JPS62212261A

JPS62212261A - 圧電材料

Info

Publication number: JPS62212261A
Application number: JP61054643A
Authority: JP
Inventors: 舘　敏夫; 与生小林; 水上　吉広
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-18

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は圧電磁器等の圧電体を構成するのに用いられる
圧電材料に関する。

〔従来の技術〕

例えは圧ｔａ器は、圧電ブザー、圧電アクチェータ、超
音波振動子などとに広い分野で使用されているが、誘電
特性や圧電特性の優れたもの、特に電気ｍ械結合足数Ｋ
ｒの大きいものが要望されている。

即ち、従来優れた圧′に磁器としてＰＺＴ　（ジルコン二≠−１チｐ　ン酸鉛）やＰＺＴ　Ｋ　Ｐｂ（Ｍｇ＋、
　Ｎｂ４）０３やＰｂＣＺｎ＋ｙ　Ｎｂ÷）０５などを
固溶させた固溶体を用いたものなどが良く知られている
。しかし、このを得るため１２５０〜１４００℃の高い
焼結温度が必要であるが、その組成中に大量のｐｂｏを
含むためｐｂｏの蒸発が激しく気孔の発生、あるいは組
成変化が起シ、焼結が不安定となシ、均質で緻密な磁器
が得難い。しかし、ｐｂｏの蒸発を抑えるように焼成温
度を低めると磁器中の反応が不完全になシ、多数の気孔
を生じ、その密度が格段に低くなる。

焼結温度が高（、ＰｂＯの蒸発が激しいことは、上述の
とおシ製造状態を不安定とし、十分な圧電特性を得がた
くする原因となる。

また、これ等の圧電磁器は、圧電効果を出すための分極
条件が、１００〜２００℃のシリコンオイル中で印加電
圧４〜６　ｋＶ／ｍと高く、且つ長時間を要するなど非
常に厳しい問題を有している。

〔発明の解決すべき問題点〕

本発明は、従来の問題点を解決し、誘電特性や圧電特性
に優れ、特に電気機械結合定数に、の大きい圧電体を構
成し得る圧電材料を提供すべくなされたものである。

また、本発明は、特に、焼結温度が低く、均質、緻密で
高密度であシ、且つ分極操作が容易な圧電磁器を構成し
得る圧電材料を提供すべくなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、従来の問題点を解決する手段として見出された本
願の第１の発明の圧電材料は、一般式％式％モル分率を表わし、Ｘは０．４０〜０．６５、ｙは０．
３５〜０．６０の範囲の数であり、ｘ　＋ｙ　＝＝　１
である。）で表わされる酸化物９０．０〜９９．９５モ
ル嗟゛に対し、一般式ａｇｏ２（Ｐｂｏ）、　（但し、
２は０又は１．７以下の正の数である。）で表わされる
酸化物がｌＯ０θ〜０．０５モルチの割合で固溶した固
溶体（以下、本発明に係る第１の固溶体という）を主成
分とすることを特徴とするものである。

また、本願の第２の発明の圧電材料は、一般式％式％のうちの１種又は２種以上の元素を表わし、Ｖ及びＷは
夫々Ｐｂ、Ｍのモル分率を表わし、マは０．９０〜０．
９９９５．ｖは０．０００５〜０．ｌＯの範囲の数であ
り、ｖ　−）−ｗ　＝　ｌである。Ｘ及びｙは夫々Ｚｒ
　、　Ｔ１のモル分率を表わし、Ｘは０．４０〜０．６
５、ｙは０．３５〜０．６０の範囲の数であり、ｘ＋ｙ
＝１である。）で表わされる酸化物９０．０〜９９．９
５モ／ｌ／９６に対し、一般式ｃ＠ｏ２（ｐｂｏ）、　
（但し、２は０又は１．７以下の正の数である。）で表
わされる酸化物が１０．０〜０．０５モル係の割合で固
溶した固溶体（以下、本発明に係る第２の固溶体という
）を主成分とすることを特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明〕

本発明に係る第１の固溶体及び第２の固溶体を、前記組
成範囲に限定した理由を以下に示す。

Ｐｂ　（Ｚ　ｒ　ｘＴ　ｌ　ｙ　）Ｏｓ成分又は（ｐｖ
ＭＷ）（ｚｒｘＴｔ、）ｏ３構成におけるＸが０．４０
未満か０．６５を超える場合、換言すれば、ｙが０．３
５未満か０．６０を超える場合、焼結性状が悪くなシ、
圧電特性および誘電特性を低下させ、電気機械結合定数
に、が小さくなる・また、ｃｏｏ□（ｐｂｏ）、成分に
おける２が１．７を超える場合、−ｐｂｏが過剰になシ
、焼結性状を悪くする。

