JPH03271161A - 強誘電性圧電磁器組成物 - 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】 （ａ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） ＰｂＺｒＯｓ−ＰｂＴ＋ＯｓＰｂＺｒＯｓノＴ）　には
モルフオドビック相転移（ＭＰＢ）が存在し、このＭＰ
Ｂ付近で圧電性が極大を示すことが明らかにされてから
、セラミックスの圧電材料としての利用範囲は大幅に広
がった。

この後、上記ＰＺＴに代わるものとして３成分系のＰｂ
　（３’ｉ　Ｍｇ　’　ＨＮｂ）　０３−ＰｂＺｒ０ｓ
−ＰｂＺ、０３（ＰＣＭ：商品名）が開発され、このＰ
ＣＭはＭＰＢが点から線に拡張されるため更に用途が広
くなった。

（発明が解決しようとする！！題） 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、圧電セラミック
スの用途は更に広がるのであるが、用途によっては上記
組成物では十分な圧電特性が得られない。

例えば、アクチュエータとして圧電セラミックスを使用
する場合、上述した組成物を焼成することによって得ら
れる圧電セラミックスよりも更に高い特性が要求される
。

（課題を解決するための手段） 本発明者はｐｂ（％Ｍｇ−％Ｎｂ）　Ｏｓ　　ＰｂＴ１
０ｓ−ＰｂＺ、０３系磁器組成物のｐｂ原子の一部をＳ
、で置換するとともに所定量のｚｎＯ１ＢＩ２０３及び
５ｎ０２を添加ｔ、、　タＭｉ器組成物ニオイテ、前記
ＰｂＴ＋０３及びＰｂＺ、０３は結晶構造として安定し
ており、構成成分の割合を変更しにくいが、ｐｂ（％Ｍ
ｇ−％Ｎｂ）　０３についてはその構成成分の割合を変
更しやすく、また前記ｐｂ（％Ｍｇ−％Ｎｂ）　０３中
のＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂの三成分の割合を変更すると、更に
圧電特性に優れた組成物が得られることを発見し本発明
を成すに至ったものであり、具体的には上記三成分の割
合が略々３７．５　：　１２．０　：　２５．５となる
ようにした。

（作用） Ｐｂ、　Ｍｇ及びＮｂのモル比を３７．５　：　１２．
５　：　２５．０としたものを基準とし、この基準モル
比に対して±０．５モル変化させたものについて第１回
目のテスト（予備テスト）を行い、最も優れたモル比を
特定し、次いでこの特定したモル比を基準にして前記と
同様に第２回目のテスト（主テスト）を行って最適のモ
ル比を知り、更に第３回目のテスト（確認テスト）を行
う。

（実施例） 以下に本発明の実施例につき説明する。実施例にあって
は、以下の化学組成で示されるものを基準組成とした。

３２．５ＰｂＴ１０ｓ◆２５ＰｂＺ、Ｏｓ＋３７．５Ｐ
ｂ　（ＨＭｇ　”　３’Ｓ　Ｎｂ）　０３”５ＳｒＴｉ
０３”２ＺｎＯ”Ｂ＋２０３”２Ｓｎ０２また上記の化
学組成を得るための秤量組成は以下の通りである。

９５ＰｂＯ＋３７．５Ｔ１（１２”２５ＺｒＯ２”２５
Ｎｂ２０ｓ”１２．５ＭｇＣＯ５”５ＳｒＣ（ｈ”Ｂ＋
２０ｓ◆２Ｚ、Ｏ＋２Ｓｎ０２そして、以上の如き組成
からなる原料を用意し、第１図は示す如き工程を経て最
適な成分割合を求めた。尚、最適な成分割合を求めるに
あたっては第１図に示す工程を予備テスト、主テスト及
び確認テストのそれぞれについて行った。

次に第１図の工程の内容を具体的に説明する。

先ず秤量（あたっては０．０１ｇまで測定できる直示天
秤を用いて、上記の割合となるように原料粉を秤量する
。そして、上記の割合で秤量した原料（３００ｇ）を水
（４００ｃｃ）とともに０．７ＪＺの樹脂ポットに入れ
、樹脂ボールを用いて１２時間混合した後、１１０℃で
１晩自然乾燥せしめる。

乾燥した原料粉は乳ばちで粗粉砕し、これを多孔質マグ
ネシアルツボ内に入れ９７５℃で２時間仮焼成する。仮
焼きした原料粉を２．４Ｉｌの樹脂ポットに入れ水４５
０ｃｃとともに樹脂ボールを用いて１２時間微粉砕する
。そして、再び１１０℃で１晩自然乾燥する。

以上によって得られた原料粉３００ｇ！、：対してＰＶ
Ａ１帖水溶汲水溶液２０クセ（７ン４ｇ、水１０ｇを添
加し、乳ばちで手粉枠し、これをプレス圧１　ｔｏｎ／
ｃｍ’で直径２２ｍｍ、厚さ　１．８ｍｍの円板を得る
。そしてこの円板を焼成して圧電特性を測定する。

