JP4141052B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、波動デバイス、センサー、アクチュエーター等に用いられる圧電磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の圧電磁器組成物としては、二成分で構成されるPZT(PbTiO3−PbZrO3)系磁器や三成分で構成されるPCM[PbTiO3−PbZrO3−Pb(Mg0.5Nb0.5)TiO3]系磁器が主に用いられてきた。その理由としては、上記の組成物が大きな圧電性を示すことはもちろんであるが、それとともに、その用途がセンサー、アクチュエーター、フィルター等多種にわたり、各用途に要求される特性も様々であるのに対し、上記組成系では、各成分量の割合を調整することにより、要求に対応した特性に適宜に操作できるからである。
【0003】
しかし、これらの組成物は、いずれも鉛を主成分とするもので、原料比で酸化鉛として60wt%以上も含まれている。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮焼、焼結等の製造時に揮発したり、また、産業廃棄物中から溶出することも考えられる。しかし、この対策をするには、設備設置のため膨大な費用を投じなければならない。そこで、無鉛で、大きな圧電特性を示す材料が要望されている。
【0004】
また、既存の無鉛圧電磁器組成物、一般式(Bi0.5Na0.5)TiO3は、電気機械結合係数、誘電率の値が低く、センサー、アクチュエーター等の用途に適用することは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決し、無鉛で、高い電気機械結合係数、誘電率を有する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】
本発明は、一般式(1−X)(Bi0.5Na0.5)TiO3−XNaSbO3で表され、Xが0.1≦X≦0.4の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物である。
【0007】
【発明の実施の形態】
主成分原料として、化学的に高純度であるBi2O3、Na2CO3、TiO2、Sb2O5を用いた。これらを一般式(1−X)(Bi0.5Na0.5)TiO3−XNaSbO3(0≦X≦0.7)に対し化学量論的に配合し、ボールミルによりエタノール中で20時間混合した。これを800℃で1時間保持して仮焼し、次に、10時間粉砕を行った。バインダーとしてポリビニルアルコールを用い造粒し、圧力1ton/cm2で直径20mm、厚さ1mmの円板状に加圧成形した。焼成は、温度1050〜1200℃で2時間保持して行った。
【0008】
この焼結体の両面に銀電極を設け、100℃のシリコーンオイル中で直流電圧4kV/mmを電極間に加え、焼結体を厚み方向に分極した。
【0009】
そして、これらの試料について圧電、誘電特性の測定を行った。圧電特性は、LFインピーダンスアナライザーを用い、共振−反共振法により電気機械結合係数k33、kp、kt、機械的品質係数Qmを算出し、評価した。また、誘電特性は、LCRメータを用いて周波数1MHzで測定を行い、比誘電率ε33 t/ε0で評価した。
【0010】
表1に、(1−X)(Bi0.5Na0.5)TiO3−XNaSbO3において、0≦X≦0.7の範囲におけるk33、kp、kt、Qm、及びε33 t/ε0を示す。
【0011】
【表1】
【0012】
表1において、ktはX=0.2で、最大値54.7、ε33 t/ε0もX=0.2で、最大値1462であり、(Bi0.5Na0.5)TiO3に対し、kt、ε33 t/ε0とも改善がみられた。しかし、0.1≦X≦0.4の範囲外では、ktが40%以下と非常に小さく、実用化は難しいことがわかった。
【0013】
以上より、(Bi0.5Na0.5)TiO3にNaSbO3を10〜40mol%固溶させることにより、(Bi0.5Na0.5)TiO3のkt、ε33 t/ε0とも改善することができ、アクチュエーター等の用途への適用が可能となる。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無鉛で、高い電気機械結合係数、誘電率を有する圧電磁器組成物を提供することができた。
Claims (1)
- 一般式(1−X)(Bi0.5Na0.5)TiO3−XNaSbO3で表され、Xが0.1≦X≦0.4の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物。
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