KR102049645B1 - Pzn-pnn-pzt계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Nb⁵⁺ 도핑된 삼성분계 PZN-PNN-PZT 압전 세라믹스 조성물의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 의한 제조방법은 각각에 Nb^{5 +}가 첨가된 PZN, PNN 및 PZT 조성을 각각 산화물혼합법으로 1차 하소를 통하여 합성하는 단계와, 상기 합성된 상기 Nb^{5 +}가 첨가된 PZN, PNN 및 PZT 조성의 각 분말을 혼합하여 2차 하소함으로써 상기 압전 세라믹스 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 압전 세라믹스 조성물은 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT (이때, 0.05≤x≤0.3 및 0.1≤y≤0.5이다)의 조성식을 가질 수 있고, 특히 상기 Nb⁵⁺의 함량은 상기 압전 세라믹스 조성물의 고용체 내에 포함된 파이로클로르 상 대 페로브스카이트 상의 비율이 5% 이하의 값을 갖도록 상기 조성식에서 2~5.5 mol% 몰비 범위에서 조절되어 Pb 원소의 자리를 치환한다. 상기 1차 하소는 800~1000℃의 온도범위에서 수행될 수 있고, 상기 2차 하소는 800~1000℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.

Description

PZN-PNN-PZT계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF PZN-PNN-PZT PIEZOELECTRIC CERMICS}

본 발명은 PZN-PNN-PZT계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 소결체의 압전특성을 향상시키는 PZN-PNN-PZT계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

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압전 세라믹스는 이에 기계적 압력을 인가하면 전압을 발생하는 한편, 이에 전계를 인가하면 기계적인 변형을 발생하는 소위 압전효과(piezoelectric effect)를 나타낸다. 이러한 압전효과를 나타내는 압전 세라믹스는 세라믹 센서, 세라믹 필터 및 진동자 등의 통신소자, 하베스터, 액츄에이터 등의 다양한 전기전자분야에서 널리 사용된다.

대표적인 압전 세라믹스로는 Pb(Zr, Ti)O₃ (PZT) 조성이 있다. 이러한 PZT 조성은 상공존 경계영역(MPB: morphotropic phase boundary)에서 높은 압전 및 유전 특성을 갖는다. 반면에, 인가전계가 작을 때는 거의 전계에 비례하여 변위가 발생하지만 지나치게 크면 분극반전에 의해 변위가 일치하지 않는 이력현상을 나타내는 문제를 갖는다.

이러한 압전 및 유전 특성을 개선하기 위해 상기 PZT 조성을 기반으로 하여 이른바 완화형(relaxer) 강유전체 조성을 포함하는 Pb(Zn_1/3, Nb_2/3)O₃ (PZN) 조성과 Pb(Ni_1/3, Nb_2/3)O₃ (PNN) 조성이 개발되어왔다(예컨대, S. Mahajan et al., Defence Science Journal, 57, 23, 2007; C. Lei et al., Wang, Solid State Commun., 123, 445, 2002; 및 P. D. Gio et al., J. Alloys Compd., 449, 24, 2008).

상기 PZN 및 PNN 상들은 상기 PZT 상과 마찬가지로 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가져 압전특성을 갖는다. 일련의 관련된 연구들 중에서, 특히 이들 PZN, PNN 및 PZT 상을 복합적으로 사용하는 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT계 조성은 높은 압전정수(d₃₃) 및 전기기계결합계수(k_p)를 가져 우수한 압전특성을 갖는다고 보고되었다(최정식 등, 전기전자재료학회논문지, 제30권 제11호 pp.688-692, 2017.11).

일반적으로 상기 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성은 산화물혼합법으로 제조되며, 도 1은 이러한 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 일반적인 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.

도 1에 도시하듯이, 일반적인 제조방법은 먼저 조성식에 따른 각 원료분말을 준비하여 혼합 및 건조한 후(S102~S104), 이를 하소하여 최종의 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 합성 분말을 제조하게 된다(S106~S108).

