JP2643154B2 - 焦電性磁器組成物 - Google Patents
焦電性磁器組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は焦電性磁器組成物、特に、緻密で機械的強度
が大きく、適度の比誘電率を有し焦電素子用材料として
適した焦電性磁器組成物に関する。
が大きく、適度の比誘電率を有し焦電素子用材料として
適した焦電性磁器組成物に関する。
（従来の技術） 一般に、焦電効果を利用した焦電素子、例えば、赤外
線検出素子の焦電体材料としては、硫酸グリシン、SrxB
a1-xNb2O6（SBN）、チタン酸鉛系磁器、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系磁器、ゲルマニウム酸鉛系磁器、LiNbO3および
LiTaO3の単結晶等から知られているが、硫酸グリシンSB
Nはキュリー温度が低く、分極が困難で、しかも使用温
度範囲が狭いことから、チタン酸鉛系磁器、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系磁器あるいはゲルマニウム酸鉛系磁器など
が主として採用されている。
線検出素子の焦電体材料としては、硫酸グリシン、SrxB
a1-xNb2O6（SBN）、チタン酸鉛系磁器、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系磁器、ゲルマニウム酸鉛系磁器、LiNbO3および
LiTaO3の単結晶等から知られているが、硫酸グリシンSB
Nはキュリー温度が低く、分極が困難で、しかも使用温
度範囲が狭いことから、チタン酸鉛系磁器、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系磁器あるいはゲルマニウム酸鉛系磁器など
が主として採用されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、チタン酸鉛系磁器は、分極温度が高い
ことから電極の形成手段が制限され、しかも薄板化する
と十分な強度を得難たいという問題がある。また、LiNb
O3およびLiTaO3の単結晶は、比誘電率が30〜50と小さい
ため評価指数の上からは好ましいが、素子の面積が小さ
い場合、素子の容量が外部回路の静電容量よりも小さく
なり、感度が減少し応答も遅くなるという問題がある。
さらに、チタン酸ジルコン酸鉛系磁器は、比誘電率がチ
タン酸鉛系磁器と同様、通常、200以上であるため、高
感度の素子を得るには不利であった。
ことから電極の形成手段が制限され、しかも薄板化する
と十分な強度を得難たいという問題がある。また、LiNb
O3およびLiTaO3の単結晶は、比誘電率が30〜50と小さい
ため評価指数の上からは好ましいが、素子の面積が小さ
い場合、素子の容量が外部回路の静電容量よりも小さく
なり、感度が減少し応答も遅くなるという問題がある。
さらに、チタン酸ジルコン酸鉛系磁器は、比誘電率がチ
タン酸鉛系磁器と同様、通常、200以上であるため、高
感度の素子を得るには不利であった。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決する手段として、Pb
［（Sn1/2Sb1/2）,Ti,Zr］O3系、Pb［（Mg1/3Nb2/3）,T
i,Zr］O3系、Pb［（Fe1/2Nb1/2）,Ti,Zr］O3系及びPb
［（Ca1/3Nb2/3）,Ti,Zr］O3系磁器組成物からなる群か
ら選ばれた一種を主成分とし、副成分として２〜35wt％
のPb3Ge3O11を含有してなる焦電性磁器組成物を提供す
るものである。
［（Sn1/2Sb1/2）,Ti,Zr］O3系、Pb［（Mg1/3Nb2/3）,T
i,Zr］O3系、Pb［（Fe1/2Nb1/2）,Ti,Zr］O3系及びPb
［（Ca1/3Nb2/3）,Ti,Zr］O3系磁器組成物からなる群か
ら選ばれた一種を主成分とし、副成分として２〜35wt％
のPb3Ge3O11を含有してなる焦電性磁器組成物を提供す
るものである。
（作用） 本発明は、チタン酸鉛系またはチタン酸ジルコン酸鉛
系磁器組成物を主成分とし、低融点の強誘電体であるPb
5Ge3O11を副成分として液相焼結により異相セラミック
バルクを生成させることによって、本来チタン酸鉛系ま
たはチタン酸ジルコン酸鉛系磁器が有する焦電係数を低
下をきたすことなく比誘電率を低減させ、焦電性能の向
上を図るようにしたものである。
系磁器組成物を主成分とし、低融点の強誘電体であるPb
5Ge3O11を副成分として液相焼結により異相セラミック
バルクを生成させることによって、本来チタン酸鉛系ま
たはチタン酸ジルコン酸鉛系磁器が有する焦電係数を低
下をきたすことなく比誘電率を低減させ、焦電性能の向
上を図るようにしたものである。
Pb5Ge3O11の含有量を２〜35wt％としたのは、2wt％未