Ｇｅ０２（ＰｂＯ）、　ｒｙ、分のｐｂ　（ｚ　ｒ　Ｘ
Ｔ　ｓ　ｙ　）ｏ　ｇ　Ｋ分又は（Ｐｖ４）（ＺｒｘＴ
ｉ、）Ｏ，成分への固溶量が０．０５モルチ未満では、
本発明の目的とする効果が得られず、またｌＯモル係を
超える場合、焼結性状を悪くし、誘電特性および圧電特
性が低下する。

更に、本発明に係る第２の固溶体において、Ｍの量Ｗが
０．ｌＯを超える場合、同様に焼結性状を悪くシ、圧電
特性およびａｔ特性が低下するなどである。

Ｍの置換量の下限をｗ＝０．０００５としたのは、０．
０００５未満では電気機械結合定数Ｋｒ及び誘電率ｅの
向上がなく、置換効果が得られないためである。

本願の第１及び第２の発明の圧電材料を枦成すルｉ、−
ｒ−夕ン、ジルコニウム、ゲルマニウム、バリウム、ス
トロンチウム等の原子の原料は、酸化物（単独酸化物、
複合酸化物、固溶体を包含する。）あるいは加熱によっ
て酸化物に転する化合物、たとえば水酸化物、炭酸塩、
蓚酸塩などでありてもよい。

本発明の圧電材料によシ例えば圧電磁器を製造するには
１例えば上記原料を用いて本発明に係る第１の固溶体又
は第２の固溶体の組成範囲に入るように配合する。この
場合ＧｅＯ２（Ｐ　ｂ　Ｏ）　ｚは前もってゲルマニウ
ム化合物と鉛化合物を配合し、別途に約６００〜６５０
℃で仮焼調製したものを原料として用いてもよいし、直
接所定の組成になるようにすべての原料を配合してもよ
い。以上のように原料配合したのち７００〜８５０℃で
仮焼し、更にゲールミルなとＫよって粉砕して調製粉末
とする。

その後、この調製粉末罠水あるいはポリビニルアルコー
ルなどの粘結剤を配合し、０．５〜ｌ　を吟偽”の圧力
で円板状に成形して１０００〜１２００℃の温度で０．
５〜５時間鉾成する。なお、ｆｊＩ成はｐｂｏの一部が
蒸発揮散する恐れがあるので密画炉内で行うＯこのようにして得た成形焼結体の両面に銀ベースなどに
よって一対の電極を極け、その電極に直流電圧１〜２．
５　ｋＶ／ｍを６０〜１２０℃の温度のもとて１０〜３
０分間印加して分極させることによりて圧電特性の優れ
た圧電磁器となる。

本願の発明又は第２の発明の圧電材料は、主成分である
本発明に係る第１の固溶体又は第２の固溶体のみによ多
構成されてもよいし、これらのほか、前記ぷ料酸化物等
を本発明の効果を損わない範囲で含んで構成されてもよ
い。

本願の第１及び第２の発明の圧電材料により、圧電磁器
を構成すると、ＧｅＯ□（Ｐｂｏ）、が鉱化剤的に働き
、焼結を容易にするとともに、ｐｂｏの蒸発を抑制する
ので、焼結温度が従来よシも２００〜３００℃低く、ｐ
ｂｏの蒸発がほとんど起きなく均質で見掛気孔率の小さ
い緻密な酸化物焼成体からなる圧電磁器を容易に得るこ
とができる。

また、圧電磁器の分極電圧は、従来の圧電磁器のｌ／２
−〜ＩＡと低く、また分極時間も短かくてすみ、分極操
作が容易であシ、しかも電気機械結合定数に２、比誘１
率Ｃなどの諸物件が優れている。

更に、鉛原子の一部をＢａ　、　Ｓｒ　、　Ｃａなどで
置換することによって、電気機械結合定数Ｋｒ、および
誘電率εが改善される。

以上の効果があるので本願の第１及び第２の発明の圧電
材料によ多構成される圧電磁器は、圧電プデー、圧電ア
クチェータおよび超音波振動子などの圧電材料として推
奨される。

