JPS5913384A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPS5913384A JPS5913384A JP57121156A JP12115682A JPS5913384A JP S5913384 A JPS5913384 A JP S5913384A JP 57121156 A JP57121156 A JP 57121156A JP 12115682 A JP12115682 A JP 12115682A JP S5913384 A JPS5913384 A JP S5913384A
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- JP
- Japan
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- composition
- coupling coefficient
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
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】
本発明は、超音波振動子、セラミックフィルタ等に用い
る圧電磁器に関するものである。
る圧電磁器に関するものである。
従来、この種の圧電磁器としてはジルコン・チタン酸鉛
(PbZrOs PbTl0s)を主成分とするいわ
ゆるPZT系圧電磁器やBa’l’iQs系磁器が用い
られてきたが、これらの磁器は本質的に高誘電率(10
00〜3000)磁器であるため高周波で用いる場合に
素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路とのイン
ピーダンス整合に問題がでてくる。特に最近では圧電素
子の高周波化が進んでおシ、誘電率の比較的小さい(約
200)PbTiO8系磁器が注目されている。このp
b’rto3系磁器は、(υ誘電率が小さい、(2]電
気機械結合係数の異方性すなわち厚み縦振動と横方向振
動の電気機械結合係数比kl/kpが極めて大きく10
〜15に遅しくPZTや13aTiOs磁器のk t
/ k pは1〜2である)、かつ(3)厚み縦振動の
電気機械結合係数ktが比較的大きい(kiが約0.5
)という現在知られているどの圧電磁器にも見られない
極めて特異な材料である。
(PbZrOs PbTl0s)を主成分とするいわ
ゆるPZT系圧電磁器やBa’l’iQs系磁器が用い
られてきたが、これらの磁器は本質的に高誘電率(10
00〜3000)磁器であるため高周波で用いる場合に
素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路とのイン
ピーダンス整合に問題がでてくる。特に最近では圧電素
子の高周波化が進んでおシ、誘電率の比較的小さい(約
200)PbTiO8系磁器が注目されている。このp
b’rto3系磁器は、(υ誘電率が小さい、(2]電
気機械結合係数の異方性すなわち厚み縦振動と横方向振
動の電気機械結合係数比kl/kpが極めて大きく10
〜15に遅しくPZTや13aTiOs磁器のk t
/ k pは1〜2である)、かつ(3)厚み縦振動の
電気機械結合係数ktが比較的大きい(kiが約0.5
)という現在知られているどの圧電磁器にも見られない
極めて特異な材料である。
それゆえ、この特色のある特性を利用した多くの応用素
子が実用化さ扛ている。たとえば、pb’rio、磁器
の電気機械結合係数の大きな異方性は、近年、医用超音
波診断装置等に用いる超音波探触子用圧電磁器として着
目さ扛ている。すなわち、超音波診断装置の高周波化が
進んでいるが、周波数が5MH2を越えると従来のPZ
T系圧電磁器ではアレイ探触子を構成rることが加工上
困難になる。それはPZT系磁器の電気機械結合係数の
異方性が小さいため、アレイを構成する要素の厚みtと
巾Wの比にW/l<1という制約があることによる。
子が実用化さ扛ている。たとえば、pb’rio、磁器
の電気機械結合係数の大きな異方性は、近年、医用超音
波診断装置等に用いる超音波探触子用圧電磁器として着
目さ扛ている。すなわち、超音波診断装置の高周波化が
進んでいるが、周波数が5MH2を越えると従来のPZ
T系圧電磁器ではアレイ探触子を構成rることが加工上
困難になる。それはPZT系磁器の電気機械結合係数の
異方性が小さいため、アレイを構成する要素の厚みtと
巾Wの比にW/l<1という制約があることによる。
そこで最近、この制約の原因となる不要な横方向振動の
電気機械結合係数kpが、必要な厚み方向振動の電気機
械結合係数ktに比較して小さいPbTi0.系圧麹磁
器が高周波探触子用材料として注目されている。これま
で、(Pb、+ xcax)C(CO+/l W+/2
) yT i、 −y 〕Os +MnO系磁器でk
pユ0.05.ktシ0.50(kt/kp〜10)と
いう特性をもつ材料が開発され、その有用性が示されて
いる。
電気機械結合係数kpが、必要な厚み方向振動の電気機
械結合係数ktに比較して小さいPbTi0.系圧麹磁
器が高周波探触子用材料として注目されている。これま
で、(Pb、+ xcax)C(CO+/l W+/2
) yT i、 −y 〕Os +MnO系磁器でk
pユ0.05.ktシ0.50(kt/kp〜10)と
いう特性をもつ材料が開発され、その有用性が示されて
