KR101236893B1 - Single crystal and fabrication process of (Na,K)NbO3 based Pb-free piezoelectric materials using solid state synthesis - Google Patents

Single crystal and fabrication process of (Na,K)NbO3 based Pb-free piezoelectric materials using solid state synthesis Download PDF

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Abstract

본 발명은 고상합성법을 이용하여 제조된 (Ka,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1/3Nb2/3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지며 단결정으로 형성되는 (Na,K)NbO3계 무연 압전재료 및 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 제2 밀링시키는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 소결시키는 단계(단계 4);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Ka,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 상기 제조된 단결정을 시드로 사용하여 (Ka,K)NbO3계 무연 압전재료를 단결정으로 성장시키는 내용을 포함한다. The present invention relates to a (Ka, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material prepared by using a solid phase synthesis method and a method for manufacturing the same, and more specifically, (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu (Na, K) NbO 3 -based lead-free piezoelectric material and BaCO 3 , SrCO having a composition of 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (where 0.01 ≦ x ≦ 0.02, Y = Ba, Sr or Ca) and formed as a single crystal Mixing 1 type selected from the group consisting of 3 and CaCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO by first milling (step 1); Calcining the mixture prepared in step 1 (step 2); Second milling the mixture calcined in step 2 (step 3); And a step (step 4) of sintering the mixture prepared in step 3; and a method of manufacturing a (Ka, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method. In addition, using the prepared single crystal as a seed includes the contents of growing a (Ka, K) NbO 3- based lead-free piezoelectric material into a single crystal.

Description

고상합성법을 이용하여 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료 및 이의 제조방법{Single crystal and fabrication process of (Na,K)NbO3 based Pb-free piezoelectric materials using solid state synthesis}Single crystal and fabrication process of (Na, K) NbO3-based Pb-free piezoelectric materials using solid state synthesis}

본 발명은 고상합성법을 이용하여 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material manufactured using a solid phase synthesis method and a method of manufacturing the same.

압전 세라믹 재료는 우수한 압전특성으로 현재 압전 변압기, 액추에이터, 트랜스듀서, 센서, 레조네이터, 필터 등의 용도로 매우 광범위하게 응용되고 있다. 압전 세라믹이 오랜 기간 동안 상업적으로 사용되었음에도 불구하고, 최근 10년 동안 매우 크게 성장하였다. 이것은 적층 액츄에이터(Multilayer Actuator)에 쓰이는 적층 콘덴서(Multilayer Capacitor)의 제조기술의 성공적인 변화에 기인한 것이다. 응용부분에서는 압전 연료주입장치, 압전모터 압전 인쇄기 등의 많은 다른 범위에서 새로운 응용제품의 기술개발과 수요가 크게 증가하였다. 오랜 기간 동안 사용된 압전 세라믹은 Pb(Zr1 - x Ti x )O3 또는 PZT이다. 일반적으로 압전 상수와 유전율 그리고 결합 계수(coupling factors) 같은 특성이 극대화되는 x=0.48 부근의 MPB(morphotropic phase boundaries, 조성의 변화에 따라 오직 상만 변하는 상 경계)에 근접한 조성을 일반적으로 사용한다. 주로 산화납(lead Oxide)이나 지르코늄티탄산납(lead zirconate titanate)으로 형성된 PZT 사용의 증가는 환경에 유해한 많은 납(lead)을 제조, 사용, 폐기하게 되었다. PbO의 휘발이 하소와 소결과정 그리고 부품의 경 가공(hard machining)중에 발생하고, 사용 후에 수반되는 재활용과 폐기물 처리시의 심각한 문제를 야기시킨다. Piezoelectric ceramic materials have excellent piezoelectric properties and are currently widely used for piezoelectric transformers, actuators, transducers, sensors, resonators, and filters. Although piezoelectric ceramics have been used commercially for a long time, they have grown very large in recent decades. This is due to the successful change in manufacturing technology of multilayer capacitors used in multilayer actuators. In the application area, the technology development and demand for new applications have greatly increased in many other areas, such as piezoelectric fuel injection devices and piezoelectric motor piezoelectric presses. Piezoelectric ceramics used for a long time are Pb (Zr 1 - x Ti x ) O 3 or PZT. In general, a composition close to the MPB (morphotropic phase boundaries) near x = 0.48 where characteristics such as piezoelectric constants, permittivity, and coupling factors are maximized is generally used. The increased use of PZT, formed primarily of lead oxide or lead zirconate titanate, has led to the manufacture, use, and disposal of many leads that are harmful to the environment. The volatilization of PbO occurs during the calcination and sintering processes and the hard machining of parts, causing serious problems in recycling and waste disposal that follow after use.

따라서 유럽연합(EU)에서는 전기 전자 장치의 폐기물을 막고 재생하거나 재활용하고 위험한 물질을 더 안전한 물질로 대체하여 환경과 인간의 건강을 보호하기 위해 WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment) 방침과 위험한 물질이 포함된 전기 전자 장치의 사용 규제(RoHS) 방침을 채택하였으며, 스위스, 노르웨이, 터키, 미국 캘리포니아 등 각 나라들이 EU 규정을 채택하거나 주법으로서 이미 시행하고, 또는 2009년까지 기한을 두고 있는 실정이므로, 무연계 압전세라믹스의 필요성이 급속히 증가하고 있다.
Therefore, in the European Union, the Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) policy and hazardous materials are included to protect the environment and human health by preventing and recycling waste from electrical and electronic devices, and by replacing hazardous materials with safer materials. Has adopted the RoHS Directive (RoHS) policy, and countries such as Switzerland, Norway, Turkey, and California, California, have adopted EU regulations, have already been implemented as state law, or have a deadline until 2009. The need for coupled piezoceramics is growing rapidly.

현재까지 무연계 압전세라믹스의 응용은 상업적으로 쓰이고 있는 레조네이터, 센서, 트랜스듀서 또는 액추에이터 등의 벌크 세라믹 소결체에 집중되고 있으며, 고상 단결정 성장법을 이용하여 단결정으로 제조하려는 노력이 있어왔다. To date, the application of lead-free piezoceramics has been concentrated on bulk ceramic sintered bodies such as resonators, sensors, transducers, or actuators, which have been used commercially, and efforts have been made to produce single crystals using the solid state single crystal growth method.

