JPS6291458A - Manufacture of piezoelectric ceramics - Google Patents

Manufacture of piezoelectric ceramics

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Publication number
JPS6291458A
JPS6291458A JP60230421A JP23042185A JPS6291458A JP S6291458 A JPS6291458 A JP S6291458A JP 60230421 A JP60230421 A JP 60230421A JP 23042185 A JP23042185 A JP 23042185A JP S6291458 A JPS6291458 A JP S6291458A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramics
powder
flux
ceramic
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP60230421A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
山河 清志郎
津崎 通正
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6291458A publication Critical patent/JPS6291458A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野〕 この発明は圧電セラミックスの製法に関する。[Detailed description of the invention] (Technical field〕 This invention relates to a method for manufacturing piezoelectric ceramics.

〔背景技術〕[Background technology]

近年、非常な勢いで電子機器のコンパクト化が進んでい
るが、そのため、機器に使われる電子部品も、小型・軽
量化が強く要求されている。そのような電子部品の材料
のひとつに圧電セラミックスがある。この圧電セラミッ
クスは、センサーやろ波器、圧電振動子、圧電トランス
2マイクロフオン、ピックアップ、圧電バイモルフ、圧
電ユニモルフ、アクチュエータなど、多岐にわたって活
用されている。
In recent years, electronic devices have become increasingly compact, and as a result, there is a strong demand for electronic components used in devices to be smaller and lighter. Piezoelectric ceramics are one of the materials for such electronic components. This piezoelectric ceramic is used in a wide variety of applications, including sensors, filters, piezoelectric vibrators, piezoelectric transformers, two-microphone pickups, piezoelectric bimorphs, piezoelectric unimorphs, and actuators.

圧電セラミックスの代表的なもののひとつに、チタン酸
ジルコン酸鉛Pb(Zr、□TiX)03がある。チタ
ン酸ジルコン酸鉛(以下、「PZT」と記す)の結晶は
ペロブスカイト構造を有している。通常は、このPZT
に他のペロブスカイト構造を有する材料を配合した多成
分系の圧電セラミックスが市販されている。
One of the typical piezoelectric ceramics is lead zirconate titanate Pb(Zr, □TiX)03. Crystals of lead zirconate titanate (hereinafter referred to as "PZT") have a perovskite structure. Usually, this PZT
Multi-component piezoelectric ceramics containing other perovskite-structured materials are commercially available.

圧電セラミックスを用いた電子部品の小型・軽量化を実
現するには、圧電セラミックスの高性能化をはからなけ
ればならない。上記の市販の圧電セラミックスなどに用
いられるセラミックスの自発分極は、通常、等方性であ
る。そのため、このセラミックスに高電圧をかけ、自発
分極の向きを特定方向に揃える(異方性をもたせる)分
極処理(pol ing)をおこなって圧電機能をもた
せるようにしている。しかしながら、セラミックスであ
るため、分極処理をおこなっても、残留分極は単結晶の
分極にはおよばない。他の特性はともかくとして、この
残留分極だけに着目したとしても、最もよいときで、8
2〜83%が限度である。しかも、いったん分極処理を
行っても、脱分極をおこしやすい。そのため、時間を経
ると、圧電特性が劣化したり、高応力状態の時には圧電
特性が不安定となったりする。
In order to make electronic components using piezoelectric ceramics smaller and lighter, it is necessary to improve the performance of piezoelectric ceramics. The spontaneous polarization of ceramics used in the above-mentioned commercially available piezoelectric ceramics is usually isotropic. Therefore, a high voltage is applied to this ceramic to perform polarization treatment (poling) to align the direction of spontaneous polarization in a specific direction (to provide anisotropy), thereby imparting piezoelectric function. However, since it is a ceramic, the residual polarization does not reach the polarization of a single crystal even if polarization treatment is performed. Leaving aside other characteristics, even if we focus only on this remanent polarization, the best time is 8
The limit is 2-83%. Moreover, even once polarization treatment is performed, depolarization is likely to occur. Therefore, over time, the piezoelectric properties deteriorate or become unstable under high stress conditions.

このようなことから、従来の圧電セラミックスには、素
子形状の自由度が大きく、製造コストも低いという利点
が備わっていても、いまひとつ飛躍的に利用が拡大しな
いという問題があった。
For this reason, although conventional piezoelectric ceramics have the advantage of having a high degree of freedom in element shape and low manufacturing costs, there has been a problem in that their use has not expanded dramatically.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、上記したような事情に鑑み、圧電機能を利
用した電子部品の小型・軽量化をはかるのに適した高性
能圧電セラミックスを得ることができる製法を提供する
ことを目的とする。
In view of the above-mentioned circumstances, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of obtaining high-performance piezoelectric ceramics suitable for reducing the size and weight of electronic components that utilize piezoelectric functions.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