満では主成分の粒界にPb5Ge3O11が行き渡らず、大きな
気孔や異常な粒成長を生じ、35wt％を越えると、焼結中
にPb5Ge3O11が溶解し、ユニットが癒着するなど工程上
の問題が発生するからである。
満では主成分の粒界にPb5Ge3O11が行き渡らず、大きな
気孔や異常な粒成長を生じ、35wt％を越えると、焼結中
にPb5Ge3O11が溶解し、ユニットが癒着するなど工程上
の問題が発生するからである。
焼成温度を800〜1150℃としてのは、焼成温度が800℃
未満では、十分な液相焼結を起こさせることができない
ため、非常に気孔の多い磁器しか得られず、また、1150
℃を越えると、Pb5Ge3O11が溶出し、大きな気孔を生じ
させるからである。
未満では、十分な液相焼結を起こさせることができない
ため、非常に気孔の多い磁器しか得られず、また、1150
℃を越えると、Pb5Ge3O11が溶出し、大きな気孔を生じ
させるからである。
本発明に係る焦電性磁器組成物は、例えば、常法によ
りチタン酸鉛系またはチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を
得、その粉末をPb5Ge3O11の粉末とを所望の組成となる
ように秤量し、その混合物に有機バインダを加えて湿式
混合した後、脱水、乾燥し、これを成型した後、900〜1
150℃で焼成して液相焼結させることにより製造するこ
とができる。
りチタン酸鉛系またはチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を
得、その粉末をPb5Ge3O11の粉末とを所望の組成となる
ように秤量し、その混合物に有機バインダを加えて湿式
混合した後、脱水、乾燥し、これを成型した後、900〜1
150℃で焼成して液相焼結させることにより製造するこ
とができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例） まず、次のようにして変性チタン酸ジルコン酸鉛系磁
器の粉末を調製した。
器の粉末を調製した。
原料としてPb3O4、TiO2、ZrO2、SnO2、およびSb2O3を
用い、Pb［（Sn1/2Sb1/2）0.05Ti0.11Zr0.84］O3の組成
となるように秤量し、その混合物に添加物としてMgO
0.30wt％、MnO2 0.30wt％およびPbCrO4 0.90wt％加
え、16〜20時間湿式混合する。この混合物を脱水、乾燥
し、900℃で３時間仮焼した後、粉砕し、その仮焼粉末
に有機バインダを２〜５重量％加え、16〜20時間混合し
て60メッシュに造粒し、プレス成型にて厚さ１〜15mmの
薄板に成型する。この薄板を1220℃で２時間焼成して変
性チタン酸ジルコン酸鉛系磁器を得、この磁器をらいか
い機にて１時間粉砕した後、325メッシュのふるいを通
してチタン酸ジルコン酸鉛（以下、PSTと記す。）系磁
器粉末を得る。
用い、Pb［（Sn1/2Sb1/2）0.05Ti0.11Zr0.84］O3の組成
となるように秤量し、その混合物に添加物としてMgO
0.30wt％、MnO2 0.30wt％およびPbCrO4 0.90wt％加
え、16〜20時間湿式混合する。この混合物を脱水、乾燥
し、900℃で３時間仮焼した後、粉砕し、その仮焼粉末
に有機バインダを２〜５重量％加え、16〜20時間混合し
て60メッシュに造粒し、プレス成型にて厚さ１〜15mmの
薄板に成型する。この薄板を1220℃で２時間焼成して変
性チタン酸ジルコン酸鉛系磁器を得、この磁器をらいか
い機にて１時間粉砕した後、325メッシュのふるいを通
してチタン酸ジルコン酸鉛（以下、PSTと記す。）系磁
器粉末を得る。
次に、原料としてPb3O4、GeO2を用い、副成分であるP
b5Ge3O11を次のようにして調製した。即ち、前記原料を
Pb5Ge3O11の組成となるように秤量し、その混合物を16
〜20時間湿式混合する。この混合物を脱水、乾燥し、65
0℃で３時間仮焼した後、これを高純度アルミナるつぼ
に入れて875℃にて熔融させる。この熔融物を純水中に
投入し、急冷破砕してPb5Ge3O11ガラスを得る。このガ
ラスを乳鉢と乳棒で粉砕し、325メッシュ以下の粉末を
得る。これを650℃で３時間加熱して再結晶化させた
後、再び325メッシュのふるいを通してPb5Ge3O11粉末を
得る。
b5Ge3O11を次のようにして調製した。即ち、前記原料を
Pb5Ge3O11の組成となるように秤量し、その混合物を16
〜20時間湿式混合する。この混合物を脱水、乾燥し、65
0℃で３時間仮焼した後、これを高純度アルミナるつぼ
に入れて875℃にて熔融させる。この熔融物を純水中に
投入し、急冷破砕してPb5Ge3O11ガラスを得る。このガ
ラスを乳鉢と乳棒で粉砕し、325メッシュ以下の粉末を
得る。これを650℃で３時間加熱して再結晶化させた
後、再び325メッシュのふるいを通してPb5Ge3O11粉末を