대한민국 등록특허 제10-0564092호(등록일 2006년 03월 20일)에는 일반적이고 단순한 열처리 공정을 통해 고상 단결정 성장 방법이 기재되어 있으나, 다결정체에서 일어나는 비정상 입성장을 제어해야 하므로, 공정이 복잡한 문제가 있다.
Republic of Korea Patent Registration No. 10-0564092 (Registration Date March 20, 2006) describes a single-phase single crystal growth method through a common and simple heat treatment process, but it is a complex problem because it must control the abnormal grain growth occurs in the polycrystals There is.

이에, 본 발명자들은 무연계 압전 세라믹스를 연구하던 중, (Na,K)NbO3(NKN)계 단결정 무연 압전재료 및 별도의 시드(seed) 없이 고상의 원료물질들을 합성하여 제조방법이 간단하고, 결정 생성속도가 종래방법에 비해 월등히 빨라 대량생산이 가능한 무연계 압전재료의 제조방법을 개발하였다. 또한, 제조된 단결정을 시드로 사용하여 고상 단결정 성장법으로 (Na,K)NbO3(NKN)계 단결정을 성장시키는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors, while studying lead-free piezoelectric ceramics, the production method is simple by synthesizing (Na, K) NbO 3 (NKN) -based single-crystal lead-free piezoelectric material and solid materials without a separate seed (seed), The production method of lead-free piezoelectric material, which can produce a large amount of crystals, is much faster than the conventional method. In addition, a method of growing a (Na, K) NbO 3 (NKN) -based single crystal by solid phase single crystal growth using the prepared single crystal as a seed, and completed the present invention.

본 발명의 목적은 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material.

또한, 본 발명의 다른 목적은 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지며 단결정으로 형성되는 (Na,K)NbO3계 무연 압전재료를 제공한다.To achieve the above object, the present invention is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 ( where, 0.01≤x≤0.02, Y = Ba, Sr Or (Na, K) NbO 3 based lead-free piezoelectric material having a composition of Ca) and formed into a single crystal.

또한, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 제2 밀링시키는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 소결시키는 단계(단계 4);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a step of mixing the first one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO by the first milling (step 1) ; Calcining the mixture prepared in step 1 (step 2); Second milling the mixture calcined in step 2 (step 3); And a step (step 4) of sintering the mixture prepared in step 3; and a method of manufacturing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method.

또한, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 A); 상기 단계 A에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 B); 상기 단계 B에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 C); 상기 단계 C에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 D); 상기 단계 D에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 E); 및 상기 단계 E의 혼합물을 소결시키는 단계(단계 F);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of mixing in a first milling, CuO and Nb 2 O 3 selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 (step A); Calcining the mixture prepared in step A (step B); Second milling by adding Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 to the mixture calcined in step B (step C); Calcining the mixture prepared in step C (step D); Third milling the mixture calcined in step D (step E); And a step (step F) of sintering the mixture of step E. It provides a method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method.

나아가, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 a); 상기 단계 a에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 b); 상기 단계 b에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 첨가제를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 c); 상기 단계 c에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 d); 상기 단계 d에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 e); 및 상기 단계 e의 혼합물을 상기 제조방법으로 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료(상기 단계 4 또는 단계 E에서 제조)인 시드(seed)와 함께 소결시키는 단계(단계 f);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.
Furthermore, the present invention comprises the steps of mixing in a first milling, CuO and Nb 2 O 3 selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 (step a); Calcining the mixture prepared in step a (step b); To the mixture calcined in step b, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 And adding a additive to second milling (step c); Calcining the mixture prepared in step c (step d); Third milling the mixture calcined in step d (step e); And sintering the mixture of step e together with seeds, which are (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric materials (prepared in step 4 or step E) prepared by the method (step f); It provides a method for producing a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method comprising a.

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료는 별도의 시드(seed)가 사용되지 않고, 결정 생성속도가 종래방법에 비해 월등히 빨라 대량생산이 가능한 장점이 있으며, 본 발명에서 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정을 종래 고상 단결정 성장법(SSCG법)의 시드 물질로 사용하여 단결정 무연 압전재료로 제조할 수 있고, 단결정으로 형성되어 압전 특성(압전 전압 상수 등)이 향상되므로, 센서, 트랜스듀서, 압전 에너지 하베스팅 소자, 트랜스포머 등에 유용하게 사용할 수 있다.
The (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention has no advantage of using a separate seed, and has a merit in that the crystal formation rate is much faster than that of the conventional method, thereby enabling mass production. The (Na, K) NbO 3 -based single crystal can be prepared as a single crystal lead-free piezoelectric material using the seed material of the conventional solid-state single crystal growth method (SSCG method), and formed into a single crystal to improve piezoelectric properties (piezoelectric voltage constant, etc.) Therefore, it can be usefully used for sensors, transducers, piezo energy harvesting elements, transformers, and the like.

도 1, 2 및 3은 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법의 순서도이고;
도 4는 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 1(0.985(Na,K)NbO3-0.015Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3)의 사진이고;
도 5는 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 2(0.985(Na,K)NbO3-0.015Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3)의 사진이고;
도 6은 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 3(0.985(Na,K)NbO3-0.015Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3)의 사진이고;
도 7은 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 2(0.985(Na,K)NbO3-0.015Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3)의 주사전자현미경(SEM) 및 X-선 라우에 이미지이고;
도 8, 9, 10 및 11은 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 3(0.99(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.01Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3), 실시예 4 (0.9825(Na0.5K0.5)NbO3-0.0175Ba(Cu1/3Nb2/3)O3), 실시예 5(0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Sr(Cu1/3Nb2/3)O3) 및 실시예 6(0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Ca(Cu1 /3Nb2 /3)O3)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
1, 2 and 3 are flowcharts of a method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention;
Embodiment 4 is produced by the production method of the (Na, K) NbO 3 system single crystal lead-free piezoelectric material according to the invention Example 1 (0.985 (Na, K) NbO 3 -0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 );
The exemplary FIG. 5 is made of a (Na, K) NbO 3-based method of manufacturing a single crystal lead-free piezoelectric material according to the invention Example 2 (0.985 (Na, K) NbO 3 -0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 );
Embodiment 6 is prepared by the production method of the (Na, K) NbO 3 system single crystal lead-free piezoelectric material according to the invention Example 3 (0.985 (Na, K) NbO 3 -0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 );
Figure 7 is an exemplary production method for producing the (Na, K) NbO 3 system single crystal lead-free piezoelectric material according to the invention Example 2 (0.985 (Na, K) NbO 3 -0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 ) scanning electron microscopy (SEM) and X-ray laue images;
8, 9, 10 and 11 according to the invention (Na, K) NbO 3 embodiment is manufactured by the manufacturing method of the single-crystal-based lead-free piezoelectric material, for example, 3 (0.99 (Na 0 .5 K 0 .5) NbO 3 -0.01 Ba (Cu 1/3 Nb 2 /3) O 3), example 4 (0.9825 (Na 0.5 K 0.5 ) NbO 3 -0.0175Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3), example 5 (0.985 (Na 0 .5 K 0 .5) NbO 3 -0.015Sr (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3) and example 6 (0.985 (Na 0 .5 K 0 .5) NbO 3 -0.015Ca ( Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3) of a photograph by scanning electron microscopy (SEM).

