KR100901201B1 - 초음파 스피커용 세슘디옥사이드가 첨가된피에스엔-피지티 세라믹스의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 스피커용 세라믹스 소재를 개발에 관한 것으로, 지향성 스피커는 높은 기계적 품질계수 및 전기기계 결합계수, 적당히 높은 압전상수와 낮은 유전상수를 가져야 하기에 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 물질에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 각각 단일 금속산화물을 출발원료로 사용하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT)의 압전체를 전형적인 세라믹 제조법으로 제조하며, 백금 페이스트를 이용하여 전극을 후막 형태로 제조하여 폴링의 과정을 거쳐 제조하였다.
초음파 스피커, 지향성, 기계적 품질계수, 전기기계 결합계수, 압전상수, 유전상수
Description
본 발명은 초음파 스피커용 세슘디옥사이드가 첨가된 피에스엔-피지티 세라믹스의 제조방법{CeO2-doped 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) Ceramics for a Hypersonic Sound Speaker Application}에 관한 것으로, 지향성 스피커는 높은 기계적 품질계수 및 전기기계 결합계수, 적당히 높은 압전상수와 낮은 유전상수를 가져야 하기에 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) 물질에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 각각 단일 금속산화물을 출발원료로 사용하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT)의 압전체를 전형적인 세라믹 제조법으로 제조하며, 백금 페이스트를 이용하여 전극을 후막 형태로 제조하여 폴링의 과정을 거쳐 제조하였다.
본 발명은 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재 개발에 관한 것이다. 더욱 상세하게 는 높은 지향성을 가지는 압전 세라믹스 소재를 얻기 위하여 각각 단일 금속산화물을 출발원료로 사용하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT)의 압전체를 전형적인 세라믹 제조법으로 제조하며, 백금 페이스트를 이용하여 전극을 후막 형태로 제조하여 폴링의 과정을 거쳐 제조하였다.
초음파 스피커는 기술적 특징은 지향성과 반사특성이용이 가능하며 먼 도달거리를 갖은 것이 장점이다. 초음파 스피커 기술은 아직까지는 초창기 단계이다. 기존에 스피커는 음파에 간섭과 산란으로 인해 지향성과 먼 도달거리를 가지지 못했는데 초음파 스피커로 인해 남에게 피해를 주지 않고 개인이 헤드폰 없이 음원을 들을 수 있다. 다양한 용도에 적용할 수 있다.
그러나 초음파 스피커 소자가 너무 높은 압전상수 값을 가질 경우에는 치명적인 특성저하를 가질 수도 있다. 초음파 스피커 시스템 특징상 음원이 발생하는 지지대인 스크린에 초음파 스피커 소자가 닿아 음원발생에 악영향을 미치기 때문이다.
따라서, 초음파 스피커 시스템이 지향성과 반사특성이용, 먼 도달거리를 가지기 위해서는 높은 기계적 품질계수 및 전기기계 결합계수, 적당히 높은 압전상수와 낮은 유전상수를 가져야 하기에 새로운 세라믹스 소재 개발이 필요하다.
본 발명은 초음파 스피커용 세라믹스 소자 소재로서 종래의 우수한 압전 특성을 갖는 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) 물질에 CeO2를 첨가하여 높은 기계적 품질계수 및 전기기계 결합계수, 적당히 높은 압전상수와 낮은 유전상수를 가져야 하기에 새로운 세라믹스 소재 개발이 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재 개발에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높은 지향성을 가지는 압전 세라믹스 소재를 얻기 위하여 각각 단일 금속산화물을 출발원료로 사용하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT)의 압전체를 전형적인 세라믹 제조법으로 제조하며, 백금 페이스트를 이용하여 전극을 후막 형태로 제조하여 폴링의 과정을 거쳐 제조하는 것이다.
초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
본 발명은 PbO, ZrO, TiO, Sb2O3, Nb2O5 및 CeO2를 사용하여 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 산화물을 제조하는 단계; 상기 산화물을 기본조성으로 CeO2를 0.001∼0.5 wt% 첨가하여 시편을 제조하는 단계; 상기 산화물의 조성에 따라 각각 측량하여 220 rpm으로 18시간 동안 습식 혼합·분쇄한 후 혼합된 원료를 8시간 동안 건조한 다음 알루미나 도가니를 사용하여 850℃에서 2시간 동안 하소하여 PSN-PZT를 합성하는 단계; 하소시킨 파우더를 분쇄한 후, 원형금속몰드를 사용하여 일축가압 하에서 성형하여 시편을 제조하고 소결 중 PbO의 휘발 특성을 막기 위해서 2중 알루미나 도가니와 분위기 파우더를 사용하여 5℃/min의 승온속도로 1250℃에서 2시간 동안 소결하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 초음파 스피커 시스템상 높은 기계적 품질계수 및 전기기계 결합계수, 적당히 높은 압전상수와 낮은 유전상수를 갖는 새로운 초음파 스피커 소자를 제공하는데 있다. 이하 다음과 같이 본 발명의 실시예에서 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.
(실시예)
(가) 소자 제조
고순도 PbO, ZrO, TiO, Sb2O3, Nb2O5, CeO2 시약을 출발물질로 하였다. 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT)를 기본조성으로 CeO2를 0 wt%에서 0.5 wt%까지 첨가하여 시편을 제조하였다. 시약 조성에 따라 10-3 g까지 각각 측량하여 220 rpm으로 18시간 동안 습식 혼합?분쇄하였으며 혼합된 원료는 8시간 동안 건조한 다음 알루미나 도가니를 사용하여 850℃에서 2시간 동안 하소하여 PSN-PZT를 합성하였다. 하소시킨 파우더를 분쇄한 후, 원형금속몰드를 사용하여 일축가압 하에서 성형하여 시편을 얻었다. 소결은 소결 중 PbO의 휘발 특성을 막기 위해서 2중 알루미나 도가니와 분위기 파우더를 사용하여 5℃/min의 승온속도로 1250℃에서 2시간 동안 수행하였다.
(나) 분극된 소자 제작
소결체를 균일하게 1 mm 두께로 양면 연마하고, 초음파세척기를 사용하여 표면오염물을 제거하였다. 분극용 은 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅하고 강제순환식 드라이오븐을 이용하여 170℃에서 10분간 건조한 다음 680℃에서 10분간 유지시켜 전극소결을 실시하였다. 분극처리는 silicon oil bath에 150℃와 2 kV/mm의 직류전계를 30분 동안 인가하였다.
(다) 압전 특성
압전특성은 d33 meter를 이용하여 압전상수(d33)를, Network analyzer(HP3577A)와 공진-반공진법에 의하여 LF Impedance analyzer(HP4192A)를 사용하여 전기기계결합계수(kp)와 기계적 품질계수(Qm)를 측정하였다. 여기서, 전기기계결합계수와 기계적 품질계수는 다음과 같은 식을 이용하여 구하였다.
도 2에서는 CeO2의 첨가량에 따른 압전상수(d33)의 값을 나타낸 것이다. 순수한 PSN-PZT의 값은 398(pC/N)으로 가장 우수한 특성을 보였으며 CeO2가 증가함에 따라 압전상수의 값이 점점 감소 볼 수 있다. 본 연구에서 원하는 압전상수 값은 0.4 wt%에서 351(pC/N)에서 가진다.
도 3에서는 CeO2의 첨가량에 따른 전기기계결합계수를 나타내었다. 전기기계결합계수는 CeO2 첨가량이 증가함에 따라 점점 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 4에서는 CeO2의 첨가량에 따른 상대유전상수(εr)와 기계적 품질계수(Qm)를 나타내었다. 상대유전상수는 CeO2 첨가량이 증가함에 따라 점점 감소하다가 0.5 wt%에서 다시 증가하고 기계적 품질계수는 CeO2 첨가량이 증가함에 따라 다소 증가하는 모습을 보인다.
본 발명의 실시예에서와 같이 제조한 초음파 스피커용 0.4(wt%) CeO2가 첨가 된 0.05Pb(Sb0 .5Nb0 .5)O3-0.95Pb(Zr0 .52Ti0 .48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재로 매우 우수한 소재로 사료된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 저온형 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 저온형 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 CeO2첨가량 변화에 따른 압전상수이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 저온형 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 CeO2첨가량 변화에 따른 전기기계결합계수이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 저온형 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 CeO2첨가량 변화에 따른 기계적 품질계수와 상대유전상수이다.
Claims (1)
- PbO, ZrO, TiO, Sb2O3, Nb2O5 및 CeO2를 사용하여 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 산화물을 제조하는 단계; 상기 산화물을 기본조성으로 CeO2를 0.001∼0.5 wt% 첨가하여 시편을 제조하는 단계; 상기 산화물의 조성에 따라 각각 측량하여 220 rpm으로 18시간 동안 습식 혼합·분쇄한 후 혼합된 원료를 8시간 동안 건조한 다음 알루미나 도가니를 사용하여 850℃에서 2시간 동안 하소하여 PSN-PZT를 합성하는 단계; 하소시킨 파우더를 분쇄한 후, 원형금속몰드를 사용하여 일축가압 하에서 성형하여 시편을 제조하고 소결 중 PbO의 휘발 특성을 막기 위해서 2중 알루미나 도가니와 분위기 파우더를 사용하여 5℃/min의 승온속도로 1250℃에서 2시간 동안 소결하여 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 초음파 스피커용 CeO2가 첨가된 0.05Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.95Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PSN-PZT) 세라믹스 소재의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113800903A (zh) * | 2021-11-08 | 2021-12-17 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种锑酸铋-镱酸铋-钛酸铅系压电陶瓷材料及制备方法 |
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-
2008
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