JP5934927B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであって、良好な特性を得られる圧電磁器組成物を提供するものである。
aのいずれかを含んで選択される1つ以上の元素、B元素は、Nb,Ta,Sbのうち少なくともNbを含んで選択される1つ以上の元素)で表され、常温常圧においてa軸の格子定数aとb軸の格子定数bとの格子定数比a/bが、a/b≦1.0005である、疑似正方晶(a≒b>c)をなす第1結晶相と、上記組成式ABO3で表され、常温常圧に
おいて正方晶(a=b>c)をなす第2結晶相と、を含み、組成式A 6 B 10.8 O 30 で表される第3結晶相を、6wt%以下の割合で含む圧電磁器組成物である。
そして、このような良好な特性が得られる理由としては、第1結晶相が疑似正方晶(a≒b>c)となっているため、第1結晶相において対称性が増し、a軸とb軸の格子整合が得られるために、結晶成長が促進されることが考えられる。また、(100)面,(011)面で配向が生じやすくなる、第1結晶相に格子欠陥及び格子歪みを内在するので、分極反転が生じやすい、などの理由も考えられる。
先ず、本実施例1〜12及び比較例1〜8に係る圧電磁器組成物の製造について説明する。KHCO3,NaHCO3,Li2CO3,Nb2O5,Ta2O5,Sb2O3、Bi2O3,Fe2O3の原料粉末(いずれも試薬1級、純度99%)を、各々の組成中の各金属元素の割合(モル比)を満たすように、それぞれの金属元素を含有する化合物を秤量し、ボールミル等の混合方法によりエタノール等の溶剤と混合して混合スラリーを得る。
なお、それぞれの金属元素を含有する化合物の種類は特に限定されないが、各金属元素の酸化物、炭酸塩、または重炭酸塩等を好適に用いることができる。
次いで、得られた混合スラリーを、乾燥し仮焼した後に、焼結物を自動乳鉢で粉砕する。粉砕はボールミル等の方法により行う。かくして、圧電セラミックス粉末(仮焼/粉砕粉)を製造する。
〜12及び比較例1〜8に係る組成物試料を得る。
なお、解析ソフトに使用するデータカードとして、ABO3斜方晶(第1結晶相とする)については、日本結晶学会:00−000−8445のKNbO3斜方晶(KNN(Amm2))のAサイトのKをNa置換50%として格子定数を再計算したデータカードを用いた。また、ABO3正方晶(第2結晶相とする)については、日本結晶学会:00−000−8444のKNbO3正方晶(KNN(P4mm)a>c)のAサイトのKをNa置換50%として格子定数を再計算したデータカードを用いた。さらに、A6B10.8O30正方晶(第3結晶相とする)については、K6Nb10.8O30に関する、ICDD:01−070−5051のデータカードを用いた。
例えば、図2に示す,実施例2の試料についてのXRDの測定結果について、ABO3斜方晶の存在を考慮せず、図2(b)に示すように、ABO3正方晶(KNN(P4mm)c>a)のデータカードのみ(あるいは、これとA6B10.8O30正方晶のデータカードと)を用いたカーブフィッティング(リートベルト解析)を行っても、十分適合させられない(残差S=3.51)。
但し、このABO3正方晶(KNN(P4mm)c>a)のデータカードとしては、日本結晶学会:00−000−8444のKNbO3正方晶(KNN(P4mm)c>a)のAサイトのKをNa置換50%として格子定数を再計算したデータカードを用いた。
なお、元素Bi,Feについては、SEMのEDS分析によっても、Bi及びFeが特定の場所に偏析している様子がなく、全体に分布している。このことから、元素Bi,Feについては、BiFeO3の結晶相として存在するのではなく、Bi,Feがそれぞれ第1,第2結晶相、あるいは第1〜第3結晶相に固溶していると考えられる。
つまり、第1結晶相の格子定数比a/bを、a/b≦1.0005とすることで、結合係数KpがKp≧40%の、良好な特性を有する圧電磁器組成物が得られることが判る。
この図1及び表1,表2を参照すれば理解できるように、その組成中に第3結晶相(A6B10.8O30正方晶)が生じている試料(実施例2〜9,11,12,比較例4〜7)では、第3結晶相の比率wと結合係数Kpとの間には、負の相関関係が認められ、第3結晶相の比率wが増加すると、結合係数Kpは直線的に減少する傾向にあることが判る。
そして、6wt%以下の第3結晶相を含む試料(実施例2〜9,11,12)では、いずれも結合係数Kpが、Kp≧40%となることが判る。
各実施例等では、添加物元素としてBi及びFeを添加した場合について記載したが、ペロブスカイト型のニオブ酸アルカリ系の圧電磁器組成物のAサイト、もしくはBサイトを置換して、点欠陥を生成し、Aサイト欠陥許容量を増加させるという目的を達成する添加物元素種としては、この限りではない。具体的には、Cu,Mn,Si,Ba,Zr,Agが挙げられる。
Claims (2)
- 組成式ABO3(A元素は、Li,K,Naのうち少なくともK,Naのいずれかを含
んで選択される1つ以上の元素、B元素は、Nb,Ta,Sbのうち少なくともNbを含んで選択される1つ以上の元素)で表され、常温常圧においてa軸の格子定数aとb軸の格子定数bとの格子定数比a/bが、a/b≦1.0005である、疑似正方晶(a≒b>c)をなす第1結晶相と、
上記組成式ABO3で表され、常温常圧において正方晶(a=b>c)をなす第2結晶
相と、を含み、
組成式A 6 B 10.8 O 30 で表される第3結晶相を、6wt%以下の割合で含む
圧電磁器組成物。 - 請求項1に記載の圧電磁器組成物であって、
添加物元素Biを0<u≦1.5で規定される重量百分率u(wt%)で含み、かつ、
添加物元素Feを0<v≦0.4で規定される重量百分率v(wt%)で含む
圧電磁器組成物。
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