본 발명은 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지며, 시드(seed)를 사용하지 않고 고상합성법을 이용하여 단결정으로 형성되는 (Na,K)NbO3계 무연 압전재료를 제공한다.Having a composition of the present invention is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 ( where, 0.01≤x≤0.02, Y = Ba, Sr or Ca), Provided is a (Na, K) NbO 3- based lead-free piezoelectric material that is formed as a single crystal using a solid phase synthesis method without using a seed.

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료는 (Na,K)NbO3에 Ba(Cu1/3Nb2/3)O3, Sr(Cu1 /3Nb2 /3)O3 또는 Ca(Cu1 /3Nb2 /3)O3를 포함하며, 단결정으로 형성되어 압전특성(압전 전압 상수 등)이 우수하다.
(Na, K) NbO 3 system single crystal lead-free piezoelectric material according to the invention is (Na, K) Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3, Sr (Cu 1/3 Nb 2/3) to NbO 3 O 3, and Ca, or comprises a (Cu 1/3 Nb 2/ 3) O 3, is formed of a single crystal is excellent in piezoelectric properties (piezoelectric constant voltage, and so on).

또한, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 1);In addition, the present invention is a step of mixing the first one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO by the first milling (step 1) ;

상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 2); Calcining the mixture prepared in step 1 (step 2);

상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 제2 밀링시키는 단계(단계 3); 및Second milling the mixture calcined in step 2 (step 3); And

상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 소결시키는 단계(단계 4)를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method comprising the step (step 4) of sintering the mixture prepared in step 3.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
A method of manufacturing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention will be described in detail step by step.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 1은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO를 제1 밀링으로 혼합하는 단계이다.In the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step 1 is one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO are mixed by first milling.

이때, 상기 단계 1의 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO는 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 갖기 위해 정량하여 혼합되는 것이 바람직하다.At this time, one kind selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 of step 1, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 ( where, 0.01≤x≤0.02, Y = Ba, Sr or Ca) is preferably mixed in order to have quantitative composition.

또한, 상기 단계 1의 제1 밀링은 10 - 300 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 제1 밀링 속도가 상기 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 밀링 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 혼합된 원료 물질(BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO)의 입자 크기 미세화 및 혼합 효과가 부족한 문제가 있고, 48 시간을 초과하는 경우에는 단결정 성장이 제한되는 문제가 있다.
In addition, the first milling of the step 1 is preferably carried out for 10-300 rpm for 0.5-48 hours. When the first milling speed is out of the above range or when the milling time is less than 0.5 hours, the mixed raw material (BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , one selected from the group consisting of, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5, and CuO) have a problem in that the particle size miniaturization and mixing effects are insufficient, and if it exceeds 48 hours, there is a problem in that single crystal growth is limited.

다음으로, 본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 (Na,K)NbO3계 혼합물을 하소하는 단계이다. Next, in the method for producing a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step 2 is to calcined the (Na, K) NbO 3- based mixture prepared in step 1 Step.

상기 단계 2의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 하소 온도가 850 ℃ 미만인 경우에는 CuO와 다른 원료 물질간의 반응으로 형성되는 부분적인 융해(melting) 현상의 부족으로 단결정 형성이 제한되는 문제가 있고, 1150 ℃를 초과하는 경우에는 원료 물질들이 모두 융해되는 문제가 있으며, 0.5 시간 미만인 경우에는 상의 합성이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있고, 20 시간을 초과하는 경우에는 Na의 휘발 등으로 인해 단결정 조성이 불균일해지는 문제가 있다.
The calcination of step 2 is preferably carried out at 850-1150 ℃ for 0.5-20 hours. If the calcination temperature is less than 850 ℃, there is a problem that the single crystal formation is limited due to the lack of partial melting phenomenon formed by the reaction between CuO and other raw materials, and if the calcination temperature exceeds 1150 ℃ all raw materials melt If less than 0.5 hours, there is a problem that the phase synthesis is not performed smoothly, if more than 20 hours there is a problem that the single crystal composition is uneven due to the volatilization of Na.

다음으로, 본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 제2 밀링시키는 단계이다. Next, in the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step 3 is a step of second milling the mixture calcined in step 2.

상기 단계 3의 제2 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 밀링 속도가 상기 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 밀링 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 혼합된 원료 물질의 입자 크기 미세화 및 혼합 효과가 부족한 문제가 있고, 48 시간을 초과하는 경우에는 단결정 성장이 제한되는 문제가 있다.
The second milling of step 3 is preferably performed at 10-350 rpm for 0.5-48 hours. When the milling speed is out of the above range or when the milling time is less than 0.5 hours, there is a problem in that the particle size of the mixed raw material is refined and the mixing effect is insufficient, and when it exceeds 48 hours, single crystal growth is limited. there is a problem.

다음으로, 본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 소결시키는 단계이다. Next, in the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step 4 is a step of sintering the mixture prepared in step 3.

상기 단계 4의 소결은 900 - 1150 ℃에서 0.5 - 300 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 소결 온도가 900 ℃ 미만인 경우에는 원료 물질간 소결이 수행되지 않는 문제가 있고, 1150 ℃를 초과하는 경우에는 제조된 압전재료가 융해되는 문제가 있으며, 0.5 시간 미만인 경우에는 형성된 단결정 크기가 제한되는 문제가 있고, 300 시간을 초과하는 경우에는 Na의 과다 휘발로 인해 유전 손실이 높은 문제가 있다.
Sintering of the step 4 is preferably carried out at 900-1150 ℃ for 0.5-300 hours. If the sintering temperature is less than 900 ℃, there is a problem that the sintering between the raw material is not performed, if the sintering temperature is higher than 1150 ℃ there is a problem that the manufactured piezoelectric material is fused, if less than 0.5 hours the formed single crystal size is There is a limited problem, and if it exceeds 300 hours, high dielectric loss due to excessive volatilization of Na there is a problem.

