JPH04342459A - チタン酸鉛系圧電セラミックス材料 - Google Patents
チタン酸鉛系圧電セラミックス材料Info
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- JPH04342459A JPH04342459A JP3111535A JP11153591A JPH04342459A JP H04342459 A JPH04342459 A JP H04342459A JP 3111535 A JP3111535 A JP 3111535A JP 11153591 A JP11153591 A JP 11153591A JP H04342459 A JPH04342459 A JP H04342459A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/472—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on lead titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチタン酸鉛系圧電セラミ
ックス材料に係り、キュリー温度、ヒステリシス、圧力
−電荷出力特性等に優れ、圧力センサ、加速度センサ、
フィルター等の分野に特に有用である。
ックス材料に係り、キュリー温度、ヒステリシス、圧力
−電荷出力特性等に優れ、圧力センサ、加速度センサ、
フィルター等の分野に特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料は、圧電効果を利用して圧力セ
ンサあるいは加速度センサに応用することが可能である
。すなわち、圧電材料に圧力を加えると、圧力（変形）
に応じて電荷が発生するので、これを検出して圧力ある
いは加速度を測定することができる。
ンサあるいは加速度センサに応用することが可能である
。すなわち、圧電材料に圧力を加えると、圧力（変形）
に応じて電荷が発生するので、これを検出して圧力ある
いは加速度を測定することができる。
【０００３】本発明に近い組成のチタン酸鉛圧電材料が
、特公昭６０−２１９４１ 号公報、特開昭５５−１５
１３８１号公報、及び特開昭６３−１５１６６７号公報
に開示されている。
、特公昭６０−２１９４１ 号公報、特開昭５５−１５
１３８１号公報、及び特開昭６３−１５１６６７号公報
に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】圧力センサ、加速度セ
ンサとして使用する圧電材料は、圧力−電荷出力が安定
していることが求められ、特に温度変化のある環境では
、その使用温度範囲内で特性が安定している必要がある
。しかしながら、このような条件を、実用的な意味で満
足する圧電材料は得られていない。
ンサとして使用する圧電材料は、圧力−電荷出力が安定
していることが求められ、特に温度変化のある環境では
、その使用温度範囲内で特性が安定している必要がある
。しかしながら、このような条件を、実用的な意味で満
足する圧電材料は得られていない。
【０００５】上記特公昭及び特開昭公報に開示されたチ
タン酸鉛圧電材料は、主として共振子を目的として開発
されたものである。そのため、圧力センサや加速度セン
サとして必要な特性について評価されていない。例えば
、特公昭６０−２１９４１ 号公報の圧電材料はキュリ
ー温度が低く、圧電特性の温度変化が大きい。特開昭５
５−１５１３８１号公報の圧電材料は高温時の圧力−電
荷出力のヒステリシスが大きい。特開昭６３−１５１６
６７号では共振周波数の温度変化は少ないが、比誘電率
の温度変化率が大きいため、結局、圧力−電荷出力の温
度変化率が大きくなる。
タン酸鉛圧電材料は、主として共振子を目的として開発
されたものである。そのため、圧力センサや加速度セン
サとして必要な特性について評価されていない。例えば
、特公昭６０−２１９４１ 号公報の圧電材料はキュリ
ー温度が低く、圧電特性の温度変化が大きい。特開昭５
５−１５１３８１号公報の圧電材料は高温時の圧力−電
荷出力のヒステリシスが大きい。特開昭６３−１５１６
６７号では共振周波数の温度変化は少ないが、比誘電率
の温度変化率が大きいため、結局、圧力−電荷出力の温
度変化率が大きくなる。
【０００６】本発明は、このような事情の下で、主とし
て圧力センサ、加速度センサとして使用するのに好適な
圧電セラミックス材料を提供することを目的とする。
て圧力センサ、加速度センサとして使用するのに好適な
圧電セラミックス材料を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（Ｐｂ１−（３／２）ｘＡ ｘ ）（Ｔ