〔実施例〕

以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明する。

実施例１〜２０、比較例１〜４市販の試薬特級のＰｂＯ、ＺｒＯ２＃　ＴｉＯ２＃　Ｇ
ｅＯ２ｔＢａＣＯ５ｔ　ＳｒＣＯ３１Ｃａ（ＯＨ）２を
用い表−１に示す組成になるよう釦所定量を配合した配
合原料をｆ　−ルミルによって１６時時間式混合し、濾
過乾燥後７００〜８５０℃の温度で２時間仮焼する。

この仮焼物を更にが−ルミルによって１６時時間式粉砕
し、濾過乾燥して調製粉末を得る。

この調製粉末に３チポリビニールアルコール溶液６チを
添加混合したのち所定の大きさに７００ｋｙ／ｃｍ”の
圧力で円板状に成形しアルミナ製匣鉢の中に入れて密閉
して１０００〜１２００℃において１時間焼成した。

表−１に本発明による圧電磁器組成物の焼成温度ｐｂｏ
の蒸発率および焼結磁器の見掛気孔率を示した。

円板状の焼結磁器を研磨して１８φＸ０．２ｍの大きさ
圧し、円板の両面に銀イーストを塗付焼付したのち、６
０〜１２０℃におイテ１〜２．５ｋｖ／Ｗの電圧でｌθ
〜３０分間分極させた。

分極後の本発明による圧電磁器組成物である実施例１〜
２０の電気機械結合定数Ｋｒ、および比誘電率ｅを測定
して表−２に示した。

なお、本発明の範囲外の組成による比較例１〜４の焼成
特性を表−１、および圧電特性、誘電特性を表−２に示
した。

以上の結果から明らかなように本発明による圧電磁器組
成物は、焼成特性が良好であシ、また圧電特性および誘
電特性が優れている。

以上の実施例から、酸化グルマユ９ムと酸化鉛から成る
Ｇ・０□（ＰｂＯ）ｚ　１ｔジルコニワム酸チタン酸鉛
系に固溶させたところ、焼成温度が従来よシ２５０〜４
００℃低い１，０００〜１，２００℃で十分であシ、は
とんどＰｂＯの蒸発がなく、均質、緻密な圧電磁器が得
られることが分る。

また、上記圧電磁器の分極電圧は、１〜２．５ｋＶＡｓ
と従来の４〜域の電圧で十分でラシ、しかも優れた圧電
特性を示すことが分る。

更に、上記圧電磁気のジルコニウム酸チタン酸鉛の鉛原
子の一部をＢａ　、　Ｓｒ　、　Ｃａ等で置換した圧電
磁器についても同様の効果が得られることが分るＯ〔発明の効果〕以上説明した様に、本願の第１及び第２の発明の圧電材
料によシ、誘電特性や圧電特性に優れ、特に電気機械結
合定数Ｋｒの大きい圧電体を構成し得る。また、特に、
圧電磁器を構成した場合、焼結温度が低く、均質、緻密
で高密度であシ、且つ分極操作が容易な圧電磁器となし
得る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般式Ｐｂ（Ｚｒ＿ｘＴｉ＿ｙ）Ｏ＿３（但し、
ｘ及びｙは夫々Ｚｒ、Ｔｉのモル分率を表わし、ｘは０
．４０〜０．６５、ｙは０．３５〜０．６０の範囲の数
であり、ｘ＋ｙ＝１である。）で表わされる酸化物９０
．０〜９９．９５モル％に対し、一般式ＧｅＯ＿２（Ｐ
ｂＯ）＿ｚ（但し、ｚは０又は１．７以下の正の数であ
る。）で表わされる酸化物が１０．０〜０．０５モル％
の割合で固溶した固溶体を主成分とすることを特徴とす
る圧電材料。
（２）一般式（Ｐｂ＿ｖＭ＿ｗ）（Ｚｒ＿ｘＴｉ＿ｙ）
Ｏ＿３（但し、ＭはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちの１種又
は２種以上の元素を表わし、ｖ及びｗは夫々Ｐｂ、Ｍの
モル分率を表わし、ｖは０．９０〜０．９９９５、ｗは
０．０００５〜０．１０の範囲の数であり、ｖ＋ｗ＝１
である。ｘ及びｙは夫々Ｚｒ、Ｔｉのモル分率を表わし
、ｘは０．４０〜０．６５、ｙは０．３５〜０．６０の
範囲の数であり、ｘ＋ｙ＝１である）で表わされる酸化
物９０．０〜９９．９５モル％に対し、一般式ＧｅＯ＿
２（ＰｂＯ）（但し、ｚは０又は１．７以下の正の数で
ある。）で表わされる酸化物が１０．０〜０．０５モル
％の割合で固溶した固溶体を主成分とすることを特徴と
する圧電材料。