焼成にあたっては第２図に示す装置を用いる。

即ち、Ｗ密質マグネシア敷砂内に多孔質セッター２を配
置し、このセッター２上に６００℃で２時間脱脂した前
記円板３・・・を間にマグネシア敷砂を介して１０枚積
み重ね、この積み重ねた群を８種類鞘１内にいれて焼成
する。焼成条件は１２５５℃で２時間、昇温速度は１０
０℃／ｈとする。そして焼成後は最上段と最下段の円板
を除いた残りの８枚について研削を行って厚みを１．０
±０．０２５ｍｍとし、更に銀ペーストを塗布して７０
０℃で２０分間焼付けし、次いで１１０〜１１（１℃シ
リコンオイル中１．８ＫＶ　、　　１５分間の条件で加
熱ポーリングした後、２０時間経過したらｄ３１（圧電
歪定数）、ε、３（誘電率）及びＹ＋＋（ヤング率）等
の圧電特性を測定し、また２−４時間経過後に円板変位
を測定する。

以下の〔表１〕に予備テストの結果を示す。この予備テ
ストは、Ｐｂモルを３７．５、Ｍｇモルを１２．５、Ｎ
ｂモルを２５．０としたものを中心組成（Ａ・１）とし
、これに±０．５モルの割合で組成を変化させたもので
ある。

（以下、余白） 〔表１〕から明らかなようにＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ三成分の
割合はモル比で３７．５　：　１２．０　：　２５．５
が最も通していることが分る。

この三成分の割合を第３図の三成分状態図で示している
。

そこで、Ｐｂ−Ｍｇ−Ｎｂの割合として３７．５　：　
１２．０　＋２５．５を中心組成とし、この割合から±
０．５又は±１．０モル組成変化させたものについての
圧電特性を試験した結果を示したのが〔表２）である。

（以下、余白） 〔表２〕及びＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂの秤量組成と、ε、３゜
ｄ　３１＋　Ｙ　、、との関係を示した第４図乃至第６
図からＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ三成分の割合は３７．５　：　
１２．０　：　２５．５が最も優れていることが分る。

そこで上記を確認するため、再度Ｐｂ−Ｍｇ−Ｎｂの割
合として３７．５　：１２．０　：　２５．５を中心組
成とし、この割合に刻し±０．５又は±１．０モル組成
変化させたものについての圧電特性を試験した結果を（
表３）に示す。

尚、第５図乃至第７図に示すモル％の計算方法は、例え
ばｐｂモル％について示せば以下の通りである。

（以下、余白） この〔表３〕で確認できるようにＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ三成
分の秤量組成割合はモル比で３７．５　：　１２．０　
：　２５．５とするのが最も優れているのが分る。

尚、３つの主成分つまりＰｂ　（月Ｍｇ−％Ｎｂ）　Ｏ
，。

Ｐｂ丁Ｉ０３及びＰｂ２，０３の他に４つの副成分つま
り５、Ｔ１０３．ＺｎＯ，Ｊ２０３及びＳ、Ｏ，につい
ても種々割合を変化させて実験したが、Ｚ、０について
は１．０〜３．Ｏｍｏｉ１％、Ｂ１２０ｓについては０
．５〜２．０ｍａｎ％、５ｎ０２については０．２〜８
．０　ｗｏｎ％の範囲とした場合に好結果が得られた。

（発明の効果） 以上に説明したように本発明に係る磁器組成物は従来の
Ｐｂ−Ｍｇ−Ｎｂの割合を異ならせたことにより、圧電
特性の面において大巾に改善がなされた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁器組成物の圧電特性を測定する
までの工程を示すブロック図、第２図は焼成装置の断面
図、第３図はＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ三成分の状態図、第４図
乃至第６図はＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ三成分の割合と、ε５．
。 フである。 尚、図面中１ ある。 ｄ３１及びＹｌ、との関係を示すグラ は鞘、 ２はセッター ３は円板で

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＸＰｂ（ＹＭｇ・ＺＮｂ）Ｏ＿３−ＰｂＴｉＯ＿３−Ｐ
   ｂＺｒＯ＿３系磁器組成物のＰｂ原子の一部をＳｒで置
   換するとともに、更にＺｎＯを１．０〜３．０ｍｏｌ％
   、Ｂ＿１＿２Ｏ＿３を０．５〜２．０ｍｏｌ％、ＳｎＯ
   ＿２を０．２〜８．０ｍｏｌ％添加した磁器組成物にお
   いて、前記Ｘ，Ｙ，Ｚは以下の式を満足することを特徴
   とする強誘電性圧電磁器組成物。 Ｘ：Ｙ：Ｚ≒３７．５：１２．０：２５．５