得る。
このようにして調製したPZT系磁器粉末と、Pb5Ge3O11
粉末とを第１表に示す組成となるように秤量し、その混
合物に有機バインダを２〜5wt％添加し16〜20時間湿式
混合した造粒した後、ふるいを通して60メッシュ以下の
粉末を得た。この粉末を100kg/cm2の圧力を加えて直径1
0mm、厚さ1.0mmの円板にプレス成型し、900〜1150℃の
温度で５〜120分焼成して液相焼結させ、焦電性磁器を
得た。この焦電性磁器の両面に蒸着または焼き付けにて
銀電極を形成し、両電極間に３〜4kv/mmの直流電圧を印
加して30分間分極処理を行い、試料とした。
粉末とを第１表に示す組成となるように秤量し、その混
合物に有機バインダを２〜5wt％添加し16〜20時間湿式
混合した造粒した後、ふるいを通して60メッシュ以下の
粉末を得た。この粉末を100kg/cm2の圧力を加えて直径1
0mm、厚さ1.0mmの円板にプレス成型し、900〜1150℃の
温度で５〜120分焼成して液相焼結させ、焦電性磁器を
得た。この焦電性磁器の両面に蒸着または焼き付けにて
銀電極を形成し、両電極間に３〜4kv/mmの直流電圧を印
加して30分間分極処理を行い、試料とした。
各試料について、誘電率（ε）、tanδ、焦電係数
（λ）および性能指数（Fv）など焦電性能を計測した。
それらの結果を第１表に副成分含有量および焼成温度と
共に示す。なお、同表には、比較例としてそれぞれPZT
系磁器（試料番号17）およびPb5Ge3O11（試料番号18）
単独の焦電性能も合わせて示す。
（λ）および性能指数（Fv）など焦電性能を計測した。
それらの結果を第１表に副成分含有量および焼成温度と
共に示す。なお、同表には、比較例としてそれぞれPZT
系磁器（試料番号17）およびPb5Ge3O11（試料番号18）
単独の焦電性能も合わせて示す。
第１表の結果から明らかなように、PZT系磁器単独の
試料とPb5Ge3O11単独の試料は、性能指数（Fv）が5.90
×10-11C・cm/J前後のほほ同じ値を示すが、本発明に係
るこれらの複合体は、単独のものよりいづれも大きな性
能指数を示す。ちなみに、試料番号13の組成のものは、
Fvが7.66×10-11C・cmJで、PZT系磁器およびPb5Ge3O11
単独のものより30％も大きなFvの値を示す。
試料とPb5Ge3O11単独の試料は、性能指数（Fv）が5.90
×10-11C・cm/J前後のほほ同じ値を示すが、本発明に係
るこれらの複合体は、単独のものよりいづれも大きな性
能指数を示す。ちなみに、試料番号13の組成のものは、
Fvが7.66×10-11C・cmJで、PZT系磁器およびPb5Ge3O11
単独のものより30％も大きなFvの値を示す。
また、本発明に係る焦電性磁器組成物は、PZT系磁器
およびPb5Ge3O11単独では得られない100〜200の範囲の
比誘電率を示し、これが評価指数Fvに対して有利に働い
ていることが判る。
およびPb5Ge3O11単独では得られない100〜200の範囲の
比誘電率を示し、これが評価指数Fvに対して有利に働い
ていることが判る。
（実施例２） 原料としてPb3O4、TiO2、ZrO2、SnO2、およびSb2O3を
用い、一般式： Pb［（Sn1/2Sb1/2）xTiyZrs］O3 （但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝1.00）において、x,y,zの値を変
えて第２表Ａの組成物が得られるように秤量し、実施例
１と同様にして、変性PZT系磁器粉末を得、これをPb5Ge
3O11と第２表に示す割合で複合化させて焦電性磁器組成
物の試料を得た。それらの試料についての焦電特性の測
定結果を第２表Ｂに示す。
用い、一般式： Pb［（Sn1/2Sb1/2）xTiyZrs］O3 （但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝1.00）において、x,y,zの値を変
えて第２表Ａの組成物が得られるように秤量し、実施例
１と同様にして、変性PZT系磁器粉末を得、これをPb5Ge
3O11と第２表に示す割合で複合化させて焦電性磁器組成
物の試料を得た。それらの試料についての焦電特性の測
定結果を第２表Ｂに示す。
同表から明らかなように、本発明に係る焦電性磁器組
成物は、PZT系磁器単独のものと比較して、いづれも同
等以上の評価指数（Fv）を示す。
成物は、PZT系磁器単独のものと比較して、いづれも同
等以上の評価指数（Fv）を示す。
（実施例３） 実施例２において、第３成分としてPb［（Sn1/2S
b1/2）O3の代わりに、Pb［（Mg1/3Nb2/3）O3、Pb［（Fe
1/2Nb1/2）O3又はPb（Ca1/3Nb2/3）O3を用いた第３表Ａ
に示す組成のチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を調製し、こ
