JPH07267733A - 圧電性磁器組成物 - Google Patents
圧電性磁器組成物Info
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- JPH07267733A JPH07267733A JP6056912A JP5691294A JPH07267733A JP H07267733 A JPH07267733 A JP H07267733A JP 6056912 A JP6056912 A JP 6056912A JP 5691294 A JP5691294 A JP 5691294A JP H07267733 A JPH07267733 A JP H07267733A
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Landscapes
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- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高電圧下での使用においても、また、経時的
にも、高い電気機械結合係数および優れた機械的品質係
数を有し、高効率で高信頼性を有する圧電性磁器組成物
を提供する。 【構成】 圧電セラミックスの材料粉体を焼結すること
により形成される圧電性磁器組成物であって、結晶化さ
れた粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ以下である
とともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb1/2Nb1/2)O3-
yPbZrO3-zPbTiO3 で表される基本組成によりなり、か
つ、ｘ，ｙ，ｚが次に示される範囲である。 x=0.5 〜30モル％,y=5〜80モル％,z=20 〜90モル％, x+
y+z=100 モル％
にも、高い電気機械結合係数および優れた機械的品質係
数を有し、高効率で高信頼性を有する圧電性磁器組成物
を提供する。 【構成】 圧電セラミックスの材料粉体を焼結すること
により形成される圧電性磁器組成物であって、結晶化さ
れた粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ以下である
とともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb1/2Nb1/2)O3-
yPbZrO3-zPbTiO3 で表される基本組成によりなり、か
つ、ｘ，ｙ，ｚが次に示される範囲である。 x=0.5 〜30モル％,y=5〜80モル％,z=20 〜90モル％, x+
y+z=100 モル％
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電性磁器組成物に関
し、例えばフィルタや共振子などの通信用デバイスへ
や、水中音響機器などのハイパワーを入力する超音波振
動子やトランスデューサなどに利用される。
し、例えばフィルタや共振子などの通信用デバイスへ
や、水中音響機器などのハイパワーを入力する超音波振
動子やトランスデューサなどに利用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電性磁器組成物として、ＰＺＴ
（ジルコンチタン酸鉛）等のＰＺＴ二成分系の圧電セラ
ミックスや、これらＰＺＴ二成分系に、第三成分として
複合ペロブスカイト化合物であるPb(Mg1/3Nb2/3)O3等を
加えることによって得られるＰＺＴ三成分系の圧電セラ
ミックスが知られている。
（ジルコンチタン酸鉛）等のＰＺＴ二成分系の圧電セラ
ミックスや、これらＰＺＴ二成分系に、第三成分として
複合ペロブスカイト化合物であるPb(Mg1/3Nb2/3)O3等を
加えることによって得られるＰＺＴ三成分系の圧電セラ
ミックスが知られている。
【０００３】また、三成分系のＰＺＴとして、この他
に、xPb(Sb1/2Nb1/2)O3-yPbTiO3-zPbZrO3(但し、x=0.5
〜25.0モル％,y=36.0 〜55.5モル％,z=53.5 〜20.5モル
％で且つx+y+z=100 モル％）なる基礎成分に重量比で0.
01〜2.0 ％のMnO2が含有された酸化物圧電材料（特公昭
４６−１２３４２号公報）が開示されている。
に、xPb(Sb1/2Nb1/2)O3-yPbTiO3-zPbZrO3(但し、x=0.5
〜25.0モル％,y=36.0 〜55.5モル％,z=53.5 〜20.5モル
％で且つx+y+z=100 モル％）なる基礎成分に重量比で0.