発明者らは、前述の問題を解決するために種々検討した
結果、得られる粉体が、薄片状あるいは針状の如き厚み
の薄いものであってその厚み方向に配向する結晶状態を
有するように、溶融状態のセラミックス素材を急冷し、
このようにして作られた粉体からなるセラミックス材を
焼成すれば、最終的に得られる圧電セラミックスの性能
が単結晶に近い高性能特性となり、しかも、セラミック
スとしての利点も損なわれることもないことを見い出し
、この発明を完成したのである。
As a result of various studies in order to solve the above-mentioned problem, the inventors have found that the powder obtained is thin, such as flaky or needle-like, and has a crystalline state oriented in the thickness direction. , rapidly cooling the molten ceramic material,
By firing the ceramic material made from the powder produced in this way, the piezoelectric ceramics finally obtained will have high performance properties close to those of single crystals, and the advantages of ceramics will not be lost. He discovered this and completed this invention.

したがって、この発明は、セラミックス素材を、溶融状
態を経て、セラミックス材用の粉体とする粉体化工程を
含む圧電セラミックスの製法において、前記粉体化を、
厚みの薄いものであってその厚み方向に配向する結晶状
態を有する粉体が得られるように行うことを特徴とする
圧電セラミックスの製法を要旨とするものである。
Therefore, the present invention provides a method for manufacturing piezoelectric ceramics that includes a step of pulverizing a ceramic material through a molten state into a powder for ceramic material.
The gist of this invention is a method for producing piezoelectric ceramics, which is characterized in that it is carried out so as to obtain a powder that is thin and has a crystalline state oriented in the thickness direction.

以下、この発明にかかる圧電セラミックスの製法の一例
を、図面を参照しながら詳述する。
Hereinafter, an example of the method for manufacturing piezoelectric ceramics according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、薄片状の如き配向性粉体の作成について説明する
First, the preparation of oriented powder such as flakes will be explained.

セラミックス素材となるP bo、 T ioz 、Z
rO2、および、必要に応じて添加される微量の他の添
加物を所望の組成のPZTとなるような割合で配合する
。この配合物に、さらに、融剤(フラツクス)となる物
質を加え、溶融温度が下がるようにする。上記の配合物
に対する融剤としては、NaCl−KCl系、PbOB
2Os系、KF  PbFz  Pbz  (PO2)
2系などが適当である。このような融剤を加えると、配
合物の融点(約1450℃)が、大幅に低下し、融剤の
種類や添加する量によって異なるけれども、約1000
℃程度となる。融剤を添加した配合物を粉砕したあと、
白金ルツボに入れて、900 ’C程の温度下、約2時
間の加熱をおこなって反応させ、仮焼成物を得る。
P bo, T ioz, Z, which are ceramic materials
rO2 and trace amounts of other additives added as necessary are blended in such proportions that a desired composition of PZT is obtained. A fluxing agent is also added to the formulation to lower the melting temperature. Fluxing agents for the above formulations include NaCl-KCl system, PbOB
2Os system, KF PbFz Pbz (PO2)
2 series etc. are suitable. Addition of such fluxes significantly lowers the melting point of the formulation (approximately 1450°C), which varies depending on the type of fluxing agent and the amount added;
It will be about ℃. After grinding the blend with flux added,
The mixture is placed in a platinum crucible and heated at a temperature of about 900'C for about 2 hours to cause a reaction, thereby obtaining a pre-fired product.

仮焼成のあと、第1図にみるような装置で薄片状の粉体
とする。白金ルツボ1中に入れ、ヒータ2で1100〜
1200℃に温度上昇させて、2〜3分程の間、加熱を
おこなうことによって溶融物3とする。白金ルツボ1の
上部に設けられているアルミナチューブ4を通して空気
加圧をおこない、白金ルツボ1の下部の細孔1aから、
ふたつの冷却用ローラ5,5′の間に溶融物3を滴下す
る。滴下された熔融物3′は、ローラ5.5′の表面に
接触することにより非常に急激に冷却され、薄片状粉体
6,6となって落下する。ローラ5,5′に接触した際
の溶融物3′内における温度は、第2図にみるように、
両ローラに接触する面側が低く、中心部が高い。したが
って、第1図における左右方向の向き、すなわち、薄片
状粉体6の厚み方向に温度勾配が生ずることとなる。そ
のため、薄片状粉体6は、PZTの場合、結晶のC軸が
厚み方向に揃い、配向性の結晶状態となるのである。な
お、この発明でセラミックス素材とは、たとえば、この
薄片状粉体のごとく、厚みが薄いものであってその厚み
方向に配向する結晶状態を有する粉体となるまでのもの
を意味する。
After calcining, it is made into flaky powder using a device as shown in Figure 1. Place it in platinum crucible 1 and heat it to 1100~ with heater 2.
The temperature is raised to 1200° C. and heating is performed for about 2 to 3 minutes to obtain a melt 3. Air is pressurized through the alumina tube 4 provided at the top of the platinum crucible 1, and from the pore 1a at the bottom of the platinum crucible 1,
The melt 3 is dropped between the two cooling rollers 5, 5'. The dropped melt 3' is cooled very rapidly by contacting the surface of the roller 5.5', and falls as flaky powder 6,6. The temperature inside the melt 3' when it comes into contact with the rollers 5, 5' is as shown in FIG.
The surface that contacts both rollers is low, and the center is high. Therefore, a temperature gradient occurs in the left-right direction in FIG. 1, that is, in the thickness direction of the flaky powder 6. Therefore, in the case of PZT, the flaky powder 6 has an oriented crystalline state in which the C-axes of the crystals are aligned in the thickness direction. In the present invention, the term "ceramic material" refers to a material that is thin, such as this flaky powder, until it becomes a powder that has a crystalline state oriented in the thickness direction.