いる。
しかし、PbTiO3系磁器を用いた探触子の検出感度
は小芒<、さらに高周波化が進むと感度低下が増々顎著
となる。そnゆえ、検出感度を増大させることが高周波
用探触子にとって大きな課題であり、そのためには、厚
み縦振動の電気機械結合係数ktを太きくしなければな
らない。
は小芒<、さらに高周波化が進むと感度低下が増々顎著
となる。そnゆえ、検出感度を増大させることが高周波
用探触子にとって大きな課題であり、そのためには、厚
み縦振動の電気機械結合係数ktを太きくしなければな
らない。
本発明の目的は上記従来技術の難点を解消し、k t
/ k pやktの値が大で、誘電率の低い圧電磁器組
成物の提供にあり、また特に、高周波の超音波探触子に
用いて検出感度の高い圧電磁器組成物の提供にある。
/ k pやktの値が大で、誘電率の低い圧電磁器組
成物の提供にあり、また特に、高周波の超音波探触子に
用いて検出感度の高い圧電磁器組成物の提供にある。
上記目的を達成するため、本発明の圧電磁器組成物はl
)xPbZr03 yPb(Mn+7s Nb!/
It )03で構成され、Xの値は0.905≦X≦0
960の範囲にあり且つx + y = 1. OOな
る組成を有する2成分系組成物、もしくはfi )xP
bZro3−YPb (Mn+/a Nb2/S )O
3ZPbTiO,で構成され、pbzro3 、 Pb
(Mnt/s Nb2/3 )Os およびpbT
iosを頂点とする三角座標の組成図においてx+y+
Z=1.000として且つAをX=0.905.y=0
.095.z=0.000.BをX=0.960. y
=0.040.z=o、ooo、Cをx = 0.93
2 、 Y = 0.005 、 Z = 0.063
、およびDをx=0.905.y=0.005.Z=
0.090なる点とするとき、点p、、B、CおよびD
を頂点とする四角形内の範囲で示される組成(但しz
= o、 o o oの組成を含まないンを有する3成
分系組成物である。なお、上記点A、B、CおよびDを
頂点とする四角形内の範囲で示される組成でz=o、o
ooの場合を含めれば、上記2成分系と3成分系の双方
の組成物を示すことになる。
)xPbZr03 yPb(Mn+7s Nb!/
It )03で構成され、Xの値は0.905≦X≦0
960の範囲にあり且つx + y = 1. OOな
る組成を有する2成分系組成物、もしくはfi )xP
bZro3−YPb (Mn+/a Nb2/S )O
3ZPbTiO,で構成され、pbzro3 、 Pb
(Mnt/s Nb2/3 )Os およびpbT
iosを頂点とする三角座標の組成図においてx+y+
Z=1.000として且つAをX=0.905.y=0
.095.z=0.000.BをX=0.960. y
=0.040.z=o、ooo、Cをx = 0.93
2 、 Y = 0.005 、 Z = 0.063
、およびDをx=0.905.y=0.005.Z=
0.090なる点とするとき、点p、、B、CおよびD
を頂点とする四角形内の範囲で示される組成(但しz
= o、 o o oの組成を含まないンを有する3成
分系組成物である。なお、上記点A、B、CおよびDを
頂点とする四角形内の範囲で示される組成でz=o、o
ooの場合を含めれば、上記2成分系と3成分系の双方
の組成物を示すことになる。
これらの圧電磁器組成物はそれぞれ2成分系固溶体もし
くは3成分系固溶体をなすものと信じられる。
くは3成分系固溶体をなすものと信じられる。
本発明の圧電磁器組成物は、上記2成分および3成分の
うちPbZr0.のモル比が0.905以上の組成領域
に属するものであり、本発明の発明者らは組成のモル比
と合成条件の詳細な検討からこれらの圧電磁器組成物が
極めて優れた圧電特性を有することを見出したのである
。特に、電気機械結合係数の異方性および厚みたて振動
の電気機械結合係数がpb’r;o3 よシ大きく、ま
た、誘電率も小さい。加えて機械的品質係数QMもPb
TiO3よシ数倍大きいため、高周波での使用に耐える
優れた超音波振動子おるいはフィルタ用材料となりえる
。
うちPbZr0.のモル比が0.905以上の組成領域
に属するものであり、本発明の発明者らは組成のモル比
と合成条件の詳細な検討からこれらの圧電磁器組成物が
極めて優れた圧電特性を有することを見出したのである
。特に、電気機械結合係数の異方性および厚みたて振動
の電気機械結合係数がpb’r;o3 よシ大きく、ま
た、誘電率も小さい。加えて機械的品質係数QMもPb
TiO3よシ数倍大きいため、高周波での使用に耐える
優れた超音波振動子おるいはフィルタ用材料となりえる
。
上記組成範囲の2成分系組成物は誘電率が小さく、且つ
電気機械結合係数の異方性および厚み縦振動の電気機械
結合係数がともに大きな圧電磁器組成物になる。
電気機械結合係数の異方性および厚み縦振動の電気機械
結合係数がともに大きな圧電磁器組成物になる。
この組成範囲よりもPbZr0.量が多いと得られる磁
器は反強誘電体となシ通常は圧電磁器として使用できな
い。また上記組成範囲よりもPbZrOs量が少ないと
誘電率が太きくなシ、電気機械結合係数の異方性が小さ
くなり好ましくない。
器は反強誘電体となシ通常は圧電磁器として使用できな
い。また上記組成範囲よりもPbZrOs量が少ないと
誘電率が太きくなシ、電気機械結合係数の異方性が小さ
くなり好ましくない。
なお、上記2成分系圧電磁器組成物のうちXの値が0.