01〜2.0 ％のMnO2が含有された酸化物圧電材料（特公昭
４６−１２３４２号公報）が開示されている。
【０００４】また、こうした従来の圧電セラミックスで
は、その結晶粒子径の平均は約５μｍの大きさのものが
一般的である。
は、その結晶粒子径の平均は約５μｍの大きさのものが
一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の従来
例のうち後者の従来例は、電気機械結合係数Ｋp および
機械的品質係数Ｑm が大きい点で、前者の従来例に比べ
優れているものの、高電力分野で利用される場合、圧電
性が経時的に変化し、圧電特性が低下する問題がある。
また、圧電材料は一般に入力電圧が高くなるにつれ、発
熱量は徐々に上昇し、やがて、非線形化点で急激に発熱
量が増大する特性を有しているが、この非線形化点が低
いため、高電圧で使用した場合は、発熱量は急激に増大
し、機械的破壊に到るといった問題もある。
例のうち後者の従来例は、電気機械結合係数Ｋp および
機械的品質係数Ｑm が大きい点で、前者の従来例に比べ
優れているものの、高電力分野で利用される場合、圧電
性が経時的に変化し、圧電特性が低下する問題がある。
また、圧電材料は一般に入力電圧が高くなるにつれ、発
熱量は徐々に上昇し、やがて、非線形化点で急激に発熱
量が増大する特性を有しているが、この非線形化点が低
いため、高電圧で使用した場合は、発熱量は急激に増大
し、機械的破壊に到るといった問題もある。
【０００６】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたもので、高電圧下で使用する際にも、経時的に
圧電特性が低下することなく、また、高い電気機械結合
係数および優れた機械的品質係数を有する圧電性磁器組
成物を提供することを目的とする。
なされたもので、高電圧下で使用する際にも、経時的に
圧電特性が低下することなく、また、高い電気機械結合
係数および優れた機械的品質係数を有する圧電性磁器組
成物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】本発明の目的を達成する
ために、請求項１に対応する圧電性磁器組成物（以下、
発明１という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結
することにより形成される圧電性磁器組成物において、
結晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μ
ｍ以下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb
1/2Nb1/2)O3-yPbZrO3-zPbTiO3 で表される基本組成によ
りなり、かつ、ｘ，ｙ，ｚが次に示される範囲であるこ
とによって特徴付けられている。
ために、請求項１に対応する圧電性磁器組成物（以下、
発明１という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結
することにより形成される圧電性磁器組成物において、
結晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μ
ｍ以下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb
1/2Nb1/2)O3-yPbZrO3-zPbTiO3 で表される基本組成によ
りなり、かつ、ｘ，ｙ，ｚが次に示される範囲であるこ
とによって特徴付けられている。
【０００８】x=0.5 〜30モル％,y=5〜80モル％,z=20 〜
90モル％, x+y+z=100 モル％ また、請求項２に対応する圧電性磁器組成物（以下、発
明２という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結す
ることにより形成される圧電性磁器組成物において、結
晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ
以下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb
1/2Nb1/2)O3-(1-x)PbTiO3 で表される基本組成によりな
り、かつ、ｘが次に示される範囲であることによって特
徴付けられている。
90モル％, x+y+z=100 モル％ また、請求項２に対応する圧電性磁器組成物（以下、発
明２という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結す
ることにより形成される圧電性磁器組成物において、結
晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ
以下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb
1/2Nb1/2)O3-(1-x)PbTiO3 で表される基本組成によりな
り、かつ、ｘが次に示される範囲であることによって特
徴付けられている。
【０００９】x=0.5 〜30モル％ また、請求項３に対応する圧電性磁器組成物（以下、発
明３という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結す
ることにより形成される圧電性磁器組成物において、結
晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ
以下であるとともに、その結晶粒子は、次に示される複
合ペロブスカイト酸化物のいずれか、もしくは、これら