以上のようにして作成された粉体は、通常、かなりの量
の融剤を含んだものとなるので、成形をおこなう前に、
この融剤を除去しておく必要がある。
The powder created as described above usually contains a considerable amount of flux, so before molding,
This flux must be removed.

融剤がNaC1−KClの場合には、粉体を温水中で超
音波洗浄することにより融剤を除去する。温水を何度も
取り換え、たとえば、洗浄温水へのA g N O3水
溶液の滴下によって洗浄温水にAgclの白い沈澱物が
検出されなくなるまで洗浄を繰り返す。
When the flux is NaCl-KCl, the flux is removed by ultrasonically cleaning the powder in hot water. The hot water is changed many times and the cleaning is repeated until no white precipitate of AgCl is detected in the hot cleaning water, for example by dropping an aqueous solution of A g N O3 into the hot cleaning water.

融剤がPbO−−B2oz系の場合には、HCI水溶液
(濃度0.IN)中で超音波洗浄する。HCI水溶液中
にpbイオン、あるいは、Bイオンがなくなるまで洗浄
をくりかえす。Pbイオン、Bイオンの分析を、例えば
、原子吸光分析力によっておこなうことによって洗浄の
程度の測定をおこなう。
When the flux is PbO--B2oz, it is ultrasonically cleaned in an aqueous HCI solution (concentration 0.IN). Washing is repeated until there are no PB ions or B ions in the HCI aqueous solution. The degree of cleaning is measured by analyzing Pb ions and B ions using, for example, atomic absorption spectrometry.

融剤がKF  PbFz  Pbz  (PO4)z系
の場合には、超音波洗浄し、物理的粉砕もおこないなが
ら融剤の分離をおこない、そのあとフィルタでこして、
融剤がろ過された溶液中に落ちるようにし、融剤の除去
をおこなう。
If the flux is KF PbFz Pbz (PO4)z, the flux is separated by ultrasonic cleaning and physical pulverization, and then filtered.
The flux is removed by allowing it to fall into the filtered solution.

融剤の除去をおこなったあと、粉体にバインダーを加え
、ドクターブレード法あるいは押し出し成形法などによ
り、グリーンシートを作成する。
After removing the flux, a binder is added to the powder, and a green sheet is created using a doctor blade method or extrusion molding method.

この場合、粉体が薄片状となっているので、成形の際、
各粉体同士がランダムな方向になるのではなく厚み方向
に順次積み重なるようになり、そのため、成形されたグ
リーンシートとしてみても、厚み方向にC軸が揃うこと
となる。このグリーンシート(セラミックス材)そのも
の、あるいは、このグリーンシートを複数枚重ねてプレ
スしてさらに配向度をあげた積層グリーンシート(セラ
ミックス材)を焼成する。グリーンシートは、もともと
、厚み方向にC軸が揃っているので、焼成後(セラミッ
クス材はこの焼成により焼結されることとなる)、単結
晶に近い特性を有するセラミックスとなり、このものは
非常にすぐれた圧電特性を有する。
In this case, the powder is flaky, so during molding,
The powders are not arranged in random directions, but are stacked one on top of the other in the thickness direction, so that even when viewed as a formed green sheet, the C-axes are aligned in the thickness direction. This green sheet (ceramic material) itself or a laminated green sheet (ceramic material) in which a plurality of green sheets are stacked and pressed to further increase the degree of orientation is fired. Green sheets originally have their C axes aligned in the thickness direction, so after firing (ceramic materials are sintered by this firing), they become ceramics with properties close to single crystals, making them extremely Has excellent piezoelectric properties.

薄片状形状が段々細長くなると、ついには針状になる。As the flaky shape becomes progressively more elongated, it finally becomes needle-like.

針状のものであっても薄片状のものと効果は異ならない
。したがって、この発明において、厚みの薄い形状とは
、薄片状ないし針状を指すのである。
Even if it is needle-shaped, the effect is no different from that of flake-shaped one. Therefore, in this invention, the thin shape refers to a flaky shape or a needle shape.

