JPH0220588B2 - - Google Patents
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- JPH0220588B2 JPH0220588B2 JP61207175A JP20717586A JPH0220588B2 JP H0220588 B2 JPH0220588 B2 JP H0220588B2 JP 61207175 A JP61207175 A JP 61207175A JP 20717586 A JP20717586 A JP 20717586A JP H0220588 B2 JPH0220588 B2 JP H0220588B2
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Landscapes
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は例えば電気的エネルギーを機械的エネ
ルギーに、また機械的エネルギーを電気的エネル
ギーに変換する素子の材料として用いる強誘電性
圧電磁器組成物に関する。
ルギーに、また機械的エネルギーを電気的エネル
ギーに変換する素子の材料として用いる強誘電性
圧電磁器組成物に関する。
（従来の技術）
PbZrO3−PbTiO3の固溶体（PZT）にはモル
フオトピツク相転移（MPB）が存在し、この
MPB付近で圧電性が極大を示すことが明らかに
されてから、セラミクスの圧電材料としての利用
範囲は大幅に広がつた。
フオトピツク相転移（MPB）が存在し、この
MPB付近で圧電性が極大を示すことが明らかに
されてから、セラミクスの圧電材料としての利用
範囲は大幅に広がつた。
この後、上記PZTに代わるものとして３成分
系のPb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3
（PCM：商品名）が開発され、このPCMはMPB
が点から線に拡張されるため更に用途が広くなつ
た。そして、上記３成分系のセラミクス組成物に
対し各種の特性改善が試みられた。例えば特公昭
44−17103号に開示される強誘電性圧電磁器組成
物はPb（Mg1/3Nb2/3）O2−PbTiO3−PbTiO3に
おけるPb原子の一部をSrで置換したものであり。
斯る組成とすることで、電気機械結合係数及び誘
電率が大で、共振抵抗が小さい電気機械変換素子
を得ることができるというものである。
系のPb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3
（PCM：商品名）が開発され、このPCMはMPB
が点から線に拡張されるため更に用途が広くなつ
た。そして、上記３成分系のセラミクス組成物に
対し各種の特性改善が試みられた。例えば特公昭
44−17103号に開示される強誘電性圧電磁器組成
物はPb（Mg1/3Nb2/3）O2−PbTiO3−PbTiO3に
おけるPb原子の一部をSrで置換したものであり。
斯る組成とすることで、電気機械結合係数及び誘
電率が大で、共振抵抗が小さい電気機械変換素子
を得ることができるというものである。
（考案が解決しようとする問題点）
上述した強誘電性圧電磁器組成物によれば使用
目的に応じて選択できる諸定数の幅が広くなり、
圧電セラミクスの用途は更に広がるのであるが、
用途によつては上記組成物では十分な圧電特性が
得られない。
目的に応じて選択できる諸定数の幅が広くなり、
圧電セラミクスの用途は更に広がるのであるが、
用途によつては上記組成物では十分な圧電特性が
得られない。
例えば、アクチユエータとして圧電セラミクス
を使用する場合、上述した組成物を焼成すること
よつて得られる圧電セラミクスよりも更に高い
RD（相対密度）、ε（誘電率）、Kp（径方向結合係
数）及びd31（電圧印加に伴なうひずみ）が要求さ
れ、また将来的には圧電セラミクスを積層するこ
とが予想され、この場合には現在よりも低温で焼
成することが必要となる。
を使用する場合、上述した組成物を焼成すること
よつて得られる圧電セラミクスよりも更に高い
RD（相対密度）、ε（誘電率）、Kp（径方向結合係
数）及びd31（電圧印加に伴なうひずみ）が要求さ
れ、また将来的には圧電セラミクスを積層するこ
とが予想され、この場合には現在よりも低温で焼
成することが必要となる。
（問題点を解決するための手段）
上記問題点を解決すべく本発明は、Pb（Mg1/3
Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系磁器組成物の
Pb原子の一部をSrで置換した磁器組成物に対し、
更にSnOを単独で、又はSnOとZnOを、若しくは
SnO，ZnOとBi2O3又はNiOを添加した。
Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系磁器組成物の
Pb原子の一部をSrで置換した磁器組成物に対し、
更にSnOを単独で、又はSnOとZnOを、若しくは
SnO，ZnOとBi2O3又はNiOを添加した。
（作用）
Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系磁
器組成物のPb原子の一部をSrで置換するととも
にSnO等を添加した組成物を焼成した後、これに
直流電圧を印加することで、RD，ε，Kp又は
d31の特性が優れた素子が得られる。
器組成物のPb原子の一部をSrで置換するととも
にSnO等を添加した組成物を焼成した後、これに
直流電圧を印加することで、RD，ε，Kp又は
d31の特性が優れた素子が得られる。
（実施例）
本発明は第１乃至第４の発明に分けられ、第１
発明はSnOを添加した組成物、第２発明はZnOと
SnOを添加した組成物、第３発明はZnO，Bi2O3
及びSnOを添加した組成物、第４発明はZnO，
NiO及びSnOを添加した組成物であり、実施例に
あつてはSnO，ZnO，Bi2O3及びNiO以外の組成
については固定したものとし、これらについて実
験を行つた。
発明はSnOを添加した組成物、第２発明はZnOと
SnOを添加した組成物、第３発明はZnO，Bi2O3
及びSnOを添加した組成物、第４発明はZnO，
NiO及びSnOを添加した組成物であり、実施例に
あつてはSnO，ZnO，Bi2O3及びNiO以外の組成
については固定したものとし、これらについて実
験を行つた。
即ち第１発明については、
37.5Pb（Mg1/3Nb2/3）O3
＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3
＋5SrTiO3＋XSnO …
ただし、Ｘ＝０，0.2，0.5，1.0，2.0，3.0，
4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，
10.0。
第２発明については、
37.5Pb（Mg1/3Nb2/3）O3
＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3
＋5SrTiO3＋YZnO＋XSnO …
ただし、Ｙ＝1.0，2.0，3.0
Ｘ＝０，0.2，0.5，1.0，2.0，3.0，
4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，
10.0。
第３発明については、
37.5Pb（Mg1/3Nb2/3）O3＋32.5PbTiO3
＋25.0PbZrO3＋5SrTiO3＋ZZnO
＋YBi2O3＋XSnO …
ただし、Ｚ＝1.0，2.0，3.0
Ｙ＝0.5，1.0，2.0
Ｘ＝０，0.2，0.5，1.0，2.0，3.0，
4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，
10.0。
第４発明については、
37.5Pb（Mg1/3Nb2/3）O3＋32.5PbTiO3
＋25.0PbZrO3＋5SrTiO3＋ZZnO
＋YNiO＋XSnO …
ただし、Ｚ＝1.0，2.0，3.0
Ｙ＝0.5，1.0，2.0
Ｘ＝０，O.2，0.5，1.0，2.0，3.0，
4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，
10.0。
以上の組成からなる組成物から磁器（素子）を
作成するには以下の手順で行う。
作成するには以下の手順で行う。
先ず化学的純度98％以上の酸化物又は炭酸塩を
用意し、これを原料として上記各式の配合組成と
なるように秤量しゴム内張りをしたボールミルに
て12時間湿式混合を行つて均一な混合物とする。
そしてこの混合物を乾燥せしめた後1020℃で２時
間予備焼成を行い、次いでボールミルにて12時間
湿式粉砕する。この後粉砕物を乾燥せしめ、少量
の有機バインダーを加えて整粒したものを圧力
1000Kg／cm2で直径22mm厚さ２mmの円板に成形し、
この円板をアルミナルツボの密閉容器内で所定の
温度で２時間保持し焼成する。ここで所定の温度
とは本実施例にあつては、1210℃、1220℃、1230
℃、1240℃及び1250℃の５水準とする。
用意し、これを原料として上記各式の配合組成と
なるように秤量しゴム内張りをしたボールミルに
て12時間湿式混合を行つて均一な混合物とする。
そしてこの混合物を乾燥せしめた後1020℃で２時
間予備焼成を行い、次いでボールミルにて12時間
湿式粉砕する。この後粉砕物を乾燥せしめ、少量
の有機バインダーを加えて整粒したものを圧力
1000Kg／cm2で直径22mm厚さ２mmの円板に成形し、
この円板をアルミナルツボの密閉容器内で所定の
温度で２時間保持し焼成する。ここで所定の温度
とは本実施例にあつては、1210℃、1220℃、1230
℃、1240℃及び1250℃の５水準とする。
次いで焼成した円板を研摩した後、円板の両面
に銀電極を塗布して焼付け、更にシリコンオイル
中に浸漬し常温で1.6〜1.8kv／mmの直流電界を20
分間印加し分極を行うことで目的とする磁器を得
る。
に銀電極を塗布して焼付け、更にシリコンオイル
中に浸漬し常温で1.6〜1.8kv／mmの直流電界を20
分間印加し分極を行うことで目的とする磁器を得
る。