の複合ペロブスカイト酸化物を組成成分とする二成分系
ＰＺＴ、三成分系ＰＺＴあるいは四成分系ＰＺＴを基本
組成とし、この基本組成に重量比で0.01〜3 ％のSb2O3
を含有してなることによって特徴付けられている。
明３という）は、圧電セラミックスの材料粉体を焼結す
ることにより形成される圧電性磁器組成物において、結
晶化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ
以下であるとともに、その結晶粒子は、次に示される複
合ペロブスカイト酸化物のいずれか、もしくは、これら
の複合ペロブスカイト酸化物を組成成分とする二成分系
ＰＺＴ、三成分系ＰＺＴあるいは四成分系ＰＺＴを基本
組成とし、この基本組成に重量比で0.01〜3 ％のSb2O3
を含有してなることによって特徴付けられている。
【００１０】Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,Pb(Ni1/3Nb2/3)O3,Pb(M
g1/3Ta2/3)O3,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3Nb2/3)O3,Pb
(Co1/3Ta2/3)O3,Pb(Ni1/3Ta2/3)O3,Pb(Cd1/3Nb2/3)O3,P
b(Fe1/2Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3,
Pb(Sc1/2Ta1/2)O3,Pb Pb(Fe2/3 W1/3)O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3,( K1/2Bi1/2)TiO3 PbTiO3,PbZrO3,BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3 さらに、請求項４に対応する圧電性磁器組成物（以下、
発明４という）は、上記の発明１、発明２および発明３
の圧電性磁器組成物のいずれかのPbの一部が、Ca,Sn,L
a,Ba のいずれかで重量比０〜３０％置換されているこ
とによって特徴付けられている。
g1/3Ta2/3)O3,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3Nb2/3)O3,Pb
(Co1/3Ta2/3)O3,Pb(Ni1/3Ta2/3)O3,Pb(Cd1/3Nb2/3)O3,P
b(Fe1/2Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3,
Pb(Sc1/2Ta1/2)O3,Pb Pb(Fe2/3 W1/3)O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3,( K1/2Bi1/2)TiO3 PbTiO3,PbZrO3,BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3 さらに、請求項４に対応する圧電性磁器組成物（以下、
発明４という）は、上記の発明１、発明２および発明３
の圧電性磁器組成物のいずれかのPbの一部が、Ca,Sn,L
a,Ba のいずれかで重量比０〜３０％置換されているこ
とによって特徴付けられている。
【００１１】またさらに、請求項５に対応する圧電性磁
器組成物（以下、発明５という）は、上記の発明１、発
明２および発明３の圧電性磁器組成物のいずれかに、重
量比で0.01〜3 ％のMnO2を含有してなることによって特
徴付けられている。
器組成物（以下、発明５という）は、上記の発明１、発
明２および発明３の圧電性磁器組成物のいずれかに、重
量比で0.01〜3 ％のMnO2を含有してなることによって特
徴付けられている。
【００１２】
【作用】図２は、化学式0.97(Pb0.53Ti0.47)O3-0.03Pb
(Sb1/2Nb1/2)O3 なる圧電性磁器組成物に対して与えた
振動速度とその時の発熱量を示すものであり、その圧電
性磁器組成物の平均粒子径が２．８μｍ（アンチモンを
加えただけのもの）と０．７μｍ（アンチモンを加え
て、ファイン化したもの）のそれぞれについての実験デ
ータを示す。
(Sb1/2Nb1/2)O3 なる圧電性磁器組成物に対して与えた
振動速度とその時の発熱量を示すものであり、その圧電
性磁器組成物の平均粒子径が２．８μｍ（アンチモンを
加えただけのもの）と０．７μｍ（アンチモンを加え
て、ファイン化したもの）のそれぞれについての実験デ
ータを示す。
【００１３】この図から明らかなように、平均粒子径が
０．７μｍのものは２．８μｍに比べ、振動速度が上昇
してもその発熱量は低く抑えられる。したがって、高電
圧下での駆動に対し、発熱量の増大を抑制でき、これに
よる機械的破壊を防ぐことができる。
０．７μｍのものは２．８μｍに比べ、振動速度が上昇
してもその発熱量は低く抑えられる。したがって、高電
圧下での駆動に対し、発熱量の増大を抑制でき、これに
よる機械的破壊を防ぐことができる。
【００１４】また、図３は、上記した圧電性磁器組成物
の平均粒子径が０．７μｍおよび２．８μｍのそれぞれ
についての抗折強度のワイブルプロットを示す。この図
から明らかなように、平均粒子径が０．７μｍのものは
２．８μｍに比べ、大きな抗折強度を有する圧電性磁器
組成物となる。
の平均粒子径が０．７μｍおよび２．８μｍのそれぞれ
についての抗折強度のワイブルプロットを示す。この図
から明らかなように、平均粒子径が０．７μｍのものは
２．８μｍに比べ、大きな抗折強度を有する圧電性磁器
組成物となる。
【００１５】また、発明１、発明２、発明４および発明
５の基本構成に含有されたＳｂや、発明３、発明４およ
