JPH0340965A - 強誘電性セラミックス - Google Patents
強誘電性セラミックスInfo
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- JPH0340965A JPH0340965A JP1174972A JP17497289A JPH0340965A JP H0340965 A JPH0340965 A JP H0340965A JP 1174972 A JP1174972 A JP 1174972A JP 17497289 A JP17497289 A JP 17497289A JP H0340965 A JPH0340965 A JP H0340965A
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Landscapes
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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。
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、強誘電性セラミックスに関するものであって
、温度安定性が良く、しかも電気ｔａ械結合係数及び機
械的品質係数等に優れた製品の提供を目的とするもので
ある。
、温度安定性が良く、しかも電気ｔａ械結合係数及び機
械的品質係数等に優れた製品の提供を目的とするもので
ある。
強誘電性セラミックスとして、従来、ＰｂＴｉ Ｏ５−
ＰｂＺｒＯａ −Ｐｂ （Ｚｒ＋１／３Ｎｂ％） ０３
の三成分系固溶体が特公昭４４−１７３４４号公報に記
載されている。また、特公昭４６−４２１９号公報には
、上記のＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ （Ｚｎｖ
ＩＮｂ２Ｉ３） ０３三戒分系セラミックスにおいて、
ＭｎＯ２及びＮｉ○を添加することが開示されている。
ＰｂＺｒＯａ −Ｐｂ （Ｚｒ＋１／３Ｎｂ％） ０３
の三成分系固溶体が特公昭４４−１７３４４号公報に記
載されている。また、特公昭４６−４２１９号公報には
、上記のＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ （Ｚｎｖ
ＩＮｂ２Ｉ３） ０３三戒分系セラミックスにおいて、
ＭｎＯ２及びＮｉ○を添加することが開示されている。
強誘電性セラミックスを実用化するにあたり重要なのは
、比誘電率、誘電損失、電気機械結合係数、ｍ械的品質
係数、圧電定数等の特性が優れていると同時に、温度安
定性が良好なことである。
、比誘電率、誘電損失、電気機械結合係数、ｍ械的品質
係数、圧電定数等の特性が優れていると同時に、温度安
定性が良好なことである。
この温度安定性を示す代表的な指標として、キュリー温
度と誘電率温度係数が挙げられる。
度と誘電率温度係数が挙げられる。
ところで、前掲の従来技術による製品は、キュリー温度
については比較的良好な値を示すが、温度安定性、誘電
特性、圧電特性等の全てについて優れた値を示す製品を
得ることが出来なかった。
については比較的良好な値を示すが、温度安定性、誘電
特性、圧電特性等の全てについて優れた値を示す製品を
得ることが出来なかった。
本発明は、温度安定性に優れた強誘電性セラ文ックスを
提供せんとするものであり、その特徴とするところは、
基本組成を、 ＰｂＴｉ Ｏ３４３＋ ５ ｇｏ１％ ＰｂＺｒＯ３４４，０ｍｏｌ％ Ｐｂ （ＺｎＶ３Ｎｂ２１１３） ＯＦｌ １２．
５ ｍｏ１％とするセラくツクスであって、少量の８１
及びＺｎがが添加されていることにある。
提供せんとするものであり、その特徴とするところは、
基本組成を、 ＰｂＴｉ Ｏ３４３＋ ５ ｇｏ１％ ＰｂＺｒＯ３４４，０ｍｏｌ％ Ｐｂ （ＺｎＶ３Ｎｂ２１１３） ＯＦｌ １２．
５ ｍｏ１％とするセラくツクスであって、少量の８１
及びＺｎがが添加されていることにある。
また本発明は、上記組成に加えて、Ｓｂ、 Ｔａ＋ Ｍ
ｎのうちの一種又は二種以上が添加されている場合にも
有効である。
ｎのうちの一種又は二種以上が添加されている場合にも
有効である。
上記の基本組成のみからなる強誘電性セラミソクスは、
高いキュリー点を有するが、その他の特性や品質安定性
において充分に満足のできるものではなかった。
高いキュリー点を有するが、その他の特性や品質安定性
において充分に満足のできるものではなかった。
本発明は、上記基本組成に少量のＢｉ及びＺｎを添加せ
しめたことにより、良好な誘電率温度係数が得られると
共に、焼結性が向上し、且つ製品ごとの特性のばらつき
