KR20050052393A - 압전자기 디바이스의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기본조성식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTiyO3(여기서 0.90 < a+x+y < 1.00)인 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3의 3 성분계 압전자기 조성물의 재료를 준비한다. 재료를 가소하여 분쇄하여 분체를 얻는다. 얻은 분체를 포함하는 소정 형상의 성형체를 제작한다. 성형체가 소결되지 않는 온도에서 성형체를 탈지하여, 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는다. 얻은 소결체를 가열하여 얻어진 소결체에 열처리를 실시한다. 열처리가 실시된 소결체를 분극시켜 열처리가 실시된 소결체에 압전성을 부여함으로써 압전자기 디바이스가 얻어진다. 이 압전자기 조성물은 Ag을 주성분으로 하는 전극과 동시에 저온에서 소결될 수 있어 소결후에 절연저항이 저하되지 않아 압전특성이 열화되지 않는다. 따라서, 이 조성물은 고온·고습도 분위기에서의 사용에도 절연저항이 저하되지 않고 안정된 특성을 가진다.

Description

압전자기 디바이스의 제조방법{METHOD OF PRODUCING PIEZOELECTRIC CERAMIC DEVICE}
본 발명은 압전 액츄에이터나 압전 트랜스 등의 압전 진동자나 적층구조를 가지는 압전자기 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
압전자기는 압전 발진자, 압전 필터, 압전 액츄에이터, 압전 트랜스 또는 압전 부저 등의 압전자기 디바이스에 널리 응용되고 있다. 또한, 최근의 소형화나 박형화 또는 고성능화의 요망에 따른 적층형의 압전 자기 소자의 개발도 진행되고 있다.
종래의 압전자기 조성물은 소결 온도가 고온이기 때문에, 압전자기를 소결하는 소결로에서 사용하는 전기 에너지가 크고, 적층형의 압전자기 소자에 이용되는 내부 전극 재료에는 고가의 고융점의 백금이나 팔라듐을 사용하지 않으면 안되어 제조 비용이 높아진다.
소결온도가 낮은 압전자기가 특개평 9-169566호 공보에 개시되어 있다. 이 조성물은 Pb, Zr 및 Ti의 원소를 포함하는 페로브스카이트 구조를 가지는 복합 산화물을 주성분으로서, Cu 및 W 원소를 함유한다. 이 조성물을 이용한 적층형의 압전자기 소자의 내부전극 재료로서 비교적 저렴한 은-팔라듐 합금의 사용이 가능하다.
이 압전자기 조성물은 1100℃ 정도의 저온에서 소결될 수 있지만, Ag를 95% 이상 포함하는 내부전극을 가지는 압전자기 소자는 소결될 수 없어 고온·고습도 분위기에서의 사용에서 특성의 안정성이 좋지 않다.
또한, 내부전극의 팔라듐의 함유 비율을 낮추고 더욱이 소결온도가 낮은 다른 종래의 압전 자기가 특개평 10-7458호 공보에 개시되어 있다. 이 조성물은 PbTiO3-PbZrO3-Pb(Mn1/3Nb2/3)-Pb(Co1/3Nb2/3 )O3를 주성분으로서, CoO와 PbO가 첨가되어 있다.
이 압전자기 조성물은 930℃ 정도의 저온에서 소결될 수 있지만, 고온·다습 분위기에서의 사용에서 절연저항이 불안정하여 낮다.
페로브스카이트 결정구조를 가지는 PbTiO3-PbZrO3계의 압전 자기 조성물에 있어서, 비화학량론 조성 소위 A 사이트 과잉의 조성, 즉 Pb의 함유량 A와 Zr과 Ti를 포함시킨 함유량 B의 비율 A/B가 1.00 보다 큰 조성물은 비율 A/B가 1.00 이하의 조성물보다 저온에서 소결될 수 있다. 그러나, 비율 A/B가 1.00 보다 큰 조성물은 소결후에 절연저항이 저하되기 때문에 분극시에 소망하는 전압이 인가되지 않고 압전 특성이 저하되어 고온·다습 분위기에서의 사용시에는 사용전의 초기치보다도 절연저항이 저하된다.
기본 조성식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTiyO3(여기서 0.90 <a+x+y <1.00)인 Pb(Zn1/3Nb 2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3의 3 성분계의 압전 자기 조성물의 재료를 준비한다. 재료를 가소하고 분쇄하여 분체를 얻는다. 얻은 분체를 포함하는 소정 형상의 성형체를 제작한다. 성형체가 소결되지 않는 온도에서 성형체를 탈지하여, 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는다. 얻은 소결체를 가열하여 얻어진 소결체에 열처리를 실시한다. 열처리가 실시된 소결체를 분극시켜 열처리가 실시된 소결체에 압전성을 부여함으로써 압전자기 디바이스가 얻어진다.
이 압전자기 조성물은 Ag을 주성분으로 하는 전극과 동시에 저온에서 소결될 수 있어 소결후에 절연저항의 저하가 없어 압전특성이 열화되지 않는다. 따라서, 이 조성물은 고온·다습 분위기에서의 사용에도 절연저항이 저하되지 않고 안정된 특성을 가진다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 압전자기 디바이스에 이용되는 압전자기 조성물의 제조공정을 나타낸다. 기본식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTi yO3인 압전자기 조성물의 재료인 산화납(PbO), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화니오브(Nb2O5)의 분말을, 각각의 금속원소의 몰비가 도 2의 조성이 되도록 칭량 배합한다. 이러한 분말을 물과 메디아로서 부분 안정화 지르코니아 볼과 함께 포트 밀에 투입하고, 포트 밀을 20 시간 회전시켜 습식 혼합한다(단계 101). 이 때, 재료와 물의 중량 비율은 1:1 이며, 메디아의 지르코니아 볼의 직경은 5㎜ 이하이다.
