KR0180486B1 - 고주파용 압전 세라믹체의 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파용 압전 세라믹체의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전 세라믹체의 조성물이 PbZrO3, PbTiO3, Ba(Mg1/2Nb1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/1)O3이외에 MnO2로 이루어지는 고주파용 압전 세라믹체의 조성물에 관한 것이다.
종래에 전자 기기의 공진자 및 필터의 소재로 사용된 Pb(Zr, Ti)O3계 압전 세라믹체는 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수는 양호하지만, 온도 변화에 따른 공진 주파수의 변화율, 즉 온도 안정성이 불충분하여 고주파용 공진자 및 필터의 소재로 사용되기에는 문제점이 있었다.
본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물은 PbZrO3, PbTiO3을 주성분으로 하고, 안정성이 우수하고 소결성을 향상시키는 성분인 Ba(Mg1/2Nb1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/1)O3및 MnO2로 이루어지는 것으로, 제조된 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수는 20 내지 50%, 기계적 품질계수는 200 내지 2,300, 상대유전율이 700 내지 1,700 및 유전손실이 1% 이하로 향상된다. 특히, 공진 주파수의 온도 의존성이 ±0.5% 이하로 우수하므로 고주파용 전자 부품의 소재로 사용하기에 충분한 물성을 갖게 되어 고주파용 압전 세라믹 공진자와 고주파용 압전 세라믹 필터의 소재로 사용할 수 있다.
Description
본 발명의 목적은 공진 주파수의 전기기계 결합계수, 품질 계수, 상대 유전율 및 유전 손실이 향상되고, 특히 온도 안정성이 우수한 고주파용 압전 세라믹체의 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 고주파용 압전 세라믹체의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는PbZrO3, PbTiO3, Ba(Mg1/2Nb1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/1)O3이외에 MnO2로 이루어 지는 고주파용 압전 세라믹체의 조성물에 관한 것이다.
최근에는 정보 산업의 발전에 따라 컴퓨터, 전화기 등의 수요가 많이 증가하고 있고, 가전 및 산업 기기의 전자화에 따라 마이크로 프로세서의 이용이 확대되고 있다. 이러한 전자 기기에는 기준 신호를 발생시키는 공진자와 특정 주파수를 선택적으로 여과시키는 필터가 필요하며, 따라서 공진자 및 필터 등의 전자 부품의 소재에 대한 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기한 공진자 및 필터 등의 전자 부품 소재로 사용하기 위해서는 양호한 압전 특성과 온도 안정성이 우수한 물성이 요구되었다.
종래에 공진자 및 필터 등의 전자 부품 소재로 사용되어 온 Pb(Zr,Ti)O3계 압전 세라믹체는 전자기계의 변환 효과를 이용하여 100kHz 내지 수십 MHz 대역에 이르는 다양한 고주파 전자 부품을 용이하게 제조할 수 있고, 전기기계 결합계수가 30% 이상, 기계적 품질 계수가 1,000 이상으로 우수하여 여러 가지 전기기계의 변환 소자용 소재로 널리 이용되어 왔다.
그러나, Pb(Zr,Ti)O3계 압전 세라믹체는 온도 변화에 따라 공진 주파수가 100ppm/ ℃ 이상 변화하여 온도 안정성이 불충분한 문제점이 있었다.
본 발명자들은 PbZrO3, PbTiO3, Ba(Mg1/2Nb1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/1)O3이외에 MnO2로 이루어진 압전 세라믹체의 조성물로 압전 세라믹체를 제조하면 전기기계 결합계수, 기계적 품질계수, 상대 유전율, 유전 손실이 향상되고, 특히 온도 안정성이 우수해짐을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
제1도는 본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편과 종래의 Pb(Zr,Ti)O3계 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편의 온도 변화에 따른 공진 주파수의 변화율이다.
본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물은 몰분율이 PbZrO30.4 내지 0.45, PbTiO30.4 내지 0.45, Ba(Mg1/2Nb1/2)O30.05 내지 0.1, Pb(Ni1/2W1/2)O30.05 내지 0.1이고, 이외에 MnO2가 전체 압전 세라믹체의 조성물에 대하여 0.1 내지 2중량%로 이루어진 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 압전 세라믹체의 조성물 중 Ba(Mg1/2Nb1/2)O3의 몰분율은 0.05 내지 0.1이다. Ba(Mg1/2Nb1/2)O3는 소결성을 향상시키며, 상기한 범위를 벗어나는 0.05 이하 또는 0.1 이상의 몰분율로 사용하면 제조된 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수 및 기계적 품질 계수가 급격히 감소하게 되고, 온도 안정성이 저하된다.
압전 세라믹체의 조성물 중의 Pb(Ni1/2W1/2)O3의 몰분율은 0.05 내지 0.1이다. Pb(Ni1/2W1/2)O3는 소결성을 향상시키며, 상기한 범위를 벗어나는 0.05 이하 또는 0.1 이상의 몰분율로 사용하면 제조된 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수 및 기계적 품질 계수가 급격히 감소하게 되고, 온도 안정성이 저하된다.