또한, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 A);In addition, the present invention comprises the steps of mixing in a first milling, CuO and Nb 2 O 3 selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 (step A);

상기 단계 A에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 B); Calcining the mixture prepared in step A (step B);

상기 단계 B에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 C); Second milling by adding Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 to the mixture calcined in step B (step C);

상기 단계 C에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 D);Calcining the mixture prepared in step C (step D);

상기 단계 D에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 E); 및Third milling the mixture calcined in step D (step E); And

상기 단계 E의 혼합물을 소결시키는 단계(단계 F)를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.
Provided is a method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method comprising the step of sintering the mixture of step E (step F).

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 A는 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계이다. 상기 단계 A의 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3는 각각 Ba(Cu1/3Nb2/3)O3, Sr(Cu1 /3Nb2 /3)O3, Ca(Cu1 /3Nb2 /3)O3의 조성에 맞추어 정량하여 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단계 A의 제1 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 제1 밀링 속도가 상기 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 밀링 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 혼합된 원료 물질의 입자 크기 미세화 및 혼합 효과가 부족한 문제가 있고, 48 시간을 초과할 수도 있으나 입자 크기가 너무 작아져 결정 성장 측면에서 문제가 발생할 수 있다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step A is selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , CuO and Nb 2 Mixing O 3 by first milling. One member selected from BaCO 3, SrCO 3, and the group consisting of CaCO 3 in the step A, CuO and Nb 2 O 3, respectively Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3, Sr (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3, Ca ( preferably by mixing amount in accordance with the composition of Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3. In addition, the first milling of the step A is preferably carried out at 10-350 rpm for 0.5-48 hours. When the first milling speed is out of the above range or when the milling time is less than 0.5 hours, there is a problem in that the particle size of the mixed raw material is refined and the mixing effect is insufficient, and may exceed 48 hours but the particle size is too small. Problems may arise in terms of crystal growth.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 B는 상기 단계 A에서 제조된 혼합물을 하소하는 단계이다. 상기 단계 B의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 하소 온도가 850 ℃ 미만인 경우에는 상 합성이 제한되는 문제가 있고, 1150 ℃를 초과하는 경우에는 하소된 분말들이 뭉치게 되어 추후 2차 밀링 공정이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step B is a step of calcining the mixture prepared in step A. The calcination of step B is preferably carried out at 850-1150 ℃ for 0.5-20 hours. If the calcination temperature is less than 850 ℃ there is a problem that the phase synthesis is limited, if it exceeds 1150 ℃ calcined powder is agglomerated there is a problem that the secondary milling process is not performed smoothly.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 C는 상기 단계 B에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계이다. 상기 단계 C의 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5는 각각 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 갖기 위해 정량하여 혼합되는 것이 바람직하다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step C is Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O in the mixture calcined in step B 5 is the second milling step. In step C Na 2 CO 3, K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 , respectively (wherein 0.01 It is preferable to mix quantitatively to have a composition of ≦ x ≦ 0.02, Y = Ba, Sr or Ca).

상기 단계 C의 제2 밀링은 10 - 300 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 제2 밀링 속도가 상기 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 밀링 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 혼합된 원료 물질의 입자크기 미세화 및 혼합 효과가 부족한 문제가 있고, 48 시간을 초과하는 경우에는 단결정 성장이 제한되는 문제가 있다. The second milling of step C is preferably carried out at 10-300 rpm for 0.5-48 hours. When the second milling speed is out of the above range or when the milling time is less than 0.5 hours, there is a problem in that the particle size of the mixed raw materials and the mixing effect are insufficient, and when it exceeds 48 hours, single crystal growth is limited. there is a problem.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 D는 상기 단계 C에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계이다. 상기 단계 D의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 한정이유는 상기 하소 한정이유와 동일하다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step D is a step of calcining the mixture prepared in step C. The calcination of step D is preferably performed at 850-1150 ° C for 0.5-20 hours, and the reason for limitation is the same as the reason for the calcination limitation.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 E는 상기 단계 D에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계이다. 상기 단계 E의 제3 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 만약 제3 밀링 속도가 상기 범위를 벗어나는 경우 또는 상기 밀링 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 혼합된 원료물질의 입자 크기 미세화 및 혼합효과가 부족한 문제가 있고, 48 시간을 초과하는 경우에는 단결정 성장이 제한되는 문제가 있다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step E is a third milling of the mixture calcined in step D. The third milling of step E is preferably carried out at 10-350 rpm for 0.5-48 hours. If the third milling speed is out of the above range or if the milling time is less than 0.5 hours, there is a problem in that the particle size of the mixed raw materials and the mixing effect is insufficient, and if it exceeds 48 hours, single crystal growth is limited. there is a problem.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 F는 상기 단계 E의 혼합물을 소결시키는 단계이다. 상기 단계 F의 소결은 900 - 1150 ℃에서 0.5 - 300 시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 한정이유는 상기 소결 한정이유와 동일하다.
In the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step F is a step of sintering the mixture of step E. Sintering of the step F is preferably carried out at 900-1150 ℃ for 0.5-300 hours, the reason for limitation is the same as the reason for the sinter limitation.

