JP2942535B1 - 圧電体磁器組成物 - Google Patents

圧電体磁器組成物

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Abstract

【要約】 【課題】 酸化鉛を含有せず、電気機械結合係数が所定
値以上で、キュリー点が500℃以上を示す圧電体磁器
組成物を提供する。 【解決手段】 本発明は、主成分が2成分系の(1−
x)Bia Tib Nbc 9 −xNap Biq Nbr
9 で表わされる固溶体で、0<x<1の範囲のビスマス
層状構造の圧電体磁器組成物である。上記式において、
2.4<(1−x)a+xq<3.1,0<b<1.
1,0.9<(1−x)c+xr<2.1,0<p<
0.6を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温用圧力センサ
ー、レゾネータ等に用いられる圧電体磁器組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】現在、圧電セラミックスは従来のレゾネ
ータやフィルターといった電子機器分野だけではなく、
センサーやアクチュエータといった電荷や変位を利用す
る製品等で幅広く使われており、その材料はチタン酸ジ
ルコン酸鉛(以下PZT)やチタン酸鉛(以下PT)と
いったペロブスカイト構造を有する強誘電体が一般的で
あった。これらの材料は第三成分や添加物等により良好
な圧電特性が得られているが、実用的な組成ではキュリ
ー点が200℃〜400℃程度のものが多く、それ以上
の温度では常誘電体となり圧電性が消失してしまうた
め、原子炉制御用等の超高温では使用できなかった。ま
た、酸化鉛(PbO)を60〜70wt% 程度含有してい
るため生態学的な見地および公害防止の面からも好まし
くない。
【0003】酸化鉛を含有しない圧電セラミックスとし
ては、上記と同様にペロブスカイト構造のBaTiO3
がよく知られている。また、特開平9−100156号
においては、同じペロブスカイト構造の組成(BiN
a)TiO3 −NaNbO3 のものが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記を用いた圧電セラ
ミックス材料は、 BaTiO3 は圧電的な電気特性(電気機械結合係
数)は大きく良好であるが、キュリー点が120℃と低
いために使用環境が極端に制限されてしまう、 特開平9−100156号に提案の組成(BiNa)
TiO3 −NaNbO3では電気機械結合係数が大きく
良好であるが、キュリー点が370℃以下のため、それ
以上の高温では使用できない、という問題がある。
【0005】そこで本発明は、酸化鉛を含有せず、電気
機械結合係数が所定値以上で、キュリー点が500℃以
上を示す圧電体磁器組成物を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)の構成により達成される。 (1) 主成分が2成分系の(1−x)Bia Tib
c 9 −xNap Biq Nbr 9 で表わされる固溶
体で、0<x<1の範囲のビスマス層状構造の圧電体磁
器組成物。上記式において、2.4<(1−x)a+x
q<3.1,0<b<1.1,0.9<(1−x)c+
xr<2.1,0<p<0.6を満たす。
【0007】
【作用および効果】本発明の圧電体磁器組成物は、Pb
Oを全く含有しないため、生態学的な見地および公害防
止の面から効果的である。
【0008】また、本発明の圧電体磁器組成物は、従来
のPbOを含有する材料(PZT、PT)だけでなく、
BaTiO3 や特開平9−100156号の組成と比較
してもキュリー点が高く、高温での使用が可能である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。本発明の圧電体磁器組成物は、主成
分が、酸化鉛を全く含有しない2成分系の(1−x)B
a Tib Nbc 9 −xNap Biq Nbr 9 で表
わされる固溶体で、0<x<1の範囲のビスマス層状構
造の圧電体磁器組成物である。
【0010】上記式において、2.4<(1−x)a+
xq<3.1,0<b<1.1,0.9<(1−x)c
+xr<2.1,0<p<0.6を満たす。なお、酸素
量は化学量論組成から偏倚していてもよい。
【0011】本発明の圧電体磁器組成物においては、各
成分の含有量、特にBiの含有量が上記範囲内のとき、
ビスマス層状構造を示し、高いキュリー点、具体的には
500℃以上を示す。本発明の2成分系の圧電体磁器組
成物(1−x)Bia TibNbc 9 −xNap Bi
q Nbr 9 では、通常組成では、a=3、b=1、c
=1、p=0.5、q=2.5そしてr=2である。す
なわち、(1−x)Bi3TiNbO9−xNa0.5Bi2.5Nb2O9である。
【0012】さらに、前記組成に加えて、添加物として