상기한 성분 이외에 MnO2를 전체 압전 세라믹체의 조성물에 대하여 0.1 내지 2%로 사용한다. MnO2가 2중량% 이상 사용되면 제조된 압전 세라믹체의 품질 계수는 증가하지만 전기기계 결합계수가 떨어지고 온도 안전성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 의하면 전체 압전 세라믹체의 조성물 중의 PbZrO3가 0.4 내지 0.45, PbTiO3가 0.4 내지 0.45의 몰분율로 사용되어 주성분이 된다.
한편, 도1은 본 발명의 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편과 종래의 Pb(Zr,Ti)O3계 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편의 온도 의존성을 나타낸 것이다.
도1에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 Pb(Zr,Ti)O3계 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편의 그래프는 상온 부근에서 공진 주파수가 급격히 상승한 후 하강하여 변화율이 크지만, 본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 시편의 그래프는 온도의 변화에 상관없이 공진 주파수가 거의 일정하여 변화율이 작다.
따라서, 본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물은 공진 주파수의 온도 안정성이 우수하므로 압전 세라믹 공진자나 압전 세라믹 필터 등의 고주파 부품에 사용하기에 적합하다.
이하, 본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
공업용으로 통사 사용되는 순도의 PbO, ZrO2, TiO2, BaO 또는 BaCO3, MgO, Nb2O3, NiO, WO3세라믹 분말을 사용하여 표 1의 몰분율로 평량하고 MnO2을 전체 조성물에 대하여 표 1에 나타난 중량%로 첨가한 다음, 볼 밀링 방법으로 24시간 습식 혼합하여 건조시킨 후에 700 내지 900℃의 온도 범위에서 소성하였다.
소성된 조성물에 유기 바인더를 적정량 첨가하여 습식 분쇄하고 조립한 다음, 성형 압력을 1톤/cm로 하여 직경이 2cm인 금형의 원판상이 되도록 압축 성형하였다.
성형체를 박스형 전기로에서 1,100 내지 1,300 C의 온도 범위에서 2시간 동안 소결하여 시편을 제조한 후, 1mm의 두께가 되도록 양면을 연마하고, 양면에 인쇄 도포법으로 은전극을 바르고 소부하여 전극을 형성한 후, 절연유가 담긴 분극기에서 시편을 분극 처리하였다. 이때, 분극 조건은 인가 전압을 3 내지 5kV로 하고 온도를 80 내지 150℃의 범위로 하여 10분 동안 실시하였다.
분극된 시편을 임피던스 분석기로 측정하여 경방향 모드의 전기기계 결합 계수, 기계적 품질계수, 상대 유전율 및 유전 손실을 측정하였다. 또한, 시편을 항온조에 넣고 온도를 -20 내지 80℃의 온도 법위에서 변화시키면서 공진 주파수의 변화를 측정하여 공진 주파수의 온도 계수를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에 나타난 공진 주파수의 온도 의존성은 -20 내지 80℃의 온도 범위에서 20℃의 공진 주파수를 기준으로 최대치와 최소치를 측정하여 백분율로 나타낸 것이다.
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 압전 세라믹체는 기게적 품질계수, 전기기계 결합계수 및 상대 유전율이 종래의 Pb(Zr, Ti)O3계 압전 세라믹체에 비해 월등히 우수하며, 유전 손실이 훨씬 적고 특히 공진 주파수의 온도 안전성이 우수한 것으로 나타났다.
본 발명의 고주파용 압전 세라믹체의 조성물은 주성분인 PbZrO3, PbTiO3에 온도 안정성이 우수하고, 소결성을 향상시키는 성분인 Ba(Mg1/2Nb1/2)O3,Pb(Ni1/2W1/2) O3및 MnO2를 첨가하여 이루어지는 것으로, 제조된 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수가 20 내지 50%, 기계적 품질계수가 200 내지 2,300, 상대 유전율이 700 내지 1,700 및 유전손실이 1% 이하로 향상된다. 특히 공진 주파수의 온도 의존성이 ±0.5% 이하로 우수하므로 본 발명의 압전 세라믹체의 조성물로 제조된 압전 세라믹체는 고주파용 전자 부품의 소재로 사용하기에 충분한 물성을 갖게 되며, 고주파용 압전 세라믹 공진자와 고주파용 압전 세라믹 필터의 소재로 사용할 수 있다.
Claims (1)
- 몰분율이 PbZrO30.4 내지 0.45, PbTiO30.4 내지 0.45, Ba(Mg1/2Nb1/2)O30.05 내지 0.1, Pb(Ni1/2W1/2)O30.05 내지 0.1이고, 이외에 MnO2가 전체 압전 세라믹체의 조성물에 대하여 0.1 내지 2중량%로 이루어진 것을 특징으로 하고 고주파용 압전세라믹체의 조성물.
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