93≦X≦0.95の範囲にあるものは特に好ましい特
性を示す。
93≦X≦0.95の範囲にあるものは特に好ましい特
性を示す。
上記組成範囲の3成分系組成物も誘電率や横方向撫動の
電気機械結合係数が小さく、厚み縦撮動の電気機械結合
係数が大きくなる。加えて、その他の圧電特性も艮好な
圧電磁器組成物となる。
電気機械結合係数が小さく、厚み縦撮動の電気機械結合
係数が大きくなる。加えて、その他の圧電特性も艮好な
圧電磁器組成物となる。
PbZrO3のモル比が上記組成範囲よりも多くなると
、反強誘電体となり通常は圧電機器として使用できない
。PbZr0.量が上記組成範囲よシ少ないと電気機械
結合係数の異方性が小さくなり好ましくない。捷た、P
b (Mn+/s NbV3 ) O8量およびpbT
io、Jtが上記の組成範囲より多くなると誘電率が大
きくなるとともに、また、横方向振動の電気機械結合係
数kpが大きくなり、結合係数比が小さくなって好まし
くない。婆らに、Pb(Mnヅs N 1)27s )
Osのモル比が0.005以下の組成、すなわち、従
来から公知のPZT磁器に近い組成では焼結時にPbO
の蒸発が著しく、安定な磁器を得ることが困難である。
、反強誘電体となり通常は圧電機器として使用できない
。PbZr0.量が上記組成範囲よシ少ないと電気機械
結合係数の異方性が小さくなり好ましくない。捷た、P
b (Mn+/s NbV3 ) O8量およびpbT
io、Jtが上記の組成範囲より多くなると誘電率が大
きくなるとともに、また、横方向振動の電気機械結合係
数kpが大きくなり、結合係数比が小さくなって好まし
くない。婆らに、Pb(Mnヅs N 1)27s )
Osのモル比が0.005以下の組成、すなわち、従
来から公知のPZT磁器に近い組成では焼結時にPbO
の蒸発が著しく、安定な磁器を得ることが困難である。
加えて、電気抵抗が低下するため分極処理が困難とな!
