JPS6364962A - 強誘電性圧電磁器組成物 - Google Patents

強誘電性圧電磁器組成物

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JPS6364962A
JPS6364962A JP61207175A JP20717586A JPS6364962A JP S6364962 A JPS6364962 A JP S6364962A JP 61207175 A JP61207175 A JP 61207175A JP 20717586 A JP20717586 A JP 20717586A JP S6364962 A JPS6364962 A JP S6364962A
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sno
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piezoelectric ceramic
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は例えば電気的エネルギーを機械的エネルギーに
、また機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する
素子の材料として用いる強誘電性圧電磁器組成物に関す
る。
(従来の技術) PbZrO3−PbTiO3の固溶体(PZT)にはモ
ルフオドピック相転移(MPB)が存在し、このMPB
付近で圧電性が極大を示すことが明らかにされてから、
セラミクスの圧電材料としての利用範囲は大幅に広がっ
た。
この後、上記PZTに代わるものとして3成分系のPb
(Mg局Nb%)03−PbTiOs −PbZrOz
  (PCM:商品名)が開発され、こ(7)PCMは
MPBが点から線に拡張されるため更に用途が広くなっ
た。そして、上記3成分系のセラミクス組成物に対し各
種の特性改善が試みられた。
例えば特公昭44−17103号に開示される強誘電性
圧?tIji器組成物はpbCKg尾Nb%)02−P
bZrO3−PbTiO3におけるPb原子の一部をS
rで置換したものであり、斯る組成とすることで、電気
機械結合係数及び誘電率が大で、共振抵抗が小さい電気
機械変換素子を得ることができるというものである。
(発明が解決しようとする問題点) 上述した強誘電性圧電磁器組成物によれば使用目的に応
じて選択できる諸定数の幅が広くなり、圧電セラミクス
の用途は更に広がるのであるが、用途によっては上記組
成物では十分な圧電特性が得られない。
例えば、アクチュエータとして圧電セラミクスを使用す
る場合、上述した組成物を焼成することよって得られる
圧電セラミクスよりも更に高いRD(相対密度)、ε(
誘電率)、Kp(径方向結合係数)及びd3+(電圧印
加に伴なうひずみ)が要求され、また将来的には圧電セ
ラミクスを積層することが予想され、この場合には現在
よりも低温で焼成することが必要となる。
(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決すべく本発明は、Pb(Mg%NbH
)03−PbTiOx−PbZrOs系磁器組成物のP
b原子の一部をSrで置換した磁器組成物に対し、更に
SnOを単独で、又はSnOとZnOを、若しくは5n
O2ZnOとBi2O3又はNiOを添加した。
(作用) Pb(Mg尾NbH)03−PbTiOx −PbZr
O3系磁器組成物のPb原子の一部をSrで置換すると
ともにSnO等を添加した組成物を焼成した後、これに
直流電圧を印加することで、RD、ε、KP又はd31
の特性が優れた素子が得られる。
(実施例) 本発明は第1乃至第4の発明に分けられ、第1発明はS
nOを添加した組成物、第2発明はZnOとSnOを添
加した組成物、第3発明はZnO,BizO3及びSn
Oを添加した組成物、第4発明はZnO1NiO及びS
nOを添加した組成物であり、実施例にあっては5nO
1ZnO,Bi2O3及びNiO以外の組成ニラいては
固定したものとし、これらについて実験を行った。
即ち第1発明については。
37.5P b (Mg月NbH) 03 +32.5
P b T i 03+25.0P b Z ro3+
5 S rT i 03 +XS n。
・・・・・・・・・・・・■ ただし、X=0.0.2. Q、5.1.Q、 2.0
.3.0゜4.0.5.0.8.0.7.0.8.0.
9.0゜10.0 。
第2発明については。
37.5P b  (MgHNbH)03  +32.
5P b T i  03+25.OP bz  r0
3  +s  S  rTi  03  +yz  n
+X5nO・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・■ただし、Y = 1.0.2.0.3.0X=
0. 0.2. 0.5. 1.0,2.0. 3.0
゜4.0.5.0,8.0,7.0,8.0,9.0゜
10.0゜ 第3発明については、 37.5P b (MgHNbH) 03+32.5P
 b T i O3+25.0PbZr03+55rT
i03 +ZZnO+YB iz 03 +X5rLO
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・■ただし、Z = 1.0.2.0.3.0Y =
0.5.1.0.2.0 X 、= 0.0.2. Q、5.1.0.2.0.3
.0゜4.0.5.0.8.0.7.0.8.0.9.
0゜10.0゜ 第4発明については、 37.5P b (MgHNbH) Os +32.5
P b T t O3+25.0PbZr03 +s 
5rTi03 +ZZnO+YNiO+X5nO・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■ただし、Z = 1.0.2.0.3.0
Y =0.5,1.0,2.0 X=0. 0.2. 0.5. 1.0. 2.0. 
