JP4099979B2

JP4099979B2 - 圧電磁器組成物

Info

Publication number: JP4099979B2
Application number: JP2001360033A
Authority: JP
Inventors: 哲也森村; 勇吉澤; 勝弘堀川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2003165771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電磁器組成物、詳しくは、１０００℃以下の低温焼成が可能で、かつ比誘電率の大きい圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電磁器には、優れた圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成物が広く用いられてきた。しかし、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成物は、焼成温度が１０５０℃以上と高いので、電極と共焼結する際に、高コストのパラジウムを主成分として含む電極材料を用いなければならなかった。このため、安価な銀などを主成分として含む電極材料を用いることができるよう、１０００℃以下の低温焼成が可能な圧電磁器組成物が要請されていた。
【０００３】
これを受けて、１０００℃以下の低温焼成が可能な圧電磁器組成物として、コバルト酸タングステン酸鉛Ｐｂ（Ｃｏ_1/2Ｗ_1/2）Ｏ₃とチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ₃とからなる２成分磁器組成物が提案されている。（特開昭５４−９１７９９参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の２成分磁器組成物においては誘電率が小さいので、大きな誘電率が必要とされる用途には使用できないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、１０００℃以下の低温焼成が可能で、誘電率の大きい圧電磁器組成物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る圧電磁器組成物は、一般式Ｐｂ_a（Ｃｏα_/2Ｗ_(2-α_)/2）_bＴｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主成分に対して、副成分として、Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５〜１．０５である）よりなる群から選ばれる１種以上を、１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％含有させることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明に係る圧電磁器組成物は、一般式Ｐｂ_a（Ｃｏα_/2Ｗ_(2-α_)/2）_bＴｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．００を満足する主成分に対して、副成分として、ＭｎをＭｎＯ₂に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍｏｌ％含有させることを特徴とする。
【０００８】
このような組成にすることにより、１０００℃以下の低温焼成が可能であり、かつ、誘電率の大きい圧電磁器組成物が得られる。
【０００９】
また、第３の発明に係る圧電磁器組成物は、上記圧電磁器組成物におけるＰｂ原子の２０ｍｏｌ％以下を、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒよりなる群から選ばれた１種以上の元素で置換したことを特徴とする。
【００１０】
このような組成にすることにより、焼結密度の高い圧電磁器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電磁器組成物において、上記のように組成範囲を限定した理由を説明する。
【００１２】
Ｐｂ量ａに関して、０．９０≦ａ≦１．０５としたのは、ａの値が０．９０より小さい場合、磁器の焼結性が低下して１０００℃以下の低温焼成ができないからであり、ａの値が１．０５より大きい場合、焼結体の強度が著しく低下して加工が困難になるからである。
【００１３】
（Ｃｏα_/2Ｗ_(2-α_)/2）量ｂに関して、０．２１≦ｂ≦０．３３としたのは、ｂの値が０．２１より小さい場合、比誘電率εｒが小さくなるからであり、ｂの値が０．３３より大きい場合、キュリー温度が低下して圧電体としての利用が困難になるからである。
【００１４】
Ｃｏ量αに関して、０．９５≦α≦１．１０としたのは、αの値が０．９５より小さい場合、焼結体の変形量が大きくなりその後の工程に支障が出るためであり、αの値が１．１０より大きい場合、磁器の絶縁性が低下し分極処理が困難になるからである。
【００１５】
Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５〜１．０５である）よりなる群から選ばれる１種以上含有させる量を１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％としたのは、１ｍｏｌ％より少ない場合、磁器の絶縁性が低下し分極処理が困難になるからであり、２０ｍｏｌ％より多い場合、キュリー温度が低下して圧電体のとしての利用が困難になるからである。
【００１６】
このとき、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を０．９５〜１．０５としたのは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値が０．９５より小さい場合、焼結性が低下して緻密な磁器が得られないからであり、１．０５より大きい場合、磁器の絶縁性が低下して分極処理が困難になるからである。
【００１７】
副成分のＭｎ量に関して、ＭｎＯ₂に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍｏｌ％としたのは、この範囲外において絶縁性改善効果が得られないからである。
【００１８】
Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒよりなる群から選ばれた１種以上の元素によるＰｂ原子の置換量を２０ｍｏｌ％以下としたのは、２０ｍｏｌ％を超えると焼結性改善効果が見られないからである。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について説明する。
圧電磁器の素原料として、Ｐｂ₃Ｏ₄、Ｃｏ₃Ｏ₄、ＷＯ₃、ＴｉＯ₂、ＭｎＣＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＢａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、およびＣａＣＯ₃を用意した。ただし、素原料は、他の酸化物や最終的に酸化物になるような他の化合物であってもよい。これらの素原料を表１の組成になるように秤量し、以下の工程を経て試料１〜５０を作製した。
【００２０】
【表１】