다음, 상기 분말을 습식 혼합하여 얻어진 슬러리를 스테인레스 베드 등의 평탄한 저면을 가지는 용기로 이송하여 200℃의 건조기중에서 하루 밤낮을 건조시킨다. 건조된 슬러리를 유발 등으로 거칠게 분쇄한 후에 알루미나 재질의 감과로 이송하고, 승강온속도는 200℃/시간, 최고 온도 850℃에서 2시간 가소하여 가분말을 얻는다(단계 102).
그 후, 가소분을 로터 밀이나 디스크 밀 등의 조쇄기에서 분쇄한 후, 단계 (101)의 혼합시와 마찬가지로 포트 밀에서 이 거칠은 분쇄분을 10 시간 습식 분쇄하여 슬러리를 얻는다. 그 후, 슬러리를 상기와 같은 스테인레스 베드 등의 용기로 이송하여 200℃의 건조기중에서 하루 밤낮을 건조시켜 세라믹 분체를 얻는다(단계 103).
다음, 얻은 세라믹 분체에 폴리비닐알콜계의 바인더를 첨가하여 혼합한 후, 약 100 MPa의 압력으로 프레스 성형하여 직경 20㎜, 두께 1.3㎜의 원판형 성형체를 얻는다(단계 104).
성형체를 알루미나 재질의 토갑에 배치하고, 전기로중에 500℃에서 2 시간 가열하여 바인더를 제거한다(단계 105). 그리고, 이 성형체를 다른 전기로중에 투입하고, 소정의 소결온도에서 2 시간 본소결하여 원판형의 압전자기 소결체를 얻는다(단계 106).
다음, 상기 원판형의 압전자기 소결체를 연마기로 가공하여 두께가 0.5㎜인 원판형 압전자기를 얻는다(단계 107).
얻은 압전자기에 은 페이스트를 도포하여 건조시키고, 약 700℃에서 10 분간 도금 전극을 형성한다(단계 108).
다음, 전극을 형성한 압전 자기를 전기로에서 가열하여 승온 속도 20℃/시간, 최고 온도 650℃에서 1 시간 유지하여 열처리한다(단계 109). 열 처리된 압전자기에 압전성을 부여하기 위하여, 압전자기에 100℃의 실리콘 오일 가운데에서 압전자기의 두께 1㎜당 3㎸의 전압을 압전자기에 인가하여 분극하여 압전자기 소자를 얻는다(단계 110). 분극된 후의 압전자기 소자는 실온에서 24 시간이상 방치한다.
다음, 상기 방법에서 얻어진 압전자기 소자의 샘플을 평가하였다. 도 2 ~ 도 5는 압전자기 소자 샘플의 단계(110)의 분극전의 절연저항을 나타낸다. 샘플은 고온(120℃), 다습(100%), 고기압(2atm)에 방치하고, 그 절연저항을 측정하였다. 도 2 ~ 도 5에서, 절연저항이 108Ω 이하인 불량 샘플에는 「*」을 부여하고, 소결온도가 930℃를 넘는 샘플에는 「**」을 부여한다. 또한, 도 2에서, 단계(109)의 열처리 온도는 650℃, 소결온도는 압전자기 소결체의 밀도 7500 ㎏/m3 이상이 얻어진 최저 소결온도를 나타낸다. 또한, 도 2 ~ 도 5에서, 압전자기 조성물의 기본식은 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTiyO3 이며, 즉 a는 금속원소 Pb를 1로 하였을 때의 (Zn1/3Nb2/3)의 몰비이며, x는 Zr의 몰비, y는 Ti의 몰비이다.
0.90 < a+x+y < 1.0 이고 또한 분극전에 단계(109)의 열처리를 실시한 시료 No. 3, 4의 샘플은 언제든, 소결온도가 930℃ 이하에서 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항이 109Ω 이상이여서 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
한편, 단계(109)에서 열처리를 실시하지 않은 시료 No. 7 ~ 10의 샘플은 언제든 분극전의 절연저항이 108Ω 이하여서 목표로 하는 특성이 얻어지지 않았다.
a+x+y ≤0.90의 시료 No. 1, 2의 샘플은 열처리를 실시하여도 소결로 도입된 산소 결함이 보완되지 않고, 단계(110)의 분극전부터 절연저항이 108Ω으로 낮아 불량이다.
a+x+y ≥1.0의 시료 No. 5, 6, 11, 12의 샘플은 95% 이상의 Ag을 포함하는 저렴한 내부전극과 동시 소결이 가능한 온도 80 ~ 930℃에서 소결되지 않아 실시예 1에 따른 압전자기 조성물로서 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위한 단계(109)의 열처리 최적온도 범위를 검토하였다.
먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5의 각 금속원소가 도 3에 도시한 조성이 되도록 각 재료의 분말을 칭량 배합하고, 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 얻은 샘플을 도 3에 도시한 온도, 시간으로 단계(109)에서의 열처리를 행한다. 도 3에 도시한 열처리 온도는 최고 온도를 나타내며, 열처리 시간은 최고 온도에서의 유지시간을 나타낸다. 최고 온도까지의 승온 속도 및 최고 온도로부터의 강하 온도는 20℃/시간이다. 이러한 샘플에 대하여 분극전의 절연저항과 내습방치 시험후의 절연저항을 측정하였다.
도 3에 도시한 것과 같이, 시료 No. 15 ~ 17, 19 ~ 25의 샘플은 열처리 온도가 450℃ ~ 800℃의 범위에서, 열처리 시간은 1 시간 이상이다. 이러한 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이여서 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
열처리 온도 450℃ 미만의 시료 No. 13, 14의 샘플은 소결시에 발생한 산소 결함에 충분히 산소가 보완되지 않고 반도체화된 상태에 있으며, 분극전의 절연저항이 108Ω, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하이기 때문에 부적당하다.