従来の製法では、焼成の過程でpboが蒸発するため、
完成した圧電セラミックスの組成が安定しない。組成を
安定させるために焼成の過程でPbOの蒸発防止策をと
ると焼成コストがあがってしまう。しかしながら、上記
のこの発明にかかる製法例では、融剤を加えて溶融させ
るようにしているため、比較的低い温度でセラミックス
素材を溶融させることができ、PbOの蒸発する量が極
めて少なくなる。このため、完成した圧電セラミックス
の組成が安定したものとなるだけでなく、特別なPbO
の蒸発防止策も必要ないことから、製造コストの低減を
はかることもできる。なお、薄片状や針状のように厚み
の薄い形状を有し、かつ厚み方向への配向性の結晶状態
となるようにする方法も、上記の方法によらず、他の方
法であってもよいことはいうまでもない。
In the conventional manufacturing method, pbo evaporates during the firing process, so
The composition of the completed piezoelectric ceramic is not stable. If measures are taken to prevent evaporation of PbO during the firing process in order to stabilize the composition, the firing cost will increase. However, in the manufacturing method example according to the present invention described above, since a flux is added and melted, the ceramic material can be melted at a relatively low temperature, and the amount of PbO evaporated is extremely small. For this reason, not only the composition of the completed piezoelectric ceramic is stable, but also the special PbO
Since there is no need to take measures to prevent evaporation, manufacturing costs can also be reduced. In addition, there are other methods that can be used to obtain a crystalline state that has a thin shape such as a flaky shape or a needle shape, and is oriented in the thickness direction. Needless to say, it's a good thing.

続いて、より具体的な実施例と比較例を示す。Next, more specific examples and comparative examples will be shown.

(実施例1) セラミックス素材として、P b O,Z r Oz、
およびTi0zを使う。融剤として、N a C]とK
Clを等モルづつ混合したNa Cl −KCl系を使
う。P b (Z ro、s T to、s ) 03
の組成となるように各セラミックス素材を配合するとと
もに、融剤をセラミックス素材の合計重量と同じ重量骨
だけ配合し、この配合物をメノウ製うイカイ機で充分に
粉砕混合する。この粉砕混合した配合物を白金ルツボに
入れ、ふたをしたうえで、電気炉の中で、1000°C
の温度下で、2時間、加熱をおこなって、溶融反応させ
た。この反応物をX線回折法で分析したところ、セラミ
ックス素材が無配向正方品形の結晶として融剤中に存在
していた。つぎに、」二記反応物を、第1図に示した装
置の白金ルツボ1中に入れ、1200°Cの温度下で5
分間加熱をおこなって溶融したあと、アルミナバイブ4
から圧縮空気を導入し、冷却用ローラ5.5′の間に滴
下した。得られた粉体は、厚みが約70賜の薄片状であ
った。大きさは5〜200程の間でバラついた。やはり
、この薄片状粉体をX線回折法により分析したところ)
¥み方向に完全にC軸が揃っており、配向性の結晶状態
であることが確認できた。融剤を除くため、粉体を約6
0゛Cの温水中に入れて超音波洗浄をおこなった。洗浄
を10回繰り返しておこなったところ、熱水に硝酸銀水
溶液を加えても白色沈澱物を生じなくなり、熱水中に塩
素が溶出し−ζいないことが確認できた。得られた粉体
の大きさは、直径:2〜3龍程度、厚み:10〜70μ
m程度であった。
(Example 1) As ceramic materials, P b O, Z r Oz,
and Ti0z. As fluxing agents, N a C] and K
A Na Cl -KCl system containing equal moles of Cl is used. P b (Z ro, s T to, s ) 03
Each ceramic material is blended so as to have the following composition, and a flux is blended with the same weight of bone as the total weight of the ceramic materials, and this blend is sufficiently pulverized and mixed using an agate mill. This pulverized and mixed compound was placed in a platinum crucible, covered with a lid, and heated to 1000°C in an electric furnace.
Heating was carried out for 2 hours at a temperature of 100 mL to cause a melting reaction. When this reaction product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that the ceramic material was present in the flux as non-oriented square crystals. Next, the reaction product described above was placed in platinum crucible 1 of the apparatus shown in FIG.
After heating for a minute and melting, use the alumina vibrator 4.
Compressed air was introduced from the cooling roller 5.5' and dripped between the cooling rollers 5.5'. The obtained powder was in the form of flakes with a thickness of about 70 mm. The size varied between 5 and 200. Again, this flaky powder was analyzed by X-ray diffraction method)
It was confirmed that the C-axes were completely aligned in the direction of the grain, indicating an oriented crystalline state. To remove the flux, the powder is
It was placed in warm water at 0°C and subjected to ultrasonic cleaning. When washing was repeated 10 times, it was confirmed that no white precipitate was formed even when an aqueous silver nitrate solution was added to the hot water, and that chlorine was not eluted into the hot water. The size of the obtained powder is about 2 to 3 mm in diameter and 10 to 70 μm in thickness.
It was about m.

