This is because the mechanical quality factor can be improved. Here, the main component means 90% or more with respect to the total molar ratio of the components constituting the material composition.

具体的には、遷移金属元素(希土類元素を除く)であれば、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、タングステン(W)あるいはモリブデン(Mo)などが挙げられる。希土類元素であれば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)あるいはイッテルビウム(Yb)などが挙げられる。   Specifically, for transition metal elements (excluding rare earth elements), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), tungsten ( W) or molybdenum (Mo). For rare earth elements, yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and the like.

アルカリ金属元素であれば、リチウム(Li)、ルビジウム(Rb)あるいはセシウム(Cs)などが挙げられる。アルカリ土類金属元素であれば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)あるいはストロンチウム(Sr)などが挙げられる。12族元素であれば、亜鉛(Zn)などが挙げられる。13族の金属元素であれば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)あるいはインジウム(In)などが挙げられる。   Examples of the alkali metal element include lithium (Li), rubidium (Rb), and cesium (Cs). Examples of the alkaline earth metal element include magnesium (Mg), calcium (Ca), and strontium (Sr). If it is a group 12 element, zinc (Zn) etc. will be mentioned. Examples of group 13 metal elements include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).

中でも、Cr、Fe、CoおよびNiは、圧電特性に高い効果を得ることができるので好ましい。これら副成分は、圧電磁器組成物が多結晶組織を有する場合は、主成分で構成される粒の間、つまり、粒界近傍に存在している。或いは、主成分で構成される粒子内に拡散して、粒子を構成する元素の一部になっている。良好な圧電性を確保するために粒界近傍に相が存在することの方が好ましい。   Among these, Cr, Fe, Co, and Ni are preferable because high effects can be obtained on the piezoelectric characteristics. When the piezoelectric ceramic composition has a polycrystalline structure, these subcomponents exist between the grains composed of the main component, that is, in the vicinity of the grain boundary. Or it diffuses in the particle | grains comprised with a main component, and becomes a part of element which comprises particle | grains. In order to ensure good piezoelectricity, it is preferable that a phase exists in the vicinity of the grain boundary.

なお、この圧電磁器組成物は不純物としてPbを含んでいてもよいが、その含有量は1質量%以下であることが好ましく、鉛を全く含んでいなければより好ましい。焼成時における鉛の揮発、および圧電部品として市場に流通し廃棄された後における環境中への鉛の放出を最小限に抑制することができ、低公害化、対環境性および生態学的見地から好ましいからである。   In addition, although this piezoelectric ceramic composition may contain Pb as an impurity, it is preferable that the content is 1 mass% or less, and it is more preferable if it does not contain lead at all. It is possible to minimize lead volatilization during firing and lead release into the environment after being marketed and disposed of as piezoelectric components. It is because it is preferable.

また、この圧電磁器組成物の結晶粒子の平均粒径は、圧電特性の発揮や機械的強度の観点から例えば0.5μm〜20μmであることが好ましい。   In addition, the average particle diameter of the crystal particles of the piezoelectric ceramic composition is preferably, for example, 0.5 μm to 20 μm from the viewpoint of exhibiting piezoelectric characteristics and mechanical strength.

このような構成を有する圧電磁器組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。   The piezoelectric ceramic composition having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

まず、主成分の出発原料として、例えば、酸化ビスマス(Bi)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸バリウム(BaCO)および酸化チタン(TiO)の酸化物の粉末を用いることができる。 First, as starting materials for main components, for example, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ), and titanium oxide (TiO 2). ) Oxide powder can be used.

