JPH03266480A - 圧電体セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧電体セラミックスの製造方法に関し、特に高
誘電率で、かつ、変換効率の高い圧電体セラミックスの
製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ペロブスカイト構造を有するＰｂＴｉＯａＰｂＺ
ｒ０３−Ｐｂ（Ｍｇ＋ｚｉＮｂｚｚｚｌＯｘ系の複合酸
化物は、高い変換効率を有する圧電体材料として用いら
れている（例えば、岡崎清著「セラミック誘電体工学Ｊ
、学献社（１９７８）、３３０頁）。

この種の圧電体セラミックスは、その材料として各元素
を含む個別の化合物（例えば、酸化物、炭酸塩など）を
混合し、この混合物を仮焼後、成形し、更に焼成した後
、分極処理を行なうことにより製造されている。

［発明が解決しようとする課題Ｊ しかしながら、近年、アクチュエータや圧電スピーカー
などの高品質の圧電セラミックス製品のために、より高
誘電率で変換効率の高い圧電体セラミックス材料が要望
されている。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、高誘電率・高変換効率の圧電体セラミッ
クスの製造について、鋭意研究を進めた結果、仮焼後の
セラミックス組成物を微粉砕して均質化することにより
、その後の焼成によって得られる圧電体セラミックスの
誘電率及び変換効率が更に向上することを見出し、本発
明を完成させるに到った。

すなわち、本発明は、圧電体組成となるように原料粉末
を配合、混合、仮焼、焼成、分極してなる圧電体セラミ
ックスの製造方法において、仮焼後の粉末をセラミック
スビーズを用いて微粉砕した後、以後の工程を行うこと
を特徴とする圧電体セラミックスの製造方法である。

匡星体且上 本発明に用いられる圧電体材料としては、ＰｂＴｔＯｚ
−ＰｂＺｒＯｓ系やＰｂＴｚＯｓ−Ｐｂ２ｒＯｓｐｂ（
Ｍｇ＋ｚ□ＮｂｚｚｉｌＯｓ系の複合酸化物材料が挙げ
られる。なかでも、もともとの特性が優れているＰｂＴ
ｉ０ｉ−ＰｂＺｒＯｘ−Ｐｂ　（ＭｇｔｚＪｂｚｚｘｌ
　Ｏｉ系材料及びその組成のうちｐｂの一部をＳｒで置
換した材料は、本発明の方法を適用した場合に優れた効
果を有する。

本発明の圧電体材料に使用する原料粉末としては、その
組成を構成するそれぞれの元素の酸化物、炭酸塩、硝酸
塩、塩化物、硫化物など、焼成して、最終的に目的とす
る圧電体組成物を形成するものであればよく、特にその
形態を限定しない。　好ましい圧電体セラミックスの組
成としては、高性能の圧電材料である以下の組成物、（
ＰｂＴｉＯｓ）ｍ−（ＰｂＺｒＯｉ）ｙ−（Ｐｂ（Ｍｇ
＋ｚＪｂｚｚｚｌＯｓ）ｘ（ここで、ｘ、ｙ及び２はモ
ル％を示し、ｘ　＝８２〜Ｉ　、　ｙ　＝９５〜１、ｚ
＝８８〜Ｉ、ｘ＋ｙ＋ｚ　＝１００である。） があり、また、上記の組成のうち、ｐｂがＳｒで１〜２
０原子％置換された組成物であってもよく、また、上記
組成を基本とし、特性向上のために微量の添加物を添加
した組成物であってもよい。

セラミックスの告 上記の各原料を、最終的に必要とする組成に配合した後
の工程については、仮焼後の微粉砕以外は慣用の方法を
用いることができる。

例えば、配合した原料粉末をボールミルなどを用いて混
合粉砕した後、得られた粉末を８００〜１０００℃で１
〜５時間大気雰囲気中で仮焼する。その後、仮焼粉末は
本発明に従って微粉砕される。