つぎに、この粉体をグリーンシートに成形した。成形に
先だって、粉体100重量部に対し、バインダーとして
ポリビニルブチラール樹脂を8重量部、可塑剤としてフ
タル酸エステルを4重量部、溶剤としてブタノール20
重量部およびトリクロルエチレン50重量部をそれぞれ
添加し、ディスベンザ−で混合し、スラリ状物とした。
Next, this powder was formed into a green sheet. Prior to molding, for 100 parts by weight of powder, 8 parts by weight of polyvinyl butyral resin as a binder, 4 parts by weight of phthalate ester as a plasticizer, and 20 parts by weight of butanol as a solvent.
Parts by weight and 50 parts by weight of trichlorethylene were added, respectively, and mixed with a dispenser to form a slurry.

このスラリ状物をドクターシ゛レード法を用いて、厚み
200頗のグリーンシートに成形した。このグリ−ンシ
ートを30m角に切断し、この四角状のグリーンシート
を3枚重ねてプレス成形し、セラミックス材を作成した
。プレス時の圧力は800kg/cJであった。このセ
ラミックス材から不要な有機物を除去するために、空気
雰囲気中、300°Cの温度下で約7時間、加熱をおこ
なった。つぎに、PbOの雰囲気焼結ができるように、
焼結をおこなうセラミックス材と同じ組成のダミー材で
囲んでマグネシアルツボ中に入れ、やはり、マグネシア
のフタをしたあと、焼成をおこなった。昇温速度200
°C/時間の速度で1260℃まで昇温し、この状態を
1時間保持し、200°C/時間の速度で降温した。そ
のあと、160℃のシリコンオイル中で3kV/mの電
界を印加し、分極処理をおこない圧電セラミックスを作
成した。
This slurry-like material was formed into a green sheet with a thickness of 200 mm using a doctor shaving method. This green sheet was cut into 30 m squares, and three square green sheets were stacked and press-molded to create a ceramic material. The pressure during pressing was 800 kg/cJ. In order to remove unnecessary organic substances from this ceramic material, it was heated in an air atmosphere at a temperature of 300° C. for about 7 hours. Next, in order to be able to perform atmosphere sintering of PbO,
The ceramic material was surrounded by dummy material having the same composition as the ceramic material to be sintered, placed in a magnesia crucible, and then fired after being covered with magnesia. Heating rate 200
The temperature was raised to 1260° C. at a rate of °C/hour, this state was maintained for 1 hour, and the temperature was lowered at a rate of 200°C/hour. Thereafter, an electric field of 3 kV/m was applied in silicone oil at 160° C. to perform polarization treatment to create piezoelectric ceramics.

(実施例2) セラミックス素材として、PbO,’ZrO,、および
、TiO□を使う。融剤として、pboが50重量%、
B2O3が50重量%のPbO−B2O、系を使う。P
 b (Z ro、s T io、s )○3の組成と
なるように各セラミックス素材を配合するとともに融剤
をセラミ・レクス素材の合計重量の3倍の重量骨加えて
、この配合物をメノウ製うイカイ機で充分に粉砕混合す
る。この粉砕混合した配合物を白金ルツボに入れ、ふた
をしたうえで、電気炉の中で、1000℃の温度下、2
時間、加熱をおこなって、溶融反応させた。この反応物
をX線回折法で分析したところ、セラミックス素材が無
配向正方品形の結晶として融剤中に存在していた。つぎ
に、上記反応物を、第1図に示した装置の白金ルツボ1
中に入れ、1200℃の温度下で5分間加熱をおこなっ
て溶融したあと、アルミナパイプ4から圧縮空気を導入
し、冷却用ローラ5.5′の間に滴下した。得られた粉
体は、厚みが約7011mの薄片状であり、大きさは5
〜20酊程の間でハラついた。やはり、この薄片状粉体
をX線回折法により分析したところ、厚み方向に完全に
C軸が揃っており、配向性の結晶状態であることが確認
できた。融剤を除くため、粉体を約60℃のHCI温水
(濃度IN)中に入れて超音波洗浄をおこなった。洗浄
を8回繰り返しておこなったところ、熱水中にBイオン
老締出しな(なった。この確認は原子吸光分析法でおこ
なった。得られた粉体の大きさは、直径=2〜3mm程
度、厚み:10〜70I!m程度であった。
(Example 2) PbO, 'ZrO, and TiO□ are used as ceramic materials. 50% by weight of pbo as a flux;
A PbO-B2O system containing 50% by weight of B2O3 is used. P
b (Z ro, s T io, s ) Each ceramic material is blended to have the composition of ○3, and a flux is added to the bone in an amount three times the total weight of the ceramic and rex materials, and this mixture is mixed into agate. Thoroughly grind and mix using a grinding machine. This pulverized and mixed compound was placed in a platinum crucible, covered with a lid, and placed in an electric furnace at a temperature of 1000°C for 2 hours.
Heating was carried out for a period of time to cause a melting reaction. When this reaction product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that the ceramic material was present in the flux as non-oriented square crystals. Next, the above reactant was transferred to platinum crucible 1 of the apparatus shown in FIG.
After heating at 1200° C. for 5 minutes to melt, compressed air was introduced from the alumina pipe 4 and dropped between the cooling rollers 5 and 5'. The obtained powder is in the form of flakes with a thickness of about 7011 m and a size of 5.
I got angry between 20 and 20 degrees. Again, when this flaky powder was analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that the C-axes were completely aligned in the thickness direction, indicating that it was in an oriented crystalline state. In order to remove the flux, the powder was placed in HCI warm water (concentration IN) at about 60° C. and subjected to ultrasonic cleaning. After repeated washing 8 times, it was found that B ions were no longer excluded from the hot water. This was confirmed using atomic absorption spectrometry. The size of the obtained powder was 2 to 3 mm in diameter. Grade and thickness: about 10 to 70 I!m.