また、副成分を入れる場合は出発原料として、遷移金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、12族元素および13族の金属元素のうちの少なくとも1種を含む酸化物などの粉末を必要に応じて用いることができる。なお、出発原料には、酸化物に代えて炭酸塩あるいはシュウ酸塩のように焼成により酸化物となるものを用いてもよく、炭酸塩に代えて酸化物あるいは焼成により酸化物となる他のものを用いてもよい。Aサイト成分とBサイト成分などの厳密な調整が必要なため、たとえば、出発原料の調合の際には、組成ずれを無くす工夫が必要である。例えば、出発原料を吸着している水分を十分に排除するために、100℃以上に乾燥させることなどが、有効である。   In addition, when subcomponents are added, powders such as oxides containing at least one of transition metal elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, group 12 elements and group 13 metal elements are required as starting materials. Can be used. In addition, the starting material may be an oxide that is obtained by firing, such as carbonate or oxalate, instead of an oxide. A thing may be used. Since it is necessary to strictly adjust the A-site component and the B-site component, for example, when preparing the starting material, it is necessary to devise a method for eliminating the compositional deviation. For example, in order to sufficiently remove the moisture adsorbing the starting material, it is effective to dry it at 100 ° C. or higher.

続いて、例えば、秤量した出発原料をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で5時間〜20時間十分に混合したのち、十分乾燥し、プレス成形して、750℃〜950℃で1時間〜20時間程度仮焼する。そして、例えば、この仮焼物をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で10時間〜30時間粉砕したのち、再び乾燥し、バインダーを加えて造粒する。造粒したのち、例えば、この造粒粉を一軸プレス成形機あるいは静水圧成形機(CIP)などを用い100MPa〜400MPaの加重を加えてプレス成形しペレット状とする。   Subsequently, for example, the weighed starting materials are thoroughly mixed in an organic solvent or water for 5 hours to 20 hours by a ball mill or the like, then sufficiently dried, press-molded, and then at 750 ° C. to 950 ° C. for 1 hour to 20 hours. Calcinate to a degree. For example, the calcined product is pulverized in an organic solvent or water for 10 to 30 hours by a ball mill or the like, then dried again, and granulated with a binder. After granulation, for example, this granulated powder is press-molded by applying a load of 100 MPa to 400 MPa using a uniaxial press molding machine or a hydrostatic pressure molding machine (CIP) to form pellets.

ペレット状としたのち、例えば、この成形体を400℃〜800℃で2時間〜4時間程度熱処理してバインダーを揮発させ、950℃〜1300℃で2時間〜4時間程度本焼成する。本焼成の際の昇温速度および降温速度は、共に例えば50℃/時間〜300℃/時間程度とする。本焼成ののち、得られた焼結体を必要に応じて研磨し、電極を設ける。電極形成は電極ペーストを塗布して焼き付けてもよいし、蒸着やスパッタ成膜などで電極膜を形成してもよい。そののち、25℃〜200℃のシリコンオイル中で5MV/m〜10MV/mの電界を5分間〜1時間程度印加して分極処理を行う。これにより、上述した圧電磁器組成物が得られる。   After forming into a pellet form, for example, the compact is heat-treated at 400 ° C. to 800 ° C. for about 2 hours to 4 hours to volatilize the binder, and then subjected to main firing at 950 ° C. to 1300 ° C. for about 2 hours to 4 hours. The rate of temperature increase and the rate of temperature decrease during the main firing are, for example, about 50 ° C./hour to 300 ° C./hour. After the main firing, the obtained sintered body is polished as necessary to provide an electrode. For electrode formation, an electrode paste may be applied and baked, or an electrode film may be formed by vapor deposition or sputtering film formation. After that, polarization treatment is performed by applying an electric field of 5 MV / m to 10 MV / m in silicon oil at 25 ° C. to 200 ° C. for about 5 minutes to 1 hour. Thereby, the piezoelectric ceramic composition mentioned above is obtained.

その他の方法として、BNT、BKT、BT2の少なくとも1成分を予め仮焼してから混合し、それ以外の方法は上記に準じて作製してもよい。特にBT2を確実に含ませるために単独で仮焼することはより好ましい。   As another method, at least one component of BNT, BKT, and BT2 may be preliminarily calcined and mixed, and other methods may be prepared in accordance with the above. In particular, it is more preferable to calcine alone to ensure that BT2 is contained.

このように本実施の形態によれば、BNTと、BKTと、BT2とのそれぞれの相を含むようにしたので、またはこれらを含む固溶体を含有するようにしたので、1成分系あるいは2成分系またはBTのようなキュリー点の低い成分を含む3成分に比べて良好な圧電歪定数と耐熱性の両立することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, since each phase of BNT, BKT, and BT2 is included, or because a solid solution including these is included, one-component system or two-component system is used. Alternatively, it is possible to achieve both a good piezoelectric strain constant and heat resistance as compared with three components including a component having a low Curie point such as BT.

