KR19980082650A - 고주파용 압전 세라믹 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3이외에 MnO2로 이루어지는 고주파용 압전 세라믹 조성물을 제공하기 위한 것이다.
종래에 전자 기기의 공진자 및 필터의 소재로 사용된 Pb(Zr, Ti)O3계 압전 세라믹체는 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수는 양호하지만, 온도 변화에 따른 공진 주파수의 변화율, 즉 온도 안정성이 불충분하여 고주파용 공진자 및 필터의 소재로 사용되기에는 문제점이 있었다.
본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물은 PbZrO3, PbTiO3을 주성분으로 하고, 안정성이 우수하고 소결성을 향상시키는 성분인 Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3및, MnO2로 이루어지는 것으로, 제조된 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수는 20 내지 50%, 기계적 품질계수는 100 내지 3,200, 상대유전율이 300 내지 2,000 및 유전손실이 1% 이하로 향상된다. 특히, 공진 주파수의 온도의존성이 ±0.5% 이하로 우수하므로 고주파용 전자 부품의 소재로 사용하기에 충분한 물성을 갖게 되어 고주파용 압전 세라믹 공진자와 고주파용 압전 세라믹 필터의 소재로 사용할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편과 종래의 Pb(Zr, Ti)O3계 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편의 온도 변화에 따른 공진 주파수의 변화율을 나타낸 그래프이다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 온도 안정성이 우수하고, 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수가 커서 압전 세라믹 레조네이터나 압전 세라믹 필터와 같은 고주파용 전자 부품에 적합한 특성을 갖는 고주파용 압전 세라믹 조성물을 제공하기 위한 것이다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 고주파용 압전 세라믹 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최근에 수요가 많은 100 내지 1000KHz 범위의 압전 세라믹 공진자와 세라믹 필터에 응용이 가능한 소재로서 유용한 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3이외에 MnO2로 이루어지는 고주파용 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다.
최근에는 정보 산업의 발전에 따라 컴퓨터, 전화기 등의 수요가 많이 증가하고 있고, 가전 및 산업 기기의 전자화에 따라 마이크로 프로세서의 이용이 확대되고 있다. 이러한 전자 기기에는 기준 신호를 발생시키는 공진자와 특정 주파수를 선택적으로 여과시키는 필터가 필요하며, 세라믹 압전체는 전기기계 변환 효과를 이용하여 100KHz에서 수십 MHz 대역에 이르기까지 다양한 고주파 부품의 제조가 용이하다. 이러한 고주파용 압전 부품에 응용되기 위해서는 양호한 압전 특성과 더불어 온도 안정성이 우수한 물성이 요구되었다.
압전 세라믹의 대표적인 소재인 Pb(Zr, Ti)O3(이하 PZT라 함)는 전기기계 결합계수가 03% 이상으로 크고, 기계적 품질계수도 1,000 이상으로 우수하여 여러 가지 전기기계 변환 소자용 소재로 널리 이용되어 왔다.
종래의 PZT는 전기기계 결합계수가 크고, 기계적 품질계수도 크나, 공진 주파수가 온도의 변화에 따라 크게 변화하는 문제가 있다. 압전 세라믹 공진자나 압전 세라믹 필터에 응용되기 위해서는 주변의 온도 변화에 따라서도 공진 주파수가 안정되어야 하며, 이러한 문제는 소재의 본질적인 성질에 의해 결정된다. 따라서 공진자나 필터와 같은 고주파용 전자 부품에 응용되려면 공진 주파수의 온도에 따른 변화가 작아야 한다.
그러나, 종래의 PZT는 공진 주파수의 온도 변화율이 100ppm/℃ 이상으로 큰 문제가 있어서 순수한 조성으로는 고주파용 전자 부품에 이용하기 어려운 문제가 있었다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명자들은 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3이외에 MnO2로 이루어진 압전 세라믹 조성물로 압전 세라믹체를 제조하면 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수가 크고, 유전 손실과 공진 주파수의 온도계수가 작은 압전체를 얻을 수 있음을 앍 되어 본 발명에 이르게 되었다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물의 주성분은 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3로 이루어진 것이다.