단계(109)의 열처리 시간이 0.2 시간으로 짧은 시료 No. 18의 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높지만, 내습방치 시험후의 절연저항은 107Ω 이하로 낮기 때문에 부적당하다.
850℃ 이상의 온도에서 열처리를 실시한 시료 No. 26 및 27의 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높지만, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하이기 때문에 부적당하다. 열처리 온도 850℃ 이상에서는, 열처리 온도와 소결온도가 비슷하기 때문에 이상 입성장이 발생하여 단계(109)의 열처리중에 재소결이 일어나는 것이 이 결과의 한 원인으로 고려된다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 단계(109)의 열처리 분위기의 산소농도와 열처리의 최적온도를 검토하였다. PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5의 각 금속원소가 도 4의 조성이 되도록 각 재료의 분말을 칭량배합하고, 이후, 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 얻은 샘플에, 도 4에 도시한 온도, 산소분압으로 단계(109)의 열처리를 실시하였다. 열처리에서는 각 온도를 1 시간 유지하였다.
산소의 분압이 20 kPa 이상에서 열처리한 시료 No. 33 ~ 42의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
온도 450 ~ 750℃의 범위, 또한 산소분압이 10 kPa의 분위기에서 열처리한 시료 No. 28 ~ 32의 샘플은 분극전의 절연저항이 107Ω 이지만, 내습방치 시험후의 절연저항이 106Ω 미만이여서 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수한 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 도 1의 단계(106)에서의 소결온도와 소결 분위기를 검토하였다. PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5의 각 금속원소가 도 5의 조성이 되도록 각 재료의 분말을 칭량배합하고, 도 5에 도시한 온도와 분위기에서 단계(106)의 소결을 실시하고, 이후 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 도 5에 도시한 소결온도는 단계(106)의 소결에서의 최고온도를 나타내고, 최고 온도를 유지하는 시간은 2 시간이다. 얻은 성형체는 덮개를 가지는 궤의 내부에 배치되어 소결된다. 소결에서의 분위기는 궤의 덮개를 밀폐하여 샘플을 소성하는 밀폐 소결과, 궤의 덮개를 개방하여 샘플을 소성하는 개방 소결의 쌍방에서 검토하였다.
시료 No. 44 ~ 48의 샘플은 도 5에 도시한 소결온도에서 밀폐소결을 실시하고, 600℃에서 1 시간 열처리함으로써, 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 다습(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이여서 목표로 하는 특성이 얻어진다.
소결온도가 800℃ 미만 및 950℃ 이상의 시료 No. 43, 49의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 미만, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하이기 때문에 부적당하다.
도 1의 단계(108)에서 개방소결로 소결된 시료 No. 50 ~ 56의 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높다, 그러나, 이러한 샘플은 밀폐소결보다도 많은 납이 비산하고, 더욱이 산소결함이 결정격자중에 발생하기 때문에 내습방치 시험후의 절연저항이 108Ω 이하여서 부적당하다.
이상과 같이, Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3의 3 성분계의, 기본 조성식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTiyO3인 압전자기 조성물은 0.90 < a+x+y < 1.00인 때, 800 ~ 930℃에서 밀폐하여 소결하고, 그 후 산소분압을 20 kPa 이상의 분위기에서 450 ~ 800℃에서 1 시간이상 열처리를 행하면, 분극 실시전에 절연저항이 향상되고, 또한 고온고습도에서의 방치에 의해 절연저항이 저하되지 않아 높은 안정성을 가진다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명의 실시예 2에서의 압전자기 디바이스에 이용되는 압전자기 조성물의 제조공정을 나타낸다. 도 7은 실시예 2에서의 압전자기 디바이스인 적층압전 액츄에이터의 분해사시도이고, 도 8은 그 액츄에이터의 사시도이다.
실시예 2에서는 고가의 팔라듐(Pd)의 사용량을 삭감할 수 있는 Ag을 95% 이상 함유하는 저렴한 내부전극과 압전자기 조성물을 동시에 소결하여 얻어지는 적층구조를 가지는 소자로서 적층압전 액츄에이터를 검토하여 고온·다습하에서 사용하여도 안정된 절연저항을 가지는 압전자기 조성물의 제조방법을 검토한다.
먼저, 산화납(PbO), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화니오브(Nb2O5)의 분말을, 각 금속원소의 몰비가 도 9에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하여 혼합한다(단계 201). 그리고, 도 1의 단계(102,103)와 마찬가지로 세라믹 분체를 얻는다(단계 202,203).
얻은 세라믹 분체에 유기 결합재, 가소제, 유기용매를 첨가하여 슬러리를 제작하고, 그 후, 닥터 블레이드법으로 슬러리를 시트형으로 성형하여 적층구조의 압전 세라믹층이 되는 소정 두께를 가지는 미소결의 압전 세라믹 그린시트(1)를 얻는다(단계 204).
다음, 압전 세라믹 그린시트(1)상에, 은을 95% 이상 포함하는 도전 페이스트를 도포하여 도 7에 도시한 내부전극(2a,2b)을 인쇄하고, 도전 페이스트를 도포하지 않은 압전 세라믹 시트(1)상에 적층하여 일시 가압을 실시하고, 다시한번 내부전극(2a,2b)을 인쇄한다. 이 후 동일하게 소망하는 특성을 얻도록 도 7에 도시한 것과 같이 다수의 압전 세라믹 그린시트(1)의 적층, 일시 가압, 내부전극(2a,2b)의 인쇄를 반복하고, 최후에 내부전극을 가지지 않는 세라믹 그린시트(1)를 적층하여 얻어진 적층체를 일시 가압하고, 18 MPa의 압력을 가하여 본가압한다. 가압된 적층체를 절단기로 절단하여 소정 치수의 소자를 검출하여 거의 직방체형의 적층체(1001)를 얻는다(단계 205).