よって、鉛を含有しないまたは鉛の含有量が少ない圧電磁器組成物についても、利用の可能性を高めることができる。すなわち、焼成時における鉛の揮発、および圧電部品として市場に流通し廃棄された後における環境中への鉛の放出を最小限に抑制することができる低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧電磁器組成物の活用を図ることができる。   Therefore, the possibility of utilization can also be enhanced for piezoelectric ceramic compositions that do not contain lead or have a low lead content. That is, low volatility, environmental friendliness, and ecological aspects that can minimize the volatilization of lead during firing and the release of lead into the environment after being marketed and discarded as piezoelectric components Therefore, it is possible to utilize an extremely excellent piezoelectric ceramic composition.

図1は、本発明による圧電磁器組成物の好ましい組成を示す三成分組成図である。発明の圧電磁器組成物の三成分は、BNT、BKT、BT2のモル比をそれぞれa、b、cとすると(以下その組成比をaBNT−bBKT−cBT2で表す)、三成分組成図(a、b、c)上で、A(0.61、0.38、0.01)、B(0.41、0.58、0.01)、C(0.51、0.38、0.11)、D(0.31、0.58、0.11)囲まれる領域内(各点を結ぶ線上を含む。)であることを特徴とする。(a+b+c=1)ここで、BNTが多すぎると反強誘電性が強くなり、少なすぎると圧電歪定数が低下しやすい。そして、BKTが多すぎると圧電歪定数が低下しやすく、少なすぎると、耐熱性が低下しやすい。またさらに、BT2が多すぎると圧電歪定数が低下しやすく、少なすぎると、耐熱性が低下しやすい。   FIG. 1 is a three-component composition diagram showing a preferred composition of a piezoelectric ceramic composition according to the present invention. The three components of the piezoelectric ceramic composition of the invention are represented by the three-component composition diagram (a, bKT-cBT2), where the molar ratios of BNT, BKT, and BT2 are a, b, and c (hereinafter, the composition ratio is represented by aBNT-bBKT-cBT2) b, c), A (0.61, 0.38, 0.01), B (0.41, 0.58, 0.01), C (0.51, 0.38, 0.11) ), D (0.31, 0.58, 0.11) (including the line connecting the points). (A + b + c = 1) Here, when there is too much BNT, antiferroelectricity will become strong, and when there is too little, a piezoelectric strain constant will fall easily. And if there is too much BKT, a piezoelectric-strain constant will fall easily, and if too few, heat resistance will fall easily. Furthermore, if the amount of BT2 is too large, the piezoelectric strain constant tends to decrease, and if it is too small, the heat resistance tends to decrease.

図2は、本実施の形態に係る圧電磁器組成物を用いた圧電素子の一構成例を表すものである。この圧電素子は、本実施の形態の圧電磁器組成物よりなる圧電基板1と、この圧電基板1の一対の対向面1a、1bにそれぞれ設けられた一対の電極2、3とを備えている。圧電基板1は、例えば、厚さ方向、すなわち電極2、3の対向方向に分極されており、電極2、3を介して電圧が印加されることにより、厚み方向に縦振動するようになっている。   FIG. 2 shows a configuration example of a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition according to the present embodiment. This piezoelectric element includes a piezoelectric substrate 1 made of the piezoelectric ceramic composition of the present embodiment, and a pair of electrodes 2 and 3 provided on a pair of opposing surfaces 1a and 1b of the piezoelectric substrate 1, respectively. The piezoelectric substrate 1 is polarized, for example, in the thickness direction, that is, in the opposite direction of the electrodes 2 and 3, and when a voltage is applied through the electrodes 2 and 3, the piezoelectric substrate 1 comes to vibrate longitudinally in the thickness direction. Yes.