그러나, 이러한 종래 제조방법에 의해 합성된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT계 조성은 일반적으로 단일의 페로브스카이트(pervoskite) 상이 아닌 파이로클로르(phrochlore) 상이 다수 공존함이 관찰된다고 보고되고 있다. 이러한 파이로클로르 상은 페로브스카이트 상과는 달리 압전 및 유전 특성을 보일 수 있는 ABO₃ 구조를 갖고 있지 않기 때문에, xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT계 조성에서 이러한 상의 존재는 압전특성을 현저히 저하시킨다(최정식 등, 전기전자재료학회논문지, 제30권 제11호 pp.688-692, 2017.11).

따라서, 이러한 파이로클로르 상의 생성을 억제하는 방법으로서 과잉의 PbO를 첨가하거나 소결시 PbZrO₃ 분위기 분말을 사용하는 방법 등이 제시된 바 있으나, 이들 방법은 오히려 유전상수의 저하, 유전손실의 증가, 전기절연성의 저하, 그리고 에이징 현상의 발생 등을 초래하여 압전특성을 도리어 악화시킨다.

또한, 다른 방법으로서는, 도 1과 같은 제조공정에서 PbO와 Nb₂O₅ 간의 직접적인 반응에 의해 파이로클로르 상이 또한 생성될 수 있음에 착안하여 PbO와 Nb₂O₅ 간의 직접 반응을 회피하도록 합성 공정을 진행하는 소위 컬럼바이트(columbite) 법이 고려될 수 있다. 이는 ZbNb₂O₆ 및 NiNb₂O₆의 컬럼바이트 전구체 화합물들을 먼저 합성한 후 이에 PbO 등을 첨가하여 합성하는 방안이다. 이를 도 2를 참조하며 설명한다.

도 2는 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 컬럼바이트 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.

도 2에 도시하듯이, 먼저 PbO, ZrO₂ 및 TiO₂ 분말을 제외한 나머지 분말들을 혼합 및 건조한 후 하소하여 ZbNb₂O₆ 및 NiNb₂O₆ 컬럼바이트 상들을 먼저 합성한다(S202~S206). 그리고, 이러한 컬럼바이트 전구체 화합물들에 PbO, ZrO₂ 및 TiO₂ 분말을 첨가하고(S208), 혼합 및 건조한 후 하소하여 상기 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성을 합성하는 것이다(S210~S214).

그러나, 이렇게 컬럼바이트 전구체 화합물들을 사용하여 PbO와 Nb₂O₅ 간의 직접 반응을 회피하여 페로브스카이트 상을 합성한다하더라도 최종 조성에는 파이로클로르 상들이 여전히 관찰되며, 이러한 파이로클로르 상이 효과적으로 제거된 순수한 페로브스카이트 상을 합성하기가 어렵다.

뿐만 아니라, xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성과 같은 페로브스카이트 구조에서 도핑은 압전특성을 더 향상시킬 수 있는 주요 방법 중 하나이다. 일반적으로, 압전특성의 개선은 소프트(soft) 계 및 하드(hard) 계로 이루어진 첨가제들 중에서 소프트계 첨가제의 도핑에 의해 달성될 수 있고, 상기 소프트계 첨가제로는 Nb⁵⁺가 주로 고려된다.

그러나, 이러한 Nb⁵⁺를 첨가할 경우, xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성에 생성되는 파이로클로르 상이 증가함이 관찰되고, 이는 곧 압전특성의 열화로 이어진다. 따라서, 위와 같이 Nb⁵⁺가 도핑된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물에서 파이로클로르 상의 생성을 최대한 억제하여 압전특성을 향상시키는 방안이 요청된다.

따라서, 본 발명은 Nb⁵⁺를 첨가한 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물에서 압전특성을 열화시키는 파이로클로르 상을 효과적으로 억제하는 제조방법과 파이로클로르 상이 억제된 압전세라믹스 조성물을 제공하기 위한 것이다.