このあと、引き続き、実施例1の場合と全く同様にして
、圧電セラミックスを作成した。
Thereafter, piezoelectric ceramics were produced in exactly the same manner as in Example 1.

(実施例3) セラミックス素材として、PbO,ZrO□、Tfo2
を使う。融剤として、KFを40mo1 %、PbF2
を56mo1%、Pb3 (PO4)2を4mo1 %
とする組成のKF  PbFz  Pb、(POa)z
系を使う。Pb (Zro、s Tfo、s )03の
組成となるような割合で各セラミックス素材を配合する
。このセラミックス素材の合計量が15mo1 %で融
剤が85mo1 %となるように加え、メノウ製のライ
カイ機で充分に粉砕混合する。
(Example 3) PbO, ZrO□, Tfo2 as ceramic materials
use. As a flux, 40mol% of KF, PbF2
56mo1%, Pb3 (PO4)2 4mo1%
KF PbFz Pb, (POa)z with the composition
Use the system. Each ceramic material is blended in such a proportion that the composition becomes Pb (Zro, s Tfo, s 2 )03. The ceramic materials were added so that the total amount was 15 mol % and the flux was 85 mol %, and the mixture was thoroughly ground and mixed using an agate machine.

この粉砕混合した配合物を白金ルツボに入れ、ふたをし
たうえで、電気炉の中で1000 ’cの温度下で、2
時間、加熱をおこなって、溶融反応させた。この反応物
をX線回折法で分析したところ、セラミックス素材が無
配向正方晶形の結晶として融剤中に存在していた。つぎ
に、上記反応物を、第1図に示した装置の白金ルツボ1
中に入れ、1200℃の温度下で5分間加熱をおこなっ
て溶融したあと、アルミナパイプ4から圧縮空気を導入
し、冷却用ローラ5,5′の間に滴下した。得られた粉
体は、厚みが約70itmの薄片状であり、大きさは5
〜2011程の間でバラついた。やはり、この薄片状粉
体をX線回折法により分析したところ厚み方向に完全に
C軸が揃っており、配向性の結晶状態であることが確認
できた。融剤を除くため、粉体をガラス製ビー力に入れ
、約60℃の温水を加え、超音波をかけて粉砕しながら
融剤を分離し、洗浄をおこなう。洗浄を25回繰り返し
おこなったところ、熱水中ににイオンか放出しなくなり
、融剤除去のための洗浄が完了した。この確認は原子吸
光分析法によっておこなった。得られた粉体の大きさは
、直径:2〜3w程度、厚み:15〜60犀であった。
This pulverized and mixed compound was placed in a platinum crucible, covered with a lid, and heated in an electric furnace at a temperature of 1000'C for 2 hours.
Heating was carried out for a period of time to cause a melting reaction. When this reaction product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that the ceramic material was present in the flux as non-oriented tetragonal crystals. Next, the above reactant was transferred to platinum crucible 1 of the apparatus shown in FIG.
After heating at a temperature of 1200° C. for 5 minutes to melt, compressed air was introduced from the alumina pipe 4 and dropped between the cooling rollers 5 and 5'. The obtained powder is flaky with a thickness of about 70 itm and a size of 5
It varied between 2011 and 2011. Again, when this flaky powder was analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that the C-axes were completely aligned in the thickness direction, indicating that it was in an oriented crystalline state. To remove the flux, the powder is placed in a glass beaker, warm water of approximately 60°C is added, and ultrasonic waves are applied to crush the powder to separate the flux, followed by washing. After repeated washing 25 times, no ions were released into the hot water, and the washing for removing the flux was completed. This confirmation was performed by atomic absorption spectrometry. The size of the obtained powder was approximately 2 to 3 W in diameter and 15 to 60 mm in thickness.

このあと、引き続き、実施例1の場合と全く同様にして
圧電セラミックスを作成した。
Thereafter, piezoelectric ceramics were produced in exactly the same manner as in Example 1.

(比較例1) 実施例1において得られた融剤除去後の粉体を乳バチに
入れ、粉砕して微粉末にし、目の粗さ200メソシユの
篩にかけた。このあとは全〈実施例1と同様にして、篩
を通した微粉末を使って圧電セラミックスを作成した。
(Comparative Example 1) The powder obtained in Example 1 after removing the fluxing agent was placed in a mortar, crushed into a fine powder, and passed through a sieve with a mesh size of 200 mesh. After that, piezoelectric ceramics were produced in the same manner as in Example 1 using the fine powder passed through the sieve.