電極2、3は、例えば、金(Au)などの金属によりそれぞれ構成されており、圧電基板1の対向面1a、1bの全面それぞれ設けられている。これら電極2、3には、例えば、図示しないワイヤなどを介して図示しない外部電源が電気的に接続される。   The electrodes 2 and 3 are made of metal such as gold (Au), for example, and are provided on the entire opposing surfaces 1 a and 1 b of the piezoelectric substrate 1. An external power source (not shown) is electrically connected to the electrodes 2 and 3 via, for example, a wire (not shown).

この圧電素子は、常法により作製することができる。例えば、まず、上述したようにして圧電磁器組成物を作製したのち、それを必要に応じて所定の大きさに加工し、圧電基板1を形成する。次いで、この圧電基板1に電極2、3を例えば蒸着することにより、図2に示した圧電素子が得られる。   This piezoelectric element can be manufactured by a conventional method. For example, first, a piezoelectric ceramic composition is prepared as described above, and then processed into a predetermined size as necessary to form the piezoelectric substrate 1. Next, the electrodes 2 and 3 are deposited on the piezoelectric substrate 1, for example, to obtain the piezoelectric element shown in FIG.

また、図3は本実施の形態に係る圧電磁器組成物を用いた圧電素子の他の一構成例を表すものである。この圧電素子は、例えば、本実施の形態の圧電磁器組成物よりなる複数の圧電層11と複数の内部電極12とを交互に積層した積層体10を備えている。圧電層11の一層当たりの厚さは例えば1μm〜100μm程度が好ましく、圧電層11の積層数は目的とする変位量に応じて決定される。   FIG. 3 shows another configuration example of the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition according to the present embodiment. This piezoelectric element includes, for example, a laminate 10 in which a plurality of piezoelectric layers 11 and a plurality of internal electrodes 12 made of the piezoelectric ceramic composition of the present embodiment are alternately laminated. The thickness per layer of the piezoelectric layer 11 is preferably about 1 μm to 100 μm, for example, and the number of stacked layers of the piezoelectric layer 11 is determined according to the target displacement.

内部電極12は、導電材料を含有している。導電材料は特に限定されないが、例えば、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)およびパラジウム(Pd)からなる群のうちの少なくとも1種、あるいはその合金が好ましい。なお、内部電極12は、これらの他にリン(P)などの各種微量成分を0.1質量%程度以下含有していても良い。内部電極12の厚さは例えば0.5μm〜3μm程度であることが好ましい。 The internal electrode 12 contains a conductive material. The conductive material is not particularly limited, but for example, at least one selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd), or an alloy thereof is preferable. In addition, the internal electrode 12 may contain about 0.1% by mass or less of various trace components such as phosphorus (P) in addition to these. The thickness of the internal electrode 12 is preferably about 0.5 μm to 3 μm, for example.

この内部電極12は例えば交互に逆方向に延長されており、その延長方向には内部電極12と電気的に接続された一対の端子電極21、22がそれぞれ設けられている。端子電極21、22は、例えば、端子電極用ペーストを焼き付けることにより形成されたものである。この端子電極用ペーストは、例えば、導電材料と、ガラスフリットと、ビヒクルとを含有している。導電材料は、例えば、銀、金、銅、ニッケル、パラジウムおよび白金からなる群のうちの少なくとも1種を含んでいる。ビヒクルには有機ビヒクルあるいは水系ビヒクルなどがあり、有機ビヒクルはバインダーを有機溶媒に溶解させたもの、水系ビヒクルは水に水溶性バインダーおよび分散剤などを溶解させたものである。   For example, the internal electrodes 12 are alternately extended in opposite directions, and a pair of terminal electrodes 21 and 22 electrically connected to the internal electrode 12 are provided in the extending direction. The terminal electrodes 21 and 22 are formed by baking terminal electrode paste, for example. This terminal electrode paste contains, for example, a conductive material, glass frit, and a vehicle. The conductive material includes, for example, at least one selected from the group consisting of silver, gold, copper, nickel, palladium, and platinum. Examples of the vehicle include an organic vehicle and an aqueous vehicle. The organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent, and the aqueous vehicle is obtained by dissolving a water-soluble binder and a dispersant in water.