も抑えられる。即ち、品質の安定した強誘電性セラ主フ
クスを得ることができる。
しめたことにより、良好な誘電率温度係数が得られると
共に、焼結性が向上し、且つ製品ごとの特性のばらつき
も抑えられる。即ち、品質の安定した強誘電性セラ主フ
クスを得ることができる。
さらにｓｂ又はＴａを添加せしめた場合には、比誘電率
、電気機械的結合係数および圧電定数の向上が認められ
、さらにＭｎを添加すると機械的品質係数の著しい向上
と誘電損失の低下とがもたらされる。
、電気機械的結合係数および圧電定数の向上が認められ
、さらにＭｎを添加すると機械的品質係数の著しい向上
と誘電損失の低下とがもたらされる。
以下、本発明の詳細を、実施例に即して説明する。
本発明に係る強誘電性セラえツクスの製造原料のうち、
基本組成を構成するＰｂ、 Ｔｉ、 Ｚｒ、 Ｚｎ、
Ｎｂの供給源としては、ｐｂｏ又はＰｂ３０ａ 、Ｔｉ
Ｏ２゜ＺｒＯ２，ＺｎＯ，Ｎｂ２Ｏ５等が用いられる。
基本組成を構成するＰｂ、 Ｔｉ、 Ｚｒ、 Ｚｎ、
Ｎｂの供給源としては、ｐｂｏ又はＰｂ３０ａ 、Ｔｉ
Ｏ２゜ＺｒＯ２，ＺｎＯ，Ｎｂ２Ｏ５等が用いられる。
また、添加元素のうち、８１． Ｓｂ、 Ｔａの供給源
としては、Ｂｉ２Ｏ３，５ｂ２０３ 、Ｔａ２０５等が
用いられ、Ｍｎの供給原としては、阿ｎ○２．阿ｎｃＯ
３，硝酸マンガン等が使用される。
としては、Ｂｉ２Ｏ３，５ｂ２０３ 、Ｔａ２０５等が
用いられ、Ｍｎの供給原としては、阿ｎ○２．阿ｎｃＯ
３，硝酸マンガン等が使用される。
本発明に係る強誘電性セラミックスを製造するには、ま
ず上記原料と添加系化合物とを所定の比率に配合し、樹
脂ボットミルと樹脂ボールとを用いて２０時時間式混合
したのち、乾燥させ、これを３２メツシユアンダーに造
粒する０次いで造粒粉を５００ｋｇｆ／ｃｄで加圧成形
し、得られた成形体を８５０℃で２時間仮焼する。続い
て仮焼物を破砕し、樹脂ボン）１ル及び樹脂ボールにて
１６時時間式粉砕後、粘着剤としてＰＶＡを微量添加し
、スプレードライヤーを用いて顆粒状に造粒する。こう
して得られた顆粒を１０００ｋｒｆ／−で、直径２Ｑｍ
ｍ厚さ２關の円板に加圧成形したのち、マグネジするつ
ぼ中で、脱脂１１１２００℃又は１２２０℃にて２時間
本焼を行う。
ず上記原料と添加系化合物とを所定の比率に配合し、樹
脂ボットミルと樹脂ボールとを用いて２０時時間式混合
したのち、乾燥させ、これを３２メツシユアンダーに造
粒する０次いで造粒粉を５００ｋｇｆ／ｃｄで加圧成形
し、得られた成形体を８５０℃で２時間仮焼する。続い
て仮焼物を破砕し、樹脂ボン）１ル及び樹脂ボールにて
１６時時間式粉砕後、粘着剤としてＰＶＡを微量添加し
、スプレードライヤーを用いて顆粒状に造粒する。こう
して得られた顆粒を１０００ｋｒｆ／−で、直径２Ｑｍ
ｍ厚さ２關の円板に加圧成形したのち、マグネジするつ
ぼ中で、脱脂１１１２００℃又は１２２０℃にて２時間
本焼を行う。
本焼後、得られた焼成体の両面を研磨した後、Ｉ！電極
を焼付ける。そしてシリコンオイル中に浸漬させ１００
℃又は１２０℃で３０分間、３．ＯｋＶ／ｍの直流電界
を印加させて分極を行わせる。これにより、目的とする
強誘電性セラミソクスが製造される。
を焼付ける。そしてシリコンオイル中に浸漬させ１００
℃又は１２０℃で３０分間、３．ＯｋＶ／ｍの直流電界
を印加させて分極を行わせる。これにより、目的とする
強誘電性セラミソクスが製造される。
後に掲げる表１は、上述の手順に従って製造した各種実
施例の基本組成と添加系化合物の配合比率を示したもの
である。但し、添加系化合物の比率は、いずれも基本組
成の合計１００ｍｏｌに対する外割りのｍｏ１％で表し
である。
施例の基本組成と添加系化合物の配合比率を示したもの
である。但し、添加系化合物の比率は、いずれも基本組
成の合計１００ｍｏｌに対する外割りのｍｏ１％で表し
である。
また表２は、表１に示した各実施例それぞれの緒特性の
測定結果を示すものである。
測定結果を示すものである。
次に、強誘電性セラえツクスの特性を示す各用語の意味
するところを簡単に説明する。
するところを簡単に説明する。
比誘電率（ｔ）二連誘電性セラミックスで満たしたコン
デンサの電気容量と、これと同じ電極配置を持った真空
コンデンサの電気容量との比率。
デンサの電気容量と、これと同じ電極配置を持った真空
コンデンサの電気容量との比率。
誘電損失（ｔａｎδ）：変化する電界中に強誘電性セラ
ミックスを置いた際、熱に変換されて損失する電気エネ
ルギー、この値は小さい程良い。
ミックスを置いた際、熱に変換されて損失する電気エネ
ルギー、この値は小さい程良い。
電気機械結合係数（ｋ）：電気的エネルギーから機械的
エネルギーへの変換効率を示す係数。