微粉砕された仮焼物を必要な形状に成形し、大気雰囲気
下１１００〜１３５０℃で１〜５時間焼成し、得られた
焼成物を分極することにより、本発明の圧電体セラミッ
クスが得られる０分極の条件としては特に限定しないが
、６０〜１００℃で１．５〜５ｋＶ／ａｓの電圧を１〜
３０分印加するのがその目安となる。

仮血携り皇丘至 本発明の方法においては、圧電体セラミックスの製造に
おいて、仮焼後、セラミ・ンクスビーズを用いて微粉砕
することが重要である。

本発明における微粉砕の作用については、必ずしもその
機構は明らかではないが、仮焼によって酸化物となった
各材料をセラミックスビーズで微粉砕することによって
仮焼粒子の粒径が均一になり、かつ、均質に混合され、
焼成に際しての粒子相互の反応性が向上することが考え
られる。

（セラミックスビーズ） 従来から、セラミックス粉末の粉砕媒体として用いられ
ているセラミックス製ポール、例えばアルミナポールは
、粉砕効率が悪（、短時間の粉砕では本発明による圧電
体セラミックスとしての特性向上の効果は期待できない
。また、微粉末とするために長時間粉砕を行った場合、
ポールからの不純物が仮焼体粉末に混入し、特性低下の
原因となる。さらに、相対的に径の大きいポールによる
粉砕は、粉砕された粉末の粒度分布が例えば０．５〜２
０１ＩＩＩＩと広く、焼結したときの圧電体セラミック
スの焼結粒子が不均質となり易い。

本発明における仮焼粉末の微粉砕では、セラミックスビ
ーズを用いることにより、例えば０．２〜５ｕ１１程度
の粒度分布の狭い均一な微粉末が得られ、焼結された圧
電体セラミックスの焼結粒径も均一化する。

ビーズの材質としては酸化物、窒化物など各種のセラミ
ックスが使用できるが、特にジルコニアビーズが好まし
い。

ビーズの径としては、８　ｍｍφ以下が好ましく、特に
粉砕を短時間で効率的に行うには、２〜６　ｓｕｍφの
ものが好ましい。

（粉砕時間） セラミックビーズによる粉砕であっても、従来のセラミ
ックスポールな用いた場合と同様に、長時間の粉砕では
仮焼体微粉末にセラミックスビーズからの不純物の混入
があり、焼成した圧電体セラミックスの特性に悪影響を
及ぼすので、短時間で粉砕した方がよい。

粉砕時間は通常１〜８時間であるが、ジルコニアビーズ
を用いた場合、ジルコニアが圧電体組成中に含まれる成
分であるため、アルミナビーズ等と比較して、粉砕によ
る不純物としての混入が少なく、長時間の粉砕が可能で
、より微粉末化が可能である。

粉砕によって得られる微粉末の粒径は、小さい方が好ま
しく、特に平均粒径で３Ｈ以下が好まししｘｏ ［実施例〕 以下、実施例によって本発明を説明する。

実施例１ 酸化鉛、炭酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化
チタン、五酸化ニオブ及び炭酸マグネシウムを用い、 Ｐｂｏ、　５ｓｓｒｏ、　Ｏ８（Ｍｇ＋ｉｓＮ！ｉｓｌ
　ｏ、　ｎｙ５Ｔｔａ、　５ｓｓＺｒｏ、　ａ６０３と
なるように各原料を配合し、樹脂ポール及びミルを用い
て混合粉砕した。得られた混合粉末をアルミするつぼに
入れ、大気雰囲気中８００℃で４時間仮焼した。得られ
た仮焼粉末を３■■φのアルミナビーズ及び樹脂ミルで
２時間粉砕した後。

３５０ｋｇ／ｃｍ”の圧力で、直径１５■■厚さ３■■
の円板にプレス成形した。

マグネシアのさやに入れた白金板上に上記の成形体を設
置して、１２５０℃で２時間焼成して焼結体を得た。

得られた焼結体を厚さ２ｍｍに研磨し、両面に電極とし
て銀ペーストを焼きつけ、８０℃で２．５ｋＶ／ｓｒｓ
の電圧を５分間印加して分極せしめ、圧電体セラミック
スを得た。