위 과제를 해결하기 위한 본 발명은 Nb⁵⁺가 도핑된 조성식 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT (이때, 0.05≤x≤0.3 및 0.1≤y≤0.5이다) 압전 세라믹스 조성물의 제조방법에서 다음 (i)~(iii)의 단계들을 포함한다:-

(i) PbO, ZnO 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PZN 조성물을 합성하고, PbO, NiO 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PNN 조성물을 합성하고, PbO, ZrO₂, TiO₂ 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PZT에 Nb⁵⁺가 도핑된 PZTN 조성물을 합성하는 제1단계와;
(ii) 각각 합성된 상기 PZN 조성물, PNN 조성물 및 PZTN 조성물의 각 분말을 혼합하고 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 상기 조성식의 압전 세라믹스 조성물을 합성하는 제2단계와;
(iii) 합성된 상기 압전 세라믹스 조성물 분말을 1200~1350℃의 온도범위에서 소결하여 고용체를 제조하는 제3단계.

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또한, 상기 Nb⁵⁺의 함량은 상기 압전 세라믹스 조성물의 고용체 내에 포함된 파이로클로르 상 대 페로브스카이트 상의 비율이 5% 이하의 값을 갖도록 상기 조성식에서 2~5.5 mol% 몰비 범위에서 조절될 수 있다.

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본 발명에 의한 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 제조방법은 먼저 PZN, PNN 및 PZT 각각의 조성을 분리하여 1차 하소한 후 이들 하소된 각 조성분말을 하나의 조성 분말로 합쳐서 2차 하소하는 분리하소방법에 따라 페로브스카이트 상의 상기 조성을 합성함으로써 파이로클로르 상이 효과적으로 현격히 억제되어 압전특성이 크게 향상된다.

도 1은 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 일반적인 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 2는 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 컬럼바이트 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 3은 도 1의 일반적인 종래 제조방법에 따라 합성된 Nb⁵⁺ 첨가 PZN-PNN-PZT 조성분말의 소결체의 XRD 분석결과이다.
도 4는 본 발명에 따라 Nb⁵⁺가 첨가된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따라 합성한 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물 소결체의 XRD 분석결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 도 5의 XRD 결과에 기초하여 페로브스카이트 상의 주 피크 강도(peak intensity) 대비 파이로클로르 상의 주 피크강도의 비율을 산출하여 종래의 제조방법(도 1)과 본 발명의 제조방법(도 4)을 비교한 그래프이다.
도 7a~7b는 종래의 제조방법(도 1)과 본 발명의 제조방법(도 4) 각각에 따라 제조된 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물 소결체의 압전특성을 측정하여 대비한 그래프로서, 도 7a는 각각의 압전정수(d₃₃)를, 도 7b는 각각의 전기기계결합계수(k_p)를 나타낸다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어인 "PZN"은 Pb(Zn_1/3, Nb_2/3)O₃을 가리키고, "PNN"은 Pb(Ni_1/3, Nb_2/3)O₃을 가리키며, "PZT"는 Pb(Zr, Ti)O₃를 가리킨다. 또한, "PZTN"은 Nb가 첨가된 Pb(Zr, Ti)O₃를 가리킨다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면들을 참조하며 상세히 설명한다.

본 발명에서는 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성에 압전특성을 향상시키기 위하여 Nb⁵⁺를 첨가하되 이러한 첨가에 의해 생성되어 오히려 압전특성을 열화시키는 파이로클로르 상의 존재를 억제할 수 있는 제조방법을 제공한다.