この圧電素子は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、上述した圧電磁器組成物の製造方法と同様にして仮焼成粉を形成し、これにビヒクルを加えて混練して圧電層用ペーストを作製する。次いで、内部電極12を形成するための上述した導電材料または焼成後に上述した導電材料となる各種酸化物、有機金属化合物あるいはレジネートなどをビヒクルと混練し、内部電極用ペーストを作製する。なお、内部電極用ペーストには、必要に応じて分散剤、可塑剤、誘電体材料、絶縁体材料などの添加物を添加してもよい。   This piezoelectric element can be manufactured as follows, for example. First, a pre-fired powder is formed in the same manner as in the method for manufacturing a piezoelectric ceramic composition described above, and a vehicle is added thereto and kneaded to prepare a piezoelectric layer paste. Next, the above-described conductive material for forming the internal electrode 12 or various oxides, organometallic compounds, or resinates that become the above-described conductive material after firing are kneaded with a vehicle to prepare an internal electrode paste. Note that additives such as a dispersant, a plasticizer, a dielectric material, and an insulator material may be added to the internal electrode paste as necessary.

続いて、これら圧電層用ペーストと内部電極用ペーストとを用い、例えば、印刷法あるいはシート法により、積層体10の前駆体であるグリーンチップを作製する。そののち、脱バインダー処理を行い、焼成して積層体10を形成する。   Subsequently, using these piezoelectric layer paste and internal electrode paste, a green chip which is a precursor of the laminate 10 is manufactured by, for example, a printing method or a sheet method. After that, the binder removal treatment is performed and the laminate 10 is formed by firing.

積層体10を形成したのち、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより端面研磨を施し、内部電極用ペーストと同様にして作製した端子電極用ペーストを印刷または転写して焼き付け、端子電極21、22を形成する。これにより、図3に示した圧電素子が得られる。   After forming the laminated body 10, end face polishing is performed by, for example, barrel polishing or sand blasting, and the terminal electrode paste prepared in the same manner as the internal electrode paste is printed or transferred and baked to form the terminal electrodes 21 and 22. . Thereby, the piezoelectric element shown in FIG. 3 is obtained.

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。   Furthermore, specific examples of the present invention will be described.

(実施例1〜11)
BNTは(Na0.5Bi0.5)dTiO(d=1.0)、BKTは(K0.5Bi0.5)eTiO(e=1.0)、BT2はBaTi(f=1.0)となるように、酸化ビスマス(Bi)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸バリウム(BaCO)および酸化チタン(TiO)を100℃以上で十分に乾燥させたのち、それらを秤量した。そして、秤量した出発原料をボールミルで15時間混合したのち乾燥し、プレス成形して、850℃で4時間仮焼し仮焼物を得た。そして、この仮焼物をボールミルにより5時間粉砕し、BNT、BKT、BT2出発原料を得た。次に出発原料の配合比を、aBNT+bBKT+cBT2(a+b+c=1.0)としたとき、焼成後のモル比による組成比a、bおよびcが表1に示したようになるように秤量し、ボールミルにより10時間粉砕し混合粉を得た。
(Examples 1 to 11)
BNT is (Na 0.5 Bi 0.5 ) dTiO 3 (d = 1.0), BKT is (K 0.5 Bi 0.5 ) eTiO 3 (e = 1.0), BT2 is Ba f Ti 2 Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ) and titanium oxide so as to be O 5 (f = 1.0) (TiO 2 ) was sufficiently dried at 100 ° C. or higher and then weighed. The weighed starting materials were mixed with a ball mill for 15 hours, dried, press-molded, and calcined at 850 ° C. for 4 hours to obtain a calcined product. And this calcined material was grind | pulverized for 5 hours with the ball mill, and the BNT, BKT, and BT2 starting material was obtained. Next, when the blending ratio of the starting materials is aBNT + bBKT + cBT2 (a + b + c = 1.0), the composition ratios a, b and c according to the molar ratio after firing are weighed so as to be as shown in Table 1, and are measured by a ball mill. The mixture was pulverized for 10 hours to obtain a mixed powder.