【００２１】
素原料を湿式で混合粉砕した後、８００〜１０００℃の温度で２時間仮焼した。次に、得られた仮焼粉を粉砕し、酢酸ビニル樹脂をバインダとして造粒を行なった後、プレス成形によってφ１２ｍｍ×１．２ｍｍの円板状の成形体を作製した。次に、成形体を１０００℃で３時間焼成し板状焼結体を得た。次に、焼結体にラップ研磨を施し１．０ｍの厚みにして、焼結体の主面に銀電極を蒸着した後、１００℃のシリコンオイル中で３．５ｋＶ／ｍｍの電界を６０分印加して、分極処理を行なった。
【００２２】
このようにして得られた試料１〜５０について、焼結体の焼結密度、絶縁性、キュリー温度、比誘電率を測定し、その結果を表２に示した。なお、表１および表２において、試料番号に＊が付されているものは、本発明の範囲外にある比較例に相当する。なお、絶縁性は、上記円板試料の絶縁抵抗をρ（Ω・ｃｍ）としてｌｏｇρで示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
以下、表１および表２に基づいて説明する。
試料１のようにａ＜０．９０の場合、焼結密度が７．５ｇ／ｃｍ³を下回って低下するため好ましくない。一方、試料５のように１．０５＜ａの場合、磁器の強度が低下して焼結体を加工することができなかった。よって、０．９０≦ａ≦１．０５の範囲において、焼結密度が高く、かつ強度が十分な圧電磁器が得られる。
【００２５】
また、試料６のようにｂ＜０．２１の場合、比誘電率εｒが３００を下回って小さくなるため好ましくない。一方、試料９のように０．３３＜ｂの場合、キュリー温度が１５０℃未満に低下し実用的な圧電体としては利用できない。よって、０．２１≦ｂ≦０．３３の範囲において、焼結密度が高く、かつ実用的な圧電体が得られる。
【００２６】
また、試料１０のようにα＜０．９５の場合、焼結体の変形が大きく焼結体の加工ができない。一方、試料１４のように１．１０＜αの場合、ｌｏｇρの値が１０を下回って低下するため圧電体の分極処理が困難になる。よって、０．９５≦α≦１．１０の範囲において、変形しにくく、かつ分極処理しやすい圧電体が得られる。
【００２７】
また、試料１５、２６のように、副成分である鉛酸化物の含有量が１ｍｏｌ％未満である場合、ｌｏｇρの値が１０を下回り、絶縁性はそれほど改善されない。一方、試料１９、３０のように、副成分である鉛酸化物の含有量が２０ｍｏｌ％を超える場合、キュリー温度が１５０℃未満に低下し、実用的な圧電体として利用できない。
【００２８】
さらに、試料２０のようにＡ＜０．９５の場合、焼結密度が低下する。一方、試料２５のように１．０５＜Ａの場合、絶縁性がかえって低下する。このことは、Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様である。よって、副成分としてＰｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５以上１．０５以下の範囲の値をとる）よりなる群から選ばれる１種以上の鉛酸化物を１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％含有する場合、ｌｏｇρの値が１１以上となり、分極処理が特に容易になるので好ましい。
【００２９】
また、試料３７のようにＭｎＣＯ₃の添加量が０．５ｍｏｌ％未満である場合、絶縁性はそれほど改善されない。一方、試料４３のようにＭｎＣＯ₃の含有量が７．５％を超える場合、絶縁性がかえって低下する。よって、副成分としてＭｎをＭｎＣＯ₃に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍｏｌ％含有する場合、ｌｏｇρの値が１２以上となり、分極処理が特に容易になるので好ましい。
【００３０】
また、Ｐｂ原子をＳｒによって置換するときに、試料４８のように置換量が２０ｍｏｌ％を超える場合では、焼結密度の改善が見られない。一方、試料４４〜４７のように置換量が２０ｍｏｌ％以下である場合、焼結密度が若干向上するのでこの範囲が好ましい。また、試料４９、５０のように、Ｃａ、Ｂａによって置換する場合も、同様に焼結密度が若干向上する。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る圧電磁器組成物は、１０００℃以下の低温焼成が可能であり、誘電率が大きく、分極処理がしやすい。また、本発明に係る圧電磁器組成物を用いれば、焼結密度が高く、適度なキュリー温度を有する実用的な圧電磁器が得られる。

Claims

一般式Ｐｂ_a（Ｃｏα_/2Ｗ_(2-α_)/2）_bＴｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主成分に対して、
副成分として、Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５〜１．０５である）よりなる群から選ばれる１種以上を、１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％含有させることを特徴とする圧電磁器組成物。
一般式Ｐｂ_a（Ｃｏα_/2Ｗ_(2-α_)/2）_bＴｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．００を満足する主成分に対して、
副成分として、ＭｎをＭｎＯ₂に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍｏｌ％含有させることを特徴とする圧電磁器組成物。
Ｐｂ原子の２０ｍｏｌ％以下を、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒよりなる群から選ばれた１種以上の元素で置換したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電磁器組成物。