전술했듯이, 압전특성을 향상시킬 목적으로 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성에 Nb⁵⁺를 첨가하면, 조성의 파이로클로르 상이 증가한다. 도 3은 이를 보이는 것으로, 도 1의 일반적인 종래 제조방법에 따라 합성된 Nb⁵⁺ 첨가 PZN-PNN-PZT 조성분말의 소결체의 XRD 패턴을 나타낸다. 이때의 Nb 치환에 따른 조성식은 Pb_1-x/2V(Pb)_x/2[0.1(Zn_1/3, Nb_2/3)_1-x-0.2(Ni_1/3, Nb_2/3)_1-x-0.7(Zr_0.46, Ti_0.54)_1-x]Nb_xO₃이며, 도핑된 Nb⁵⁺ 이온은 상기 조성식에서 Pb 자리를 치환하며 치환량(x)은 2~6 mol%이고 바람직하게는 2~5.5 mol%이다[도 3에서, Nb⁵⁺의 치환량(x)은, "(a)"는 2mol%, "(b)"는 4mol%, "(c)"는 5mol%, "(d)"는 5.5mol%, 그리고 "(e)"는 6mol%일 때이다].

도 3을 보면, 상기 조성은 페로브스카이트 상과 파이로클로르 상이 공존하며, 이러한 두 상을 제외한 나머지 이차상의 존재는 없음이 확인된다. 그리고, Nb 이온이 첨가되는 모든 조성에 대해 파이로클로르 상이 존재함이 확인된다. 이러한 파이로클로르 상은 조성의 압전특성을 열화시킨다.

이에 관해, 본 발명자들은 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물에 있어서 PZN 조성과 PNN 조성에는 이미 Nb⁵⁺ 이온이 포함되어있으므로 이러한 PZN 조성과 PNN 조성에 압전특성을 향상시키기 위해 Nb⁵⁺를 도핑할 경우 화학 반응이 발생하고 이에 의해 파이로클로르 상이 증가한다고 판단하였다.

따라서, 본 발명자들은 각각의 페로브스카이트 상 자체는 파이로클로르 상의 생성없이 합성이 이루어짐에 착안하여 상기 조성물의 각 조성을 분리하소하여 합성 반응경로를 변화시키는 신규한 방법을 알아냈다.

즉, 본 발명에 의하면, 먼저 각각 Nb가 첨가된 PZN, PNN 및 PZT 각각의 조성을 분리하여 1차 하소한 후, 이들 하소된 각 조성분말을 하나의 조성 분말로 합쳐서 2차 하소함으로써 PZN-PNN-PZT 압전세라믹스 조성물을 제조한다.

이러한 본 발명의 일 구현예에 의한 조성물은 Nb⁵⁺가 첨가된 조성식 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT (0.05≤x≤0.3 및 0.1≤y≤0.5)을 가질 수 있으나, 본 발명은 이러한 x 및 y의 특정 수치범위에 한정되지 않고 그 밖의 수치범위에도 적용될 수 있다. 그리고, 상기 조성식에서 Pb 자리는 도핑된 Nb 이온으로 치환되되, 상기 Nb 이온은 일 실시예로서 2~6 mol% 범위의 몰비로 Pb를 치환할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 Nb⁵⁺가 첨가된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 PZN, PNN 및 PZT 각각의 조성을 분리하여 1차 하소한다. 즉, Nb⁵⁺가 첨가된 PZN 조성식에 따른 PbO, ZnO 및 Nb₂O₅ 원료분말을 준비하여 이를 혼합 및 건조한 후(S402~S404), 1차 하소함으로써 안정된 페로브스카이트 상이 이루어진 PZN 분말을 합성한다(S406~S408). 이와 마찬가지로, Nb⁵⁺가 첨가된 PNN 조성식에 따른 PbO, NiO 및 Nb₂O₅ 원료분말을 준비하여 이를 혼합 및 건조한 후(S402~S404), 1차 하소함으로써 안정된 페로브스카이트 상이 이루어진 PNN 분말을 합성한다(S406~S408). 또한 마찬가지로, Nb⁵⁺가 첨가된 PZT 조성식에 따른 PbO, ZrO₂, TiO₂ 및 Nb₂O₅ 원료분말을 준비하여 이를 혼합 및 건조한 후(S402~S404), 1차 하소함으로써 안정된 페로브스카이트 상이 이루어진 PZTN 분말을 합성한다(S406~S408). 본 발명의 일 구현예에서, 상기 1차 하소는 800~1000℃의 온도범위에서 1~10 시간으로 수행됨이 바람직하다.