Mn等を添加してもよい。これらの添加物を加えること
により、機械品質係数Qmが格段に向上する。これらの
添加物の添加量は上記組成物に対して、好ましくは0.
005〜1wt% 、より好ましくは0.1〜0.8wt% 、
特に0.2〜0.5wt% の範囲が好ましい。通常、Mn
等の添加物は、MnCO3やMnCO4等の添加物の形で
添加される。
【0013】本発明の圧電体磁器組成物においては、結
晶形状がビスマス層状構造特有の針状あるいは板状を示
す。
【0014】次に、本発明の圧電体磁器組成物の製造方
法について説明する。出発原料として、酸化ビスマス
(Bi2 3 )、炭酸ナトリウム(Na2 Co3 )、酸
化チタン(TiO2 )、酸化ニオブ(Nb2 5 )の粉
末原料を使用する。好ましくは、100℃以上で十分に
乾燥した粉末原料を、最終組成が上記の本発明範囲とな
るよう秤量し、有機溶媒(例えば、アセトン等)中、5
〜20時間のボールミル混合を行い、粉末原料を十分に
混合する。混合した原料粉末は十分に乾燥させた後、プ
レス成形を施し、750〜900℃程度で1〜3時間程
度の仮焼処理を行なう。さらに、仮焼物をボールミル等
で10〜30時間粉砕した後、乾燥して、バインダーを
加えて造粒する。次いで、この造粒粉をプレス成型して
例えばペレット形状とし、400〜600℃で2〜4時
間の熱処理を行ってバインダーを揮発させた後、900
℃〜1350℃程度で2〜4時間の本焼成を行う。焼成
条件は、昇温、降温ともに、毎分80〜150℃程度で
ある。本焼成により得られた圧電体磁器組成物は、必要
により研磨され、電極が設けられる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。出発原料として、酸化ビスマ
ス(Bi2 3 )、炭酸ナトリウム(Na2 Co3 )、
酸化チタン(TiO2 )、酸化ニオブ(Nb2 5 )の
粉末原料を使用し、最終の2成分系の圧電体磁器組成物
の組成(1−x)Bi3 TiNbO9 −xNa0.5 Bi
2.5 Nb2 9 でxの値が表1となるように秤量し、ア
セトン溶媒中でジルコニアボールを使い約10時間のボ
ールミル混合を行った。混合した原料粉末は十分に乾燥
させた後、プレス成形を施し800℃で2時間の仮焼成
をした。再度これらをボールミル粉砕した後、乾燥し
て、バインダーとしてP.V.A(ポリビニルアルコー
ル)を適量加えて造粒した。造粒粉は一軸プレス成型器
を用いて196MPaの加重で直径20mm、厚み約1.5m
mの円盤状ペレットに成形した。成形した試料は500
℃で3時間の熱処理を行ってバインダーを揮発させた
後、表1に示す焼成温度1100℃、焼成時間2時間で
本焼成を行った。焼成条件は、昇温・降温ともに100
℃/分である。本焼成により得られた試料を厚さ約0.
5mmの平行平版に研磨した後、銀ペーストを550℃で
焼き付け、電極とした。その後、200℃のシリコンオ
イルバス中で約7MV/mmの電界を約30分間印加した。
その後、インピーダンスアナライザーで広がり方向機械
的品質係数Qmの測定をした。そしてダイシングソーで
切り出し、実施例の圧電体サンプルNo. 1〜5を得た。
【0016】得られた圧電体サンプルNo. 1〜5の圧電
体磁器組成物につき、X線回折測定を行なった。結果を
図1に示した。次いで、上記圧電体サンプルNo. 1〜5
の圧電体磁器組成物につき、格子定数を導き出した。結
果を表1に示した。図1に示された面指数やc軸のみが
非常に大きい(a軸、b軸に対して約5倍)格子定数か
ら、本実施例の圧電体磁器組成物は、ビスマス層状構造
を有していることが分かる。
【0017】更に、得られた各圧電体サンプルについ
て、キュリー点、たて方向電気機械結合係数(k33)
の測定を行なった。その結果を表1に示した。なお、た
て方向電気機械結合係数(k33)および機械的品質係
数(Qm)はEMAS6000シリーズ(電子材料工業
界)に従い、インピーダンスアナライザーを使って共
振、反共振法により算出した。
【0018】
【表1】
【0019】比較例 実施例1において、原料にチタン酸バリウム(BaTi
3 )および0.97(Bi0.5 Na0.5 )TiO3
0.03NaNbO3 を用いた他は実施例1と同様にし
て比較例の圧電体サンプルNo. 6および7を得た。得ら
れた圧電体サンプルNo. 6、7について、実施例1と同
様にして、キュリー点、たて方向電気機械結合係数(k
33)および機械的品質係数(Qm)の測定を行なっ
た。その結果も表1に示した。
【0020】表1より本発明に係る圧電磁器組成物は、
酸化鉛を全く含まない圧電セラミックスBaTiO3
(BiNa)TiO3 −NaNbO3 と比較して格段に
高いキュリー点を有しているため、従来では使用不可能
であった高い温度でも圧電性を消失しない組成が得られ
ている。なお、本発明の実施例のサンプルについては、
