JPH0478582B2 - - Google Patents
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- JPH0478582B2 JPH0478582B2 JP63135426A JP13542688A JPH0478582B2 JP H0478582 B2 JPH0478582 B2 JP H0478582B2 JP 63135426 A JP63135426 A JP 63135426A JP 13542688 A JP13542688 A JP 13542688A JP H0478582 B2 JPH0478582 B2 JP H0478582B2
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- dielectric constant
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- present
- coupling coefficient
- electromechanical coupling
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
＜産業上の利用分野＞
本発明は、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物組成
物に関する。チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物は、
圧電性、電歪特性に優れ、スピーカー、マイクロ
ホン、ブザー、ピツクアツプ、エレメント、各種
アクチユエーター、点火栓などに広く応用されて
いる。 ＜従来の技術とその問題点＞ チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物磁器を電気機械
変換素子として応用する場合、特にスピーカー、
マイクロホンのように大きい出力電圧とその周波
数特性の平坦性を望む応用においては、電気機械
結合係数を大きく、また素子の静電容量を大きく
するために材料自体の誘電率が高いものが望まし
い。 従来、この目的を達成するため、強誘電性磁器
組成物が知られている（特公昭44−17103号公
報）。この組成物は xPb（Mg1／3Nb2／３）O3−yPbTiO3−
zPbZrO3系磁器組成物のうち、Pb原子の一部を
Sr，Ba，Ca群から選ばれた少なくとも１つの原
子で20原子％まで置換されたことを特徴とする強
誘電体組成物である。ただし、ｘ，ｙ，ｚの値は
それぞれｘ＝87.5〜１，ｙ−81.3〜０（０を含ま
ない）、ｚ＝95.0〜０（０を含まない）ｘ＋ｙ＋ｚ
＝100（いずれもモル％）である。しかしながら、
この組成物でも、電気機械結合係数及び誘電率の
高さの点では充分とはいえなかつた。 本発明は、前記問題点を解決するために、前記
組成物を改良することを目的になされたものであ
る。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者らは、前記問題点を解決するために、
種々の組成について検討を加えた結果、Pb組成
を化学量論量から、ほんの僅か少ない方にずらす
事により、電気機械結合係数及び、誘電率を高く
できることを見出し本発明に至つた。 すなわち、本発明は、 （Pb1-a-bMa）（Mg1／3Nb2／３）xTiyZrzO3で
表される酸化物組成物において、ｂ＝0.005〜
0.05であることを特徴とするチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物組成物である。ただし、Ｍは、Sr，
Ba，Caのうち少なくとも１種の原子であり、ａ
＝0.01〜0.1，ｘ＝0.10〜0.50，ｙ＝0.30〜0.50，
ｚ＝0.10〜0.50，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、上記数
値はいずれも原子比とする。 以下さらに本発明を詳細に説明する。 本発明の組成物において、ＭはPbを置換する
事により、電気機械結合係数及び誘電率を高める
働きがある。Ｍの置換量は、所望する誘電率によ
つて最適値がある。Ｍの置換量が増すにつれて誘
電率は増加するが、置換量が多すぎると誘電率増
加の効果が低下するばかりでなく焼結性が低下
し、焼結に必要な温度が高くなり、焼結密度も上
がらなくなる。 また、圧電材料として応用する場合には、Ｍの
置換量が多すぎるとキユリー温度が低下し、材料
の圧電特性の経時的な劣化がひどくなるので実用
上好ましくない。 したがつて、Ｍの組成比としては、ａ＝0.01〜
0.1でなければならず、とくに0.02〜0.07が好まし
い。 （Mg1／3Nb2／３）の組成比ｘは、増加する
ほど誘電率が増加するが、Nb原料が高価である。
また、ZrとTiの組成ｙ，ｚは、電気機械結合係
数及び誘電率に大きく影響し、特にモルフオトロ
ピツク相境界付近が好ましい。 これらの点を総合すると、本発明のｘ，ｙ，ｚ
の組成範囲は、ｘ＝0.10〜0.50，ｙ＝0.30〜0.50，
ｚ＝0.10〜0.50（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）でな
ければならない。この範囲に限定した理由は、前
記のごとくこの範囲内で電気機械結合係数及び誘
電率が高いからである。特に高い誘電率（たとえ
ば、比誘電率3000以上）が必要な用途の場合のよ
り好ましい組成範囲は、ｘ＝0.20〜0.40，ｙ＝
0.35〜0.45.z＝0.20〜0.40（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）である。 本発明の要点は、Pb組成比を化学量論量より