l1%性が不安定となるばかりでなく、実効的に厚み縦
振動の電気機械結合係数が低下して好ましくない。
l1%性が不安定となるばかりでなく、実効的に厚み縦
振動の電気機械結合係数が低下して好ましくない。
磁
なお、上記3成分系圧電器組成物のうち、Xの^
値が約0.925なる組成を有するものは特に好ましい
特性を示す。
特性を示す。
以下、本発明を実施例を参照してさらに詳細に説明する
。
。
実施例1〜4
第1表にPbZrO3Pb(Mn、/、Nb、7.)O
a2成分固溶体に関する実施例1〜4および参考例1〜
3をまとめて示す。本発明の磁器を得る出発原料として
は特にことわらないかぎり純度99.9%以上の酸化鉛
(PbO)、酸化ジルコニウム(Zr02)、酸化マン
ガン(MnO)および酸化ニオブ(Nbt Oa )の
各粉末を用いた。
a2成分固溶体に関する実施例1〜4および参考例1〜
3をまとめて示す。本発明の磁器を得る出発原料として
は特にことわらないかぎり純度99.9%以上の酸化鉛
(PbO)、酸化ジルコニウム(Zr02)、酸化マン
ガン(MnO)および酸化ニオブ(Nbt Oa )の
各粉末を用いた。
第1表に示した範囲内の組成比の原料粉をボットミルを
用い約1時間湿式混合し、乾燥後、900Cで2時間仮
焼結を行った。この仮焼結体をライカイ機を用いて粉砕
後、再びポットミルを用い混合した。乾燥後、350
K7/m’の圧力でプレス成形し、1250〜1280
trで5時間焼結した。焼結体のサイズは16φX10
Jf咽 である。この焼結体を厚さ約1咽に切断し、0
.8wn厚まで研磨して、両面に電極としてCr−Au
を蒸着した。さらに銀ペーストで銅のリード線を付は分
極処理した。分極処理は、70〜150Cのシリコン・
オイル中で20〜60kV/cTnの直流電圧を10分
間印加することにより行った。その後、誘電特性および
圧電特性の測定を行った。
用い約1時間湿式混合し、乾燥後、900Cで2時間仮
焼結を行った。この仮焼結体をライカイ機を用いて粉砕
後、再びポットミルを用い混合した。乾燥後、350
K7/m’の圧力でプレス成形し、1250〜1280
trで5時間焼結した。焼結体のサイズは16φX10
Jf咽 である。この焼結体を厚さ約1咽に切断し、0
.8wn厚まで研磨して、両面に電極としてCr−Au
を蒸着した。さらに銀ペーストで銅のリード線を付は分
極処理した。分極処理は、70〜150Cのシリコン・
オイル中で20〜60kV/cTnの直流電圧を10分
間印加することにより行った。その後、誘電特性および
圧電特性の測定を行った。
第1表の実施例1〜4から明らかなように、本発明の圧
電磁器組成物は、誘電率が200以下と小さく、電気機
械結合係数の異方性が10以上と太きい。さらに、厚み
縦振動の電気機械結合係数ktが0.55を越えるもの
があり、PbTi0.磁器より大きいのが特徴である。
電磁器組成物は、誘電率が200以下と小さく、電気機
械結合係数の異方性が10以上と太きい。さらに、厚み
縦振動の電気機械結合係数ktが0.55を越えるもの
があり、PbTi0.磁器より大きいのが特徴である。
また、PbZrO3歇のモル比(すなわちX)が0.9
3以上0.95以下の範囲で特に良好な特性を示してい
る。
3以上0.95以下の範囲で特に良好な特性を示してい
る。
参考例1および2は、P b (M11+/s Nbt
/s ) Osのモル比が0.10を越えた場合である
が、この場合、誘電率が大きくなり、また横方向振動の
電気機械結合係数も大きくなり異方性が低下する。
/s ) Osのモル比が0.10を越えた場合である
が、この場合、誘電率が大きくなり、また横方向振動の
電気機械結合係数も大きくなり異方性が低下する。
参考例3は、PbZr0.の配合比が0.96を越える
場合であり、この場合は得られた磁器は反強誘電体とな
る。それゆえ、分極処理で圧電活性にすることは不可能
であり圧電磁器として使用することはできない。なお、
反強誘電体となる磁界の結晶系は斜方晶でるシ、本発明
の優れた圧電特性を示す磁器の結晶系は菱面体晶である
。
場合であり、この場合は得られた磁器は反強誘電体とな
る。それゆえ、分極処理で圧電活性にすることは不可能
であり圧電磁器として使用することはできない。なお、
反強誘電体となる磁界の結晶系は斜方晶でるシ、本発明
の優れた圧電特性を示す磁器の結晶系は菱面体晶である
。
実施例5〜12
PbZrOs Pb (Mn+/s Nt)t/s
) Os 2成分固溶体の優れた特性は、さらにPb
Ti03を固液さ団 なおチタン(Ti)の出発原料として酸化チタン(Tt
ot)を用いた。
) Os 2成分固溶体の優れた特性は、さらにPb
Ti03を固液さ団 なおチタン(Ti)の出発原料として酸化チタン(Tt
ot)を用いた。
第2表に実施例5〜12および参考例4〜16をまとめ
て示す。実施例5〜12から明らかなように、いずれも
電気機械結合係数や機械的品質係数が極めて大きく、か
つ多くの組成物で誘電率が小さくなっており、また厚み
縦振動の電気機械結合係数がPbZrO3Pb1lns
/s Nbt/s )On 2成分固溶体より改善さ
れている。
て示す。実施例5〜12から明らかなように、いずれも
電気機械結合係数や機械的品質係数が極めて大きく、か
つ多くの組成物で誘電率が小さくなっており、また厚み
縦振動の電気機械結合係数がPbZrO3Pb1lns
/s Nbt/s )On 2成分固溶体より改善さ
れている。
参考例4〜9は、上記の有効な組成比よシP b Z
r O,の配合比が少ない場合、すなわちP b (M
n+/s NbV8 ) OsおよびPbTiOs組成
比が多い場合である。いずれも誘電率が大きくなυ、ま
た、電気機械結合係数の異方性が小さくなる。
r O,の配合比が少ない場合、すなわちP b (M
n+/s NbV8 ) OsおよびPbTiOs組成
比が多い場合である。いずれも誘電率が大きくなυ、ま
た、電気機械結合係数の異方性が小さくなる。