び発明５における添加物Ｓｂ2 Ｏ3 のＳｂが含有される
ことによって、焼結工程における粒成長は抑制される。
したがって、焼成工程において、仮焼粉末をさらに微細
にし、しかも、Ｓｂによって粒成長を抑制しながら、焼
成を行うことにより、サブミクロン粒径の緻密な圧電性
磁器組成物を作製することができる。
５の基本構成に含有されたＳｂや、発明３、発明４およ
び発明５における添加物Ｓｂ2 Ｏ3 のＳｂが含有される
ことによって、焼結工程における粒成長は抑制される。
したがって、焼成工程において、仮焼粉末をさらに微細
にし、しかも、Ｓｂによって粒成長を抑制しながら、焼
成を行うことにより、サブミクロン粒径の緻密な圧電性
磁器組成物を作製することができる。
【００１６】また、発明５の圧電性磁器組成物において
は、MnO2の成分Mnの作用により、高い電気機械結合係数
および優れた機械的品質係数を有する圧電性磁器組成物
となる。
は、MnO2の成分Mnの作用により、高い電気機械結合係数
および優れた機械的品質係数を有する圧電性磁器組成物
となる。
【００１７】
【実施例】まず、発明１に対応する実施例としては、
(1) に示すような三成分系の圧電セラミックスがある。
(1) に示すような三成分系の圧電セラミックスがある。
【００１８】 (1-x)Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 −x Pb(Sb1/2Nb1/2)O3,x=0.005〜0.08・・・・(1) この圧電性磁器組成物は、その組成としてＳｂが含まれ
ており、焼成の際、このＳｂの粒成長を抑制する作用に
よって、微細粒径のセラミックスを得ることができる。
ており、焼成の際、このＳｂの粒成長を抑制する作用に
よって、微細粒径のセラミックスを得ることができる。
【００１９】さらに、この実施例の圧電性磁器組成物
は、図示していないが、小さな結晶の集合体、すなわ
ち、結晶粒子からなっており、その結晶粒子の径の平均
は１μｍ以下となっている。
は、図示していないが、小さな結晶の集合体、すなわ
ち、結晶粒子からなっており、その結晶粒子の径の平均
は１μｍ以下となっている。
【００２０】このように、結晶粒子径が小さい結晶粒子
の集合体であることにより、機械的強度が高くなり、破
壊に対して優れた特性を有する。但し、この場合、結晶
粒子径が小さすぎると分極処理の際に、各粒子に電界が
かかりにくくなり、充分な圧電特性を得ることができな
いため、結晶粒子径の平均は０．２〜１μｍの範囲が望
ましい。
の集合体であることにより、機械的強度が高くなり、破
壊に対して優れた特性を有する。但し、この場合、結晶
粒子径が小さすぎると分極処理の際に、各粒子に電界が
かかりにくくなり、充分な圧電特性を得ることができな
いため、結晶粒子径の平均は０．２〜１μｍの範囲が望
ましい。
【００２１】なお、本実施例では、(1) 式に示すｘPb(S
b1/2Nb1/2)O3（以下、ＰＳＮという）のモル比ｘを０．
５〜３０モル％の範囲とするものである。次に、上記構
成からなる本発明実施例の製造方法について説明する。
b1/2Nb1/2)O3（以下、ＰＳＮという）のモル比ｘを０．
５〜３０モル％の範囲とするものである。次に、上記構
成からなる本発明実施例の製造方法について説明する。
【００２２】まず、本発明実施例に使用する原料は、Ｐ
ｂＯ2 （純度９７％）、ＺｒＯ2 （純度９９．５％）、
ＴｉＯ2 （純度９９．９％）、ＳｂＯ2 （純度９９．９
％）、Ｎｂ2 Ｏ5 （純度９９．９％）である。これらの
粉末を上記の(1) 式の組成式にしたがって秤量し、ボー
ルミル法によって１０〜２０時間湿式混合する。次に、
混合粉末を脱水乾燥後、大気中で７００〜９００℃で仮
焼する。その後、この仮焼粉末を、乳鉢で粗粉砕した
後、１２〜４８時間、ボールミル粉砕することによって
０．２μｍ程度の粉体とする。（本実施例では、この粉
末の比表面積は０９９ｍ2/ｇの測定値を得た。）さら
に、この粉末を更にジルコニアボールを用いて２４〜７
２時間、ボールミル粉砕する。また、本実施例では、こ
の工程でできた粉末（以下、ＰＳＮＦという）の比表面
積は６．６２ｍ2/ｇの測定値を得た。次に、この粉末に
バインダーを加えて造粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧
力でプレス成形する。なお、焼成は１０００〜１２００
℃の焼成温度で、数時間行う。
ｂＯ2 （純度９７％）、ＺｒＯ2 （純度９９．５％）、
ＴｉＯ2 （純度９９．９％）、ＳｂＯ2 （純度９９．９
％）、Ｎｂ2 Ｏ5 （純度９９．９％）である。これらの
粉末を上記の(1) 式の組成式にしたがって秤量し、ボー
ルミル法によって１０〜２０時間湿式混合する。次に、
混合粉末を脱水乾燥後、大気中で７００〜９００℃で仮
焼する。その後、この仮焼粉末を、乳鉢で粗粉砕した
後、１２〜４８時間、ボールミル粉砕することによって
０．２μｍ程度の粉体とする。（本実施例では、この粉
末の比表面積は０９９ｍ2/ｇの測定値を得た。）さら
に、この粉末を更にジルコニアボールを用いて２４〜７
２時間、ボールミル粉砕する。また、本実施例では、こ
の工程でできた粉末（以下、ＰＳＮＦという）の比表面
積は６．６２ｍ2/ｇの測定値を得た。次に、この粉末に
バインダーを加えて造粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧
力でプレス成形する。なお、焼成は１０００〜１２００
℃の焼成温度で、数時間行う。
【００２３】こうした一連の製造工程において、特に、
焼成の工程では、粒成長を伴うため、得られる結晶粒子