添付した図面は以上のの如くして得られた磁器
の諸特性を示すものであり、各図のＡがSnOの
mol％と諸特性の関係を示す図表であり、各図の
ＢはSnOのmol％と諸特性の関係を示すグラフで
ある。尚、測定値は同一条件で作成した試料（４
個以上）のうち平均値に近いものの値を採用し、
また図中の記号の意味は以下の通りである。
の諸特性を示すものであり、各図のＡがSnOの
mol％と諸特性の関係を示す図表であり、各図の
ＢはSnOのmol％と諸特性の関係を示すグラフで
ある。尚、測定値は同一条件で作成した試料（４
個以上）のうち平均値に近いものの値を採用し、
また図中の記号の意味は以下の通りである。
RD（％）：相対密度。この値が大きくなる程抗
折強度が向上する。
折強度が向上する。
ε：誘電率。この値が大きい方が圧電素子とし
ての特性に優れる。
ての特性に優れる。
Kp：径方向結合係数。誘電率と同様に値は大
きい方が優れる。
きい方が優れる。
d31：素子に電圧を印加した場合に印加方向に
対して直交する方向のひずみ。この値が大きけれ
ばアクチユエータとして用いる場合の特性が優れ
る。
対して直交する方向のひずみ。この値が大きけれ
ばアクチユエータとして用いる場合の特性が優れ
る。
Qm：電気機械品質係数。この値は大きい方が
好ましい。
好ましい。
tanδ：誘電損失。この値は小さい方が好まし
い。
い。
第１図Ａ，Ｂ乃至第５図Ａ，Ｂは第１発明に包
合される実験例の結果を示し、これらの図から明
らかなように、SnOを添加することにより、RD，
ε，Kp及びd31が増加する。そして上記傾向は
2mol％及び3mol％添加付近で最高値を示す。ま
た、SnOの添加によりQmが若干低下しtanδは若
干上昇する。これらQmの低下及びtanδの上昇と
前記RD，ε，Kp及びd31の増加を考慮した場合、
SnO添加割合としては、0.2〜8.0mol％が適当で
ある。
合される実験例の結果を示し、これらの図から明
らかなように、SnOを添加することにより、RD，
ε，Kp及びd31が増加する。そして上記傾向は
2mol％及び3mol％添加付近で最高値を示す。ま
た、SnOの添加によりQmが若干低下しtanδは若
干上昇する。これらQmの低下及びtanδの上昇と
前記RD，ε，Kp及びd31の増加を考慮した場合、
SnO添加割合としては、0.2〜8.0mol％が適当で
ある。
第６図Ａ，Ｂ乃至第２０図Ａ，Ｂは第２発明に
包合される実験例の結果を示し、これらの図から
明らかなように、SnOの添加により前記同様、
RD，ε，Kp，d31が増加し、特にこの第２発明
にあつてはZnOを添加することにより、焼成温度
の低下に伴つてSnOの添加の効果が顕著に現れる
ことが分る。したがつて、焼結性の面において
ZnOの添加による効果が発揮される。尚、ZnOの
添加割合としては1.0〜3.0mol％が適当であつた。
包合される実験例の結果を示し、これらの図から
明らかなように、SnOの添加により前記同様、
RD，ε，Kp，d31が増加し、特にこの第２発明
にあつてはZnOを添加することにより、焼成温度
の低下に伴つてSnOの添加の効果が顕著に現れる
ことが分る。したがつて、焼結性の面において
ZnOの添加による効果が発揮される。尚、ZnOの
添加割合としては1.0〜3.0mol％が適当であつた。
第２１図Ａ，Ｂ乃至第３５図Ａ，Ｂは第３発明
に包合される実験例の結果を示し、これらの図か
ら、SnOの添加量の増加に伴つて、εが大幅に増
加し、RDに関しては低温においてSnOの添加の
効果が顕著に現れることが分る。また、Bi2O3の
添加を多くすると、Qm，Kp及びd31が低下する
傾向が生じるため、Bi2O3の添加割合としては0.5
〜2.0mol％が適当である。
に包合される実験例の結果を示し、これらの図か
ら、SnOの添加量の増加に伴つて、εが大幅に増
加し、RDに関しては低温においてSnOの添加の
効果が顕著に現れることが分る。また、Bi2O3の
添加を多くすると、Qm，Kp及びd31が低下する
傾向が生じるため、Bi2O3の添加割合としては0.5
〜2.0mol％が適当である。
第３６図Ａ，Ｂ乃至５０図Ａ，Ｂは第４発明に
包合される実験例の結果を示し、これらの図か
ら、SnOを添加することによりεが増大し、特に
Kp，d31についてはNiOを1.0〜2.0mol％、SnOを
1.0〜3.0amol％とした場合、Kp，d31が大幅に増
加する傾向を示す。
包合される実験例の結果を示し、これらの図か
ら、SnOを添加することによりεが増大し、特に
Kp，d31についてはNiOを1.0〜2.0mol％、SnOを
1.0〜3.0amol％とした場合、Kp，d31が大幅に増
加する傾向を示す。
第５１図乃至６０図は前記実験に供した試料の
抗折強度とヤング等を示す図表であり、これらの
図から、SnOを添加することにより、機械的強度
を大幅に向上することが分る。
抗折強度とヤング等を示す図表であり、これらの
図から、SnOを添加することにより、機械的強度
を大幅に向上することが分る。
（発明の効果）
以上に説明したように本発明によれば、Pb