상기 성분에서 PbZrO3의 분율은 0.3 내지 0.55, PbTiO3의 분율은 0.35 내지 0.62, Pb(Yb1/3Ta1/2)O3과, Pb(Ni1/2W1/2)O3의 분율은 각각 0.01 내지 0.1이고, 이외에 첨가물로서 MnO2를 전체 압전 세라믹 조성물에 대하여 0.5 내지 1중량% 첨가하여서 이루어진 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 압전 세라믹 조성물 중에서 특히 Pb(Yb1/3Ta1/2)O3의 몰분율은 0.01 내지 0.1이다. Pb(Yb1/3Ta1/2)O3는 소결성을 향상시키며, 전기기계 결합계수를 크게 하지만, 상기 범위 보다 적게 하면 전기기계 결합계수는 감소하게 되고, 상기 범위 보다 많으면 내열성이 저하하게 된다.
압전 세라믹체의 조성물 중의 Pb(Ni1/2W1/2)O3의 몰분율은 0.01 내지 0.1이다. Pb(Ni1/2W1/2)O3는 소결성을 향상시키고, 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수를 증가시키지만, 상기한 범위 보다 적게 하면 압전 세라믹체의 전기기계 결합계수 및 기계적 품질계수가 저하하게 되고, 상기한 범위 보다 많으면 내열성이 나빠지게 된다.
상기한 성분 이외에 MnO2를 전체 압전 세라믹체의 조성물에 대하여 0.5 내지 1중량%로 사용을 하는데, MnO2는 기계적 품질계수를 증가시키고, 소결성을 향상시키지만, 사용량이 0.5중량% 보다 적으면 소결성과 기계적 품질계수가 저하하게 되고, 반대로 사용량이 1중량% 보다 많으면, 전기기계 결합계수가 떨어지고 기계적 성질이 저하하게 된다.
한편, 도 1은 본 발명의 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편과 종래의 PZT 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편의 공진 주파수의 온도 의존성을 비교하여 나타낸 것이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 PZT 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편의 그래프는 상온 부근에서 공진 주파수가 급격히 상승한 후 하강하여 변화율이 크지만, 본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물로 제조된 시편의 그래프는 온도의 변화에 상관없이 공진 주파수가 거의 일정하여 변화율이 작다.
따라서, 본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물은 공진 주파수의 온도 안정성이 우수하므로 압전 세라믹 공진자나 압전 세라믹 필터 등의 고주파 부품에 사용하기에 적합하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
공업용으로 통상 사용되는 순도의 PbO, ZrO2, TiO2, Yb2O3, Ta2O5, NiO, WO3, MnO2세라믹 분말을 사용하여 다음 표 1과 같은 조성을 갖도록 평량하고 볼 밀링 방법으로 24시간 습식 혼합하였다.
혼합된 반죽 상태의 조성물을 건조시킨 다음 고상화학반응을 시키기 위하여 분말을 700 내지 900℃의 온도 범위에서 소성하였다. 소성된 조성물에 유기 바인더를 적정량 첨가하여 습식 분쇄하고 조립한 다음, 프레스를 이용하여 압축성형법으로 원판상으로 성형하였다. 성형시 직경이 2cm인 금형을 이용하였으며, 성형 압력을 1톤/cm2으로 설정하였다.
성형체를 박스형 전기로에서 1,050 내지 1,250℃의 온도 범위에서 2시간 동안 소결하여 시편을 제조하였다. 원판형 소결체를 분극 처리하기 위하여 두께가 1mm가 되도록 양면을 연마한 다음 양면에 인쇄도포법으로 은전극을 바르고 소부하여 전극을 형성한 후, 절연유가 담긴 분극기에서 시편을 분극 처리하였다. 이때, 분극 조건은 인가 전압을 3 내지 5kV로 하고 유지 온도와 유지 시간을 80 내지 150℃의 범위로 하여 10분동안 실시하였다.