다음, 적층체(1001)중의 유기 성분을 소결보다도 낮은 온도로 탈지하여 제거한다(단계 206).
그 후, 적층체(1001)를 930℃ 이하의 온도에서, 밀폐소결 또는 개방소결로 소결하여 적층압전 액츄에이터 소자를 얻는다(단계 207).
다음, 내부전극(2a,2b)의 적층압전 액츄에이터 소자의 폭 방향의 측면(1001a)이 노출되도록, 얻은 적층압전 액츄에이터 소자를 연마하여 가공한다(단계 208).
그 후, 글라스 프릿을 함유한 은 페이스트를 외부전극(3a,3b)이 형성되는 소정 위치에 도포하여 건조시킨다. 그 후, 적층압전 액츄에이터 소자를 약 700℃의 온도에서 10분간 외부전극(3a,3b)을 도금하여 도 8에 도시한 적층압전 액츄에이터 소자에 외부전극(3a,3b)을 형성한다(단계 209).
전극(3a,3b)을 형성한 적층압전 액츄에이터 소자에, 20℃/시간의 승온속도, 최고온도 450℃ ~ 850℃를 소정시간 유지하고, 200℃/시간의 승온 속도로 실온까지 승온시켜 열처리를 실시한다(단계 210). 그 후, 세라믹 시트(1)의 절연저항을 측정하였다.
그 후, 100℃의 실리콘 오일중에서 내부전극(2a와 2b)의 사이에 3㎸/㎜의 전계를 30분간 인가하고, 압전 세라믹 시트(1)를 분극하여(단계 211), 도 8에 도시한 적층 압전 액츄에이터를 얻는다.
얻은 적층 압전 액츄에이터의 길이는 15㎜, 두께 1.0㎜, 폭 3.0㎜ 였다. 내부전극의 길이 14㎜, 각 세라믹 시트(1)에 대응하는 압전층의 두께는 약 0.09㎜, 압전세라믹층의 수는 10이고, 내부전극은 9층으로 형성하였다.
상기 방법으로 얻어진 압전자기 소자인 압전 액츄에이터의 샘플을 평가하였다. 도 9 ~ 도 11은 샘플의 절연저항을 나타낸다. 절연저항은 단계(211)의 분극 전과, 샘플에 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)에서의 내습방치 시험을 행한 후에 측정하였다. 절연저항이 108Ω 이하인 불량 샘플에는 「*」을 부여하였다.
밀폐소결로 소결되고, 또한 단계(210)에서의 온도가 450℃ ~ 800℃에서 1 시간 이상의 열처리가 실시된 시료 No. 57 ~ 64의 샘플은 분극 전의 절연저항이 109Ω 이상이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이여서 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
온도가 450 ~ 800℃의 범위외에서 단계(210)의 열처리가 실시된 시료 No. 65의 샘플은 내습 시험후의 절연저항이 106Ω 미만이여서 양호한 특성이 얻어지지 않았다.
개방소결로 소결된 시료 No. 66 ~ 74의 샘플은 온도 450 ~ 750℃에서 열처리하였지만, 분극전의 절연저항이 108Ω 이하이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하이기 때문에 부적당하다.
소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수한 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 소결시 분위기와 열처리 분위기의 산소농도를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5의 분말을 각 금속원소가 도 10에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 이 후, 도 6에 도시한 공정에서 압전자기 소자인 압전 액츄에이터를 얻는다. 얻은 압전자기 소자에 도 10에 도시한 온도, 산소분압으로 단계 (210)의 열처리를 실시한다. 열처리에서는, 최고온도는 1 시간 유지하였다.
밀폐소결로 소결하고, 산소분압이 20 kPa 이상의 분위기에서 열처리한 시료 No. 77, 79의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω이고, 또한 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
밀폐소결로 소결되어 산소분압이 10 kPa에서 열처리된, 또는 개방소결로 소결되어 산소분압이 20 kPa 이상에서 열처리된 시료 No. 75, 76, 78, 80의 샘플은 온도 550℃에서 1 시간 열처리되고, 분극전의 절연저항이 108Ω 미만이고, 내습방치 시험후의 절연저항이 108Ω 미만이기 때문에 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수한 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 소결시의 분위기와 소결의 최적온도를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5의 분말을 각 금속원소가 도 11의 조성이 되도록 칭량배합하고, 도 11에 도시한 온도, 분위기로 소결을 실시하고, 이 후, 도 6에 도시한 공정에서 압전자기 소자인 압전 액츄에이터의 샘플을 얻는다. 도 11에 도시한 소결온도는 최고온도를 나타내고, 그 최고온도를 유지하는 유지시간은 2 시간이다. 얻은 성형체는 덮개를 가지는 궤의 내부에 배치되어 소결된다. 소결에서의 분위기는 궤의 덮개를 밀폐하여 샘플을 소성하는 밀폐소결과, 궤의 덮개를 개방하여 샘플을 소성하는 개방소결의 쌍방에서 검토하였다.
800 ~ 920℃의 온도에서, 밀폐소결로 소결되고, 산소분압 20 kPa에서 600℃로 1 시간 단계(210)의 열처리가 실시된 시료 No. 82 ~ 86의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
800℃ 미만 및 950℃ 이상에서 소결된 시료 No. 81 및 87의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω미만, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하여서 부적당하다.