또한, 본 발명은 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 a);In addition, the present invention comprises the steps of mixing in a first milling, CuO and Nb 2 O 3 selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 (step a);

상기 단계 a에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 b); Calcining the mixture prepared in step a (step b);

상기 단계 b에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 첨가제를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 c); To the mixture calcined in step b, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 And adding a additive to second milling (step c);

상기 단계 c에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 d);Calcining the mixture prepared in step c (step d);

상기 단계 d에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 e); 및Third milling the mixture calcined in step d (step e); And

상기 단계 e의 혼합물을 상기 제조방법으로 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료인 시드(seed)와 함께 소결시키는 단계(단계 f);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법을 제공한다.Sintering the mixture of step e together with seed, which is a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material prepared by the above method (step f); ) Provides a method for producing a NbO 3 single crystal lead-free piezoelectric material.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 a는 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계이다. 상기 단계 a의 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3는 각각 Ba(Cu1/3Nb2/3)O3, Sr(Cu1 /3Nb2 /3)O3, Ca(Cu1 /3Nb2 /3)O3의 조성에 맞추어 정량하여 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단계 a의 제1 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step a is selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , CuO and Nb 2 Mixing O 3 by first milling. One member selected from the group consisting of the steps of a BaCO 3, SrCO 3 and CaCO 3, CuO and Nb 2 O 3, respectively Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3, Sr (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3, Ca ( preferably by mixing amount in accordance with the composition of Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3. In addition, the first milling of the step a is preferably carried out at 10-350 rpm for 0.5-48 hours.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 b는 상기 단계 a에서 제조된 혼합물을 하소하는 단계이다. 상기 단계 b의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step b is a step of calcining the mixture prepared in step a. The calcination of step b is preferably carried out at 850-1150 ℃ for 0.5-20 hours.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 c는 상기 단계 b에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5및 첨가제를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계이다. 상기 단계 c의 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5는 각각 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 갖기 위해 정량하여 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 첨가제는 Mn2O3등을 사용할 수 있고, (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 높은 유전 손실을 낮추거나 압전 특성을 향상시킬 목적으로 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3에 대하여 0.1 - 5 mol%인 것이 바람직하다.In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step c is Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O in the mixture calcined in step b 5 and the additive is a second milling step. In step c Na 2 CO 3, K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 , respectively (wherein 0.01 It is preferable to mix quantitatively to have a composition of ≦ x ≦ 0.02, Y = Ba, Sr or Ca). The additive may be Mn 2 O 3 or the like, and (1-x) (Na, K) NbO for the purpose of reducing high dielectric loss or improving piezoelectric properties of the (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material. 3 -xY 0.1 with respect to the (Cu 1/3 Nb 2/ 3) O 3 - is preferably 5 mol%.

상기 단계 c의 제2 밀링은 10 - 300 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. The second milling of step c is preferably carried out at 10-300 rpm for 0.5-48 hours.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 d는 상기 단계 c에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계이다. 상기 단계 d의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step d is a step of calcining the mixture prepared in step c. The calcination of step d is preferably carried out at 850-1150 ℃ for 0.5-20 hours.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 e는 상기 단계 d에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계이다. 상기 단계 e의 제3 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. In the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step e is a third milling of the mixture calcined in step d. The third milling of step e is preferably carried out at 10-350 rpm for 0.5-48 hours.

본 발명에 따른 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에 있어서, 단계 f는 상기 단계 e의 혼합물에 상기 고상합성법을 이용하여 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료(상기 단계 4 또는 단계 E에서 제조)를 시드(seed) 물질로 사용하여 소결시키는 단계이다. 상기 단계 f의 소결은 900 - 1150 ℃에서 0.5 - 300 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
In the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method according to the present invention, step f is a (Na, K) NbO 3 prepared using the solid phase synthesis method in the mixture of the step e It is a step of sintering using a stepped single crystal lead-free piezoelectric material (prepared in step 4 or step E) as a seed material. Sintering of the step f is preferably carried out at 900-1150 ℃ for 0.5-300 hours.

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료는 별도의 시드(seed)가 사용되지 않고, 결정 생성속도가 종래방법에 비해 월등히 빨라 대량생산이 가능한 장점이 있으며, 본 발명에서 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정을 종래 고상 단결정 성장법에서 시드 물질로 사용하여 단결정 무연 압전재료로 제조할 수 있고, 단결정으로 형성되어 압전 특성(압전 전압 상수 등)이 향상되므로, 센서(sensor), 트랜스듀서(transducer), 압전 에너지 하베스팅 소자(harvesting device), 트랜스포머(transformer), 액츄에이터(actuator), 소나(sonar) 등에 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 시드 물질로 사용하여 단결정으로 성장시킬 수 있다.
The (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention has no advantage of using a separate seed, and has a merit in that the crystal formation rate is much faster than that of the conventional method, thereby enabling mass production. The (Na, K) NbO 3 -based single crystal can be prepared as a single crystal lead-free piezoelectric material by using the seed material in the conventional solid-state single crystal growth method, and formed into a single crystal to improve piezoelectric properties (piezoelectric voltage constant, etc.). It can be usefully used for sensors, transducers, piezoelectric energy harvesting devices, transformers, actuators, sonars, and the like. In addition, the (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention can be grown as a single crystal using a seed material.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 1Example 1 Fabrication of (Na, K) NbO 3- based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 1

단계 1: 제1 밀링 단계Step 1: First Milling Step

Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, BaCO3 및 CuO를 각각 0.24625 mol%, 0.24625 mol%, 0.4975 mol%, 0.015 mol%, 0.005 mol%로 혼합하여 최종 조성이 0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Ba(Cu1/3Nb2/3)O3가 되도록 하였으며, 200 rpm으로 24 시간 동안 제1 밀링시켰다.
Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , BaCO 3 and CuO were mixed at 0.24625 mol%, 0.24625 mol%, 0.4975 mol%, 0.015 mol% and 0.005 mol%, respectively, and the final composition was 0.985 (Na 0 .5 K 0 .5) was such that the NbO 3 -0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3, was the first milling for 24 hours with 200 rpm.

단계 2: 하소 단계Step 2: calcination step

상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 950 ℃에서 3 시간 동안 하소시켰다.
The mixture prepared in step 1 was calcined at 950 ° C. for 3 hours.

단계 3: 제2 밀링 단계Step 3: Second Milling Step

상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 200 rpm으로 24 시간 동안 제2 밀링시켰다.
The mixture calcined in step 2 above was second milled at 200 rpm for 24 hours.

단계 4: 소결 단계Step 4: Sintering Step

상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 각각 1020 ℃, 1030 ℃, 1040 ℃, 1060 ℃, 1080 ℃, 1090 ℃, 1100 ℃로 2 시간 동안 소결시켜 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
The mixture prepared in step 3 was sintered at 1020 ° C, 1030 ° C, 1040 ° C, 1060 ° C, 1080 ° C, 1090 ° C, and 1100 ° C for 2 hours to prepare a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material. .

<실시예 2> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 2Example 2 Fabrication of (Na, K) NbO 3 -based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 2

단계 A: 제1 밀링 단계Step A: First Milling Step

BaCO3, CuO 및 Nb2O3를 각각 1 mol%, 1/3 mol%, 1/3 mol%로 혼합하여 200 rpm으로 24 시간 동안 제1 밀링시켰다.
BaCO 3 , CuO and Nb 2 O 3 were mixed at 1 mol%, 1/3 mol%, 1/3 mol%, respectively, and first milled at 200 rpm for 24 hours.