さらに、得られた混合をバインダーを加えて造粒し、プレス成形機により100MPaの加重を加えてプレス成形しペレット状とした。そして、表1に示すように1000〜1200℃で本焼成し焼成体(圧電磁器組成物組成物)を得た。そして、得られた焼成体を研磨して厚さ0.5mmの平行平板状とし、その両面に銀ペーストを650℃で焼き付けにより電極を形成した。さらに、120℃のシリコンオイル中で3〜10MV/mの電界を15分間印加して分極処理を行った。これにより、表1に示す実施例1〜11の圧電特性評価用の試験片(圧電素子)の圧電磁器組成物を得た。   Further, the obtained mixture was granulated by adding a binder, and a press molding machine was applied with a load of 100 MPa to form a pellet. And as shown in Table 1, it baked at 1000-1200 degreeC, and obtained the sintered body (piezoelectric ceramic composition composition). Then, the fired body obtained was polished into a parallel plate shape having a thickness of 0.5 mm, and an electrode was formed by baking a silver paste on both surfaces at 650 ° C. Further, polarization treatment was performed by applying an electric field of 3 to 10 MV / m in 120 ° C. silicone oil for 15 minutes. Thus, piezoelectric ceramic compositions of test pieces (piezoelectric elements) for evaluating piezoelectric characteristics of Examples 1 to 11 shown in Table 1 were obtained.

得られた実施例1〜11の圧電磁器組成物について、圧電歪定数d33、残留分極値Prを測定した。その際、圧電歪定数d33の測定は室温にてPIEZO d33 METER MODEL ZJ−4B(INSTITUTE OF ACOUSTICS ACADEMIA SINICA製)により行い、残留分極値Prの測定はRT6000HVS HIGH VOLTAGE TEST SYSTEM(RADIANT TECHNOLOGIES Inc製)を用いてシリコンオイル中で電圧を3〜5MV/m印加して行った。このときの測定温度を室温と150℃とで行い、室温のPrを基準として150℃のときの変化率をΔPrとした。その式を式1として以下に示す。
ΔPr(%)=[(150℃のPr)−(室温のPr)]/(室温のPr)×100・・・(1)
さらに、得られた結果を表2に示す。
For the obtained piezoelectric ceramic compositions of Examples 1 to 11, the piezoelectric strain constant d 33 and the remanent polarization value Pr were measured. At that time, the piezoelectric strain constant d 33 is measured at room temperature by PIEZO d 33 METER MODEL ZJ-4B (manufactured by INSTITUTE OF ACOUSTICS ACADEMIA SINICA), and the residual polarization value Pr is measured by RT6000HVS HIGH VOLTAGE TEST TYPE DIST ) And applying a voltage of 3 to 5 MV / m in silicon oil. The measurement temperature at this time was room temperature and 150 ° C., and the rate of change at 150 ° C. with respect to Pr at room temperature was ΔPr. The equation is shown below as Equation 1.
ΔPr (%) = [(Pr at 150 ° C.) − (Pr at room temperature)] / (Pr at room temperature) × 100 (1)
Further, Table 2 shows the obtained results.

(比較例1〜10)
また、比較例1〜10では、出発原料の配合比のモル比である組成比a、bおよびcが表1に示したようになるように変化させたことを以外、他は上記した実施例1と同一の条件で圧電磁器組成物を作製した。さらに比較例1〜10についても、圧電歪定数d33、残留分極値Prを測定した。それらの結果も表1に示す。
(Comparative Examples 1-10)
Further, in Comparative Examples 1 to 10, the above-described Examples except that the composition ratios a, b, and c, which are molar ratios of the starting materials, were changed as shown in Table 1. A piezoelectric ceramic composition was produced under the same conditions as in No. 1. Furthermore, also in Comparative Examples 1 to 10, the piezoelectric strain constant d 33 and the remanent polarization value Pr were measured. The results are also shown in Table 1.

圧電磁器組成物の圧電特性の評価を、○×として表1に示す。この評価では、実用上の圧電特性を確保するためd33値を100pC/N以上を良好とした。また、高温においても圧電性が極端に低下していない、つまり高温においても分極の劣化が少ない効果として、ΔPrが−40%以上を良好とした。これらを共に満足している場合を好適として○、どちらかまたは両方を満足していない場合を不適として×とした。 The evaluation of the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic composition is shown in Table 1 as Ox. In this evaluation, a d 33 value of 100 pC / N or more was considered good in order to ensure practical piezoelectric characteristics. Further, as an effect that the piezoelectricity is not extremely lowered even at a high temperature, that is, the polarization deterioration is small even at a high temperature, ΔPr is set to be excellent at −40% or more. The case where both of these were satisfied was determined as “good”, and the case where either or both were not satisfied was determined as “inadequate”.