ｉ１−ｙ Ｂ ｙ ）Ｏ３ 〔式中、ＡはＬａ ，Ｓｍ
，Ｎｄ ，Ｓｒ ，Ｃａ から選ばれる１種又は２種
以上、ＢはＭｎ ，Ｎｉ ，Ｃｒ から選ばれる１種又
は２種以上、そして０．０２≦ｘ≦０．０６， ０．０
０１≦ｙ≦０．００７ である。〕で表わされる組成で
あることを特徴とするチタン酸鉛系圧電セラミックス材
料を提供する。
成するために、（Ｐｂ１−（３／２）ｘＡ ｘ ）（Ｔ
ｉ１−ｙ Ｂ ｙ ）Ｏ３ 〔式中、ＡはＬａ ，Ｓｍ
，Ｎｄ ，Ｓｒ ，Ｃａ から選ばれる１種又は２種
以上、ＢはＭｎ ，Ｎｉ ，Ｃｒ から選ばれる１種又
は２種以上、そして０．０２≦ｘ≦０．０６， ０．０
０１≦ｙ≦０．００７ である。〕で表わされる組成で
あることを特徴とするチタン酸鉛系圧電セラミックス材
料を提供する。
【０００８】この圧電セラミックス材料は、チタン酸鉛
の鉛の１部をＬａ ，Ｓｍ ，Ｎｄ ，Ｓｒ 又はＣａ
で置換し、チタンの１部をＭｎ ，Ｎｉ 又はＣｒ
で置換した構造を有すると考えられる。鉛の１部をＣａ
等で置換することによって焼結が可能になる。この置
換量を表わすｘが０．０２〜０．０６の範囲外では圧電
セラミックス材料の圧力−電荷出力特性の温度安定性が
悪くなる。
の鉛の１部をＬａ ，Ｓｍ ，Ｎｄ ，Ｓｒ 又はＣａ
で置換し、チタンの１部をＭｎ ，Ｎｉ 又はＣｒ
で置換した構造を有すると考えられる。鉛の１部をＣａ
等で置換することによって焼結が可能になる。この置
換量を表わすｘが０．０２〜０．０６の範囲外では圧電
セラミックス材料の圧力−電荷出力特性の温度安定性が
悪くなる。
【０００９】また、チタンの１部をＭｎ 等で置換する
ことにより、分極が可能になり、圧電特性が発揮できる
ようになる。この置換量を表わすｙが ０．００１〜０
．００７ の範囲外では圧力−電荷出力のヒステリシス
が大きくなる。 本発明の圧電セラミックス材料は、ＰｂＯ ，ＴｉＯ２
，Ｌａ２Ｏ３ ，Ｍ３Ｏ２等の原料酸化物、あるいは焼
成して酸化物となる原料を、目的の組成比率に配合し、
酸素含有雰囲気中で仮焼及び焼成して作成することがで
きる。
ことにより、分極が可能になり、圧電特性が発揮できる
ようになる。この置換量を表わすｙが ０．００１〜０
．００７ の範囲外では圧力−電荷出力のヒステリシス
が大きくなる。 本発明の圧電セラミックス材料は、ＰｂＯ ，ＴｉＯ２
，Ｌａ２Ｏ３ ，Ｍ３Ｏ２等の原料酸化物、あるいは焼
成して酸化物となる原料を、目的の組成比率に配合し、
酸素含有雰囲気中で仮焼及び焼成して作成することがで
きる。
【００１０】本発明の圧電セラミックス材料を圧力セン
サー等として使用するためには、粉末を成形し、焼結し
て作成する。本発明のチタン酸鉛系圧電セラミックス材
料は、圧力−電荷出力の温度安定性等が優れることから
主として圧電センサ、加速度センサ等として有用である
が、そのほかフィルター等としても有用である。
サー等として使用するためには、粉末を成形し、焼結し
て作成する。本発明のチタン酸鉛系圧電セラミックス材
料は、圧力−電荷出力の温度安定性等が優れることから
主として圧電センサ、加速度センサ等として有用である
が、そのほかフィルター等としても有用である。
【００１１】
【作用】チタン酸鉛の鉛に代えてＬａ ，Ｓｍ ，Ｎｄ
，Ｓｒ，Ｃａ 、チタンに代えてＭｎ，Ｎｉ ，Ｃｒ
をそれぞれ特定の少量添加した圧電セラミックス材料
は、キュリー温度が高く、圧力−電荷出力のヒステリシ
スがなくかつ温度安定性に優れるので、圧力センサ、加
速度センサとして有用である。
，Ｓｒ，Ｃａ 、チタンに代えてＭｎ，Ｎｉ ，Ｃｒ
をそれぞれ特定の少量添加した圧電セラミックス材料
は、キュリー温度が高く、圧力−電荷出力のヒステリシ
スがなくかつ温度安定性に優れるので、圧力センサ、加
速度センサとして有用である。
【００１２】
【実施例】一般式（Ｐｂ１−３／２ｘＬａｘ ）（Ｔｉ
１−ｙ Ｍ ｎｙ）Ｏ３ で、ｘが０，０．０１，０．
０２，０．０４，０．０６，０．０８，０．１０，０．
１５，０．２０，ｙが０．００１ ，０．００３ ，０
．００５ ，０．００７ ，０．００８ ，０．０１０
，０．０１５ ，０．０２０ である組成比率となる
よう秤量し、ポットミル中で４８時間湿式混合した。混
合後に脱水乾燥し、 ７００〜 ９５０℃で２時間仮焼
した。その仮焼粉を再びポットミル中で４８時間湿式混
合し、脱水乾燥した。
１−ｙ Ｍ ｎｙ）Ｏ３ で、ｘが０，０．０１，０．
０２，０．０４，０．０６，０．０８，０．１０，０．
１５，０．２０，ｙが０．００１ ，０．００３ ，０
．００５ ，０．００７ ，０．００８ ，０．０１０
，０．０１５ ，０．０２０ である組成比率となる
