KR19990088364A - 압전세라믹조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 조성물과 망간을 포함하는 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다. 상기 세라믹 조성물은 일반식 (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9으로 표현되는 주성분이다. 상기 식에서, M은 2가의 금속원소를 나타내고, x는 0≤x≤0.3을 만족한다. 망간은 MnCO3로 환산하여 1.0중량% 이하(0은 제외한다)의 양을 함유한다.
Description
본 발명은 압전 세라믹 조성물에 관한 것으로, 특히 예를 들면, 압전 세라믹 필터나 압전 세라믹 발진자 등의 압전 세라믹 소자를 제조하기 위한 재료로서 유용한 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다.
압전 세라믹 필터나 압전 세라믹 발진자 등의 압전 세라믹 소자의 제조에 이용되는 압전 세라믹 조성물로서, 종래부터 티탄산지르콘산납(Pb(TixZr1-x)O3) 또는 티탄산납(PbTiO3)을 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물이 널리 이용되고 있다. 티탄산지르콘산납 또는 티탄산납을 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물은, 그 제조 과정에 일반적으로 납 산화물이 이용되지만, 이 납 산화물의 증발은 제품의 균일성 감소를 야기시킨다. 이에 반하여, (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9으로 표현되는 비스무트층형상 화합물을 주성분으로 포함하는 압전 세라믹 조성물은, 납 산화물을 함유하지 않기 때문에, 이와 같은 문제는 발생하지 않는다.
하지만, 비스무트층형상 화합물을 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물은, 전기기계 결합계수 kt가 작기 때문에, 아직은 널리 실용화되지 못하고 있다.
그런 까닭으로, 본 발명의 주요한 목적은, 비스무트층형상 화합물을 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물의 전기기계 결합계수 kt를 개선함으로써, 압전 세라믹 소자의 재료로서 사용될 때 실용화할 수 있을 정도의 전기기계 결합계수 kt값(10% 이상)을 나타내는 압전 세라믹 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 압전 세라믹 조성물은, 일반식 (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9(단, M은 2가의 금속원소를 나타내고, x는 0≤x≤0.3을 만족한다)으로 표현되는 주성분으로서의 세라믹 조성물과; MnCO3로 환산하여 1.0중량% 이하(0은 제외한다)의 양으로 함유되는 망간;을 포함한다. 상기 x의 범위를 0∼0.3으로 한정한 것은, x가 그 범위를 벗어나는 경우, 본 발명의 효과가 뚜렷하게 나타나지 않고, 실용화할 수 있을 정도의 전기기계 결합계수 kt를 얻을 수 없기 때문이다. 또, 망간의 첨가량을 MnCO3로 환산하여 1.0중량% 이하(0은 제외한다)로 한정한 것은, 망간의 첨가량이 상기 범위를 벗어나는 경우, 분극가능한 세라믹를 얻을 수 없기 때문이다.
더욱이, 본 발명의 효과는, 상기 일반식중의 M이 Ca 및 Ba 로부터 선택된 적어도 어느 한 원소인 경우에 특히 두드러진다. M으로서 Ca 및 Ba의 양쪽을 동시에 함유하여도 된다.
본 발명의 상기한 목적, 그 외의 목적, 특징 및 이점은, 후술하는 본 발명의 바람직한 구현예의 상세한 설명에서 한층 명백해진다.
본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
다음의 방법에 따라 여러 종류의 압전 세라믹 샘플을 준비한다.