Figure 2013155079
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Figure 2013155079
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これらの結果から圧電特性および耐熱性(高温においても圧電特性の劣化が少ない)が良好な領域として、BNTとBKTとBT2の三成分を主成分とする圧電磁器組成物は、その組成が一般式aBNT−bBKT−cBT2のa、b及びcが、図1のBNT−BKT−BT2の三成分系組成図における各組成点A、B、C、Dで囲まれる領域内(各点を結ぶ線上を含む。)(a+b+c=1.0)に含まれるが、良好であることがわかった。ここで、BNTは(Bi0.5Na0.5TiO(d=1.0)を、BKTは(Bi0.50.5TiO(e=1.0を、BT2はBaTi(f=1.0)を、それぞれ示し、前記各組成点は、A(0.61、0.38、0.01)、B(0.41、0.58、0.01)、C(0.51、0.38、0.11)、D(0.31、0.58、0.11)であった。 From these results, a piezoelectric ceramic composition mainly composed of the three components BNT, BKT, and BT2 has a general formula as a region in which piezoelectric characteristics and heat resistance (deterioration of piezoelectric characteristics are small even at high temperatures) are favorable. aBNT-bBKT-cBT2 has a, b, and c in the region surrounded by the composition points A, B, C, D in the ternary composition diagram of BNT-BKT-BT2 in FIG. 1 (on the line connecting the points). Included) (a + b + c = 1.0), but found to be good. Here, BNT is (Bi 0.5 Na 0.5 ) d TiO 3 (d = 1.0), BKT is (Bi 0.5 K 0.5 ) e TiO 3 (e = 1.0, BT2 represents Ba f Ti 2 O 5 (f = 1.0), and the respective composition points are A (0.61, 0.38, 0.01), B (0.41, 0.58). , 0.01), C (0.51, 0.38, 0.11), and D (0.31, 0.58, 0.11).

(実施例12〜17)
実施例12〜17として、aBNT+bBKT+cBT2のa、bおよびcを、a=0.46、b=0.48、c=0.06とした。さらに、BNTである(Na0.5Bi0.5TiOやBKTである(K0.5Bi0.5TiOやBT2であるBaTiの組成比d、e、fを、表3に示したようになるように出発原料の配合比および焼成温度を変化させたことを除き、他は上記した実施例1と同一の条件で圧電磁器組成物を作製した。
実施例12〜17についても同様に、圧電歪定数d33、残留分極値Prを測定した。それらの結果も表4に示す。
(Examples 12 to 17)
In Examples 12 to 17, a, b, and c of aBNT + bBKT + cBT2 were set to a = 0.46, b = 0.48, and c = 0.06. Furthermore, the composition ratio d of (Na 0.5 Bi 0.5 ) d TiO 3 that is BNT and (K 0.5 Bi 0.5 ) e TiO 3 and Ba f Ti 2 O 5 that is BT 2 is BNT. A piezoelectric ceramic composition was produced under the same conditions as in Example 1 except that e and f were changed as shown in Table 3 except that the mixing ratio of the starting materials and the firing temperature were changed. .
Similarly, in Examples 12 to 17, the piezoelectric strain constant d 33 and the remanent polarization value Pr were measured. The results are also shown in Table 4.

Figure 2013155079
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Figure 2013155079
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これらの結果から、0.9≦d≦1.0、0.9≦e≦1.0、0.9≦f≦1.1の範囲が良好であることが確認された。   From these results, it was confirmed that the ranges of 0.9 ≦ d ≦ 1.0, 0.9 ≦ e ≦ 1.0, and 0.9 ≦ f ≦ 1.1 were favorable.