よう秤量し、ポットミル中で４８時間湿式混合した。混
合後に脱水乾燥し、 ７００〜 ９５０℃で２時間仮焼
した。その仮焼粉を再びポットミル中で４８時間湿式混
合し、脱水乾燥した。
【００１３】特性を評価するため、ペレット型の素子を
作ることとし、当チタン酸鉛にバインダーとして、ＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）を約３ｗｔ％加えて造粒後
、成形圧力１ｔ／ｃｍ２ で直径２０ｍｍ厚さ１ｍｍの
円板に成形した。成形体は一酸化鉛２０ｗｔ％、ジルコ
ニア８０ｗｔ％の混合粉末のパッド材の上に置き、アル
ミナ匣鉢内に収め、フタをして焼成を行った。焼成は、
昇降温速度 ２００℃／ｈで大気炉内にて、１１００℃
〜１３００℃で焼成した。
作ることとし、当チタン酸鉛にバインダーとして、ＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）を約３ｗｔ％加えて造粒後
、成形圧力１ｔ／ｃｍ２ で直径２０ｍｍ厚さ１ｍｍの
円板に成形した。成形体は一酸化鉛２０ｗｔ％、ジルコ
ニア８０ｗｔ％の混合粉末のパッド材の上に置き、アル
ミナ匣鉢内に収め、フタをして焼成を行った。焼成は、
昇降温速度 ２００℃／ｈで大気炉内にて、１１００℃
〜１３００℃で焼成した。
【００１４】焼成後の圧電素子の亀裂の発生状況を表１
に示す。
に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１から、ｘが０．０１以下のとき焼成時
に素子に亀裂が発生すること、その他の範囲では亀裂が
発生しないことが示されている。次に亀裂の発生してい
ない素子の両面に銀電極を焼きつけたものを、それぞれ
１８０℃，６ｋＶ／ｍｍ，１０分間、シリコンオイル中
で分極処理を行った。分極された素子について、キュリ
ー温度、及び １５０°での圧力−電荷出力のヒステリ
シスを測定した。 その結果を表２，表３にそれぞれ示す。
に素子に亀裂が発生すること、その他の範囲では亀裂が
発生しないことが示されている。次に亀裂の発生してい
ない素子の両面に銀電極を焼きつけたものを、それぞれ
１８０℃，６ｋＶ／ｍｍ，１０分間、シリコンオイル中
で分極処理を行った。分極された素子について、キュリ
ー温度、及び １５０°での圧力−電荷出力のヒステリ
シスを測定した。 その結果を表２，表３にそれぞれ示す。
【００１７】キュリー温度は、図１の如く、温度に関し
て比誘電率が最大になる温度として求めた。また、圧力
−電荷出力のヒステリシスは、図２の如く、圧力を０か
ら２０００Ｎまで増加させたときの圧力差ｘ、それから
圧力を０へ戻したときの、同一圧力下での電荷出力の差
の最大値ｙから（１／２）（ｙ／ｘ）×１００ として
求めた。また、分極された素子の圧力−電荷出力の３０
〜 １５０℃における温度変化を求めた。これは素子に
２０００Ｎの圧力を加えたときの電荷出力が３０℃から
１５０℃までの温度変化でどれほど変化するかを ｐ
ｐｍ／℃で表わしたものである。 結果を表４に示す。
て比誘電率が最大になる温度として求めた。また、圧力
−電荷出力のヒステリシスは、図２の如く、圧力を０か
ら２０００Ｎまで増加させたときの圧力差ｘ、それから
圧力を０へ戻したときの、同一圧力下での電荷出力の差
の最大値ｙから（１／２）（ｙ／ｘ）×１００ として
求めた。また、分極された素子の圧力−電荷出力の３０
〜 １５０℃における温度変化を求めた。これは素子に
２０００Ｎの圧力を加えたときの電荷出力が３０℃から
１５０℃までの温度変化でどれほど変化するかを ｐ
ｐｍ／℃で表わしたものである。 結果を表４に示す。
【００１８】表２から、０．０２≦ｘ≦０．０６の範囲
内の組成では素子のキュリー温度はすべて ４９５℃で
あり、ｘが０．０８を超えると突然にキュリー温度が低
下することが見られる。表３では、ｙ＝０の組成では分
極が不平であり、 ０．００１≦ｙ≦０．００７ の組
成ではヒステリシスがないが、 ０．００８以上になる
とヒステリシスが大きくなることが見られる。
内の組成では素子のキュリー温度はすべて ４９５℃で
あり、ｘが０．０８を超えると突然にキュリー温度が低
下することが見られる。表３では、ｙ＝０の組成では分
極が不平であり、 ０．００１≦ｙ≦０．００７ の組
成ではヒステリシスがないが、 ０．００８以上になる
とヒステリシスが大きくなることが見られる。
【００１９】さらに、表４では、０．０２≦ｘ≦０．０
６かつ ０．００１≦ｙ≦０．００７ の範囲内の組成
では、他の範囲の組成と比べて、圧力−電荷出力の温度
変化率が極端に小さいこと（１１００ｐｐｍ／℃以下）
が見られる。従って、以上の結果から、０．０２≦ｘ≦