の大きさを想定して、微粉砕の程度を設定しなければな
らない。本実施例では、上述したように、２４〜７２時
間のボールミル粉砕の工程により、粉体をＰＳＮＦと
し、また、粒成長を抑制するためにＳｂを含有させて焼
成を行うので、結晶粒子のファイン化を容易に行うこと
ができる。また、これらの焼成条件および組成を適宜設
定することによって、結晶粒子の微細化の制御も容易で
ある。
焼成の工程では、粒成長を伴うため、得られる結晶粒子
の大きさを想定して、微粉砕の程度を設定しなければな
らない。本実施例では、上述したように、２４〜７２時
間のボールミル粉砕の工程により、粉体をＰＳＮＦと
し、また、粒成長を抑制するためにＳｂを含有させて焼
成を行うので、結晶粒子のファイン化を容易に行うこと
ができる。また、これらの焼成条件および組成を適宜設
定することによって、結晶粒子の微細化の制御も容易で
ある。
【００２４】なお、上記したように製造工程において、
粉体をＰＳＮＦに微粉砕したが、これがＰＳＮに比べ有
効であるのは、以下に示す実験結果を根拠とするもので
ある。
粉体をＰＳＮＦに微粉砕したが、これがＰＳＮに比べ有
効であるのは、以下に示す実験結果を根拠とするもので
ある。
【００２５】まず、ＰＳＮ置換量を３％一定とし、通常
の粉末（ＰＳＮ）と微粉末（ＰＳＮＦ）の焼結性を比較
する。粉末粒子を一様な大きさの球と仮定して、比表面
積０．９９ｍ2 ／ｇと、６．６２ｍ2 ／ｇを粒子径に換
算すると、それぞれ０．７５８μｍおよび０．１１３μ
ｍである。これらの粉末を温度を変えて焼成した試料の
密度を検討すると、通常の粉末は１１００℃以下では緻
密化が不十分であるが、微粉末は１０００℃でも理論値
の９７％まで緻密化した。図４はＰＳＮとＰＳＮＦのそ
れぞれについて、その焼成温度と平均粒径の測定結果を
示すものである。この図からも明らかなように、微粉末
の使用による焼結温度の低減は鉛系ペロブスカイト構造
セラミックスに共通する現象である。さらに、ＰＳＮは
緻密化すると、１μｍ以上に粒成長するが、ＰＳＮＦの
場合には、平均粒径が０．６〜０．７μｍでも緻密化す
る。以上のことから、ＰＳＮＦを用いることにより、Ｐ
ＳＮに比べ、低い焼結温度で、サブミクロン粒径の緻密
な圧電性磁器組成物を得ることができる。
の粉末（ＰＳＮ）と微粉末（ＰＳＮＦ）の焼結性を比較
する。粉末粒子を一様な大きさの球と仮定して、比表面
積０．９９ｍ2 ／ｇと、６．６２ｍ2 ／ｇを粒子径に換
算すると、それぞれ０．７５８μｍおよび０．１１３μ
ｍである。これらの粉末を温度を変えて焼成した試料の
密度を検討すると、通常の粉末は１１００℃以下では緻
密化が不十分であるが、微粉末は１０００℃でも理論値
の９７％まで緻密化した。図４はＰＳＮとＰＳＮＦのそ
れぞれについて、その焼成温度と平均粒径の測定結果を
示すものである。この図からも明らかなように、微粉末
の使用による焼結温度の低減は鉛系ペロブスカイト構造
セラミックスに共通する現象である。さらに、ＰＳＮは
緻密化すると、１μｍ以上に粒成長するが、ＰＳＮＦの
場合には、平均粒径が０．６〜０．７μｍでも緻密化す
る。以上のことから、ＰＳＮＦを用いることにより、Ｐ
ＳＮに比べ、低い焼結温度で、サブミクロン粒径の緻密
な圧電性磁器組成物を得ることができる。
【００２６】さらに、このＰＳＮとＰＳＮＦの電気的諸
定数の測定結果を表１に示す。
定数の測定結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】この表から明らかなように、サブミクロン
粒径化しても電気機械結合係数に大きな差異は見られな
いが、ＰＳＮＦの誘電率はかなり低くなる。図１から明
らかなように、平均粒径は、ＰＳＮの置換量とともに小
さくなり、２％の置換でもＰＺＴの平均粒径５μｍの半
分以下１．９μｍにまで小さくなる。置換量が２％を超
えると、平均粒径はゆるやかに減少し、８％置換した試
料の平均粒径はサブミクロン領域に入る。一方、密度は
置換量に関係なくほぼ一定であった。このように、ＰＳ
Ｎは結晶粒子の緻密化を阻害することなく、微小粒径化
に適した置換材料である。
粒径化しても電気機械結合係数に大きな差異は見られな
いが、ＰＳＮＦの誘電率はかなり低くなる。図１から明
らかなように、平均粒径は、ＰＳＮの置換量とともに小
さくなり、２％の置換でもＰＺＴの平均粒径５μｍの半
分以下１．９μｍにまで小さくなる。置換量が２％を超
えると、平均粒径はゆるやかに減少し、８％置換した試
料の平均粒径はサブミクロン領域に入る。一方、密度は
置換量に関係なくほぼ一定であった。このように、ＰＳ
Ｎは結晶粒子の緻密化を阻害することなく、微小粒径化
に適した置換材料である。
【００２９】次に、発明２に対応する実施例としては、
(2a)に示すような二成分系の圧電性磁器組成物がある。 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3 ・・・・(2a) また、発明３に対応する実施例としては、例えば(3a)に
示す複合ペロブスカイト酸化物や、(4a)に示す二成分系
ＰＺＴや、(5a)に示す三成分系ＰＺＴのそれぞれに重量
比で0.01〜3 ％のSb2O3 を含有してなるものがある。
(2a)に示すような二成分系の圧電性磁器組成物がある。 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3 ・・・・(2a) また、発明３に対応する実施例としては、例えば(3a)に
示す複合ペロブスカイト酸化物や、(4a)に示す二成分系
ＰＺＴや、(5a)に示す三成分系ＰＺＴのそれぞれに重量
比で0.01〜3 ％のSb2O3 を含有してなるものがある。