단계 B: 하소 단계Step B: Calcination Step

상기 단계 A에서 제조된 혼합물을 900 ℃에서 3 시간 동안 하소시켰다.
The mixture prepared in step A was calcined at 900 ° C. for 3 hours.

단계 C: 제2 밀링 단계Step C: Second Milling Step

상기 단계 B에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5를 각각 16.1704 mol%, 16.1704 mol%, 32.3408 mol%로 혼합하여 최종조성이 0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Ba(Cu1/3Nb2/3)O3가 되도록 하였으며, 200 rpm으로 24 시간 동안 제2 밀링시켰다.
The mixture is calcined in step B Na 2 CO 3, K 2 CO 3 and Nb 2 O 5, respectively mol% 16.1704, 16.1704 mol%, 32.3408 mixed in a mol% in the final composition is 0.985 (Na 0 .5 K 0. 5 ) NbO 3 −0.015Ba (Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3 and second milling at 200 rpm for 24 hours.

단계 D: 하소 단계Step D: Calcination Step

상기 단계 C에서 제조된 혼합물을 950 ℃에서 3 시간 동안 하소시켰다.
The mixture prepared in step C was calcined at 950 ° C. for 3 hours.

단계 E: 제3 밀링 단계Step E: Third Milling Step

상기 단계 D에서 하소된 혼합물을 200 rpm으로 12 시간 동안 제3 밀링시켰다.
The mixture calcined in step D was third milled at 200 rpm for 12 hours.

단계 F: 소결 단계Step F: Sintering Step

상기 단계 E의 혼합물을 각각 1020 ℃, 1030 ℃, 1040 ℃, 1060 ℃, 1080 ℃, 1090 ℃, 1100 ℃로 2 시간 동안 소결시켜 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
The mixture of step E was sintered at 1020 ° C., 1030 ° C., 1040 ° C., 1060 ° C., 1080 ° C., 1090 ° C., and 1100 ° C. for 2 hours to prepare a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material.

<실시예 3> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 3Example 3 Fabrication of (Na, K) NbO 3 -based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 3

Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, BaCO3 및 CuO를 최종조성이 0.99(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.01Ba(Cu1/3Nb2/3)O3가 되도록 정량하여 혼합하였으며, 1070 ℃에서 2 시간 동안 소결시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
Na 2 CO 3, K 2 CO 3, Nb 2 O 5, BaCO 3 and CuO to the final composition of 0.99 (Na 0 .5 K 0 .5 ) NbO 3 -0.01Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the mixture was quantitatively mixed to 3 and sintered at 1070 ° C. for 2 hours.

<실시예 4> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 4Example 4 Fabrication of (Na, K) NbO 3 -based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 4

Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, BaCO3 및 CuO를 0.9825(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.0175Ba(Cu1/3Nb2/3)O3가 되도록 정량하여 혼합하였으며, 1080 ℃에서 2 시간 동안 소결시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
Such that the Na 2 CO 3, K 2 CO 3, Nb 2 O 5, BaCO 3 and CuO to 0.9825 (Na 0 .5 K 0 .5 ) NbO 3 -0.0175Ba (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material was prepared in the same manner as in Example 2, except that the mixture was quantitatively mixed and sintered at 1080 ° C. for 2 hours.

<실시예 5> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 5Example 5 Fabrication of (Na, K) NbO 3 -based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 5

Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, SrCO3 및 CuO를 0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Sr(Cu1 /3Nb2 /3)O3가 되도록 정량하여 혼합하였으며, 1080 ℃에서 2 시간 동안 소결시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
Such that the Na 2 CO 3, K 2 CO 3, Nb 2 O 5, SrCO 3 and CuO to 0.985 (Na 0 .5 K 0 .5 ) NbO 3 -0.015Sr (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material was prepared in the same manner as in Example 2, except that the mixture was quantitatively mixed and sintered at 1080 ° C. for 2 hours.

<실시예 6> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 6Example 6 Fabrication of (Na, K) NbO 3 -based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 6

Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, CaCO3 및 CuO를 최종조성이 0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Ca(Cu1/3Nb2/3)O3가 되도록 정량하여 혼합하였으며, 1100 ℃에서 2 시간 동안 소결시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
Na 2 CO 3, K 2 CO 3, Nb 2 O 5, CaCO 3 , and the final composition 0.985 CuO (Na 0 .5 K 0 .5) NbO 3 -0.015Ca (Cu 1/3 Nb 2/3) O (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the mixture was quantitatively mixed to 3 and sintered at 1100 ° C. for 2 hours.

<실시예 7> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조 7Example 7 Fabrication of (Na, K) NbO 3 Based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 7

단계 a: 제1 밀링 단계Step a: first milling step

BaCO3, CuO 및 Nb2O3를 최종 조성이 Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3가 되도록 정량하여 혼합하고 200 rpm으로 24 시간 동안 제1 밀링시켰다.
BaCO 3, the CuO and Nb 2 O 3 The final composition was mixed in amount such that the Ba (Cu 1/3 Nb 2/ 3) O 3 , and the first milled for 24 hours with 200 rpm.

단계 b: 하소 단계Step b: calcination step

상기 단계 a에서 제조된 혼합물을 900 ℃에서 3 시간 동안 하소시켰다.
The mixture prepared in step a was calcined at 900 ° C. for 3 hours.

단계 c: 제2 밀링 단계Step c: second milling step

상기 단계 b에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, 및 Mn2O3를 최종 조성이, Mn2O3가 1 mol% 첨가된 0.985(Na0 .5K0 .5)NbO3-0.015Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3가 되도록 하였으며, 200 rpm으로 24 시간 동안 제2 밀링시켰다.
In the mixture calcined in step b, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , and Mn 2 O 3 to the final composition, (Na 0 .5 K 0 .5 ) the Mn 2 O 3 of 1 mol% was added 0.985 NbO 3 -0.015Ba was such that the (Cu 1/3 Nb 2/ 3) O 3 , Second milled at 200 rpm for 24 hours.

단계 d: 하소 단계Step d: calcination step

상기 단계 c에서 제조된 혼합물을 950 ℃에서 3 시간 동안 하소시켰다.
The mixture prepared in step c was calcined at 950 ° C. for 3 hours.