(比較例11、12)
さらに、一般式aBNT−bBKT−cBT2の三成分を主成分とする圧電磁器組成物のBT2に換え、BaTiO(BT)を用い、gBNT+hBKT+qBT(g+h+q=1.0)の三成分を主成分とする圧電磁器組成物を、
BNT:(Na0.5Bi0.5)TiOとBKT:(K0.5Bi0.5)TiOとをそれぞれ、表5となるように出発原料の配合比および焼成温度を変化させたことを除き、他は上記した実施例1と同一の条件で圧電磁器組成物を作製した。その圧電歪定数d33と残留分極値Prを測定し、評価した結果を表6に示す。
(Comparative Examples 11 and 12)
Furthermore, in place of the piezoelectric ceramic composition BT2 having three components of the general formula aBNT-bBKT-cBT2 as main components, BaTiO 3 (BT) is used, and the three components of gBNT + hBKT + qBT (g + h + q = 1.0) are used as the main components. Piezoelectric ceramic composition
BNT: (Na 0.5 Bi 0.5 ) TiO 3 and BKT: (K 0.5 Bi 0.5 ) TiO 3 were respectively changed in the starting material mixing ratio and firing temperature as shown in Table 5. Except for the above, a piezoelectric ceramic composition was prepared under the same conditions as in Example 1 described above. The piezoelectric strain constant d 33 and the remanent polarization value Pr were measured and evaluated.

Figure 2013155079
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Figure 2013155079
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本発明に係る圧電磁器組成物および圧電素子は、アクチュエータ、センサーまたはレゾネータなどの分野において適用することができる。   The piezoelectric ceramic composition and the piezoelectric element according to the present invention can be applied in the fields of actuators, sensors, resonators, and the like.

1 圧電基板
2、3 電極
1a、1b 対向面
10 積層体
11 圧電層
12 内部電極
21、22 端子電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric substrate 2, 3 Electrode 1a, 1b Opposite surface 10 Laminated body 11 Piezoelectric layer 12 Internal electrode 21, 22 Terminal electrode

Claims (3)

チタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸ビスマスカリウムと二チタン酸バリウムとの三成分を少なくとも主成分とし、チタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸ビスマスカリウムと二チタン酸バリウムのモル比をa:b:cとすると(チタン酸ビスマスナトリウム:チタン酸ビスマスカリウム:二チタン酸バリウム=a:b:c)、前記三成分の組成図上で、(a、b、c)の組成範囲がA(0.61、0.38、0.01)、B(0.41、0.58、0.01)、C(0.51、0.38、0.11)、D(0.31、0.58、0.11)で囲まれる領域内(各点を結ぶ線上を含む。)であることを特徴とする圧電磁器組成物。   When the three components of bismuth sodium titanate, potassium bismuth titanate, and barium dititanate are at least the main components and the molar ratio of bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, and barium dititanate is a: b: c ( Sodium bismuth titanate: potassium bismuth titanate: barium dititanate = a: b: c), where the composition range of (a, b, c) is A (0.61, 0.00). 38, 0.01), B (0.41, 0.58, 0.01), C (0.51, 0.38, 0.11), D (0.31, 0.58, 0.11) ) In a region surrounded by (including a line connecting each point). 前記三成分の一般化学式が、チタン酸ビスマスナトリウムを(Bi0.5Na0.5TiO、チタン酸ビスマスカリウムを(Bi0.50.5TiO、二チタン酸バリウムをBaTiとしたとき、dが0.9≦d≦1.0、eが0.9≦e≦1.0、fが0.9≦f≦1.1であることを特徴とする請求項1の記載の圧電磁器組成物。 The general chemical formulas of the three components are as follows: sodium bismuth titanate (Bi 0.5 Na 0.5 ) d TiO 3 , potassium bismuth titanate (Bi 0.5 K 0.5 ) e TiO 3 , barium dititanate Is Ba f Ti 2 O 5 , d is 0.9 ≦ d ≦ 1.0, e is 0.9 ≦ e ≦ 1.0, and f is 0.9 ≦ f ≦ 1.1. 2. The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein 請求項1または2のいずれかに記載の圧電磁器組成物を含む圧電素子。
A piezoelectric element comprising the piezoelectric ceramic composition according to claim 1.
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