得られた圧電体セラミックスの１ｋＨｚでの誘電率（ε
１）と変換効率である電気機械結合係ｆｉ　ｆＫ、ｌを
インピーダンス・ゲインフェイズ−アナライザ（ＹＨＰ
社製、４１９４Ａ）を用いて測定し、形状等を用いてそ
れぞれの値を計算した６ 結果は第１表に示す。

実施例２〜６ 仮焼物の粉砕を５ＩＩＩｌφジルコニアビーズを用い、
粉砕時間をそれぞれ２．４．８．１６及び２４時間で行
った以外は実施例１と同様に行った。

得られた圧電体セラミックスの特性測定結果を第１表に
示す。

実施例２では、アルミナビーズを用いた実施例１の場合
より特性向上効果が大きい。また、４時間粉砕で特性向
上効果は最大で、それ以上粉砕時間を長くすると効果の
減少が見られるが、長時間粉砕による特性低下は小さい
。

実施例７ 酸化鉛、炭酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム及び酸
化チタンを用い、 Ｐｂｏ、　ｅｏｓｒａ、　＋ｏＴｌｏ４ｓＺｒｏ、　ａ
ｓｈｓの組成となるように各原料を配合し、樹脂ボール
及びミルを用いて混合粉砕した。得られた混合粉末をア
ルミするつぼに入れ、大気雰囲気中９００℃で２時間仮
焼した。得られた仮焼粉末を実施例１と同様に、３ＩＩ
ＩＩＩφのアルミナビーズ及び樹脂ミルで２時間粉砕し
、以下同様に成形、煩結、分極してして圧電体セラミッ
クスを得た。

得られた圧電体セラミックスの特性測定結果を第１表に
示す。

比較例１ 実施例１において、仮焼物の粉砕を１５ａ＋ｍψの樹脂
ボールを用いて１６時間行った以外は実施例１と同様に
行った。

得られた圧電体セラミックスの特性測定結果を第１表に
示す。

樹脂ボールを用いた場合には、粉砕は殆ど行われず、均
一混合効果のみで、実施例１のような微粉砕による特性
の向上効果は見られなかった。

比較例２ 実施例６において、仮焼物の粉砕を１５ｍｍφのジルコ
ニアポールを用いた以外は実施例Ｉと同様に行った。

得られた圧電体セラミックスの特性測定結果を第１表に
示す。

５　ｍｍφのビーズを用いた実施例６に比較して特性向
上効果が小さかった。

比較例３ 実施例７と同じ組成で、仮焼物の粉砕を２０■■φのア
ルミナポールを用いて２時間行った以外は実施例７と同
様に行った。

得られた圧電体セラミックスの特性測定結果を第１表に
示す。

アルミナビーズを用いた実施例７の特性向上効果は得ら
れなかった。

［発明の効果］ 第１表に示す結果から明らかなように、本発明の方法に
より得られた圧電体セラミックスの特性は、従来のもの
と比較して大幅に向上する６本発明により、従来の製造
工程、設備を変えることなく、高品質の圧電体セラミッ
クスを製造することかできる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体組成となるように原料粉末を配合、混合、
   仮焼、焼成、分極してなる圧電体セラミックスの製造方
   法において、仮焼後の粉末をセラミックスビーズを用い
   て微粉砕した後、以後の工程を行うことを特徴とする圧
   電体セラミックスの製造方法。
2. （２）セラミックスビーズとしてジルコニアビーズを用
   いることを特徴とする請求項１に記載の圧電体セラミッ
   クスの製造方法。
3. （３）圧電体組成が、ＰｂＴｉＯ＿３−ＰｂＺｒＯ＿３
   −Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿１＿／＿３）Ｏ＿３系
   又は該組成中Ｐｂの一部がＳｒで置換された系の組成で
   ある請求項１又は２に記載の圧電体セラミックスの製造
   方法。