たて方向電気機械結合係数(k33)が実施例のサンプ
ルに比べて低いが、いずれも6%以上を示しており、特
に高温用センサーやレゾネータ等用として問題のない値
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】サンプルNo. 1〜5のX線回折の結果を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−87557(JP,A) Geguzina,G.A.et a l,「PROBLEMS OF SEA RCH FOR NOVEL Bi−C ONTAINING LAYERED PEROVSKITE−LIKE HI GH−Tc FERROELECTRI CS」Ferroelectrics (1995),第167巻、第311−320頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/42 - 35/49 C04B 35/495 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分が2成分系の(1−x)Bia
    b Nbc 9 −xNap Biq Nbr 9 で表わされ
    る固溶体で、0<x<1の範囲のビスマス層状構造の圧
    電体磁器組成物。上記式において、2.4<(1−x)
    a+xq<3.1,0<b<1.1,0.9<(1−
    x)c+xr<2.1,0<p<0.6を満たす。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020036282A1 (en) * 1998-10-19 2002-03-28 Yet-Ming Chiang Electromechanical actuators
US6231779B1 (en) 1997-10-20 2001-05-15 Massachusetts Institute Of Technology Piezoelectric actuators and method of making same
JP4369558B2 (ja) 1999-06-21 2009-11-25 Tdk株式会社 圧電セラミックス
US6514427B2 (en) * 1999-10-18 2003-02-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element containing the same
EP1375448A3 (en) 2000-02-08 2004-01-28 TDK Corporation Piezoelectric ceramics
JP3791299B2 (ja) * 2000-05-18 2006-06-28 株式会社村田製作所 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子
JP2001335362A (ja) * 2000-05-26 2001-12-04 Tdk Corp 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電デバイス
JP2002173369A (ja) * 2000-07-28 2002-06-21 Tdk Corp 圧電セラミックス
JP3944372B2 (ja) * 2001-09-21 2007-07-11 株式会社東芝 圧電薄膜振動子及びこれを用いた周波数可変共振器
JP5294441B2 (ja) * 2006-03-30 2013-09-18 双信電機株式会社 電子部品
JP4804449B2 (ja) * 2007-12-25 2011-11-02 京セラ株式会社 圧電磁器および圧電素子
US20110128665A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Avx Corporation Ceramic Capacitors for High Temperature Applications

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09100156A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Nikon Corp 誘電体磁器組成物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Geguzina,G.A.et al,「PROBLEMS OF SEARCH FOR NOVEL Bi−CONTAINING LAYERED PEROVSKITE−LIKE HIGH−Tc FERROELECTRICS」Ferroelectrics(1995),第167巻、第311−320頁

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