출발 원료로서, SrO, Bi2O3, Nb2O5, CaO, BaO 및 MnCO3를 준비하여, 일반식 (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9(단, M은 2가의 금속원소를 나타내고, x는 0≤x≤0.3을 만족한다)으로 표현되는 화합물을 형성하도록 칭량하고, 이어서 볼밀(ball mill)을 이용하여 약 4시간동안 습식 혼합한다. 얻어진 혼합물을 건조한 후, 700℃∼900℃에서 하소한다. 계속해서 이 건조된 혼합물을 거칠게 분쇄하고, 유기 바인더를 적당량 가하여 볼밀을 이용하여 4시간동안 습식 분쇄하고, 40메시 체를 통과시킴으로써, 상기 분쇄 분말의 입자 크기를 조정한다. 다음으로 입자 크기가 조정된 분말을 1000㎏/㎠의 압력으로 직경이 12.5㎜이고 두께가 1㎜인 원판으로 성형하고, 그 원판을 공기중에서 소성하여, 세라믹 원판을 형성한다. 이 세라믹 원판의 표면(양 주면)에, 통상의 방법으로 은 페이스트를 도포하고 베이킹하여 은전극을 형성한 후, 150∼200℃의 절연오일내에서 10∼30분간 5∼20㎸/㎜의 직류전압을 인가하여 분극처리를 실시함으로써, 압전 세라믹 샘플을 얻었다. 이들 샘플에 대하여, 밀도, 저항율 및 전기기계 결합계수 kt를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
| 샘플번호 | M | x | MnCO3(중량%) | 밀도(g/㎤) | 저항율(Ω·㎝) | kt(%) |
| *1 | - | 0 | 0 | 6.75 | 2.0×1011 | 8.5 |
| 2 | - | 0 | 0.1 | 7.05 | 4.0×1013 | 20.5 |
| 3 | - | 0 | 0.5 | 6.96 | 6.0×1012 | 17.6 |
| 4 | - | 0 | 1.0 | 6.80 | 4.0×1012 | 16.8 |
| *5 | - | 0 | 1.1 | 6.67 | 2.0×1010 | 분극불가 |
| *6 | Ca | 0.1 | 0 | 6.80 | 2.0×1011 | 8.8 |
| 7 | Ca | 0.1 | 0.1 | 7.08 | 5.0×1013 | 22.9 |
| 8 | Ca | 0.1 | 1.0 | 6.70 | 4.0×1012 | 19.7 |
| *9 | Ca | 0.1 | 1.1 | 6.65 | 2.0×1010 | 분극불가 |
| *10 | Ca | 0.3 | 0 | 6.65 | 2.0×1011 | 8.5 |
| 11 | Ca | 0.3 | 0.1 | 6.98 | 4.0×1013 | 17.9 |
| 12 | Ca | 0.3 | 1.0 | 6.67 | 2.0×1012 | 17.6 |
| *13 | Ca | 0.3 | 1.1 | 6.44 | 1.0×1010 | 분극불가 |
| *14 | Ca | 0.4 | 0.1 | 6.26 | 7.0×109 | 9.6 |
| *15 | Ba | 0.1 | 0 | 6.85 | 2.0×1011 | 8.7 |
| 16 | Ba | 0.1 | 0.1 | 7.07 | 3.0×1013 | 21.9 |
| *17 | Ba | 0.1 | 1.1 | 6.65 | 1.0×1010 | 분극불가 |
| *18 | Ba | 0.3 | 0 | 6.67 | 9.0×1010 | 8.4 |
| 19 | Ba | 0.3 | 0.1 | 7.00 | 1.0×1013 | 20.9 |
| *20 | Ba | 0.3 | 1.1 | 6.47 | 2.0×1010 | 분극불가 |
| *21 | Ba | 0.4 | 0.1 | 6.31 | 8.0×109 | 9.1 |
| *표시를 한 샘플은 본 발명의 범위를 벗어나는 것이다. |
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 샘플 번호 2, 3, 4, 7, 8, 11, 12, 16 및 19의 각 샘플은, 본 발명의 범위를 벗어나는 샘플 번호 1, 5, 6, 9, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 20 및 21의 각 샘플에 비해, 향상된 전기기계 결합계수 kt를 갖는다.
본 발명에 따르면, 비스무트층형상 화합물을 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물의 전기기계 결합계수 kt를 향상시킬 수 있고, 압전 세라믹 필터나 압전 세라믹 발진자 등의 압전 세라믹 소자의 재료로서 유용한 압전세라믹 조성물을 유리하게 얻을 수 있다.
Claims (2)
- 일반식 (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9(단, M은 2가의 금속원소를 나타내고, x는 0≤x≤0.3을 만족한다)으로 표현되는 주성분으로서의 세라믹 조성물;과MnCO3로 환산하여 1.0중량% 이하(0은 제외한다)의 양으로 함유되는 망간;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 일반식중의 M은 Ca 및 Ba 중에서 선택된 적어도 어느 한 원소임을 특징으로 하는 압전 세라믹 조성물.
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