エネルギーへの変換効率を示す係数。
この値は大きいほど良い、なお本実施例では、ｋｒにつ
いて測定した結果を示しである。
いて測定した結果を示しである。
機械的品質係数（Ｑｍ） ：共振の鋭さの尺度となる
もの、振動の共振を利用する用途、例えばメカニカルフ
ィルター、超音波振動子、超音波モータ、精密変位制御
素子等のアクチュエータ等に用いる場合には、共振時の
内部損失を小さくするために、このＱｍはなるべく大き
いことが望ましい。
もの、振動の共振を利用する用途、例えばメカニカルフ
ィルター、超音波振動子、超音波モータ、精密変位制御
素子等のアクチュエータ等に用いる場合には、共振時の
内部損失を小さくするために、このＱｍはなるべく大き
いことが望ましい。
圧電定数（ｄ〉 ：電気系と力学系の結合の状態を表す
定数で、大きいほど良い、なお本実施例では、ｄｉｌｌ
ｌについて測定した結果を示しである。
定数で、大きいほど良い、なお本実施例では、ｄｉｌｌ
ｌについて測定した結果を示しである。
キエリー温度（Ｔｃ） ：強誘電相から常誘電相への相
転移が生ずる温度で、キュリー点とも言う。
転移が生ずる温度で、キュリー点とも言う。
この値が高いほど温度安定性に優れる。従来品は、約２
００℃程度であった。
００℃程度であった。
誘電率温度係数ニー２５℃〜８５℃における誘電率の温
度係数で、値が低いほど温度安定性に優れる。従来は、
良品でも３０００程度であった。
度係数で、値が低いほど温度安定性に優れる。従来は、
良品でも３０００程度であった。
体積抵抗率： ５ｏｏｖの直流電圧を印加して６０秒
経過した後の抵抗値。
経過した後の抵抗値。
賦香１は、基本組成にＢｉ及びＺｎを添加することが、
緒特性にどのような影響を及ぼすかを調べたものである
。この実施例では、基本組ｔ＆ｉｏｏに対し、Ｂｉ２０
ａ 、 ＺｎＯをそれぞれ１．０： ２．０の割合で配
合しである。また、この賦香ｌのみ、分極温度を１２０
℃とした０表２から明らかな如＜、Ｂｌ及びＺｎを基本
組成に配合したものは、高いキュリー温度Ｔｃを持ち、
且つ誘電率温度係数も良好な値を示す、そして、焼結温
度を従来、一般に使用されている温度（１２３０〜１２
４０℃）より約１０〜２０℃はど低下させることができ
、しかも焼結後の特性のばらつきが少ない、このように
、本発明は、温度安定性にも品質安定性にも優れるので
、実用性が高いと言うことができる。
緒特性にどのような影響を及ぼすかを調べたものである
。この実施例では、基本組ｔ＆ｉｏｏに対し、Ｂｉ２０
ａ 、 ＺｎＯをそれぞれ１．０： ２．０の割合で配
合しである。また、この賦香ｌのみ、分極温度を１２０
℃とした０表２から明らかな如＜、Ｂｌ及びＺｎを基本
組成に配合したものは、高いキュリー温度Ｔｃを持ち、
且つ誘電率温度係数も良好な値を示す、そして、焼結温
度を従来、一般に使用されている温度（１２３０〜１２
４０℃）より約１０〜２０℃はど低下させることができ
、しかも焼結後の特性のばらつきが少ない、このように
、本発明は、温度安定性にも品質安定性にも優れるので
、実用性が高いと言うことができる。
賦香２〜４は、Ｂｉ及びＺｎと共に、ｓｂ又はＴａ又は
その両方を基本組成に配合することにより、優れた特性
を有する強誘電性セラミソクスが得られることを実証し
たものである０表２かられかるとおり、ｓｂ又はＴａ又
はその両方を加えることで、比誘電率ε、電気機械結合
係数ｋｒ、及び圧電定数ｄ３１の向上がもたらされる。
その両方を基本組成に配合することにより、優れた特性
を有する強誘電性セラミソクスが得られることを実証し
たものである０表２かられかるとおり、ｓｂ又はＴａ又
はその両方を加えることで、比誘電率ε、電気機械結合
係数ｋｒ、及び圧電定数ｄ３１の向上がもたらされる。
この場合において、キュリー温度Ｔｃ及び誘電率温度係
数も、優れた値を示すことは言うまでもない、従って、
賦香２〜４の実施例は、賦香１よりも、−情実用的であ
ると言うことができる。なお、ｓｂとＴａとを比較する
と、Ｔａを添加した場合は、ｓｂの添加に比べてｋｒと
ｄ３１の数値がやや劣るものの、Ｔｃが高くなり誘電率
温度係数は小さくなるので、温度安定性においては優れ
ていると言うことができる。またｓｂとＴａの両方を添
加した場合には、双方の欠点を補い合って、ｋｒ＋
（１３１１Ｔｃ及び誘電率温度係数のいずれにおいても
欠点のない良好な製品が得られる。
数も、優れた値を示すことは言うまでもない、従って、
賦香２〜４の実施例は、賦香１よりも、−情実用的であ
ると言うことができる。なお、ｓｂとＴａとを比較する
と、Ｔａを添加した場合は、ｓｂの添加に比べてｋｒと
ｄ３１の数値がやや劣るものの、Ｔｃが高くなり誘電率