개방소결로 소결된 시료 No. 88 ~ 94의 샘플은, 밀폐되어 소결된 샘플보다도 많은 납이 비산되어 많은 산소결함이 결정격자중에 발생하기 때문에, 분극전의 절연저항이 109Ω 미만이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 108Ω 이하여서 부적당하다.
이상과 같이, 실시예 2에 따르면, 내부전극과 압전자기 조성물과 동시에 소결하여 얻어지는 적층구조를 가지는 압전자기 소자에서도 실시예 1과 마찬가지로 800 ~ 930℃의 온도로 밀폐된 분위기에서 소결되고, 그 후 산소분압 20 kPa 이상의 분위기에서 450 ~ 800℃로 1 시간이상 열처리를 실시함으로써, 분극전의 절연저항이 높고, 또한 고온고습도 분위기에서 방치되어도 절연저항이 저하되지 않는 높은 안정성을 가지는 압전자기 조성물이 얻어진다.
(실시예 3)
실시예 3에서의 압전자기 디바이스에 이용되는 압전자기 조성물의 제조공정은 도 1에 도시한 실시예 1과 동일하다.
먼저, 산화납(PbO), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화니오브(Nb2O5), 이산화망간(MnO2)의 분말을 각 금속원소의 몰비가 도 12에 도시한 조성이 되도록 칭량배합한다. 실시예 3에 따른 제조공정에서는, 재료에 MnO2를 함유하고 있는 점 이외는 실시예 1과 동일하기 때문에 이하의 공정은 생략한다.
다음, 실시예 3에 따른 제조공정에서 얻은 압전자기 소자의 샘플의 평가결과를 나타낸다. 도 12 ~ 도 15는 단계(110)의 분극 전에 샘플의 절연저항과, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)에서 방치하는 내습방치 시험후의 절연저항을 측정하였다. 도 2 ~ 도 5에서, 절연저항이 108Ω 이하인 불량 샘플에는 「*」을 부여하고, 소결온도가 930℃를 넘는 샘플에는 「**」을 부여한다. 도 12에 도시한 소결온도는 7500 ㎏/㎥ 이상의 밀도의 압전자기 소결체가 얻어진 최저 소결온도이다.
도 12 ~ 도 15에서, 압전자기 조성물은 기본 조성식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZr xTiyO3 에서 αwt%의 MnO2를 함유한다. 여기서, a는 원소 Pb를 1로 하였을 때의 Zn1/3Nb2/3 의 몰비, x는 Zr의 몰비, y는 Ti의 몰비이다.
0.90 <a+x+y <1.0, α가 2 wt% 미만에서 소결온도가 930℃ 이하의 시료 No. 97, 98의 샘플은, 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고, 고온(120℃), 고습도(100% ), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이여서 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
단계(109)의 열처리를 실시하지 않은 시료 No. 101 ~ 104의 샘플은 언제라도 분극전의 절연저항이 108Ω 이하가 되어 목표로 하는 특성이 얻어지지 않았다.
a+x+y ≤0.90의 시료 No. 95, 96의 샘플은 열처리를 실시하여도 소결로 발생한 산소결함이 보완되지 않고, 분극전에 108Ω의 낮은 절연저항이여서 부적당하다.
a+x+y ≥1.0인 시료 No. 99, 100의 샘플은 95% 이상의 Ag을 포함한 저렴한 내부전극을 사용할 수 있는 온도 800 ~ 930℃ 범위 외에서 소결되지 않으면 안되어 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수하여 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여 열처리 최적온도를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, MnO2의 분말을 각 금속원소가 도 13에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 이 후 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자 샘플을 얻는다. 얻은 샘플에, 도 13에 도시한 온도, 시간으로 단계(109)의 열처리를 실시하였다. 도 12에 도시한 열처리 온도는 최고온도를 나타내고, 열처리 시간은 최고온도를 유지하는 유지시간을 나타낸다. 최고 온도까지의 승온속도 및 최고온도에서는 200℃/시간의 속도로 승온 및 강온하였다. 그 후 동일하게 분극전의 절연저항과 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 분위기에 샘플을 방치하는 내습 시험후의 절연저항을 측정하였다.
온도 450℃ ~ 800℃에서, 유지시간은 1 시간 이상으로 단계(109)의 열처리를 실시한 시료 No. 107 ~ 109, 111 ~ 117의 샘플은 분극 전의 절연저항이 109Ω 이상이고 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
온도 450℃ 미만에서 열처리된 시료 No. 105, 106의 샘플은 열처리 온도가 낮기 때문에 소결시에 발생된 산소결함에 충분히 산소가 보완되지 않고 반도체화되어 분극전의 절연저항이 108Ω이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω이하여서 부적당하다.
0.2 시간으로 짧은 시간에 열처리가 실시된 시료 No. 110 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높지만, 소결시에 발생된 산소결함에 충분히 산소가 보완되지 않고 반도체화되어 내습방치 시험후의 절연저항이 107Ω 이하로 낮아 부적당하다.
850℃ 이상의 온도에서 열처리가 실시된 시료 No. 118, 119의 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높지만, 내습방치 시험후의 절연저항이 107Ω 이하여서 부적당하다. 단계(109)의 열처리에서의 850℃ 이상의 온도는 단계(106)의 소결에서의 온도와 비슷하기 때문에 이상 입성장이 발생하여 열처리중에 재소결이 일어나는 것이 낮은 절연저항의 한 원인이다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수하여 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 열처리 분위기에서의 산소분압과 열처리 최적온도를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, MnO2 의 분말을 각 금속원소가 도 14에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 이후, 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 얻은 샘플에, 도 14에 도시한 온도, 산소분압으로 열처리를 실시하였다. 열처리 시간은 최고온도를 1 시간 유지하였다.