（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系磁器組
成物のPb原子の一部をSrで置換するともに、こ
れにSnOを単独で、又はSnOとZnO更にはBi2O3，
NiOを複合して添加することにより、得られる磁
器の誘電率（ε）、相対密度（RD）及びひずみ
特性（d31）を大幅に向上することができ、圧電
素子としての利用価値を高めることができる。而
も従来の強誘電体組成物より焼成温度を低下する
ことが出来、工業的には極めて有利となり、更に
は強度の向上と合せて積層アクチユエーター等と
して用いる場合優れた効果を発揮する。
（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系磁器組
成物のPb原子の一部をSrで置換するともに、こ
れにSnOを単独で、又はSnOとZnO更にはBi2O3，
NiOを複合して添加することにより、得られる磁
器の誘電率（ε）、相対密度（RD）及びひずみ
特性（d31）を大幅に向上することができ、圧電
素子としての利用価値を高めることができる。而
も従来の強誘電体組成物より焼成温度を低下する
ことが出来、工業的には極めて有利となり、更に
は強度の向上と合せて積層アクチユエーター等と
して用いる場合優れた効果を発揮する。
第１図乃至第５０図における各図のＡはSnOの
添加mol％と諸特性の関係を示す図表、第１図乃
至第５０図における各図のＢはSnOの添加mol％
と諸特性の関係を示すグラフ、第５１図乃至第６
０図は抗折強度及びヤング率を示す図表である。 尚、図面中、RDは相対密度、εは誘電率、Kp
は径方向結合係数、d31はひずみ、Qmは電気機械
品質係数、tanδは誘電損失である。
添加mol％と諸特性の関係を示す図表、第１図乃
至第５０図における各図のＢはSnOの添加mol％
と諸特性の関係を示すグラフ、第５１図乃至第６
０図は抗折強度及びヤング率を示す図表である。 尚、図面中、RDは相対密度、εは誘電率、Kp
は径方向結合係数、d31はひずみ、Qmは電気機械
品質係数、tanδは誘電損失である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系
磁器組成物のPb原子の一部をSrで置換してなる
磁器組成物に対し、SnOを0.2〜8.0mol％添加し
たことを特徴とする強誘電性圧電磁器組成物。 ２ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系
磁器組成物のPb原子の一部をSrで置換してなる
磁器組成物に対し、ZnOをYmol％、SnOを
Xmol％添加したことを特徴とする強誘電性圧電
磁器組成物。ただし、Ｙ＝1.0〜3.0，Ｘ＝0.2〜
8.0とする。 ３ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系
磁器組成物のPb原子の一部をSrで置換してなる
磁器組成物に対し、ZnOをZmol％、Bi2O3を
Ymol％、SnOをXmol％添加したことを特徴と
する強誘電性圧電磁器組成物。ただし、Ｚ＝1.0
〜3.0，Ｙ＝0.5〜2.0，Ｘ＝0.2〜8.0とする。 ４ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系
磁器組成物のPb原子の一部をSrで置換してなる
磁器組成物に対し、ZnOをZmol％、NiOをYmol
％、SnOをXmol％添加したことを特徴とする強
誘電性圧電磁器組成物。ただし、Ｚ＝1.0〜3.0，
Ｙ＝0.5〜2.0，Ｘ＝0.2〜8.0とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207175A JPS6364962A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207175A JPS6364962A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6364962A JPS6364962A (ja) | 1988-03-23 |
| JPH0220588B2 true JPH0220588B2 (ja) | 1990-05-09 |
Family
ID=16535476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61207175A Granted JPS6364962A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6364962A (ja) |
-
1986
- 1986-09-03 JP JP61207175A patent/JPS6364962A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6364962A (ja) | 1988-03-23 |
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