参考例10〜12は、PbZrOsの配合比が本発明の
組成範囲より多い場合であり、いずれも反強誘電体であ
る。
組成範囲より多い場合であり、いずれも反強誘電体であ
る。
最後に、参考例13〜16はPb(Mn1/5Nb2/
310s k含捷ない、いわゆるP bZ r’o、
−PbTiO,磁器である。この内参考例13および1
4は反強誘電体であり、また参考例15および16では
厚み縦振動の電気機械結合係数が小さくなる。
310s k含捷ない、いわゆるP bZ r’o、
−PbTiO,磁器である。この内参考例13および1
4は反強誘電体であり、また参考例15および16では
厚み縦振動の電気機械結合係数が小さくなる。
なお、上記各実施例ならびに参考例に示した組成物eゴ
、第1図において黒丸で示した組成と対応し−Cいる。
、第1図において黒丸で示した組成と対応し−Cいる。
以上述べたように、本発明の圧電磁器組成物は、優れた
圧電性を保有しており、とくに低誘電率でかつ、電気機
械結合係数の異方性が大きく、加えて厚み縦振動の電気
機械結合係数も太きいため、PbTi0.磁器に代る圧
電機器として、これまでにない優れた特性を持つことは
明らかである。
圧電性を保有しており、とくに低誘電率でかつ、電気機
械結合係数の異方性が大きく、加えて厚み縦振動の電気
機械結合係数も太きいため、PbTi0.磁器に代る圧
電機器として、これまでにない優れた特性を持つことは
明らかである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 xPbZrOs−)’Pb(Mn+/sN’)
t/5)Os で構成され、Xの値は0.905≦X
≦0.960の範囲にあり且つx + y = 1.□
00なる組成を有することを特徴とする圧電磁器組成物
。 2、 xPbZrOs −yPb (Mn+/s
Nbt/s )Os−ZPbTi03で構成され、p
bzro、。 Pb (Mn+/s Nbt/s ) OsおよびPb
TiO3を頂点とする三角座標の組成図においてx +
y + Z= 1.000として且つAi−x=0.
905.’l=0.095.!=0.000.Bをx=
0.960゜y=0.040.z=0.000.CをX
= 0.932゜y=0.005.Z=0.063.
およびD f x =0.905.y=o、oos、!
=0.090なる点とするとき、点A、B、CおよびD
Th頂点とする四角形内の範囲で示される組成(但し2
=o、oooの組成を含まない)を有することを特徴と
する圧電磁器組成物。 3、 xの値が0.93≦X≦0.95の範囲にある
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧電磁器
組成物。 4、 xが約0.925なる組成を有する事を特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の圧電磁器組成物。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57121156A JPS5913384A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | 圧電磁器組成物 |
US06/513,424 US4565642A (en) | 1982-07-14 | 1983-07-13 | Piezoelectric substances |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57121156A JPS5913384A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5913384A true JPS5913384A (ja) | 1984-01-24 |
JPH0232794B2 JPH0232794B2 (ja) | 1990-07-23 |
Family
ID=14804234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57121156A Granted JPS5913384A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5913384A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006500787A (ja) * | 2002-09-27 | 2006-01-05 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | Cu内部電極を備えた圧電トランス |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4912960A (ja) * | 1972-05-17 | 1974-02-04 |
-
1982
- 1982-07-14 JP JP57121156A patent/JPS5913384A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4912960A (ja) * | 1972-05-17 | 1974-02-04 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006500787A (ja) * | 2002-09-27 | 2006-01-05 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | Cu内部電極を備えた圧電トランス |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0232794B2 (ja) | 1990-07-23 |
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