微粉末であるため、グリーンシートの段階ですでに厚み
方向に配向性の結晶状態ではなく、結晶の向きは全くラ
ンダムとなっている。
Since it is a fine powder, it is not already in a crystalline state oriented in the thickness direction at the stage of forming a green sheet, but the orientation of the crystals is completely random.

実施例1,2.3および比較例1の圧電セラミックスに
ついて、配向度、電気機械結合係数、および、比誘電率
の測定をおこなった。結果は下記の第1表の通りである
。実施例1,2.3の圧電セラミックスでは明らかに、
配向性がよくなっている。その結果1、横効果をあられ
す電気機械結合係数に3.の値が、非常にすぐれたもの
となっている。比誘電率についても、ε、−/ ε。と
ε2,7/ε。の差が実施例1,2.3では極めて大き
く、電気的特性の面からも、比較例1と比べて、格段に
配向性がよくケっていることが裏ずけられている。横効
果のすぐれた圧電セラミックスは、バイモルフ素子やユ
ニモルフ素子に好適な材料となる。
The degree of orientation, electromechanical coupling coefficient, and dielectric constant of the piezoelectric ceramics of Examples 1, 2.3, and Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Table 1 below. In the piezoelectric ceramics of Examples 1 and 2.3, it is clear that
Good orientation. As a result, 1. The electromechanical coupling coefficient that causes the transverse effect is 3. The value is very good. Regarding the relative dielectric constant, ε, −/ε. and ε2,7/ε. The difference between Examples 1 and 2.3 is extremely large, and it is confirmed that the orientation is much better than that of Comparative Example 1 from the viewpoint of electrical characteristics. Piezoelectric ceramics with excellent transverse effects are suitable materials for bimorph and unimorph devices.

なお、配向度の測定はっぎのようにしておこなった。The degree of orientation was measured as described above.

セラミックス材焼成後の配向度の評価は、分極処理をお
こなう前にX線回折法を使って行った。
The degree of orientation of the ceramic material after firing was evaluated using an X-ray diffraction method before polarization treatment.

銅(Cu)をターゲットとして、KoLI線を使い、C
軸((002)軸)とa軸((200、〕軸)における
ピーク面積から配向度を算出した。
Targeting copper (Cu), using KoLI wire, C
The degree of orientation was calculated from the peak areas on the axis ((002) axis) and the a-axis ((200,] axis).