3.0゜4.0.5.0,8.0,7.0,8.0,9
.0゜10.0゜ 以上の組成からなる組成物から磁器(素子)を作成する
には以下の手順で行う。
先ず化学的純度98%以上の酸化物又は炭酸塩を用意し
、これを原料として上記各式の配合組成となるように秤
量しゴム内張りをしたボールミルにて12時時間式混合
を行って均一な混合物とする。そしてこの混合物を乾燥
せしめた後1020℃で2時間予備焼成を行い、次いで
ボールミルにて12時時間式粉砕する。この後粉砕物を
乾燥せしめ、少量の有機バインダーを加えて整粒したも
のを圧力1000 kg/ cゴで直径22m1+厚さ
2■の円板に成形し、この円板をアルミナルツボの密閉
容器内で所定の温度で2時間保持し焼成する。ここで所
定の温度とは本実施例にあっては、1210℃、122
0℃、1230℃、1240℃及び1250℃の5水準
とする。
次いで焼成した円板を研摩した後、円板の両面に銀電極
を塗布して焼付け、更にシリコンオイル中に浸漬し常温
で1.8〜1.8にマ/113の直流電界を20分間印
加し分極を行うことで目的とする磁器を得る。
添付した図面は以上の如くして得られた磁器の緒特性を
示すものであり、各図の(A)がSnOのm09.%と
緒特性の関係を示す図表であり、各図のCB)はSnO
のmosL%と緒特性の関係を示すグラフである。尚、
測定値は同一条件で作成した試料(4個以上)のうち平
均値に近いものの値を。
採用し、また図中の記号の意味は以下の通りである。
RD(%):相対密度、この値が大きくなる程抗折強度
が向上する。
ε:誘電率、この値が大きい方が圧−型素子としての特
性に優れる。
Kp:径方向結合係数、誘電率と同様に値は大きい方が
優れる。
d31:素子に電圧を印加した場合に印加力向に対して
直交する方向のひずみ、この値が大きければアクチュエ
ータとして用いる場合の特性が優れる。
Qm:電気機械品質係数、この値は大きい方が好ましい
tanδ:誘電損失、この値は小さい方が好ましい。
第1図(A)、CB)乃至第5図(A)、CB)は第1
発明に包含される実験例の結果を示し、これらの図から
明らかなように、SnOを添加することにより、RD、
ε、KP及びd31が増加する。そして上記傾向は2m
oJ1%及び3mo文%添加付近で最高値を示す、また
、SnOの添加によりQmが若干低下しtanδは若干
上昇する。これらQmの低下及びtanδの上昇と前記
RD、ε、KP及びd 31の増加を考慮した場合、S
nOの添加割合としては0.2〜8.0mou%が適当
である。
第6図(A)、(B)乃至第20図(A)、(B)は第
2発明に包含される実験例の結果を示し、これらの図か
ら明らかなように、SnOの添加により前記同様、RD
、ε、KP、d31が増加し、特にこの第2発明にあっ
てはZnOを添加することにより、焼成温度の低下に伴
ってSnOの添加の効果が顕著に現れることが分る。し
たがって、焼結性の面においてZnOの添加による効果
が発揮される。
尚、ZnOの添加割合としては1.0〜3.Omo文%
が適当であった。
第21図(A)、CB)乃至第35図(^)、(B)は
第3発明に包含される実験例の結果を示し、これらの図
から、SnOの添加量の増加に伴って、εが大幅に増加
し、RDに関しては低温においてSnOの添加の効果が
顕著に現れることが分る。また、B12o3の添加を多
くすると、Qm、Kp及びd31が低下する傾向が生じ
るため、BitO3の添加割合としては0.5〜2.0
mou%が適当である。
第36図(A) 、 (B)乃至50図(A)、(B)
は第4発明に包含される実験例の結果を示し、これらの
図から、SnOを添加することによりεが増大し、特に
Kp、d3!についてはNiOを 1.0〜2.0mo
1%、SnOを1.0〜3.0 a m O1%とした
場合、Kp、d3.が大幅に増加する傾向を示す。
第51図乃至60図は前記実験に供した試料の抗折強度
とヤング等を示す図表であり、これらの図から、SnO
を添加することにより、機械的強度を大幅に向上するこ
とが分る。
(発明の効果) 以上に説明したように本発明によれば、pb(Mg3’
aNbH)03−PbTiO3−PbZ ro3系磁器
組成物のPb原子の一部をSrで置換するともに、これ
にSnOを単独で、又はSnOとZnO更LjfBiz
 O3,NiOを複合L−t”添加することにより、得
られる磁器の誘電率(ε)。
相対密度(RD)及びひずみ特性(d3+)を大幅に向
上することができ、圧電素子としての利用価値を高める
ことができる。而も従来の強誘電体組成物より焼成温度
を低下することが出来、工業的には極めて有利となり、
更には強度の向上と合せて積層アクチュエーター等とし
て用いる場合優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第50図゛における各図の(A)はSnOの
添加mo文%と緒特性の関係を示す図表、第1図乃至第
50図における各図の(B)はSnOの添加10文%と