그리고 난 후, 상기 각각 합성된 Nb⁵⁺ 첨가된 PZN, PNN 및 PZT 분말을 하나의 조성으로 혼합하고 건조한 후(S410), 이를 2차 하소함으로써 최종의 Nb⁵⁺ 첨가된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 합성 분말을 제조한다(S412~S414). 본 발명의 일 구현예에서, 상기 2차 하소는 800~1000℃의 온도범위에서 1~10 시간으로 수행됨이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 구현예에서, 위와 같이 합성된 상기 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 조성 분말은 1200~1350℃의 온도범위에서 1~10시간 동안 소결되어 소결체를 구성할 수 있다.

위와 같은 본 발명에 의한 제조방법에 따라 제조된 Nb⁵⁺가 첨가된 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물은 하술하듯이 파이로클로르 상의 존재가 크게 억제된 페로브스카이트 상의 합성이 효과적으로 달성된다.

이하, 위와 같은 본 발명의 일 실시예를 보인다.

실시예

본 발명의 일 실시예로서, Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물은 도 4에 따라 조성식 Pb_0.975V(Pb)_0.025[0.1(Zn_1/3, Nb_2/3)_0.95-0.2(Ni_1/3, Nb_2/3)_0.95-0.7(Zr_0.46, Ti_0.54)_0.95]Nb_0.05O₃에 따라 제조하였다.

즉, 먼저, Nb 첨가 PZN 조성을 위한 PbO 6.60g, ZnO 0.78g 및 Nb₂O₅ 2.55g과, Nb 첨가 PNN 조성을 위한 PbO 13.21g, NiO 1.42g 및 Nb₂O₅ 5.07g과, 그리고 Nb 첨가 PZTN 조성을 위한 PbO 46.24g, ZrO₂ 11.44g, TiO₂ 8.68g 및 Nb₂O₅ 4.02g을 3개의 날젠병으로 분리하여 24시간 동안 볼밀링하였다. 이후, 혼합된 분말을 24시간 동안 건조 및 유발을 진행하고 850℃에서 2시간 동안 유지하여 1차 하소를 진행하였다. 상기 하소물은 유발로 잘게 분쇄하여 3개의 병을 1개의 날젠병에 모아 24시간 동안 볼밀링하여 분쇄 과정을 진행하였다. 그 후 24시간 동안 건조하고 유발로 혼합한 후, 850℃에서 2시간동안 2차 하소를 진행하였다. 하소가 끝난 분말은 유발로 바인더(PVA)와 혼합한 후, 10Φ 크기의 디스크 형태로 성형한 후, 가소(bake out) 및 소결을 진행하였다. 상기 가소는 600℃에서 2시간 동안 진행하였고, 상기 소결은 1290℃에서 2시간 동안 진행하였다.

구조 및 압전 특성의 분석

한편, 도 5는 본 발명에 따라 합성한 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물 소결체의 XRD 패턴을 보인다. 이때의 Nb 치환에 따른 조성식은 Pb_1-x/2V(Pb)_x/2[0.1(Zn_1/3, Nb_2/3)_1-x-0.2(Ni_1/3, Nb_2/3)_1-x-0.7(Zr_0.46, Ti_0.54)_1-x]Nb_xO₃이며, 도핑된 Nb⁵⁺ 이온은 상기 조성식에서 Pb 자리를 치환하며 치환량(x)은 2~6 mol%이다[도 3에서, Nb⁵⁺의 치환량(x)은, 각각 "(a)"는 2mol%, "(b)"는 4mol%, "(c)"는 5mol%, "(d)"는 5.5mol%, 그리고 "(e)"는 6mol%일 때이다].

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제조방법으로 상기 조성물을 합성한 결과, 파이로클로르 상과 페로브스카이트 상이 공존하고 그 외의 이차상은 없음이 확인된다. 특히, 상기 파이로클로르 상은 XRD 패턴의 육안상으로도 주 피크가 크게 감소하였음이 확인된다. 이를 좀더 명확히 판단하기 위하여 아래 도 6과 같이 수치적으로 분석한다.