少なくする事にある。すなわち、ｂ＝0.0.5〜0.05
の範囲とする事である。このように限定した理由
は、ｂ＝0.005未満では、誘電率向上の度合いが
小さく本発明の目的を達しない。また、ｂ＝0.05
を越えると焼結性が低下し、焼結に必要な温度が
高くなり、焼結密度も上がらなくなる。 以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 ＜実施例＞ 実施例１〜９および比較例１〜４ Pb3O4，SrCO3，MgO，Nb2O5，ZrO2，TiO2，
CaCO3およびBaCO3の各粉末を表に示す組成比
でボールミルを用いて20時間混合した。これらの
混合物を温度800〜900℃で１時間仮焼した。これ
らの仮焼物をボールミルで５時間粉砕して粒径
0.5から2μmの粉末とし、これを1000Kg／cm2の圧
力で直径20mmの円盤状に加圧成形し、温度1200〜
1300℃で１時間焼結した。焼結体の比誘電率ε33
Ｔ／ε0及び電気機械結合係数Kp（％）の評価結果
を表に示す。表に記載の実験群番号ごとに比較す
ると、ｂの値による効果がはつきりわかる。すな
わち、各実験群ともｂの値が0.005〜0.05の場合、
ｂの値が０の場合に比べて比誘電率の値と電気機
械係数の値が明らかに高くなつている。 なお、電気特性の測定は、次のとおり行なつ
た。すなわち、焼結体を厚さ0.5mm、直径16mmの
ペレツトに加工、研磨し、その両面に銀ペースト
を塗布、焼付ける事により電極を形成した。つい
で温度100℃のシリコンオイルの前記ペレツトを
浸漬し、両電極間に1.5KVの直流電圧を30分間印
刷する事によつて分極処理を行なつた。次にイン
ピーダンスアナライザーを用いて、比誘電率ε33
Ｔ／ε0及び電気機械結合係数Kp（％）を測定し
た。電気機械結合係数Kp（％）の測定には、共
振・反共振法を用いた。
物に関する。チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物は、
圧電性、電歪特性に優れ、スピーカー、マイクロ
ホン、ブザー、ピツクアツプ、エレメント、各種
アクチユエーター、点火栓などに広く応用されて
いる。 ＜従来の技術とその問題点＞ チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物磁器を電気機械
変換素子として応用する場合、特にスピーカー、
マイクロホンのように大きい出力電圧とその周波
数特性の平坦性を望む応用においては、電気機械
結合係数を大きく、また素子の静電容量を大きく
するために材料自体の誘電率が高いものが望まし
い。 従来、この目的を達成するため、強誘電性磁器
組成物が知られている（特公昭44−17103号公
報）。この組成物は xPb（Mg1／3Nb2／３）O3−yPbTiO3−
zPbZrO3系磁器組成物のうち、Pb原子の一部を
Sr，Ba，Ca群から選ばれた少なくとも１つの原
子で20原子％まで置換されたことを特徴とする強
誘電体組成物である。ただし、ｘ，ｙ，ｚの値は
それぞれｘ＝87.5〜１，ｙ−81.3〜０（０を含ま
ない）、ｚ＝95.0〜０（０を含まない）ｘ＋ｙ＋ｚ
＝100（いずれもモル％）である。しかしながら、
この組成物でも、電気機械結合係数及び誘電率の
高さの点では充分とはいえなかつた。 本発明は、前記問題点を解決するために、前記
組成物を改良することを目的になされたものであ
る。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者らは、前記問題点を解決するために、
種々の組成について検討を加えた結果、Pb組成
を化学量論量から、ほんの僅か少ない方にずらす
事により、電気機械結合係数及び、誘電率を高く
できることを見出し本発明に至つた。 すなわち、本発明は、 （Pb1-a-bMa）（Mg1／3Nb2／３）xTiyZrzO3で
表される酸化物組成物において、ｂ＝0.005〜
0.05であることを特徴とするチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物組成物である。ただし、Ｍは、Sr，
Ba，Caのうち少なくとも１種の原子であり、ａ
＝0.01〜0.1，ｘ＝0.10〜0.50，ｙ＝0.30〜0.50，
ｚ＝0.10〜0.50，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、上記数
値はいずれも原子比とする。 以下さらに本発明を詳細に説明する。 本発明の組成物において、ＭはPbを置換する
事により、電気機械結合係数及び誘電率を高める
働きがある。Ｍの置換量は、所望する誘電率によ
つて最適値がある。Ｍの置換量が増すにつれて誘
電率は増加するが、置換量が多すぎると誘電率増
加の効果が低下するばかりでなく焼結性が低下
し、焼結に必要な温度が高くなり、焼結密度も上
がらなくなる。 また、圧電材料として応用する場合には、Ｍの
置換量が多すぎるとキユリー温度が低下し、材料
の圧電特性の経時的な劣化がひどくなるので実用
上好ましくない。 したがつて、Ｍの組成比としては、ａ＝0.01〜
0.1でなければならず、とくに0.02〜0.07が好まし
い。 （Mg1／3Nb2／３）の組成比ｘは、増加する
ほど誘電率が増加するが、Nb原料が高価である。
また、ZrとTiの組成ｙ，ｚは、電気機械結合係
数及び誘電率に大きく影響し、特にモルフオトロ
ピツク相境界付近が好ましい。 これらの点を総合すると、本発明のｘ，ｙ，ｚ
の組成範囲は、ｘ＝0.10〜0.50，ｙ＝0.30〜0.50，
ｚ＝0.10〜0.50（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）でな