のPZT系磁器とPb5Ge3O11との複合化した焦電性磁器組成
物の試料を得た。各試料についての焦電特性を測定結果
を第３表Ｂに示す。
b1/2）O3の代わりに、Pb［（Mg1/3Nb2/3）O3、Pb［（Fe
1/2Nb1/2）O3又はPb（Ca1/3Nb2/3）O3を用いた第３表Ａ
に示す組成のチタン酸ジルコン酸鉛系磁器を調製し、こ
のPZT系磁器とPb5Ge3O11との複合化した焦電性磁器組成
物の試料を得た。各試料についての焦電特性を測定結果
を第３表Ｂに示す。
第３表Ｂの結果から、第３成分に拘わらずPZT系磁器
とPb5Ge3O11との複合化の効果が得られることが判る。
とPb5Ge3O11との複合化の効果が得られることが判る。
（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従
来の強誘電性チタン酸鉛系磁器やチタン酸ジルコン酸鉛
系磁器単体では得られない高い焦電評価指数を有する焦
電性磁器を得ることができ、しかも、主成分の組成およ
び副成分の含有量を調整することにより、100〜200の範
囲で任意の値の比誘電率を得ることができ、従って、面
積を小さくしても外部浮遊容量の影響を受けず、高感度
で応答性が良い焦電素子を得ることができる。また、焼
結時、液相であるPb5Ge3O11が存在するため、粒成長を
抑え、機械的強度が高く、緻密な焦電性磁器を得ること
ができるなど、優れた効果が得られる。
来の強誘電性チタン酸鉛系磁器やチタン酸ジルコン酸鉛
系磁器単体では得られない高い焦電評価指数を有する焦
電性磁器を得ることができ、しかも、主成分の組成およ
び副成分の含有量を調整することにより、100〜200の範
囲で任意の値の比誘電率を得ることができ、従って、面
積を小さくしても外部浮遊容量の影響を受けず、高感度
で応答性が良い焦電素子を得ることができる。また、焼
結時、液相であるPb5Ge3O11が存在するため、粒成長を
抑え、機械的強度が高く、緻密な焦電性磁器を得ること
ができるなど、優れた効果が得られる。
Claims (1)
- 【請求項１】Pb［（Sn1/2Sb1/2）,Ti,Zr］O3系、Pb
［（Mg1/3Nb2/3）,Ti,Zr］O3系、Pb［（Fe1/2Nb1/2）,T
i,Zr］O3系及びPb［（Ca1/3Nb2/3）,Ti,Zr］O3系磁器組
成物からなる群から選ばれた一種を主成分とし、副成分
として２〜35wt％のPb5Ge3O11を含有してなる焦電性磁
器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167583A JP2643154B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 焦電性磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167583A JP2643154B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 焦電性磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6410505A JPS6410505A (en) | 1989-01-13 |
| JP2643154B2 true JP2643154B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=15852443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62167583A Expired - Fee Related JP2643154B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | 焦電性磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643154B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114621008A (zh) * | 2020-12-14 | 2022-06-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62212261A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-18 | 三井金属鉱業株式会社 | 圧電材料 |
-
1987
- 1987-07-02 JP JP62167583A patent/JP2643154B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6410505A (en) | 1989-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |