KR101191246B1 - 압전 세라믹스 및 그 제조 방법 및 압전 디바이스 - Google Patents

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Abstract

[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰 비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 이루어지는 주상(主相)으로 하고, 부상으로서 K3Nb3O6Si2O7을 함유하고 있고, 첨가물로서 CuO화합물을 주상 100몰에 대해서 CuO 환산으로 0.02몰~5.0몰 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹스.

Description

압전 세라믹스 및 그 제조 방법 및 압전 디바이스{PIEZOELECTRIC CERAMIC, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND PIEZOELECTRIC DEVICE}
본 발명은, 납을 함유하지 않는 알칼리 함유 니오브산계(酸系) 페로브스카이트 구조를 가지는 압전 세라믹스, 그 제조 방법, 그 압전 세라믹스를 이용한 압전 발음체(發音體), 압전 센서, 압전 액츄에이터, 압전 트랜스 및 압전 초음파 모터 등의 압전 디바이스에 관한 것이다.
압전 세라믹스는, 압전 효과의 원리에 의해, 전기 에너지를 기계 에너지로,또는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전자 디바이스이다. 종래, 많은 전자 디바이스에 있어서, PbTiO3-PbZrO3의 2성분으로 이루어지는 납 함유 압전 세라믹스 (이하, 「PZT」라고 칭할 수 있다)나, 이 PZT에 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3이나 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3을 제3 성분으로서 함유시킨 복합 페로브스카이트 압전 세라믹스가 이용되고 있었다.
그러나, 주성분으로 Pb를 포함하고 있기 때문에, 생산 공정에 있어서의 PbO의 휘발 등, 환경 부하가 높은 것이 문제가 되고 있다. 그 때문에, Pb를 함유하지 않는 또는 Pb의 함유량을 저감한 압전 세라믹스의 개발이 요구되고 있다.
Pb를 함유하지 않는 압전 세라믹스의 개시예로서, 예를 들면, BaTiO3으로 이루어지는 페로브스카이트 구조를 가지는 조성물(비특허문헌 1 및 2참조), (Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3의 2성분으로 이루어지는 비스무스를 함유하는 페로브스카이트 구조의 조성물(특허문헌 1 내지 4참조), (Ba, Sr, Ca)2NaNb5O15을 주성분으로 한 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 조성물(특허문헌 5 내지 7참조), SrBi2Nb2O9을 주성분으로 한 비스무스 층상(層狀)구조를 가지는 조성물(특허문헌 8 내지 10 참조), 및 KNbO3-NaNbO3-LiNbO3을 주성분으로 한 알칼리 함유 니오브산계 페로브스카이트 구조를 가지는 조성물(특허문헌 11 내지 13 참조) 등이 있다. 특히 KNbO3을 주성분으로 한 압전 세라믹스는, 압전 특성이 비교적 높고, 납 함유 압전 세라믹스를 대체하는 세라믹스로서 기대되고 있다.
가속도 센서, 충격 센서 및 노크 센서 등의 압전 센서는, 입력되는 가속도나 충격이나 압력 등의 기계적 스트레스에 대한 발생 전압이 높을수록 센서로서의 감도가 좋아지므로, 그 구성 부재로서 이용되는 압전 세라믹스는, 전기 기계 결합 계수(예를 들면 k31)가 될 수 있는 한 높고, 비유전율(比誘電率, ε, 예를 들면 ε33T/ε0)이 될 수 있는 한 낮은 것이 바람직하다. 일반적으로, 압전 세라믹스에 기계적 스트레스를 주었을 때에 생기는 전하(C)는, 전기 기계 결합 정수가 크면 클수록 높아진다. 또한, 전하(C)는 비유전율(ε)과 전압(V)의 곱에 비례한다(즉, C∝εV의 관계가 성립한다). 따라서, 전기 기계 결합 정수와 기계적 스트레스에 의해 가해지는 가속도가 함께 일정하다는 조건에 있어서, 발생하는 전압(V)은 C/ε에 비례(즉, V∝C/ε의 관계가 성립한다)하므로, 비유전율(ε)이 낮을수록 발생 전압은 높아진다. 또한, 가속도 센서에 있어서는, 기계적 품질 계수(Qm)가 비교적 높은 압전 세라믹스를 이용하는 것이 바람직하다. 기계적 품질 계수가 높으면, 에너지의 세라믹스 내에서의 손실을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 응답성을 높일 수 있고, 연속적인 가속도나 충격, 압력에 의한 발열을 억제할 수 있다. 이와 같이, 가속도 센서 등의 용도로 이용되는 압전 세라믹스는, 전기 기계 결합 계수가 높고, 비유전율이 낮은 동시에, 기계적 품질 계수가 높은 것이 바람직하다.
특허문헌 14에는, KNbO3을 주성분으로 한 압전 세라믹스에 CuO를 첨가하는 것으로, 전기 기계 결합 계수를 내리지 않고 비유전율을 내리고, 기계적 품질 계수를 높이는 것이 개시되어 있다. 또한, 비특허문헌 3 및 비특허문헌 4 등과 특허문헌 15에는, CuO와 동등한 효과를 얻을 수 있는 첨가물로서, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30, K5.4Cu1.3Ta10O29 등의 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 세라믹스가 제안되고 있다.
1. 일본 특허 공개 특개2003-201172호 공보 2. 일본 특허 공개 특개2004-075449호 공보 3. 일본 특허 제4044943호 공보 4. 일본 특허 제4044944호 공보 5. 일본 특허 공개 특개2004-075448호 공보 6. 일본 특허 공개 특개2004-161532호 공보 7. 일본 특허 공개 특개2006-143588호 공보 8. 일본 특허 공개 특개2001-130961호 공보 9. 일본 특허 공개 특개2002-241175호 공보 10. 일본 특허 공개 특개2006-062955호 공보 11. 일본 특허 공개 특개2006-056778호 공보 12. 일본 특허 공개 특개2007-204336호 공보 13. 일본 특허 공개 특개2004-244301호 공보 14. 일본 특허 제3531803호 공보 15. 일본 특허 공개 특개2004-115293호 공보
1. Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 1, 2006, pp.L 30-L32 2. Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 4, 2007, pp.L 97-L98 3. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 97, 114105, 2005 4. Journal of the American Ceramic Society Vol. 88 No. 51190-1196, 2005
그러나, 이러한 Cu화합물을 첨가한 알칼리 함유 니오브산계 압전 세라믹스는, 소성 중에 세라믹스를 구성하는 결정 입자가 입성장(粒成長)하기 쉽고, 최대 지름이 10㎛을 넘지 않는 조대(粗大)한 결정 입자가 석출되기 쉽다. 이러한 조대한 결정 입자가 존재하면, 전계나 응력의 집중이 발생하여, 절연 파괴가 발생할 수 있다. 특히 압전 세라믹스 층의 두께가 얇은 적층 압전 디바이스나 박막 압전 디바이스의 경우에 있어서, 이러한 현상이 발생하기 쉽다.
본 발명의 다양한 실시 형태는, 조대한 결정 입자의 석출을 억제하는 것이 가능하고, 비교적 높은 기계 품질 계수와 비교적 낮은 비유전율을 가지는 압전 세라믹스를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰 비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 이루어지는 주상(主相); 및 K3Nb3O6Si2O7로 이루어지는 부상(副相); 을 포함하는 다결정체로 이루어지고, 상기 주상 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 Cu화합물을 함유한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스에 의하면, Cu화합물의 작용에 의해, 전기 기계 결합 계수를 내리지 않고 기계적 품질 계수를 향상시켜, 비유전율을 더욱 내릴 수 있다. 또한, K3Nb3O6Si2O7의 작용에 의해, 소성 중의 입성장을 억제하고, 조대한 결정 입자의 석출을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스에 의하면, K3Nb3O6Si2O7이 주상과의 몰비로 0.003로부터 0.10함유된다. K3Nb3O6Si2O7은, 그 함유량에 관계없이 입성장을 억제하지만, 그 함유량이 소정량을 넘으면 반대로 압전 특성을 열화시킬 수 있다. 본 발명자는, K3Nb3O6Si2O7의 함유량이 주상과의 몰비로 0.10이하라면 충분한 압전 특성을 유지할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, X선 회절법에 의해 분석했을 때, 주상과 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3의 결정상에 대응하는 회절 프로파일의 최강선(最强線)에 있어서의 선강도 I1과, 부상인 K3Nb3O6Si2O7의 결정상에 대응하는 회절 프로파일의 최강선에 있어서의 선강도 I2의 비 I2/I1이 0.6% ～8.0%이라면 충분한 압전 특성을 유지할 수 있다.
Cu화합물로서는, CuNb2O6, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30 또는 K5.4Cu1.3Ta10O29이 바람직하다. 이들 중 어느 Cu화합물이라면, 전기 기계 결합 계수를 내리지 않고, 기계적 품질 계수를 높이고, 비유전율을 내리는 작용이 보다 양호해진다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 디바이스는, 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 이용하여 구성된다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 특히 가속도 센서, 충격 센서, 또는 노크 센서 등의 기계적 스트레스를 전기 신호로 변환하는 압전 디바이스에 바람직하다. 이러한 압전 디바이스의 예는, 판상(板狀)으로 형성된 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 개재하여 제1 전극과 제2 전극이 대향하는 유니몰프(unimorph)형 디바이스, 제1 전극과 제2 전극이 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스층을 개재하여 교호적으로 복수층 적층된 바이몰프(bimorph)형 또는 적층형 디바이스, 및 Si웨이퍼 등의 반도체 기판이나 알루미나 기판 등의 절연성 기판 상에 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스가 형성되고 이에 제1 전극과 제2 전극이 형성되는 압전 디바이스를 적어도 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법은, [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 페로브스카이트 조성물을 얻는 스텝과, K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 조성물을 얻는 스텝과, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3과 상기 K3Nb3O6Si2O7을 혼합하는 스텝과, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝과, 이 Cu화합물이 첨가된 혼합물을 형성하고 소성하는 스텝을 포함한다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법에 있어서는, 주상과 부상과의 혼합물에 Cu화합물을 첨가하고, 이 Cu화합물이 첨가된 혼합물이 형성되고 소성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법은, K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 조성물을 얻는 스텝과, 칼륨 화합물, 나트륨 화합물, 리튬 화합물, 니오브 화합물, 탄탈 화합물 및 안티몬 화합물을 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 페로브스카이트 조성물이 되도록 배합하고, 상기 K3Nb3O6Si2O7과 혼합하는 스텝과, 이 혼합물을 가소하는 스텝과, 이 가소된 혼합물에, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝과, 이 혼합물을 형성하고, 소성하는 스텝을 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법에 있어서는, 주상을 구성하는 재료와 미리 합성한 부상을 혼합하여 가소한 것에, Cu화합물이 혼합된다.
본 발명의 다양한 실시 형태에 의하면, 조대한 결정 입자의 석출을 억제하는 것이 가능하고, 비교적 높은 기계 품질 계수와 비교적 낮은 비유전율을 가지는 압전 세라믹스가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 디바이스의 일 예를 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 디바이스의 일 예를 도시하는 모식 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 디바이스의 일 예를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 디바이스의 일 예를 도시하는 모식 단면도이다.
도 5는 Cu-Kα선을 이용한 X선 회절법에 의한 20°≤2θ≤60°의 회절 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에 있어서의 24°≤2θ≤34°의 회절 프로파일을 도시하는 확대도이다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 이루어지는 주상(主相) 및 K3Nb3O6Si2O7로 이루어지는 부상(副相)을 가지는 다결정체로 이루어지고, Cu화합물을 함유하고 있다. 부상으로서 K3Nb3O6Si2O7을 함유하는 것에 의해, 압전 세라믹스 내부의 다결정 구조가, 미세 하면서 균일해진다. x 및 y는 0이상 1이하의 범위의 임의의 값을 취득하므로, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, K, Na 및 Li의 임의의 하나를 포함하고 있으면 좋다. 즉, K, Na, Li는, 모두 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스가 임의의 구성 요소이다. 또한, z 및 w는 0이상 1이하의 범위의 임의의 값을 취득하므로, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, Nb, Ta, Sb의 임의의 하나를 포함하고 있으면 좋다. 즉, Nb, Ta 및 Sb는 모두 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 임의의 구성 요소이다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 조성식을 (1-a)[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3+aK3Nb3O6Si2O7(a는 몰비를 나타낸다)로 했을 때, 몰비 a를 0.003≤a≤ 0.10로 할 수 있다. 이 몰비는, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 0.006≤a≤ 0.08로 할 수 있다. a≥0.003의 범위에 있어서 압전 세라믹스 내부의 다결정 구조가 미세해지는 것을 확인할 수 있지만, K3Nb3O6Si2O7 자체는 압전 효과를 가지지 않기 때문에, a가 0.10을 넘으면 K3Nb3O6Si2O7을 함유하지 않는 경우보다 압전 특성을 저하시키게 되고, 높은 전기 기계 결합 계수와 낮은 비유전율을 실현하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 주상은, 조성식 ([K1-xNax]1-yLiy)(Nb1-z-wTazSbw)O3에 있어서, x, y, z, w가 각각, 0≤x≤1.0, 0≤y≤0.20, 0≤z≤0.40, 0≤w≤0.20이 된다. x, y, z, w가 이 범위 내에 있는 압전 세라믹스는, 높은 전기 기계 결합 계수와 낮은 비유전율을 실현할 수 있고, 퀴리 온도가 150℃이상이며, 충분한 비저항율을 가진다. A사이트 원소로서, K 또는 Na의 적어도 하나가 포함되어 있으면 좋다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 주상은, 조성식 ([K1-xNax]1-yLiy)(Nb1-z-wTazSbw)O3에 있어서, x, y, z, w가, 0≤x≤1.0, 0≤y≤0.15, 0≤z≤0.20, 0≤w≤0.10, 0.006≤a≤0.08이 된다. x, y, z, w가 이 범위 내에 있는 압전 세라믹스는, 200℃이상의 높은 퀴리 온도를 가지기 때문에, 200℃까지의 고온에 있어서도 압전 효과를 유지할 수 있고, 낮은 비유전율(ε33 T/ε0), 낮은 유전 손실(tanδ) 및 높은 전기 기계 결합 계수(k31)를 실현하는 것이 가능해지고, 또한 그 다결정 구조도 균일하다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 상기의 주상 및 부상에 더하여, 상기 주상 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 Cu화합물을 함유한다. 이 함유 비율을 따라서 Cu화합물을 첨가하는 것으로, 전기 기계 결합 계수를 실질적으로 저하시키지 않고 비유전율을 내리고, 기계적 품질 계수를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 상기의 주상 및 부상에 더하여, 상기 주상 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～2.0몰의 Cu화합물을 함유하고 있다. 이 함유 비율을 따라서 Cu화합물을 첨가하는 것으로, 전기 기계 결합 계수를 실질적으로 저하시키지 않고 비유전율을 저하시키고, 기계적 품질 계수를 향상시키는 동시에, 유전 손실을 저감시킬 수 있다.
Cu화합물로서, CuNb2O6, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30 또는 K5.4Cu1.3Ta10O29을 이용할 수 있다. 이들의 Cu화합물은, 부상인 K3Nb3O6Si2O7의 작용을 손상하지 않고, Cu화합물로서의 작용을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스에, 제1 천이 원소인 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, 제2 천이 원소인 Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag 또는 제3 천이 원소인 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 가운데 적어도 1개의 원소를 일정량 혼입시키는 것에 의해, 소결 온도를 제어하거나 입자의 성장을 제어하거나, 고전계화에 있어서의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법은, [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰 비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내지는 페로브스카이트 조성물을 얻는 스텝과, K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 조성물을 얻는 스텝과, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3을 주상으로 하고 상기 K3Nb3O6Si2O7을 부상으로 하여 혼합하는 스텝과, 양 조성물의 혼합물에, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝과, 이 Cu화합물이 첨가된 혼합물을 형성하고, 소성하는 스텝을 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법은, K3Nb3O6Si2O7로 나타내지는 조성물을 얻는 스텝과, 칼륨 화합물, 나트륨 화합물, 리튬 화합물, 니오브 화합물, 탄탈 화합물 및 안티몬 화합물을 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰 비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 페로브스카이트 조성물이 되도록 배합하고, 상기 K3Nb3O6Si2O7과 혼합하는 스텝과, 이 혼합물을 가소하는 스텝과, 이 가소된 혼합물에, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02몰～5.0몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝과, 이 혼합물을 형성하고, 소성하는 스텝을 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 제조 방법을 이용하여 압전 세라믹스를 제조하기 위해서, 칼륨을 함유하는 원료로서, K2CO3 또는 KHCO3을 이용하고, 나트륨을 함유하는 원료로서 Na2CO3 또는 NaHCO3을 이용하고, 리튬을 함유하는 원료로서 Li2CO3을 이용하고, 니오브를 함유하는 원료로서 Nb2O5을 이용하고, 탄탈을 함유하는 원료로서 Ta2O5을 이용하고, 안티몬을 함유하는 원료로서 Sb2O3 또는 Sb2O5을 각각 이용할 수 있다. K3Nb3O6Si2O7을 얻기 위한 실리콘을 함유하는 원료로서, SiO2을 이용할 수 있다. 이와 같은 원료를 이용하는 것에 의해, 배합, 교반(攪拌), 가소 등의 공정을 용이하게 수행할 수 있고, 제조에 부하를 주지 않고 합성을 수행하는 것이 가능해진다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 가소는, 700～1000℃에서 수행할 수 있고, 분말을 형성하는 경우의 바인더로서 폴리비닐알콜, 폴리비닐부틸알 등 일반적으로 이용되는 여러가지 바인더를 사용할 수 있고, 소성은 1040～1180℃에서 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 일반적으로 ABO3으로 나타내어지는 페로브스카이트 구조를 가진다. 여기에서 A에 배좌(配座)하는 원소는 K, Na 또는 Li이며, B에 배좌하는 원소는 Nb, Ta 또는 Sb이다. 화학량론(化學量論)이 A:B=1:1이 될 때에, 모든 사이트 위치에 원소가 배좌되고, 안정된 구조가 된다. 그러나, 수분에 의한 K, Na, Li의 용출(溶出)이나, 가소 공정에 있어서의 K, Na, Li, Sb의 휘발, 소성 공정에 있어서의 K, Na, Li, Sb의 휘발 등의 요인에 의해, 제조 공정을 통해서 몇 %정도(2% 이하)의 조성의 변동이 일어날 수 있다. 이들의 구성 원소의 조성 변동의 정도는, 그 원료, 합성 시기, 합성 공정의 변화에 의해 영향을 받는다. 이들의 변동에 대응하기 위해서, 초기 배합시에 K, Na, Li, Sb원(源)이 되는 원료를 제조 공정에 있어서의 감소량을 상쇄하는 정도로 많게 함유시킨다. 이에 의해, 소성 공정에 의해 얻어진 압전 세라믹스에 있어서 A:B=1:1의 조성에 가가깝게 할 수 있다. 높은 압전 효과를 얻기 위해서는, 제조된 압전 세라믹스의 A사이트와 B사이트의 비율이 0.96<A/B<1.002의 범위 내가 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스에 첨가하는 Cu화합물로서, CuNb2O6을 이용할 수 있다. CuNb2O6은, 소성 단계에 있어서 페로브스카이트 구조를 가지는 주상에 고용(固容)할 수 있다. 첨가된 CuNb2O6은, 페로브스카이트 구조를 가지는 주상의 A사이트에 결함을 생기게 하여 Cu2+로서, 또는 결함을 생기게 하지 않고 Cu+로서 고용한다. 이 결과 A사이트 성분이 과잉되므로, CuNb2O6의 Nb가 B사이트에 A:B=1:1이 이상적인 상태에 가까워지게 고용한다. 따라서, 본 발명의 압전 세라믹스의 주상인 알칼리 함유 니오브산 페로브스카이트 화합물의 조성은, [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(i는 첨가물로서 함유시킨 CuNb2O6이 고용한 경우에 취득하는, 0 <i<1.0의 범위 내에 있는 실수)로 나타내어진다.
Cu화합물을 고용할지 안할지에 관계없이, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 부상으로서 K3Nb3O6Si2O7의 석출에 수반함에 따라, 그 다결정 구조에 조대한 결정 입자가 석출하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스에 첨가하는 Cu화합물은, CuNb2O6로서 알칼리 함유 니오브산 페로브스카이트 화합물에 고용할 수 있을 뿐만 아니라, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30 또는 K5.4Cu1.3Ta10O29 등의 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 결정상으로서 석출할 수 있다. 이 때문에, 첨가물로서 이용하는 것은, CuNb2O6이 아니더라도 좋고, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30 또는 K5.4Cu1.3Ta10O29등의 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 Cu화합물이어도 좋다.
이러한 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 결정상이 석출할지 안할지에 관계없이, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 부상으로서 K3Nb3O6Si2O7의 석출에 수반함에 따라, 그 다결정 구조에 조대한 결정 입자가 석출하는 것을 억제할 수 있다.
또한, Cu화합물은, 주상 및 부상과 혼합하기 전에 미리 합성되어 있어도 좋고, CuO 또는 Cu2O와 Nb2O5을 합성하지 않고, Cu화합물을 구성하는 비율로 주상 및 부상에 첨가하고, 혼합해도 좋다. 즉, 얻어지는 압전 세라믹스의 조성이 본 발명의 실시 형태를 따른 범위가 되면, 혼합의 순서는 묻지 않는다.
본 발명의 일 형태에 의해 얻어지는 압전 세라믹스는, 그 소결체의 상대 밀도가 95%이상이여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 압전 세라믹스의 소결체를 분쇄하여 얻어진 분말을 X선 회절하여 얻어진 회절 프로파일에 있어서, 압전 효과를 발현하는 상(相)인 페로브스카이트 화합물상의 최강선의 선강도와 K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 실리콘 함유상의 최강선의 선강도와의 비율(선강도 비율)이, 0.6% ～8.0%의 범위가 된다.
다음으로, 본 발명의 일 형태에 따른 압전 디바이스에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 형태에 따른 압전 디바이스의 측면도이다. 이 압전 디바이스는, 판상의 압전 세라믹스층(102)과, 이 압전 세라믹스층(102)의 이면에 배치되는 제1 전극(104)과, 압전 세라믹스층(102)의 표면에 제1 전극(104)과 대향하게 배치되는 제2 전극(106)을 구비한다. 이 압전 세라믹스층(104)은, 상술한 본 발명의 다양한 실시 형태에 따라서 제조할 수 있다. 도 1에 나타내어지는 압전 디바이스는, 예를 들면 다음과 같이 하여 얻어진다. 우선, 압전 세라믹스 혼합분을 바인더와 혼합하고, 이것을 직사각형 형상, 대략 원형상 또는 링 형상으로 형성하고, 소성하여 판상의 압전 세라믹스층(102)을 형성한다. 이 압전 세라믹스층(102)의 양면에, Cu, Ag 등의 도전체를 이용한 도전 페이스트를 도포하여 소성하고, 압전 세라믹스층(102)의 이면에 제1 전극(104)을 형성하고, 표면에 제2 전극(106)을 형성한다. 이에 의해, 도 1에 도시하는 압전 디바이스가 얻어진다. 이 압전 세라믹스층(102)으로서 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 이용하는 것으로, 손실이 작고, 전기 기계 결합 계수가 비교적 큰 압전 디바이스가 얻어진다. 이 압전 디바이스를 예를 들면 압력 센서나 충격 센서 등의 센서류에 응용하는 것으로, 감도가 높고, 손실의 작은 센서가 얻어진다.
도 2는, 본 발명의 일 형태에 따른 적층형 압전 디바이스를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 압전 디바이스는, 제1 전극(104)과 제2 전극(106)이 압전 세라믹스층(102)을 개재하여 교호적(交互的)으로 적층되어서 구성된다. 이 적층형 압전 디바이스의 일방(一方)의 측면에는 제1 전극(104)과 전기적으로 접속하는 제1 단자 전극(202)이 설치되고, 타방(他方)의 측면에는 제2 전극(106)과 전기적으로 접속하는 제2 단자 전극(204)이 설치된다. 이 적층형 압전 디바이스는, 적층 압전 액츄에이터 등으로서 이용된다. 이 압전 세라믹스층(102)로서 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 이용하는 것으로, 손실이 작고, 전기 기계 결합 계수가 비교적 큰 압전 디바이스가 얻어진다. 또한, 결정 입자의 입성장이 억제되므로, 치밀 하면서 절연 파괴가 적은 압전 세라믹스층이 얻어진다. 이 때문에, 압전 세라믹스층(102)을 얇게 형성할 수 있게 되고, 보다 소형이면서 양호한 특성을 가지는 소비 전력이 작은 적층 압전 액츄에이터 등이 얻어진다.
도 3은, 본 발명의 일 형태에 따른 표면 탄성파 필터(SAW필터)를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 이 압전 디바이스는, 기판(302)과, 이 기판(302) 상에 형성된 압전 세라믹스층(304)과, 이 압전 세라믹스층(304)의 표면에 배치된 제1 전극(306)과, 압전 세라믹스층(304)의 표면에 제1 전극(306)과 대향하도록 배치된 제2 전극(308)을 포함한다. 이 압전 세라믹스층(304)으로서 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 이용하는 것으로, 손실이 작은 SAW필터를 얻을 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 형태에 따른 멀티몰프(multimorph)형 압전 액츄에이터를 이용한 스위치 소자를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 이 멀티몰프형 압전 액츄에이터는, 기판(402)과, 이 기판(402) 표면에 판상의 탄성체(410)를 개재하여 배치된 제1 전극(406)과, 이 제1 전극(406)에 압전 세라믹스층(404)을 개재하여 대향배치된 제2 전극(408)과, 기판(402) 상에 형성된 고정 접점과 대향하도록 탄성체(410)의 선단에 배치된 가동 접점(412)을 구비한다. 전압이 인가되면, 압전 세라믹스층(404)은 탄성체(410), 제1 전극(406), 제2 전극(408)과 함께 하방으로 굴곡하고, 가동 접점(412)이 고정 접점에 접촉한다. 전압의 인가를 중지하면 원래의 위치로 복귀하고, 가동 접점(412)이 고정 접점으로부터 벗어난다. 이 압전 세라믹스층(404)으로서 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스를 이용하는 것으로, 손실이 작은 압전 액츄에이터가 얻어지므로, 스위치 소자의 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 도 4에서는 압전 세라믹스층이 1층인 유니몰프형 압전 액츄에이터를 도시하였으나, 당업자에게 명확한 바와 같이, 2층 이상 가지는 바이몰프형 또는 멀티몰프형 압전 액츄에이터라도 좋다.
계속해서, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 (1-a)[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3+aK3Nb3O6Si2O7(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 압전 세라믹스의 평가 결과를, 그 이외의 압전 세라믹스의 평가 결과와 대비해서 설명한다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스의 특성을 검증하기 위해서, 표 1에 있어서 시료 번호 1 내지 49에 의해 나타내어지는 시료의 각각에 대해서 평가를 수행하였다. 표 1에 있어서, 시료 번호의 왼쪽에 ※마크가 첨부되어 있는 시료(예를 들면, 시료 번호1로 나타내어지는 실험자 료) 및 ※※마크가 첨부되어 있는 시료(예를 들면, 시료 번호 12로 나타내어지는 시료)는, 본 발명에 포함되지 않는 압전 세라믹스이며, ※마크 및 ※※마크 중 어느 것도 첨부되어 있지 않은 시료(예를 들면, 시료 번호 6으로 나타내어지는 시료)는, 본 발명의 실시 형태에 따라서 제조된 압전 세라믹스이다.
[표 1]
Figure 112011060564388-pct00001
표 1에 나타내는 각 시료는, 이하와 같이 하여 준비되었다. 우선, 압전 세라믹스의 원료로서, 순도가 99%이상의 K2CO3(또는 KHCO3), Na2CO3(또는 NaHCO3) 및 Nb2O5과, 미리 합성한 K3Nb3O6Si2O7과, 필요에 따라서 Li2CO3, Ta2O5, Sb2O3(또는 Sb2O5)를 준비하고, 이들의 원료를 표 1에 나타내는 a, x, y, z 및 w의 구성비를 따라서 49가지로 배합하였다.
계속해서, 배합한 각 원료를 에탄올과 함께 볼 밀에 넣고, 24시간 혼합하였다. 다음으로, 혼합한 것을 100℃의 건조기에 넣고, 에탄올을 증발시키고, 얻어진 혼합물을 950℃에서 3시간 가소하였다. 가소한 혼합물을 에탄올과 함께 볼 밀에 넣어서24시간 분쇄하고, 100℃의 건조기에 넣어서 에탄올을 증발시켰다. 그 다음, 순도가 99%이상의 CuO(또는 Cu2O)과 Nb2O5을 화학식 CuNb2O6이 되는 비율로 준비하고, 표 1의 m에 규정되는 양을, 건조시킨 원료의 혼합물에 조제(助劑)로서 가하였다. 표 1에 있어서의 m의 값은, CuNb2O6의 첨가량을, 주상(100몰에 대한 몰 수(CuO 환산한 것)로 나타낸 것이다. 이 조제를 첨가한 혼합물을 에탄올과 함께 볼 밀에 넣어서 24시간 혼합하고, 건조하여 압전 세라믹스 분말을 얻었다.
계속해서, 얻어진 압전 세라믹스 분말에 바인더로서 폴리비닐알콜을 첨가하고, 조립(造粒)을 수행하였다. 조립한 분체(粉體)를, 두께 0.6mm, 지름 10mm의 원판 형상으로 가압 형성하였다. 그 다음에 이 형성체를 상압, 대기중에서 1060℃～1160℃로 2시간 소성하였다. 소성한 원판 형상 시료의 양면에, 스크린 인쇄에 의해 Ag도전 페이스트를 도포하고, 800℃에서 소성 처리를 수행하여 전극을 형성하였다. 다음으로 이 원판 형상 시료를 150℃의 오일 배스 속에 넣고, 전극을 통해서 3kV/mm의 전계를 15분간 인가하여, 분극 처리를 수행하였다.
분극 처리를 수행한 시료를 하룻밤 놓아둔 후, 원판 시료의 비유전율(ε33 T/ε0), 유전 손실(tanδ), 31방향으로의 전기 기계 결합 계수(k31), 기계적 품질 계수(Qm)의 4항목의 압전 특성을, 공진(共振)-반공진(反共振)법을 이용하여 측정하였다. 측정은 일본 전자 재료 공학회 표준 규격인 EMAS-6100을 따라서 수행하였다.
또한, 그 소결체에 있어서의 다결정 구조를 관찰하기 위해서, 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하였다. 입자 지름을 평가하기 위하여 사진법에 의해, 그 얻어진 사진에 수평 직선을 임의 개 긋고, 그 직선이 가로 지르는 입자 길이의 평균과 최대 입자 질이를 화상 해석 장치를 이용하여 구하였다. 이하, 각각을 평균 입자 지름, 최대 입자 지름으로 한다. 측정 개수는 400개 이상을 목표로 하였다.
또한, 얻어진 소결체에 석출한 결정상(結晶相)을 동정(同定)하기 위하여, 얻어진 소결체를 메노우 유발(乳鉢)을 이용하여 30분간 분쇄하여 분말 시료로 하고, 이 분말 시료에 대해서 X선 회절법(이하, XRD로 약칭한다)에 의해 측정하여, 회절 프로파일을 얻었다. 사용한 선원은 Cu-Kα선이며, 관전압을 50kV, 관전류를 100mA, 스캔 스피드를 0.02°/초로 각각 설정하고, 집중 광학계를 이용하여, 2θ/θ스캔을 수행하여, 도 5에 도시하는 바와 같은 20°≤2θ≤60°의 회절 프로파일을 얻었다. 그 결과, 시료 1, 4, 5 이외의 모든 시료에 대해서, 주상인 알칼리 함유 니오브산계 페로브스카이트 구조를 취하는 상이 석출하고 있는 것 및 부상(2차상)인 K3Nb3O6Si2O7이 석출되고 있는 것을 확인하였다. 또한 CuNb2O6을 1.0몰 이상 혼합한 경우(예를 들면, 시료 2, 9, 10등)에는, 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 결정상이 석출되고 있는 것을 확인하였다. 도 5 및 도 6에, 시료 번호 1, 2, 9에 대해서 측정한 회절 프로파일을 예로서 나타내었다. 그리고, 도 5의 ○표시로 나타내는 주상의 최강선의 선강도와, 도 6의 별표로 나타내는 2차상의 최강선의 선강도를 평가하고, 그 비를 가지고 K3Nb3O6Si2O7의 석출량을 평가하였다. 즉,
I2/I1= <K3Nb3O6Si2O7의 석출량>
=<K3Nb3O6Si2O7의 최강선의 선강도>/<주상의 최강선의 선강도>
의 계산식을 이용하여 평가를 수행하였다. 또한, XRD의 측정은, 도쿄도 아키시마시에 본사를 두는 (주)리가쿠제(製) RINT-2500/PC를 이용하여 수행하였다. 또한, 도 6의 삼각 표시로 나타내는 회절 프로파일은 텅스텐 브론즈 구조를 가지는 결정상을 나타낸다. 또한, I1 및 I2로서, 카운트 제로로부터의 피크의 높이를 이용하였다.
이상과 같이 하여 얻어진 값을 표 2에 정리하였다.
[표2]
Figure 112011060564388-pct00002
본 발명의 일 실시 형태를 따라서 K3Nb3O6Si2O7을 함유시키는 것에 의해 여러가지 효과가 얻어진다. 예를 들면, 시료 1, 시료 2 및 시료 3을 비교하는 것에 의해, K3Nb3O6Si2O7을 함유하는 경우에, 평균 입자 지름 및 최대 입자 지름이 작아지는 것을 알 수 있었다. 마찬가지로, 시료 4와 시료 8의 비교 및 시료 5와 시료 10의 비교로부터도, K3Nb3O6Si2O7을 함유하는 경우에, 평균 입자 지름 및 최대 입자 지름이 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 2와 시료 8의 비교 및 시료 3과 시료 13의 비교로부터, Cu화합물의 유무에 관계없이, K3Nb3O6Si2O7을 함유하는 것에 의한 결정 입자의 성장 억제 작용이 발휘되는 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 4, 시료 8, 시료 13, 시료 16, 시료 17의 결과로, 0.003≤a≤0.1의 범위에 있어서 결정 입자의 성장 억제 작용이 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 18에 대해서는, K3Nb3O6Si2O7을 함유하는 것에 의해 입성장의 억제가 확인되었으나, K3Nb3O6Si2O7을 포함하지 않는 시료 4보다도 압전 특성이 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 범위 내에 있는 시료에 대해서는, I2/I1이 모두 0.6% ～8.0%의 범위에 있는 것을 알수 있었다.
본 발명의 일 실시 형태에 따라서 Cu화합물을 첨가하는 것에 의해 다양한 효과가 얻어진다. 예를 들면, 표 2에 나타내어지는 시료 2, 시료 6～12의 실험 결과로부터, Cu화합물의 첨가량 m을 0.02～5.0의 범위로 함으로써, Cu화합물을 포함하지 않는 시료 2과 비교하여 비유전율을 저하시켜, 기계적 품질 계수가 향상하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 시료 8～10의 실험 결과로부터, Cu화합물의 첨가량 m을 0.5≤m≤2.0의 범위로 함으로써, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서, 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수를 크게 향상시키는 동시에, 유전 손실도 저감할 수 있는 것을 알았다. 이로부터, Cu화합물의 첨가량 m은, 0.5≤m≤2.0의 범위에 있는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 번호 12는 분극 처리를 할 수 없었기 때문에, 압전 특성을 측정할 수 없었다.
또한, 시료 3과 시료 13～15를 비교하는 것에 의해, 적어도 K3Nb3O6Si2O7의 함유량이 a=0.06에 상당하는 양인 경우에, Cu화합물을 본 발명의 다양한 실시 형태에 따라 첨가함으로써, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수를 크게 향상시켜, 더욱 유전 손실을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 시료 21과 22, 시료 23과 24, 시료 25와 26을 각각 비교하는 것에 의해, 주상에 있어서의 K와 Na의 비율에 관계없이, Cu화합물의 첨가에 의해, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수를 크게 향상시켜, 더욱 유전 손실을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. 시료 19는 소결하지 않았기 때문에, 표 2의 적어도 일부의 항목에 대해서 측정 결과를 얻을 수 없었다.
또한, 시료 번호 27～35의 결과에서, 주상의 Nb의 일부를 Ta로 치환하여도, 그 치환 비율에 관계없이, Cu화합물의 첨가에 의해, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수를 크게 향상시켜, 더욱 유전 손실을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. Nb, Ta는 모두 바나듐족 원소이며 공통의 성질을 가지고 있기 때문에, 당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들의 배합 비율이 변하여도 성형되는 압전 세라믹스의 특성에 큰 영향을 주는 것이 아니다.
또한, 시료 36～42의 실험 결과에서, 주상의 A사이트 즉 K 및 Na의 일부를 Li로 치환하여도, 그 치환 비율에 관계없이, Cu화합물의 첨가에 의해, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수를 크게 향상시켜, 더욱 유전 손실을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. K, Na, Li는 모두 알칼리 금속이며 공통의 성질을 가지고 있기 때문에, 당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들의 배합 비율이 변하여도 성형되는 압전 세라믹스의 특성에 큰 영향을 주는 것이 아니다.
또한, 시료 43～49의 실험 결과에서, 주상의 Nb의 일부를 Sb로 치환하여도, 그 치환 비율에 관계없이, Cu화합물의 첨가에 의해, 전기 기계 결합 계수를 유지하면서 비유전율을 저감하고, 기계적 품질 계수가 크게 향상시켜서 유전 손실도 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. Nb, Sb는 모두 바나듐족 원소이며 공통의 성질을 가지고 있기 때문에, 당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들의 배합 비율이 변하여도 성형되는 압전 세라믹스의 특성에 큰 영향을 주는 것이 아니다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 조대한 결정 입자의 석출이 억제되고 있으므로, 전계나 응력의 집중에 의한 절연 파괴를 방지하는 것이 가능해진다. 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 내부의 다결정 구조가 미세하면서 균일해지기 때문에, 박형의 압전 세라믹스층으로서의 용도에 적합하다. 예를 들면 액츄에이터 등의 적층형 압전 디바이스의 압전 세라믹스층에 이용한 경우, 압전 세라믹스층을 얇게 형성하여 전극간 거리를 단축하는 것이 가능해지므로, 단위 체적당 적층 매수를 늘리는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 형태에 있어서의 압전 세라믹스는, 비교적 높은 기계적 품질 계수와 비교적 낮은 비유전율을 구비하므로, 기계적 스트레스에 대한 발생 전압이 높은 것이 요구되는 각종 센서 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 압전 세라믹스에 대해서 설명하였으나, 상기의 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

Claims (12)

  1. [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 이루어지는 주상(主相); 및
    K3Nb3O6Si2O7로 이루어지는 부상(副相);
    을 포함하는 다결정체로 이루어지고,
    상기 주상 100 몰에 대하여 CuO환산으로 0.02 몰～5.0 몰의 Cu화합물을 함유하는 압전 세라믹스.
  2. 제1항에 있어서,
    조성식 (1-a)[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3+aK3Nb3O6Si2O7(a는 몰비를 나타낸다)로 나타냈을 때, 0.003≤a≤0.10인 압전 세라믹스.
  3. 제1항에 있어서,
    X선 회절법(回折法)에 의해 분석했을 때, 상기 주상에 있어서의 회절 프로파일의 최강선(最强線)에 있어서의 선 강도(I1)와, 상기 부상에 있어서의 회절 프로파일의 최강선에 있어서의 선강도(I2)와의 비(I2/I1)가 0.6% ～8.0%인 압전 세라믹스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Cu화합물은, CuNb2O6, K4CuNb8O23, K5Cu2Nb11O30,및 K5.4Cu1.3Ta10O29로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물인 압전 세라믹스.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 기재된 압전 세라믹스로 이루어지는 압전 세라믹스층;
    상기 압전 세라믹스층의 표면에 배치된 제1 전극; 및
    상기 압전 세라믹스층의 이면(裏面)의 상기 제1 전극과 대향하는 위치에 배치된 제2 전극;
    을 구비하는 압전 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 접속하는 제1 단자 전극; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 접속하는 제2 단자 전극;
    을 더 구비하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 상기 압전 세라믹스층을 개재하여 교호적(交互的)으로 적층한 압전 디바이스.
  7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 기재된 압전 세라믹스로 이루어지는 압전 세라믹스층이 형성된 기판;
    상기 압전 세라믹스층의 표면에 형성된 제1 전극; 및
    상기 압전 세라믹스층의 표면에 상기 제1 전극과 대향하도록 형성된 제2 전극;
    을 구비하는 압전 디바이스.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 형성된, 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 기재된 압전 세라믹스로 이루어지는 압전 세라믹스층;
    상기 압전 세라믹스층의 표면에 배치된 제1 전극; 및
    상기 압전 세라믹스층의 이면의 상기 제1 전극과 대향하는 위치에 배치된 제2 전극;
    을 구비하는 압전 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 접속하는 제1 단자 전극; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 접속하는 제2 단자 전극;
    을 더 구비하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 상기 압전 세라믹스층을 개재하여 교호적으로 적층한 압전 디바이스.
  10. [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰 비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 페로브스카이트 조성물을 얻는 스텝;
    K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 조성물을 얻는 스텝;
    상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3과 상기 K3Nb3O6Si2O7을 혼합하는 스텝;
    양(兩) 조성물의 혼합물에, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100몰에 대하여 CuO환산으로 0.02 몰～5.0 몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝; 및
    상기 Cu화합물이 첨가된 혼합물을 성형하고 소성(燒成)하는 스텝;을 포함하는 압전 세라믹스의 제조 방법.
  11. K3Nb3O6Si2O7로 나타내어지는 조성물을 얻는 스텝;
    칼륨 화합물, 나트륨 화합물, 리튬 화합물, 니오브 화합물, 탄탈 화합물 및 안티몬 화합물을 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3(x, y, z, w는 몰비를 나타내고, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤w≤1이다)로 나타내어지는 페로브스카이트 조성물이 되도록 배합하고, 상기 K3Nb3O6Si2O7과 혼합하는 스텝;
    이 혼합물을 가소(假燒)하는 스텝;
    이 가소된 혼합물에, 상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3 100 몰에 대하여 CuO환산으로 0.02 몰～5.0 몰의 비율로 Cu화합물을 첨가하고, 혼합하는 스텝; 및
    이 혼합물을 성형하고, 소성하는 스텝;
    을 포함하는 압전 세라믹스의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 [K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3과 상기 K3Nb3O6Si2O7을 혼합하는 스텝에 있어서, (1-a)[K1-xNax]1-yLiy[Nb1-z-wTazSbw]O3+aK3Nb3O6Si2O7(a는 몰비를 나타낸다)로 했을 때, 0.003≤a≤0.10이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹스의 제조 방법.
KR1020117018319A 2009-05-08 2010-04-30 압전 세라믹스 및 그 제조 방법 및 압전 디바이스 KR101191246B1 (ko)

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