温度係数は小さくなるので、温度安定性においては優れ
ていると言うことができる。またｓｂとＴａの両方を添
加した場合には、双方の欠点を補い合って、ｋｒ＋
（１３１１Ｔｃ及び誘電率温度係数のいずれにおいても
欠点のない良好な製品が得られる。
賦香５〜９は、さらに旧を添加した実施例を示すもので
ある０表２から明らかなように、Ｍｎの添加によって、
機械的品質係数Ｑｍが著しく向上する。
ある０表２から明らかなように、Ｍｎの添加によって、
機械的品質係数Ｑｍが著しく向上する。
このとき、賦香２〜４のものと比べると、１ｇ、Ｋｒ。
ｄ３１において若干の低下が見られるが、実用上、何ら
支障をきたすことのない範囲である。また誘電損失ｔａ
ｎδは、幾分かの向上が認められる。これらのことから
、基本組成にＢｉ及びＺｎを添加したものに更にＭｎを
配合したものは、アクチエエータとしての用途に非常に
通していることがわかる。
支障をきたすことのない範囲である。また誘電損失ｔａ
ｎδは、幾分かの向上が認められる。これらのことから
、基本組成にＢｉ及びＺｎを添加したものに更にＭｎを
配合したものは、アクチエエータとしての用途に非常に
通していることがわかる。
なお、Ｂｉ、 Ｚｎ及びＭｎを配合したものにおいて、
ｓｂとＴａの添加を比べると、Ｔａを添加したときは、
ｋｒとｄ３１の値がｓｂを添加したときよりもやや劣る
が、Ｔｃと誘電率温度係数に加えてＱｓの値が優れる。
ｓｂとＴａの添加を比べると、Ｔａを添加したときは、
ｋｒとｄ３１の値がｓｂを添加したときよりもやや劣る
が、Ｔｃと誘電率温度係数に加えてＱｓの値が優れる。
またｓｂとＴａの両方を添加することで、いずれの特性
においても欠点のない強誘電性セラミックスを得ること
が可能である。
においても欠点のない強誘電性セラミックスを得ること
が可能である。
ところで比較例として掲げたものは、基本組成にＢｉ、
Ｓｂ及びＭｎを配合したものである。この場合、本発
明の必須元素であるＺｎを欠いているため、誘電率温度
係数が著しく高くなっている。それ故、温度安定性が悪
いので、温度変化を受は易い個所へ通用することは難し
い。
Ｓｂ及びＭｎを配合したものである。この場合、本発
明の必須元素であるＺｎを欠いているため、誘電率温度
係数が著しく高くなっている。それ故、温度安定性が悪
いので、温度変化を受は易い個所へ通用することは難し
い。
なお、本発明に係る強誘電性セラミックスの製造条件、
すなわち原料の調整方法や加圧条件、焼成温度、戒形体
の形状などは、実施の態様に即して適宜変更することが
できる。そして各種特性は、各添加系化合物の配合比率
や上掲の製造条件により、多少の増減をきたす、しかし
いずれにしても、本発明は、従来と比べて優れた特性を
持ち、温度安定性の良好な強誘電性セラミックスを提供
するものである。
すなわち原料の調整方法や加圧条件、焼成温度、戒形体
の形状などは、実施の態様に即して適宜変更することが
できる。そして各種特性は、各添加系化合物の配合比率
や上掲の製造条件により、多少の増減をきたす、しかし
いずれにしても、本発明は、従来と比べて優れた特性を
持ち、温度安定性の良好な強誘電性セラミックスを提供
するものである。
以上の説明から明らかな如く、本発明に係る強誘電性セ
ラ主ツクスは、基本組成中にＢｉ及びＺｎを添加せしめ
、さらに所望によりＳｂ、 Ｔａ、 Ｍｎのうちの一種
又は二種以上を配合したことにより、優れた温度安定性
を示すと共に、比誘電率、誘電損失。
ラ主ツクスは、基本組成中にＢｉ及びＺｎを添加せしめ
、さらに所望によりＳｂ、 Ｔａ、 Ｍｎのうちの一種
又は二種以上を配合したことにより、優れた温度安定性
を示すと共に、比誘電率、誘電損失。
電気機械結合係数９機械的品質係数、圧電定数等の緒特
性すべてについても同時に良好な値を呈する。しかも、
焼成温度を比較的低くでき、焼成後の特性のばらつきも
小さい、従来の技術では、温度安定性に優れ、且つ上記
のような特性の全てについて同時に優れている強誘電性
セラ主ツクスを製造することは不可能であった。
性すべてについても同時に良好な値を呈する。しかも、
焼成温度を比較的低くでき、焼成後の特性のばらつきも
小さい、従来の技術では、温度安定性に優れ、且つ上記
のような特性の全てについて同時に優れている強誘電性
セラ主ツクスを製造することは不可能であった。
要するに、本発明は、極めて実用性に富み、多様な用途
への幅広い適用を図ることのできる強誘電性セラミック
スを提供するものである。
への幅広い適用を図ることのできる強誘電性セラミック
スを提供するものである。
Claims (2)
- １．基本組成を、 ＰｂＴｉＯ＿３４３．５ｍｏｌ％ ＰｂＺｒＯ＿３４４．０ｍｏｌ％ Ｐｂ（Ｚｎ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３１２