【００３０】PbTiO3 ・・・・(3a) Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 ・・・・(4a) Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-BaTiO3・・・・(5a) なお、この実施例は上記したものに限らず、次に示す複
合ペロブスカイト酸化物のいずれか、もしくは、これら
の複合ペロブスカイト酸化物のいずれかを組成成分とす
る二成分系ＰＺＴあるいは三成分系ＰＺＴを基本組成と
するものであり、この基本組成に重量比で0.01〜3 ％の
Sb2O3 を含有するすべての圧電性磁器組成物を含むもの
である。
合ペロブスカイト酸化物のいずれか、もしくは、これら
の複合ペロブスカイト酸化物のいずれかを組成成分とす
る二成分系ＰＺＴあるいは三成分系ＰＺＴを基本組成と
するものであり、この基本組成に重量比で0.01〜3 ％の
Sb2O3 を含有するすべての圧電性磁器組成物を含むもの
である。
【００３１】Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,Pb(Ni1/3Nb2/3)O3,Pb(M
g1/3Ta2/3)O3,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3Nb2/3)O3,Pb
(Co1/3Ta2/3)O3,Pb(Ni1/3Ta2/3)O3,Pb(Cd1/3Nb2/3)O3,P
b(Fe1/2Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3,
Pb(Sc1/2Ta1/2)O3,Pb Pb(Fe2/3 W1/3)O3, (Na1/2Bi1/2)TiO3,( K1/2Bi1/2)TiO3 PbTiO3,PbZrO3,BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3 また、発明４に対応する実施例としては、(1b),(2b) (3
b),(4b),(5b)に示すような圧電性磁器組成物がある。
g1/3Ta2/3)O3,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3Nb2/3)O3,Pb
(Co1/3Ta2/3)O3,Pb(Ni1/3Ta2/3)O3,Pb(Cd1/3Nb2/3)O3,P
b(Fe1/2Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3,
Pb(Sc1/2Ta1/2)O3,Pb Pb(Fe2/3 W1/3)O3, (Na1/2Bi1/2)TiO3,( K1/2Bi1/2)TiO3 PbTiO3,PbZrO3,BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3 また、発明４に対応する実施例としては、(1b),(2b) (3
b),(4b),(5b)に示すような圧電性磁器組成物がある。
【００３２】 x(Pb0.9Ca0.1)(SbNb)O3-yPZ-zPT ・・・・(1b) x(Pb0.9Ca0.1)(Sb1/2Nb1/2)-(1-x)PbTiO3 ・・・・(2b) (Pb0.9Ca0.1)TiO3 ・・・・(3b) (Pb0.9Ca0.1)(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 ・・・・(4b) (Pb0.9Ca0.1)(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-BaTiO3・・・・(5b) これらは、発明１、発明２および発明３に対応する実施
例のうちいずれかに対しPbの一部が、Ca,Sn,La,Ba のい
ずれかで重量比で０〜３０％置換された圧電性磁器組成
物をである。
例のうちいずれかに対しPbの一部が、Ca,Sn,La,Ba のい
ずれかで重量比で０〜３０％置換された圧電性磁器組成
物をである。
【００３３】また、発明５に対応する実施例としては、
上記した発明１乃至発明４に対応する実施例のうちいず
れかに、重量比で0.01〜3 ％のMnO2を含有してなる圧電
性磁器組成物である。
上記した発明１乃至発明４に対応する実施例のうちいず
れかに、重量比で0.01〜3 ％のMnO2を含有してなる圧電
性磁器組成物である。
【００３４】以上述べた発明２、発明３、発明４および
発明５に対応する実施例は、発明１に対応する実施例同
様、その組成としてＳｂが含有されており、焼成の際、
このＳｂの粒成長を抑制する作用によって、微細粒径の
セラミックスを得ることができる。この結晶粒子の径の
平均は１μｍ以下となっており、機械的強度が高くな
り、破壊に対して優れた特性を有する。なお、この場合
も結晶粒子径の平均は０．２〜１μｍの範囲が望まし
い。
発明５に対応する実施例は、発明１に対応する実施例同
様、その組成としてＳｂが含有されており、焼成の際、
このＳｂの粒成長を抑制する作用によって、微細粒径の
セラミックスを得ることができる。この結晶粒子の径の
平均は１μｍ以下となっており、機械的強度が高くな
り、破壊に対して優れた特性を有する。なお、この場合
も結晶粒子径の平均は０．２〜１μｍの範囲が望まし
い。
【００３５】また、発明５に対応する実施例において
は、上記した効果に加え、Mnの作用により、絶縁抵抗お
よび耐圧が向上し、高い電気機械結合係数および優れた
機械的品質係数を有する点でさらに特性の優れたもので
ある。
は、上記した効果に加え、Mnの作用により、絶縁抵抗お
よび耐圧が向上し、高い電気機械結合係数および優れた
機械的品質係数を有する点でさらに特性の優れたもので