산소분압 20 kPa 이상의 분위기에서 단계(109)의 열처리가 실시된 시료 No. 125 ~ 134의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
온도 450 ~ 750℃의 범위에서 또한 산소분압이 10 kPa에서 열처리된 시료 No. 120 ~ 124의 샘플은 분극전의 절연저항이 107Ω이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 106Ω 미만이여서 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수하여 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 소결온도와 소결의 분위기를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, MnO2의 분말을 각 금속원소가 도 15에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 도 15에 도시한 온도, 분위기로 소결을 실시하고, 이후 도 1에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 도 15에 도시한 소결온도는 소결에서의 최고온도를 나타내고, 최고온도를 유지하는 유지시간은 2 시간이다. 얻은 성형체는 덮개를 가지는 궤의 내부에 배치되어 소결된다. 소결에서의 분위기는 궤의 덮개를 밀폐하여 샘플을 소성하는 밀폐소결과, 궤의 덮개를 개방하여 샘플을 소성하는 개방소결의 쌍방에서 검토하였다.
밀폐된 분위기에서 소결되고, 600℃에서 1 시간 단계(109)에서 열처리된 시료 No. 136 ~ 140의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치형 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
800℃ 미만 및 950℃ 이상에서 소결된 시료 No. 135, 141의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω미만이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω 이하이기 때문에 부적당하다.
개방된 분위기에서 소결된 시료 No. 142 ~ 148의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω으로 높지만, 밀폐된 분위기에서 소결된 샘플보다도 많은 납을 비산하여 많은 산소결함이 결정격자중에 발생하기 때문에, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)에 방치되는 내습방치 시험후의 절연저항이 108Ω 이하이기 때문에 부적당하다.
이상과 같이, 실시예 3에 따르면, 2 wt% 미만의 MnO2를 함유하는 압전조성물은 실시예 1과 마찬가지로 800 ~ 930℃로 밀폐된 분위기에서 소결되고, 그 후 산소분압 20 kPa 이상의 분위기에서 450 ~ 800℃로 1 시간 이상 열처리가 실시되면, 분극전의 절연저항이 높고, 또한 고온고습도에서의 방치에 의해 절연저항이 저하되지 않는 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물이 얻어진다.
(실시예 4)
본 발명의 실시예 4에 따른 압전자기 디바이스에 사용되는 압전자기 조성물의 제조공정은 도 6에 도시한 실시예 2에서의 제조공정과 동일하다. 도 16은 실시예 4에서의 적층 압전자기 디바이스인 적층압전 트랜스의 분해사시도이고, 도 17은 적층 압전 트랜스의 사시도이다.
실시예 4에서는 고가의 팔라듐(Pd)의 사용량을 삭감할 수 있는 Ag을 95% 이상 함유하는 저렴한 내부전극과 압전자기 조성물을 동시에 소결하여 얻어지는 적층구조를 가지는 압전자기 디바이스로서 적층 압전 트랜스를 검토하고, 고온·고습도하에서 사용하여도 안정된 절연저항을 가지는 압전자기 조성물의 제조방법을 검토한다.
실시예 4에서는, 실시예 2의 압전자기 조성물이 MnO2를 함유하고 있고, 제조공정은 도 6에 도시한 공정과 동일한다.
먼저, 산화납(PbO), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화니오브(Nb2O5), 이산화망간(MnO2)의 분말을 각 금속원소의 몰비가 도 18에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하여 혼합한다(단계 201). 그리고, 혼합된 분말로부터 압전 세라믹 분말을 얻는다(단계 202 및 203).
얻은 압전 세라믹 분체에 유기결합재, 가소제, 유기용매를 첨가하여 슬러리를 제작하고, 그 후 닥터 블레이드법으로 슬러리를 시트형으로 성형하여 적층구조의 압전 세라믹층으로 이루어진 소정 두께를 가지는 압전 세라믹 시트(4)를 얻는다(단계 204).
다음, 압전 세라믹 시트(4)상에, 은 95% 이상 포함하는 도전 페이스트를 도포하여 도 16에 도시한 내부전극(5a,5b,5c)을 인쇄하고, 도전 페이스트를 도포하지 않은 압전 세라믹 시트상에 적층하여 일시 가압을 실시하고, 다시한번 내부전극(5a,5b,5c)을 인쇄한다. 이후 동일하게 소망하는 특성을 얻도록 도 16에 도시한 것과 같이 다수의 압전 세라믹 시트(4)를 적층, 일시 가압, 내부전극(5a,5b,5c)의 인쇄를 반복하고, 최후에 도전 페이스트를 도포하지 않은 압전 세라믹 시트(4)를 적층하여 얻은 적층체를 일시 가압하고, 그 후 18 MPa의 압력으로 본가압한다. 가압된 적층체를 절단기로 절단하여 소정 치수의 소자를 검출하여 거의 직방체형의 적층체(1002)를 얻는다(단계 205).
다음, 적층체(1002)중의 유기성분을 소결보다도 낮은 온도에서 탈지함으로써 제거한다(단계 206).
그 후, 적층체(1002)를 930℃ 이하의 온도에서, 밀폐 혹은 개방된 분위기에서 소결하여 적층 압전 트랜스용 소자를 얻는다(단계 207).
다음, 내부전극(5a,5b,5c)의 적층 압전 트랜스용 소자의 폭 방향의 측면(1002a)이 노출하도록 소자에 배럴 연마를 실시하여 적층 압전 트랜스용 소자를 가공한다(단계 208).