ければならない。この範囲に限定した理由は、前
記のごとくこの範囲内で電気機械結合係数及び誘
電率が高いからである。特に高い誘電率（たとえ
ば、比誘電率3000以上）が必要な用途の場合のよ
り好ましい組成範囲は、ｘ＝0.20〜0.40，ｙ＝
0.35〜0.45.z＝0.20〜0.40（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）である。 本発明の要点は、Pb組成比を化学量論量より
少なくする事にある。すなわち、ｂ＝0.0.5〜0.05
の範囲とする事である。このように限定した理由
は、ｂ＝0.005未満では、誘電率向上の度合いが
小さく本発明の目的を達しない。また、ｂ＝0.05
を越えると焼結性が低下し、焼結に必要な温度が
高くなり、焼結密度も上がらなくなる。 以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 ＜実施例＞ 実施例１〜９および比較例１〜４ Pb3O4，SrCO3，MgO，Nb2O5，ZrO2，TiO2，
CaCO3およびBaCO3の各粉末を表に示す組成比
でボールミルを用いて20時間混合した。これらの
混合物を温度800〜900℃で１時間仮焼した。これ
らの仮焼物をボールミルで５時間粉砕して粒径
0.5から2μmの粉末とし、これを1000Kg／cm2の圧
力で直径20mmの円盤状に加圧成形し、温度1200〜
1300℃で１時間焼結した。焼結体の比誘電率ε33
Ｔ／ε0及び電気機械結合係数Kp（％）の評価結果
を表に示す。表に記載の実験群番号ごとに比較す
ると、ｂの値による効果がはつきりわかる。すな
わち、各実験群ともｂの値が0.005〜0.05の場合、
ｂの値が０の場合に比べて比誘電率の値と電気機
械係数の値が明らかに高くなつている。 なお、電気特性の測定は、次のとおり行なつ
た。すなわち、焼結体を厚さ0.5mm、直径16mmの
ペレツトに加工、研磨し、その両面に銀ペースト
を塗布、焼付ける事により電極を形成した。つい
で温度100℃のシリコンオイルの前記ペレツトを
浸漬し、両電極間に1.5KVの直流電圧を30分間印
刷する事によつて分極処理を行なつた。次にイン
ピーダンスアナライザーを用いて、比誘電率ε33
Ｔ／ε0及び電気機械結合係数Kp（％）を測定し
た。電気機械結合係数Kp（％）の測定には、共
振・反共振法を用いた。
【表】
＜発明の効果＞
本発明のチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物組成物
は、Pb組成比を化学量論量より少なくすること
により、従来のものより比誘電率及び電気機械結
合係数が特に高いという効果がある。
は、Pb組成比を化学量論量より少なくすること
により、従来のものより比誘電率及び電気機械結
合係数が特に高いという効果がある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ （Pb1-a-bMa）（Mg1／3Nb2／３）xTiyZrzO3 で表される酸化物組成物において、ｂ＝0.005〜
0.05であることを特徴とするチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物組成物。 ただし、Ｍは、Sr，Ba，Caのうち少なくとも
１種の原子であり、ａ＝0.01〜0.1，ｘ＝0.10〜
0.50，ｙ＝0.30〜0.50，ｚ＝0.10〜0.50，ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１であり、上記数値はいずれも原子比とす
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63135426A JPH01305856A (ja) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63135426A JPH01305856A (ja) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01305856A JPH01305856A (ja) | 1989-12-11 |
| JPH0478582B2 true JPH0478582B2 (ja) | 1992-12-11 |
Family
ID=15151453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63135426A Granted JPH01305856A (ja) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01305856A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4496579B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2010-07-07 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電セラミック組成物 |
| JP4688329B2 (ja) * | 2001-03-29 | 2011-05-25 | 京セラ株式会社 | アクチュエータ用圧電磁器及び積層型圧電アクチュエータ並びに噴射装置 |
-
1988
- 1988-06-03 JP JP63135426A patent/JPH01305856A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01305856A (ja) | 1989-12-11 |
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