단계 e: 제3 밀링 단계Step e: third milling step

상기 단계 d에서 하소된 혼합물을 200 rpm으로 12 시간 동안 제3 밀링시켰다.
The mixture calcined in step d above was third milled at 200 rpm for 12 hours.

단계 f: 소결 단계Step f: sintering step

상기 단계 e의 혼합물에 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 시드 물질로 중간에 놓고 프레스(press) 성형한 후 1100 ℃로 2 시간 동안 소결시켜 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료를 제조하였다.
The (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material prepared in Example 1 or 2 was placed in the mixture of step e as a seed material, press-molded, and then sintered at 1100 ° C. for 2 hours. (Na, K) NbO 3 -based single crystal lead-free piezoelectric material was prepared.

<실험예 1> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 외형 분석Experimental Example 1 External Analysis of (Na, K) NbO 3 Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 단결정 성장 크기를 확인하기 위해 외형을 관찰하고, 그 결과를 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내었다. In order to confirm the single crystal growth size of Example 1 and Example 2 prepared by the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention, the appearance was observed and the results are shown in FIGS. 4 and 5. And FIG. 6.

도 4에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 조성으로 1020 ℃, 1030 ℃, 1040 ℃, 1060 ℃, 1080 ℃, 1090 ℃, 1100 ℃에서 2 시간 동안 소결된 각각의 무연 압전재료는 단결정으로 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 1100 ℃에서 2 시간 동안 소결한 경우 단결정의 크기는 약 3 ㎜였다. As shown in FIG. 4, the lead-free piezoelectric material sintered at 1020 ° C., 1030 ° C., 1040 ° C., 1060 ° C., 1080 ° C., 1090 ° C., and 1100 ° C. for 2 hours in the composition of Example 1 was formed of a single crystal. It was confirmed that, when sintered at 1100 ℃ for 2 hours, the size of the single crystal was about 3 mm.

또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2의 조성으로 1020 ℃, 1030 ℃, 1040 ℃, 1060 ℃, 1080 ℃, 1090 ℃, 1100 ℃에서 2 시간 동안 소결된 각각의 무연 압전재료는 단결정으로 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 단결정의 크기는 약 13 ㎜였다.In addition, as shown in Figure 5, the lead-free piezoelectric material sintered for 2 hours at 1020 ℃, 1030 ℃, 1040 ℃, 1060 ℃, 1080 ℃, 1090 ℃, 1100 ℃ in the composition of Example 2 is a single crystal It was confirmed that it was formed, and the size of the single crystal was about 13 mm.

이때, 본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법에서 약 2 시간의 소결에 의해 1.3 ㎝의 성장 속도를 보임을 확인하였다. At this time, it was confirmed that the growth rate of 1.3 cm was shown by sintering for about 2 hours in the method for producing a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention.

또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 7의 조성으로 1100 ℃에서 200 시간 동안 소결한 무연 압전재료는 단결정으로 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 단결정의 크기는 약 20 ㎜였다.
In addition, as shown in FIG. 6, the lead-free piezoelectric material sintered at 1100 ° C. for 200 hours in the composition of Example 7 was confirmed to be formed as a single crystal, and the size of the single crystal was about 20 mm.

<실험예 2> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 상 분석 1Experimental Example 2 Phase Analysis of (Na, K) NbO 3- based Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 1

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 2의 상 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM) 및 x-선 라우에 이미지로 분석하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to analyze the phase of Example 2 prepared by the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention, a scanning electron microscope (SEM) and an X-ray Lauer image were analyzed. 7 is shown.

도 7에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2는 단결정으로 형성된 것을 확인하였다(도 5의 (a): 주사전자현미경 사진, (b): 주사전자현미경 사진 확대도, (c): x-선 라우에 이미지).
As shown in Figure 7, the Example 2 was confirmed that formed of a single crystal (Fig. 5 (a): scanning electron micrograph, (b): scanning electron micrograph enlarged view, (c): x-ray lau On the image).

<실험예 3> (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 상 분석 2Experimental Example 3 Phase Analysis of (Na, K) NbO 3 Single Crystal Lead-Free Piezoelectric Materials 2

본 발명에 따른 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법으로 제조된 실시예 3, 4, 5 및 6을 상 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM)으로 분석하고, 그 결과를 도 8, 9, 10 및 11에 나타내었다.Examples 3, 4, 5 and 6 prepared by the method for preparing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to the present invention were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) for phase analysis, and the results are illustrated. 8, 9, 10 and 11 are shown.

도 8, 9, 10 및 11에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 3, 4, 5 및 6은 각각 단결정으로 형성된 것을 확인하였다(도 9와 10의 오른쪽 사진은 왼쪽의 단결정이 성장하지 않은 영역을 확대한 사진이다).
As shown in FIGS. 8, 9, 10, and 11, Examples 3, 4, 5, and 6 were confirmed to be formed of single crystals, respectively. One picture).

S110: 제1 밀링 단계 S120: 하소 단계
S130: 제2 밀링 단계 S140: 소결 단계
S210: 제1 밀링 단계 S220: 하소 단계
S230: 제2 밀링 단계 S240: 하소 단계
S250: 제3 밀링 단계 S260: 소결 단계
S310: 제1 밀링 단계 S320: 하소 단계
S230: 제2 밀링 단계 S240: 하소 단계
S350: 제3 밀링 단계 S360: 시드 혼합 및 소결 단계
S110: first milling step S120: calcination step
S130: second milling step S140: sintering step
S210: first milling step S220: calcination step
S230: second milling step S240: calcination step
S250: third milling step S260: sintering step
S310: first milling step S320: calcination step
S230: second milling step S240: calcination step
S350: third milling step S360: seed mixing and sintering step

Claims (15)