ある。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電性磁
器組成物によれば、結晶粒子径の平均が１μｍ以下とし
たので、抗折強度および引張り強度が大きいものとな
り、応力が加わっても亀裂等を生じることがなく、耐衝
撃性、耐振動性に優れたものになる。
器組成物によれば、結晶粒子径の平均が１μｍ以下とし
たので、抗折強度および引張り強度が大きいものとな
り、応力が加わっても亀裂等を生じることがなく、耐衝
撃性、耐振動性に優れたものになる。
【００３７】また、発明１、発明２、発明４および発明
５の基本構成にあるＳｂや、発明３、発明４および発明
５におけるＳｂ2 Ｏ3 を添加する構成としたので、焼結
工程において、粒成長は抑制され、上記した１μｍ以下
の結晶粒子径をもつ圧電性磁器組成物の製造を容易に行
うことができる。
５の基本構成にあるＳｂや、発明３、発明４および発明
５におけるＳｂ2 Ｏ3 を添加する構成としたので、焼結
工程において、粒成長は抑制され、上記した１μｍ以下
の結晶粒子径をもつ圧電性磁器組成物の製造を容易に行
うことができる。
【００３８】さらに、発明５の圧電性磁器組成物によれ
ば、Ｍｎを基本構成に含有する構成としたので、絶縁抵
抗および耐圧が向上し、高い電気機械結合係数および優
れた機械的品質係数を有するものとなる。
ば、Ｍｎを基本構成に含有する構成としたので、絶縁抵
抗および耐圧が向上し、高い電気機械結合係数および優
れた機械的品質係数を有するものとなる。
【００３９】この結果、高電圧下での使用においても、
また、経時的にも、高効率で高信頼性を有する圧電性磁
器組成物を実現することができる。
また、経時的にも、高効率で高信頼性を有する圧電性磁
器組成物を実現することができる。
【図１】ＰＺＴを０％〜８％の範囲でＰＳＮに置換し、
焼成して得られた本発明実施例の密度と平均粒径を示す
図
焼成して得られた本発明実施例の密度と平均粒径を示す
図
【図２】平均粒子径が２．８μｍと０．７μｍのそれぞ
れの0.97(Pb0.53Ti0.47)O3-0.03Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 なる
圧電性磁器組成物に対し、与えた振動速度とその時の発
熱量の関係を示す図
れの0.97(Pb0.53Ti0.47)O3-0.03Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 なる
圧電性磁器組成物に対し、与えた振動速度とその時の発
熱量の関係を示す図
【図３】図２に示した圧電性磁器組成物の平均粒子径が
０．７μｍおよび２．８μｍのそれぞれについての抗折
強度のワイブルプロットを示す図
０．７μｍおよび２．８μｍのそれぞれについての抗折
強度のワイブルプロットを示す図
【図４】ＰＳＮとＰＳＮＦについて、焼成温度と平均粒
径との関係を示す図
径との関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１ Ｅ
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電セラミックスの材料粉体を焼結する
ことにより形成される圧電性磁器組成物において、結晶
化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ以
下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb1/2N
b1/2)O3-yPbZrO3-zPbTiO3 で表される基本組成によりな
り、かつ、ｘ，ｙ，ｚが次に示される範囲であることを
特徴とする圧電性磁器組成物。 x=0.5 〜30モル％,y=5〜80モル％,z=20 〜90モル％, x+
y+z=100 モル％ - 【請求項２】 圧電セラミックスの材料粉体を焼結する
ことにより形成される圧電性磁器組成物において、結晶
化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ以
下であるとともに、その結晶粒子は、化学式xPb(Sb1/2N
b1/2)O3-(1-x)PbTiO3 で表される基本組成によりなり、
かつ、ｘが次に示される範囲であることを特徴とする圧
電性磁器組成物。 x=0.5 〜30モル％ - 【請求項３】 圧電セラミックスの材料粉体を焼結する
ことにより形成される圧電性磁器組成物において、結晶
化された上記粉体の結晶粒子の粒子径の平均が１μｍ以
下であるとともに、その結晶粒子は、次に示される複合
ペロブスカイト酸化物のいずれか、もしくは、これらの
複合ペロブスカイト酸化物のいずれかを組成成分とする
二成分系ＰＺＴあるいは三成分系ＰＺＴあるいは四成分
系ＰＺＴを基本組成とし、この基本組成に重量比で0.01
〜3 ％のSb2O3 を含有してなることを特徴とする圧電性
磁器組成物。 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,Pb(Ni1/3Nb2/3)O3,Pb(Mg1/3Ta2/3)
O3,Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3Nb2/3)O3,Pb(Co1/3T
a2/3)O3,Pb(Ni1/3Ta2/3)O3,Pb(Cd1/3Nb2/3)O3,Pb(Fe1/2
Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3,Pb(Sc