比較例1で得られた試料のX線ピークを使って、Po(
下式により求められる)を得る。P o−([200)
軸におけるピーク面積)÷((002〕軸におけるピー
ク面積+(200)軸におけるピーク面積) 実施例1,2.3のそれぞれで得られ人試料のX線ピー
クを使って、それぞれのPs(下式により求める)を得
る。P、s = (、(200,)軸におけるピーク面
積)÷((002)軸におけるピーク面積+(200)
軸におけるピーク面積)そしてこのようにして得られた
PoとPsから配向度を表ず数値Xt (=P o/ 
P s)を求めた〔発明の効果〕 以上詳述したように、この発明にかかる製法によって製
造された圧電セラミックスは、配向性のよい結晶状態と
なっているので、分極が容易で、脱分極もほとんど起こ
らず、単結晶に近いすぐれた圧電特性を備えており、し
かも、セラミックスとしての利点も全く損なわれること
もない。そのため、この圧電セラミックスを用いる電子
部品の性能向上はもちろんのこと小型・軽量化をはかる
ことができるのである。
Using the X-ray peak of the sample obtained in Comparative Example 1, Po(
) obtained by the following formula. Po-([200)
Peak area on the axis) ÷ (Peak area on the (002) axis + Peak area on the (200) axis) Using the X-ray peaks of human samples obtained in each of Examples 1 and 2.3, calculate each Ps P, s = (, peak area on the (200,) axis) ÷ (peak area on the (002) axis + (200)
From Po and Ps obtained in this way, a numerical value Xt (=P o/
[Effects of the Invention] As detailed above, the piezoelectric ceramics manufactured by the manufacturing method according to the present invention are in a crystalline state with good orientation, so they are easy to polarize and are easy to depolarize. It has excellent piezoelectric properties that are close to those of single crystals, and the advantages of ceramics are not impaired at all. Therefore, it is possible to not only improve the performance of electronic components using piezoelectric ceramics but also to reduce their size and weight.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明にかかる圧電セラミックスの製法の
一例における薄片状粉体を作成する装置の概略説明図、
第2図は、この装置の冷却用ローラ間に粉体があるとき
の内部の温度分布状態をあられすグラフである。 1・・・白金ルツボ 2・・・ヒータ 3・・・溶融物
 5.5′・・・冷却用ロール 6・・・薄片状粉体代
理人 弁理士  松 本 武 彦 ’10 第1図 腰6 第2図 讐胃 1 〕愕げ静甫正書(自発 昭和61年0り月!7日 印60鱗薪IJti230421号 2、発明の名称 圧電セラミックスの製法 3、補正をする者 11牛との関係     特許出願人 柱  所    大阪府門真市大字門真1048番地名
 称(583)松下電工株式会社 代表者  代表膝役藤井貞夫 4、代理人 特願昭60−230421号 6、補正の対象 明細書 7、補正の内容 (11明細書第18頁第15行にr(200)Jとある
を、rcOO2)Jと訂正する。 (2)明細書第18頁第20行にr(200)Jとある
を、r(002)Jと訂正する。 (3)明細書第19頁第4行にrPo /ps Jとあ
るを、rPs/Palと訂正する。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an apparatus for creating flaky powder in an example of the piezoelectric ceramic manufacturing method according to the present invention;
FIG. 2 is a graph showing the internal temperature distribution state when powder is present between the cooling rollers of this device. 1... Platinum crucible 2... Heater 3... Melt 5.5'... Cooling roll 6... Flaky powder agent Patent attorney Takehiko Matsumoto '10 Figure 1 Waist 6 Figure 2 Enemies 1] Shogage Seifu Seisho (self-published in 1985) 7th stamp 60 scales IJti 230421 No. 2, name of invention Method for manufacturing piezoelectric ceramics 3, person making corrections 11 Relationship with cows Patent applicant Location: 1048 Kadoma, Kadoma City, Osaka Name (583) Matsushita Electric Works Co., Ltd. Representative: Representative Sadao Fujii 4, Agent Patent Application No. 60-230421 6, Specification subject to amendment 7, Amendment Contents (11 Correct the text r(200)J on page 18, line 15 of the specification to rcOO2)J. (2) Correct the text r(200)J on page 18, line 20 of the specification to r (002) J. (3) On page 19, line 4 of the specification, rPo /ps J is corrected to rPs/Pal.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)セラミックス素材を、溶融状態を経て、セラミッ
クス材用の粉体とする粉体化工程を含む圧電セラミック
スの製法において、前記粉体化を、厚みの薄いものであ
ってその厚み方向に配向する結晶状態を有する粉体が得
られるように行うことを特徴とする圧電セラミックスの
製法。
(1) In a method for manufacturing piezoelectric ceramics that includes a pulverization step in which a ceramic material is molten and then turned into powder for ceramic materials, the pulverization is performed in a thin material and oriented in the thickness direction. 1. A method for producing piezoelectric ceramics, characterized in that the method is carried out to obtain powder having a crystalline state.
(2)セラミックス素材の組成にPbOが含まれている
特許請求の範囲第1項記載の圧電セラミックスの製法。
(2) The method for producing piezoelectric ceramics according to claim 1, wherein the composition of the ceramic material contains PbO.
(3)粉体化が、溶融状態のセラミックス素材を、ふた
つの冷却用ローラの間に落しこんで前記ローラの表面に
接触させ急冷することによりなされる特許請求の範囲第
1項または第2項記載の圧電セラミックスの製法。
(3) Powderization is achieved by dropping the molten ceramic material between two cooling rollers and bringing it into contact with the surface of the rollers to rapidly cool it. Manufacturing method of piezoelectric ceramics described.
(4)溶融状態となるときの温度を低下させるために融
剤を加える特許請求の範囲第1項から第3項までのいず
れかに記載の圧電セラミックスの製法。
(4) The method for producing piezoelectric ceramics according to any one of claims 1 to 3, in which a flux is added to reduce the temperature when the piezoelectric ceramic becomes molten.
(5)粉体を成形工程を経てセラミックス材となすとと
もに前記成形工程のまえに融剤の除去をおこなう特許請
求の範囲第4項記載の圧電セラミックスの製法。
(5) A method for producing piezoelectric ceramics according to claim 4, wherein the powder is formed into a ceramic material through a molding process, and the flux is removed before the molding process.
(6)融剤がNaCl−KCl系である特許請求の範囲
第4項または第5項記載の圧電セラミックスの製法。
(6) The method for producing piezoelectric ceramics according to claim 4 or 5, wherein the flux is NaCl-KCl based.
(7)融剤がPbO−B_2O_3系である特許請求の
範囲第4項または第5項記載の圧電セラミックスの製法
(7) The method for producing piezoelectric ceramics according to claim 4 or 5, wherein the flux is PbO-B_2O_3-based.
(8)融剤がKF−PbF_2−Pb_3(PO_4)
_2系である特許請求の範囲第4項または第5項記載の
圧電セラミックスの製法。
(8) Fluxing agent is KF-PbF_2-Pb_3 (PO_4)
A method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 4 or 5, which is a _2 type piezoelectric ceramic.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299815B1 (en) * 1999-08-16 2001-10-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Process for producing piezoelectric ceramics
JP2006269982A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Tdk Corp Process for producing piezoelectric element and piezoelectric element
JP2007246387A (en) * 2006-02-17 2007-09-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for manufacturing spherical fine particle of piezoelectric material

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