그 후, 글라스 프릿을 함유한 은 페이스트를 외부전극(6a,6b,6c)이 형성되는 소정의 위치에 도포하여 건조시킨다. 그 후, 적층 압전 트랜스용 소자를 약 700℃에서 10분에 도금하고, 도 17에 도시한 적층 압전 트랜스용 소자에 외부전극(6a,6b,6c)을 형성한다(단계 209).
다음, 전극(6a,6b,6c)이 형성된 적층 압전 트랜스용 소자에 200℃/시간의 승온속도로 승온하고, 최고온도 450℃ ~ 850℃를 소정시간 유지한 후, 200℃/시간의 속도로 실온까지 승온하여 열처리를 실시하고(단계 210), 그 후 세라믹 시트(4)의 절연저항을 측정한다.
다음, 100℃의 실리콘 오일중에서 내부전극(5a와 5b) 사이에 3 ㎸/㎜의 전계를 30분간 인가하고, 다음에 전극(5a와 5c) 사이와, 전극(5b와 5c) 사이에 2 ㎸/㎜의 전계를 30분간 인가하여 세라믹 시트를 분극하고, 도 17에 도시한 적층 압전 트랜스를 얻는다(단계 211).
얻은 적층 압전 트랜스의 길이는 30㎜, 두께 2.4㎜, 폭 5.8㎜ 였다. 또한 내부전극의 길이 18㎜, 압전 세라믹층의 두께는 약 0.15㎜, 압전 세라믹층의 수는 15층, 내부전극은 16층으로 형성되었다.
도 18 ~ 도 20은 압전자기 소자의 샘플 제조공정의 조건과 절연저항을 나타낸다. 압전자기 소자 샘플의 절연저항은 단계(211)의 분극 전과 샘플을 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)에서 방치하는 내습방치 시험후에 절연저항을 측정하였다. 도 18 ~ 도 20에서, 절연저항이 108Ω이하인 불량 샘플에는 「*」을 부여한다.
밀폐된 분위기에서 소결되고, 또한 450℃ ~ 800℃에서 1시간이상 열처리를 실시한 시료 No. 149 ~ 156의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
450 ~ 800℃의 범위 외에서 열처리된 시료 No. 157의 샘플은 내습방치 시험후의 절연저항이 106Ω 미만여서 양호한 특성이 얻어지지 않았다.
개방된 분위기에서 소결된 시료 No. 158 ~ 166의 샘플은 450 ~ 750℃의 온도에서 열처리되었지만, 분극전의 절연저항이 108Ω이고, 내습방치 시험후의 절연저항이 107Ω 미만이여서 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수하여 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 소결시의 분위기와 열처리 분위기의 산소분압을 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, MnO2의 분말을 각 금속원소가 도 19에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 이후, 도 6에 도시한 공정에서 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 얻은 샘플에 대하여 도 19에 도시한 온도, 산소분압에서 열처리를 실시한다. 열처리에서는 소정온도에서 1 시간 유지하였다.
밀폐된 분위기에서 소결되고, 산소분압이 20 kPa 이상의 분위기에서 열처리된 시료 No. 169, 171의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω이 되고, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)의 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
산소분압이 10 kPa, 550℃에서 1 시간 유지하여 단계(210)의 열처리가 실시되고, 및 산소분압이 20 kPa 이상의 분위기에서 550℃로 1 시간 열처리가 실시되고 또한 개방된 분위기에서 소결된 시료 No. 167, 168, 170, 172의 샘플은, 분극전의 절연저항은 109Ω으로 높지만, 내습방치 시험후의 절연저항이 108Ω 미만이기 때문에 부적당하다.
다음, 소결온도가 930℃ 이하이고 또한 우수하여 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물을 얻기 위하여, 소결시의 분위기와 소결의 최적온도를 검토하였다. 먼저, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, MnO2의 분말을 각 금속원소가 도 20에 도시한 조성이 되도록 칭량배합하고, 도 20에 도시한 온도, 분위기로 소결하고, 이후, 도 6에 도시한 공정으로 압전자기 소자의 샘플을 얻는다. 도 20에 도시한 소결온도는 단계(207)의 소결에서의 최고온도를 나타내고, 그것을 2 시간 유지하였다. 얻은 성형체는 덮개를 가지는 궤의 내부에 배치되어 소결된다. 소결에서의 분위기는 궤의 덮개를 밀폐하여 샘플을 소성하는 밀폐소결과, 궤의 덮개를 개방하여 샘플을 소성하는 개방소결의 쌍방에서 검토하였다.
800 ~ 920℃의 온도로 밀폐된 분위기에서 소결되고, 산소분압 20 kPa의 분위기에서, 600℃로 1 시간, 단계(210)의 열처리가 실시된 시료 No. 174 ~ 178의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 이상이고 또한, 고온(120℃), 고습도(100%), 고기압(2atm)에서 샘플이 방치되는 내습방치 시험후의 절연저항도 109Ω 이상이 되어 목표로 하는 특성이 얻어졌다.
800℃ 미만 및 950℃ 이상의 온도에서 소결된 시료 No. 173 및 179의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 미만이고, 내습방치 시험후의 절연저항도 107Ω이하이기 때문에 부적당하다.
또한, 개방 분위기에서 소결하면, 밀폐된 분위기에서 소결하기 보다도 많은 납이 샘플로부터 비산되고, 또한 밀폐된 분위기보다 많은 산소결함이 결정격자중에 발생한다. 시료 No. 180 ~ 186의 샘플은 분극전의 절연저항이 109Ω 미만, 내습방치 시험후의 절연저항도 108Ω 이하여서 부적당하다.