분극된 시편을 임피던스 해석기로 측정하여 경방향 모드의 전기기계 결합계수, 기계적 품질계수, 유전율 및 유전 손실을 측정하였다. 또한, 소재의 공진 주파수의 온도계수를 측정하기 위하여 시편을 항온조에 넣고 온도를 영하 20 내지 영상 80℃까지 변화시키면서 공진 주파수의 변화를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에 나타난 공진 주파수의 온도 의존성은 영하 20 내지 영상 80℃의 온도 범위에서 20℃의 공진 주파수를 기준으로 최대치와 최소치를 측정하여 백분율로 나타낸 것이다.
[표 1]
[표 2]
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 압전 세라믹 조성물로 제조된 압전 세라믹체는 기계적 품질계수, 전기기계 결합계수 및 상대 유전율이 종래의 PZT 압전 세라믹체에 비해 월등히 우수하며, 유전 손실이 훨씬 적고, 특히 공진 주파수의 온도 안정성이 우수한 것으로 나타났다.
[발명의 효과]
본 발명의 고주파용 압전 세라믹 조성물은 주성분인 PbZrO3, PbTiO3에 온도 안정성이 우수하고, 소결성을 향상시키는 성분인 Pb(Yb1/3Ta1/2)O3, Pb(Ni1/2W1/2)O3및 MnO2를 첨가하여 이루어진 것으로, 제조된 압전 세라믹체의 경방향 모드 전기기계 결합계수가 20 내지 50%에 이르고, 기계적 품질계수는 100 내지 3,200, 상대 유전율이 300 내지 2,000 정도이며, 유전손실은 거의 1% 이하의 양호한 값을 나타내고 있다. 특히 많은 조성물의 공진 주파수의 온도 의존성이 ±0.5% 이하로 작은 값을 나타내어 고주파용 레조네이터나 필터로서 적합함을 알 수 있다.
Claims (1)
- 몰분율이 PbZrO30.3 내지 0.55, PbTiO30.35 내지 0.62, Pb(Yb1/3Ta1/2)O30.01 내지 0.1, Pb(Ni1/2W1/2)O30.01 내지 0.1이고, 이외에 MnO2가 전체 압전 세라믹체의 조성물에 대하여 0.5 내지 1중량% 첨가되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파용 압전 세라믹 조성물.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019970017687A KR19980082650A (ko) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 고주파용 압전 세라믹 조성물 |
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| KR1019970017687A KR19980082650A (ko) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 고주파용 압전 세라믹 조성물 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980082650A true KR19980082650A (ko) | 1998-12-05 |
Family
ID=66091537
Family Applications (1)
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| KR1019970017687A KR19980082650A (ko) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 고주파용 압전 세라믹 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19980082650A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100481226B1 (ko) * | 2002-06-12 | 2005-04-07 | 한국전기연구원 | 세라믹 액츄에이터용 압전 세라믹 조성물 및 압전 세라믹 제조방법 |
| WO2007013702A1 (en) * | 2005-06-16 | 2007-02-01 | Samhwa Yang Heng Co., Ltd. | A method for calculating frequency characteristics of piezoelectric material non-linearly according to temperature rising |
-
1997
- 1997-05-08 KR KR1019970017687A patent/KR19980082650A/ko active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100481226B1 (ko) * | 2002-06-12 | 2005-04-07 | 한국전기연구원 | 세라믹 액츄에이터용 압전 세라믹 조성물 및 압전 세라믹 제조방법 |
| WO2007013702A1 (en) * | 2005-06-16 | 2007-02-01 | Samhwa Yang Heng Co., Ltd. | A method for calculating frequency characteristics of piezoelectric material non-linearly according to temperature rising |
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