０．０６， ０．００１≦ｙ≦０．００７ の範囲内の
組成のチタン酸鉛系材料は、圧電材料として特性（キュ
リー温度、ヒステリシス、温度変化率）が極だって優れ
ていると結論される。
６かつ ０．００１≦ｙ≦０．００７ の範囲内の組成
では、他の範囲の組成と比べて、圧力−電荷出力の温度
変化率が極端に小さいこと（１１００ｐｐｍ／℃以下）
が見られる。従って、以上の結果から、０．０２≦ｘ≦
０．０６， ０．００１≦ｙ≦０．００７ の範囲内の
組成のチタン酸鉛系材料は、圧電材料として特性（キュ
リー温度、ヒステリシス、温度変化率）が極だって優れ
ていると結論される。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】また、本発明のチタン酸鉛圧電セラミック
ス材料は、特定の周波数でインピーダンスが低下して外
部信号を通し易くなる性質を利用したフィルターとして
も有用であり、特にこの特性の温度安定性が高く、かつ
高温まで安定である。
ス材料は、特定の周波数でインピーダンスが低下して外
部信号を通し易くなる性質を利用したフィルターとして
も有用であり、特にこの特性の温度安定性が高く、かつ
高温まで安定である。
【００２４】
【発明の効果】本発明のチタン酸鉛系圧電セラミックス
材料は、キュリー温度が高く、かつ圧力−電荷出力のヒ
ステリシスがなく、しかも温度安定性に優れている。従
って、圧力センサ、加速度センサとして有用である。
材料は、キュリー温度が高く、かつ圧力−電荷出力のヒ
ステリシスがなく、しかも温度安定性に優れている。従
って、圧力センサ、加速度センサとして有用である。
【図１】キュリー温度の定義図である。
【図２】圧電素子の圧力−電荷出力によるヒステリシス
を説明する図である。
を説明する図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 （Ｐｂ１−（３／２）ｘＡ ｘ ）（
Ｔｉ１−ｙ Ｂ ｙ ）Ｏ３ 〔式中、ＡはＬａ ，Ｓ
ｍ，Ｎｄ ，Ｓｒ ，Ｃａ から選ばれる１種又は２種
以上、ＢはＭｎ ，Ｎｉ ，Ｃｒ から選ばれる１種又
は２種以上、そして０．０２≦ｘ≦０．０６， ０．０
０１≦ｙ≦０．００７ である。〕で表わされる組成で
あることを特徴とするチタン酸鉛系圧電セラミックス材
料。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111535A JPH04342459A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | チタン酸鉛系圧電セラミックス材料 |
| EP92304306A EP0514150A1 (en) | 1991-05-16 | 1992-05-13 | Lead titanate base piezoelectric ceramic materials |
| US07/883,956 US5254278A (en) | 1991-05-16 | 1992-05-15 | Lead titanate based piezoelectric ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111535A JPH04342459A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | チタン酸鉛系圧電セラミックス材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342459A true JPH04342459A (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=14563815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3111535A Pending JPH04342459A (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | チタン酸鉛系圧電セラミックス材料 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5254278A (ja) |
| EP (1) | EP0514150A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04342459A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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