JPH0236548B2 - - Google Patents
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- JPH0236548B2 JPH0236548B2 JP62220887A JP22088787A JPH0236548B2 JP H0236548 B2 JPH0236548 B2 JP H0236548B2 JP 62220887 A JP62220887 A JP 62220887A JP 22088787 A JP22088787 A JP 22088787A JP H0236548 B2 JPH0236548 B2 JP H0236548B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
（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。 （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。 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）O3−PbZrO3−PbTiO3にお
けるPb原子の一部をSrで置換したものであり、
斯る形成とすることで、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。 （発明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。 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系の磁器組成物に
対し、0.05〜1.5mol％のCuOと1.0〜3.0mol％の
Bi2O3を添加した。 （作用） CuOとBi2O3を添加することによる相乗効果で
各種特性に優れた磁器組成物が得られる。 （実施例） 本発明にあつてはCuO添加の効果については下
記の〜式で表わされる組成物について実験し
た。 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3 ＋PbZrO3＋SrTiO3 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3−PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋Bi2O3 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋Bi2O3＋ZoＯ＋SoＯ またBi2O3添加の効果については下記の式で
表わされる組成物について実験した。 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋ZoＯ＋SoＯ＋CuO 具体的には式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋32.5PbTiO3 ＋25.0PbZrO3＋5.0SrTiO3＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、3.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋1.0Bi2O3＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、3.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋1.0Bi2O3 ＋2.0ZoＯ＋2.0SoＯ＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、2.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋2.0ZoＯ ＋2.0SoＯ＋0.3CuO＋XBi2O3 ……… ただし Ｘ＝０、1.00、2.00、3.00、4.00 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。 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、1230℃、1240℃及び1250℃の３水準とし
た。 次いで焼成した円板を研磨した後、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。 以下の［表］は以上の如くして得られた磁器の
諸特性の関係を示すものであり、［表１］乃至
［表３］は第式に含まれる実験例の結果を、［表
４］乃至［表６］は第式に含まれる結果を、
［表７］乃至［表９］は第式に含まれる結果を、
［表10］乃至［表12］は第式に含まれる結果を
それぞれ示す。ここで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、また表中の記号の意味は以下の通りで
ある。 密度（Kg／m3）：この値が大きくなる程抗折強
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。 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。 d31（×10-12V・ｍ／Ｎ）：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。 Qm：電気機械品質係数。この値は大きい方が
好ましい。 tanδ：誘電損失。この値は小さい方が好まし
い。 Y11（×1010N／m2）：ヤング率。圧電素子とし
て用いる場合には所定範囲にあることが好まし
い。
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。 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）O3−PbZrO3−PbTiO3にお
けるPb原子の一部をSrで置換したものであり、
斯る形成とすることで、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。 （発明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。 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系の磁器組成物に
対し、0.05〜1.5mol％のCuOと1.0〜3.0mol％の
Bi2O3を添加した。 （作用） CuOとBi2O3を添加することによる相乗効果で
各種特性に優れた磁器組成物が得られる。 （実施例） 本発明にあつてはCuO添加の効果については下
記の〜式で表わされる組成物について実験し
た。 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3 ＋PbZrO3＋SrTiO3 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3−PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋Bi2O3 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋Bi2O3＋ZoＯ＋SoＯ またBi2O3添加の効果については下記の式で
表わされる組成物について実験した。 Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋PbTiO3＋PbZrO3 ＋SrTiO3＋ZoＯ＋SoＯ＋CuO 具体的には式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3＋32.5PbTiO3 ＋25.0PbZrO3＋5.0SrTiO3＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、3.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋1.0Bi2O3＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、3.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋1.0Bi2O3 ＋2.0ZoＯ＋2.0SoＯ＋XCuO ……… ただし Ｘ＝０、0.05、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、
1.50、2.00 式については、 37.5Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3 ＋32.5PbTiO3＋25.0PbZrO3 ＋5.0SrTiO3＋2.0ZoＯ ＋2.0SoＯ＋0.3CuO＋XBi2O3 ……… ただし Ｘ＝０、1.00、2.00、3.00、4.00 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。 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、1230℃、1240℃及び1250℃の３水準とし
た。 次いで焼成した円板を研磨した後、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。 以下の［表］は以上の如くして得られた磁器の
諸特性の関係を示すものであり、［表１］乃至
［表３］は第式に含まれる実験例の結果を、［表
４］乃至［表６］は第式に含まれる結果を、
［表７］乃至［表９］は第式に含まれる結果を、
［表10］乃至［表12］は第式に含まれる結果を
それぞれ示す。ここで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、また表中の記号の意味は以下の通りで
ある。 密度（Kg／m3）：この値が大きくなる程抗折強
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。 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。 d31（×10-12V・ｍ／Ｎ）：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。 Qm：電気機械品質係数。この値は大きい方が
好ましい。 tanδ：誘電損失。この値は小さい方が好まし
い。 Y11（×1010N／m2）：ヤング率。圧電素子とし
て用いる場合には所定範囲にあることが好まし
い。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
（発明の効果）
［表１］乃至［表３］の結果と、［表４］乃至
［表９］までの結果を比べれば明らかなように、
Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系のPb
原子の一部をSr原子で置換した磁器組成物に、
CuOを単独で添加しても磁器としての特性を改善
するに至らないが、所定量のCuOとBi2O3（CuOに
ついては0.05〜1.5mol％、Bi2O3については1.00〜
3.00mol％）とを共に添加することによつて相乗
効果が発揮され、誘電率、Kp及びd31において大
幅に改善されることが分かる。 また本発明は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
エータ等として用いる場合優れた効果を発揮す
る。
［表９］までの結果を比べれば明らかなように、
Pb（Mg1/3・Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系のPb
原子の一部をSr原子で置換した磁器組成物に、
CuOを単独で添加しても磁器としての特性を改善
するに至らないが、所定量のCuOとBi2O3（CuOに
ついては0.05〜1.5mol％、Bi2O3については1.00〜
3.00mol％）とを共に添加することによつて相乗
効果が発揮され、誘電率、Kp及びd31において大
幅に改善されることが分かる。 また本発明は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
エータ等として用いる場合優れた効果を発揮す
る。
Claims (1)
- １ Pb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系の
磁器組成物のPb原子の一部をSr原子に置換した
ものに対し、CuOを0.05〜1.5mol％、Bi2O3を1.0
〜3.0mol％添加したことを特徴とする強誘電性
圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62220887A JPS6465070A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Ferroelectric, piezoelectric porcelain composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62220887A JPS6465070A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Ferroelectric, piezoelectric porcelain composition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6465070A JPS6465070A (en) | 1989-03-10 |
| JPH0236548B2 true JPH0236548B2 (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=16758092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62220887A Granted JPS6465070A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Ferroelectric, piezoelectric porcelain composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6465070A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04188504A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 誘電体磁器組成物 |
| JP4219688B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2009-02-04 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電磁器及びその製造方法並びに圧電素子 |
-
1987
- 1987-09-03 JP JP62220887A patent/JPS6465070A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6465070A (en) | 1989-03-10 |
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