緒特性の関係を示すグラフ、第51図乃至第60図は抗
折強度及びヤング率を示す図表である。 尚、図面中、RDは相対密度、εはXA誘電率Kpは径
方向結合係数、d 31はひずみ、Qmは電気機械品質
係数、tanδは銹電損失である。 特 許 出 願 人 東陶機器株式会社代 理 人 弁
理士   下  1) 容一部間     弁理士  
  大   橋  邦  部同   弁理士   小 
 山    南回   弁理士   野  1)   
及第1 (A) (B) SnOmdツ。 1210°C−2h ■RD  ・ε OKp 口d31 40m  ムtar+8 図 (B) 1220°C,h5nOmol″ 図 (B) SnOrnoL ’4 1230°C−2h 図 (B) 124o′C−2hC−2hSnO 第 (A) 図 (B) 1210°C−ンh 図 1220”C−Zh 図 (B) 1230−C−ンh 第9 (A) 図 (B) 1240’C−2h   S″omdツ・図 (B) 図 図 (B) 1220”C−2h   Sn0m0’%図 (B) 、23o’c −2h   SnOmo1%第 (A) 14図 (B) 1240”C−2h   Snomo”第1よ (A) 5図 (B) 1250°C−2h   SnOmol’/。 図 (B) \、 (A) 図 (B) ゝ、 SnOmdo/。 1220@C−2h 図 (B) 1230−(、: −Zfi 図 1240−C−:jl−1 第 (A) 20図 (B) 1250°C−2h   S″○md ″。 第 22図 (B) 1220°C−2h   SnOmo1%(B) 1230・C−2C−2hSnO% 図 (B) 1240”C−2h   SnomO1’第25: (A) (B) 1250’C−2h   SnOmd”図 (B) 第27 (A) 図 (B) SnOmdl。 1220’C−2h (B) 1230”C−2h   Sn0m0’%第29図 (A) (B) SnOmol % 1250°C−2h 図 第 32図 (B) 122o”c −2h   SnOmol”/s図 (B) つ 図 (B) 1250”C−2h   Sn0m”″/−図 (B) 仝 1210’C−2h   5°0“ハ 図 (B) 122o’c −2h   5nOrnol ’A図 (B) 1230”C−2h   Sn0m0’%図 (B) 1250°C−zh   SnOmol ’l。 図 図 (B) 1220−C−Ztl 一 ・図 図 (B) 12、f、o”c −2h   5n0”’″A図 CB) 1250”C−2h   Sn0m””図 (B) ― 図 (B) SnOmo1% 1220°C−2h 第 (A) 48図 (B) 1230”C−2h   Sn0m””第 (A) 図 (B) 5nOmo1% 1250@C−2h

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3−PbTi
    O_3−PbZrO_3系磁器組成物のPb原子の一部
    をSrで置換してなる磁器組成物に対し、SnOを0.
    2〜8.0mol%添加したことを特徴とする強誘電性
    圧電磁器組成物。
  2. (2)Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3−PbTi
    O_3−PbZrO_3系磁器組成物のPb原子の一部
    をSrで置換してなる磁器組成物に対し、ZnOをYm
    ol%、SnOをXmol%添加したことを特徴とする
    強誘電性圧電磁器組成物。ただし、Y=1.0〜3.0
    、X=0.2〜8.0とする。
  3. (3)Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3−PbTi
    O_3−PbZrO_3系磁器組成物のPb原子の一部
    をSrで置換してなる磁器組成物に対し、ZnOをZm
    ol%、Bi_2O_3をYmol%、SnOをXmo
    l%添加したことを特徴とする強誘電性圧電磁器組成物
    。ただし、Z=1.0〜3.0、Y=0.5〜2.0、
    X=0.2〜8.0とする。
  4. (4)Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3−PbTi
    O_3−PbZrO_3系磁器組成物のPb原子の一部
    をSrで置換してなる磁器組成物に対し、ZnOをZm
    ol%、NiOをYmol%、SnOをXmol%添加
    したことを特徴とする強誘電性圧電磁器組成物。ただし
    、Z=1.0〜3.0、Y=0.5〜2.0、X=0.
    2〜8.0とする。
JP61207175A 1986-09-03 1986-09-03 強誘電性圧電磁器組成物 Granted JPS6364962A (ja)

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