．５ｍｏｌ％とするセラミックスであって、少量のＢｉ
及びＺｎが添加されていることを特徴とする強誘電性セ
ラミックス。 - ２．請求項第１項記載の強誘電性セラミックスにおいて
、Ｓｂ，Ｔａ，Ｍｎのうちの一種又は二種以上が少量添
加されている強誘電性セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1174972A JPH0340965A (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 強誘電性セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1174972A JPH0340965A (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 強誘電性セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0340965A true JPH0340965A (ja) | 1991-02-21 |
Family
ID=15987960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1174972A Pending JPH0340965A (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 強誘電性セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0340965A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001181035A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-03 | Tdk Corp | 圧電セラミック組成物 |
| US7264744B2 (en) | 2004-03-26 | 2007-09-04 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic and piezoelectric device |
| WO2008096761A1 (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電磁器および圧電素子 |
| JP2009242200A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物、並びにこれを用いた圧電磁器及び積層型圧電素子 |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP1174972A patent/JPH0340965A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001181035A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-03 | Tdk Corp | 圧電セラミック組成物 |
| JP4496579B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2010-07-07 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電セラミック組成物 |
| US7264744B2 (en) | 2004-03-26 | 2007-09-04 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic and piezoelectric device |
| WO2008096761A1 (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電磁器および圧電素子 |
| US7965020B2 (en) | 2007-02-07 | 2011-06-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic and piezoelectric element |
| JP2009242200A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物、並びにこれを用いた圧電磁器及び積層型圧電素子 |
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