(1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지며 단결정으로 형성되는 (Na,K)NbO3계 무연 압전재료.
(1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 has a composition of (where, 0.01≤x≤0.02, Y = Ba, Sr or Ca) which is formed of a single crystal (Na, K) NbO 3- based lead-free piezoelectric material.
BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 하소된 혼합물을 제2 밀링시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 혼합물을 소결시키는 단계(단계 4);를 포함하는 고상합성법을 이용한 제1항의 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
Mixing in a first milling one step selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO (step 1);
Calcining the mixture prepared in step 1 (step 2);
Second milling the mixture calcined in step 2 (step 3); And
A method of manufacturing the (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material of claim 1 using the solid phase synthesis method comprising the step of sintering the mixture prepared in step 3 (step 4).
제2항에 있어서, 상기 단계 1의 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 CuO는 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1 /3Nb2 /3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지도록 정량하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method according to claim 2, wherein at least one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 of step 1, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 and CuO are (1-x) ( Na, K) NbO 3 -xY ( Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 ( here, a solid phase characterized in that the mixed amount so as to have a composition of 0.01≤x≤0.02, Y = Ba, Sr or Ca) (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using a synthesis method.
제2항에 있어서, 상기 단계 1의 제1 밀링은 10 - 300 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the first mill 10 in step 1 at 300 rpm 0.5 - using the solid phase synthesis method, characterized in that is carried out for 48 hours (Na, K) NbO 3-based method of producing a single crystal lead-free piezoelectric material.
제2항에 있어서, 상기 단계 2의 하소는 850 - 1150 ℃에서 0.5 - 20 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method according to claim 2, wherein the calcination of step 2 is performed at 850-1150 ° C for 0.5-20 hours, and the method for producing a (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method.
제2항에 있어서, 상기 단계 3의 제2 밀링은 10 - 300 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the second mill 10 in the third step from 300 rpm 0.5 - using the solid phase synthesis method, characterized in that is carried out for 48 hours (Na, K) NbO 3-based method of producing a single crystal lead-free piezoelectric material.
제2항에 있어서, 상기 단계 4의 소결은 900 - 1150 ℃에서 0.5 - 300 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the sintering of step 4 is 900 - (Na, K) NbO 3 -based method of producing a single crystal lead-free piezoelectric material using a solid-phase synthesis method, characterized in that is carried out for 300 hours from 1150 ℃ 0.5.
BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 A);
상기 단계 A에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 B);
상기 단계 B에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 C);
상기 단계 C에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 D);
상기 단계 D에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 E); 및
상기 단계 E의 혼합물을 소결시키는 단계(단계 F);를 포함하는 고상합성법을 이용한 제1항의 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
Mixing in a first milling one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , CuO and Nb 2 O 3 (step A);
Calcining the mixture prepared in step A (step B);
Second milling by adding Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 to the mixture calcined in step B (step C);
Calcining the mixture prepared in step C (step D);
Third milling the mixture calcined in step D (step E); And
A method of manufacturing the (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material according to claim 1, comprising the step (S) of sintering the mixture of step E.
제8항에 있어서, 상기 단계 A의 BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3는 각각 Ba(Cu1 /3Nb2 /3)O3, Sr(Cu1 /3Nb2 /3)O3, Ca(Cu1/3Nb2/3)O3의 조성이 되도록 정량하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 8, wherein one selected from BaCO 3, SrCO 3, and the group consisting of CaCO 3 in the step A, CuO and Nb 2 O 3 is O 3, Sr respectively, Ba (Cu 1/3 Nb 2 /3) (Cu 1/3 Nb 2/ 3) O 3, Ca (Cu 1/3 Nb 2/3) O 3 and quantified so that a composition using the solid phase synthesis method characterized in that the mixture of (Na, K) NbO 3 based Method for producing single crystal lead-free piezoelectric material.
제8항에 있어서, 상기 단계 C의 Na2CO3, K2CO3 및 Nb2O5는 (1-x)(Na,K)NbO3-xY(Cu1/3Nb2/3)O3(여기서, 0.01≤x≤0.02, Y= Ba, Sr 또는 Ca)의 조성을 가지도록 정량하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method according to claim 8, wherein Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 of step C is (1-x) (Na, K) NbO 3 -xY (Cu 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (here, 0.01 ≦ x ≦ 0.02, Y = Ba, Sr or Ca), and quantitatively mixed to prepare a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method.
제8항에 있어서, 상기 단계 E의 제3 밀링은 10 - 350 rpm에서 0.5 - 48 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the third milling of the step E is performed at 10-350 rpm for 0.5-48 hours. The method of manufacturing a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using the solid phase synthesis method.
제8항에 있어서, 상기 단계 F의 소결은 900 - 1150 ℃에서 0.5 - 300 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the sintering of the step F is carried out at 900-1150 ℃ for 0.5-300 hours, the method of producing a (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using a solid phase synthesis method.
BaCO3, SrCO3 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종, CuO 및 Nb2O3를 제1 밀링으로 혼합하는 단계(단계 a);
상기 단계 a에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 b);
상기 단계 b에서 하소된 혼합물에 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5 및 첨가제를 첨가하여 제2 밀링시키는 단계(단계 c);
상기 단계 c에서 제조된 혼합물을 하소시키는 단계(단계 d);
상기 단계 d에서 하소된 혼합물을 제3 밀링시키는 단계(단계 e); 및
상기 단계 e의 혼합물을 청구항 제2항 또는 제8항의 제조방법으로 제조된 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료인 시드(seed)와 함께 소결시키는 단계(단계 f);를 포함하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
Mixing in a first milling one selected from the group consisting of BaCO 3 , SrCO 3 and CaCO 3 , CuO and Nb 2 O 3 (step a);
Calcining the mixture prepared in step a (step b);
To the mixture calcined in step b, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 And adding a additive to second milling (step c);
Calcining the mixture prepared in step c (step d);
Third milling the mixture calcined in step d (step e); And
Sintering the mixture of step e together with the seed (Na, K) NbO 3 based single crystal lead-free piezoelectric material prepared by the method of claim 2 or 8 (step f). (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material using a synthesis method.
제13항에 있어서, 상기 첨가제는 Mn2O3이고, 0.1 - 5 mol%인 것을 특징으로 하는 고상합성법을 이용한 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료의 제조방법.
The method of claim 13 wherein the additive is Mn 2 O 3 and, 0.1 - 5 mol% of that using the solid phase synthesis method according to claim (Na, K) NbO 3-based method of producing a single crystal lead-free piezoelectric material.
센서, 트랜스듀서, 에너지 하베시팅 디바이스, 트랜스포머, 액츄에이터 및 소나(sonar)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 제1항의 (Na,K)NbO3계 단결정 무연 압전재료.The (Na, K) NbO 3- based single crystal lead-free piezoelectric material according to claim 1, which is used for any one selected from the group consisting of sensors, transducers, energy harvesting devices, transformers, actuators, and sonars.
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