1/2Ta1/2)O3,Pb Pb(Fe2/3 W1/3)O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3,( K1/2Bi1/2)TiO3 PbTiO3,PbZrO3,BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3 - 【請求項４】 請求項１、請求項２および請求項３記載
の圧電性磁器組成物のいずれかのPbの一部が、Ca,Sn,L
a,Ba のいずれかで重量比で０〜３０％置換されている
ことを特徴とする圧電性磁器組成物。 - 【請求項５】 請求項１、請求項２および請求項３記載
の圧電性磁器組成物のいずれかに、重量比で0.01〜3 ％
のMnO2を含有してなることを特徴とする圧電性磁器組成
物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6056912A JPH07267733A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 圧電性磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6056912A JPH07267733A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 圧電性磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07267733A true JPH07267733A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13040683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6056912A Pending JPH07267733A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 圧電性磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07267733A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100369307B1 (ko) * | 2000-05-30 | 2003-01-24 | 주식회사 이.엠.디 | 고진폭 압전 디바이스용 압전 세라믹 조성물 |
| JP2004067437A (ja) * | 2002-08-06 | 2004-03-04 | Nec Tokin Corp | 圧電磁器組成物 |
| KR100431404B1 (ko) * | 2001-04-06 | 2004-05-22 | 임기조 | 고출력 압전 디바이스용 압전 세라믹 조성물, 이를 이용한 압전 변압기 및 그 구동방법 |
| JP2005097073A (ja) * | 2003-03-28 | 2005-04-14 | Seiko Epson Corp | 強誘電体材料、強誘電体膜およびその製造方法、強誘電体キャパシタおよびその製造方法、強誘電体メモリならびに圧電素子 |
| EP1367036A3 (en) * | 2002-05-30 | 2006-09-27 | TDK Corporation | Piezoelectric ceramic production method and piezoelectric element production method |
| WO2020017325A1 (ja) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | 株式会社村田製作所 | 圧電セラミックス、セラミックス電子部品、及び、圧電セラミックスの製造方法 |
| CN113824495A (zh) * | 2021-11-23 | 2021-12-21 | 深圳维普创新科技有限公司 | 一种计算Q-Factor的电路、方法、装置及电子设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS562686A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-12 | Toshiba Corp | Piezoelectric oxide material |
| JPS56115584A (en) * | 1980-02-18 | 1981-09-10 | Toshiba Corp | Oxide piezoelectric material |
| JPH02145476A (ja) * | 1988-11-25 | 1990-06-04 | Inax Corp | 強誘電性セラミックス |
-
1994
- 1994-03-28 JP JP6056912A patent/JPH07267733A/ja active Pending
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| JP4572361B2 (ja) * | 2003-03-28 | 2010-11-04 | セイコーエプソン株式会社 | 強誘電体膜の製造方法、強誘電体キャパシタおよびその製造方法、強誘電体メモリならびに圧電素子 |
| WO2020017325A1 (ja) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | 株式会社村田製作所 | 圧電セラミックス、セラミックス電子部品、及び、圧電セラミックスの製造方法 |
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