도 6은 도 5의 XRD 결과에 기초하여 페로브스카이트 상의 주 피크 강도(peak intensity) 대비 파이로클로르 상의 주 피크강도의 비율을 산출하여 종래의 제조방법(도 1)과 본 발명의 제조방법(도 4)을 비교한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 전체적으로 종래의 하소법(도 1)과 비교하여 본 발명에 의한 제조방법(도 4)에서 현격히 낮아진 파이로클로르 상의 비율이 확인된다. 이러한 파이로클로르 상의 비율 감소는 Nb⁵⁺ 도핑 함량이 낮은 구간보다는 높은 구간에서 차이가 많이나는 것을 확인할 수 있고, 본 발명에 의한 제조방법에 따른 파이로클로르 상의 비율은 Nb⁵⁺ 도핑 함량이 6mol% 이하에서는 최대 14% 이하의 값을, 5.5mol% 이하에서는 평균적으로 5% 이하의 값을 나타낸다. 본 발명에서 이렇게 낮은 파이로클로르 상의 비율로 인하여 종래에 비해 압전 특성에 상당히 긍정적인 영향을 미치게 된다. 이는 아래와 같이 도 7에 의해 확인된다.

도 7a~7b는 종래의 제조방법(도 1)과 본 발명의 제조방법(도 4) 각각에 따라 제조된 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물 소결체의 압전특성을 측정하여 대비한 그래프로서, 도 7a는 각각의 압전정수(d₃₃)를, 도 7b는 각각의 전기기계결합계수(k_p)를 나타낸다. 이때의 Nb 치환에 따른 조성식과 Nb 치환량(x)은 도 5와 동일하다.

도 7을 보면, 종래의 하소법(도 1)과 비교하여 본 발명에 의한 제조방법(도 4)에서 d₃₃ 및 k_p특성이 평균적으로 향상되었음을 확인할 수 있다.

위와 같이, 본 발명에 의한 Nb⁵⁺ 첨가 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT 압전세라믹스 조성물의 제조방법은 먼저 PZN, PNN 및 PZT 각각의 조성을 분리하여 1차 하소한 후 이들 하소된 각 조성분말을 하나의 조성 분말로 합쳐서 2차 하소하는 분리하소방법에 따라 페로브스카이트 상의 상기 조성을 합성함으로써, 앞서 확인되었듯이 파이로클로르 상이 효과적으로 현격히 억제되어 압전특성이 크게 향상된다.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (6)

1. Nb⁵⁺가 도핑된 조성식 xPZN-yPNN-(1-x-y)PZT (이때, 0.05≤x≤0.3 및 0.1≤y≤0.5이다) 압전 세라믹스 조성물의 제조방법에 있어서,
   PbO, ZnO 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PZN 조성물 분말을 합성하고,
   PbO, NiO 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PNN 조성물 분말을 합성하고,
   PbO, ZrO₂, TiO₂ 및 Nb₂O₅ 각각의 시료분말을 혼합한 후 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 PZT에 Nb⁵⁺가 도핑된 PZTN 조성물 분말을 합성하는 제1단계와;
   각각 합성된 상기 PZN 조성물 분말, PNN 조성물 분말 및 PZTN 조성물 분말을 혼합하고 800~1000℃의 온도범위에서 하소하여 상기 조성식의 압전 세라믹스 조성물 분말을 합성하는 제2단계와;
   합성된 상기 압전 세라믹스 조성물 분말을 1200~1350℃의 온도범위에서 소결하여 고용체를 제조하는 제3단계를 포함하는 압전 세라믹스 조성물의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 Nb⁵⁺의 함량은 상기 압전 세라믹스 조성물의 고용체 내에 포함된 파이로클로르 상 대 페로브스카이트 상의 비율이 5% 이하의 값을 갖도록 상기 조성식에서 2~5.5 mol% 몰비 범위에서 조절되는 압전 세라믹스 조성물의 제조방법.
6. 삭제

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