이상과 같이, 실시예 4에 따르면, 내부전극과 압전자기 조성물과 동시 소결하여 얻어지는 적층구조를 가지는 압전자기 디바이스에 있어서, 실시예 3과 마찬가지로 800 ~ 930℃로 밀폐된 분위기에서 소결하고, 그 후 산소분압 20 kPa 이상의 분위기에서 450 ~ 800℃로 1 시간이상 열처리를 실시함으로써, 분극전의 절연저항이 높고, 또한 고온고습도에 방치되어도 절연저항이 저하되지 않는 안정된 특성을 가지는 압전자기 조성물이 얻어진다.
또한, 실시예 3 및 4에 있어서, 조성물에 금속원소 Mn을 첨가하기 위하여 MnO2를 첨가하지만, MnO2 이외에 Mn3O4나 MnCO3 등의 금속원소 Mn의 화합물을 첨가하여도 무방하다. 도 1과 도 6의 단계(102, 106, 202, 207)에서의 가소 및 본소결 공정에서 Mn의 화합물은 산화되어 압전자기 소결체에서는 금속원소 Mn의 산화물로서 함유되기 때문에 동일한 효과가 얻어진다. 상기 금속원소 Mn의 화합물의 MnO2로 환산한 첨가량이 동일한 양이다. 즉 αwt%의 MnO2와 동일한 양의 Mn을 함유하는 Mn 화합물을 첨가하면 MnO2와 동일한 효과가 얻어진다.
실시예 2 및 4에서는 외부전극(3a,3b,6a ~ 6c)을 인쇄하여 건조시킨 후에 검출하여 형성한다(도 1의 단계(108), 도 6의 단계(209)). 외부전극(3a,3b,6a ~ 6c)을 인쇄한 후에, 단계(109,210)의 열처리를 실시하고, 외부전극의 검출과 열처리를 동시에 실시하여도 그 열처리 효과는 동일하다.
또한, 적층구조를 가지는 압전자기 디바이스로서, Mn을 포함하지 않는 소프트재를 이용한 적층 압전 액츄에이터를 설명하고, Mn을 포함하는 하드재를 이용한 적층 압전 트랜스를 설명하였다. 적층 고주파 공진자, 적층 고주파 필터, 가속도 센서 등의 적층구조를 가지는 압전자기 디바이스도 실시예 1 ~ 4에 따른 방법으로 제조함으로써 동일한 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 3에서의 압전자기 조성물의 제조공정을 나타낸 도면.
도 2 ~ 도 5는 실시예 1에서의 압전자기 조성물의 조성과 평가결과를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예 2 및 4에서의 압전자기 조성물의 제조공정을 나타낸 도면.
도 7은 실시예에 따른 적층압전 액츄에이터 소자의 분해사시도.
도 8은 실시예에 따른 적층압전 액츄에이터 소자의 사시도.
도 9 ~ 도 11은 실시예 2에서의 압전자기 조성물의 조성과 평가결과를 나타낸 도면.
도 12 ~ 도 15는 실시예 3에서의 압전자기 조성물의 조성과 평가결과를 나타낸 도면.
도 16은 실시예에 따른 적층압전 트랜스 소자의 분해사시도.
도 17은 실시예에 따른 적층압전 트랜스 소자의 사시도.
도 18 ~ 도 20은 실시예 4에서의 압전자기 조성물의 조성과 평가결과를 나타낸 도면.

Claims (11)

  1. 기본조성식이 Pb(Zn1/3Nb2/3)aZrxTiyO3(여기서 0.90 < a+x+y < 1.00)인 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3의 3 성분계 압전자기 조성물의 재료를 준비하는 단계;
    상기 재료를 가소하는 단계;
    상기 가소된 재료를 분쇄하여 분체를 얻는 단계;
    상기 분체로부터 소정 형상의 성형체를 제작하는 단계;
    상기 성형체가 소결되지 않는 온도에서 상기 성형체를 탈지하는 단계;
    상기 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는 단계;
    상기 소결체를 가열하여 상기 소결체에 소정의 열처리를 실시하는 단계; 및
    상기 소정의 열처리를 실시한 소결체를 분극시켜 상기 열처리를 실시한 소결체에 압전성을 부여하는 단계를 구비한 압전자기 디바이스 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 얻은 소결체에 상기 소정의 열처리를 실시하는 단계는 상기 얻은 소결체의 온도를 450℃ ~ 800℃의 범위에서 1 시간이상 유지하는 단계를 포함하는 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 얻은 소결체에 상기 소정의 열처리를 실시하는 단계는 산소분압이 20 kPa 이상의 분위기중에서 상기 얻은 소결체에 열처리를 실시하는 단계를 포함하는 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는 단계는 상기 탈지된 성형체를 밀폐한 분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는 단계는 상기 탈지된 성형체를 궤내에 밀폐하는 단계와 상기 궤내에 밀폐된 상기 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는 단계는 Pb의 비산을 억제하면서 상기 탈지된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 압전자기 조성물 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탈지된 성형체를 소결하여 소결체를 얻는 단계는 800℃ ~ 930℃ 범위의 온도에서 상기 탈지된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 얻은 소결체를 가공하는 단계를 더 구비한 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 얻은 소결체에 전극을 형성하는 단계를 더 구비한 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 성형체를 제작하는 단계는 상기 분체를 포함하는 슬러리를 제작하는 단계와 상기 슬러리를 성형하여 세라믹 그린시트를 얻는 단계와 상기 세라믹 그린시트상에 Ag을 주성분으로 하는 페이스트를 도포하여 상기 성형체로서의 적층체를 제작하는 단계를 포함하는 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 압전자기 조성물은 2 wt% 보다 적은 MnO2를 함유하고, 상기 압전자기 조성물의 상기 재료는 2 wt% 보다 적은 MnO2와 동일한 양의 Mn을 포함하는 Mn의 화합물을 함유하는 제조방법.
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