KR20100033002A - 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 - Google Patents
초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100033002A KR20100033002A KR1020080091947A KR20080091947A KR20100033002A KR 20100033002 A KR20100033002 A KR 20100033002A KR 1020080091947 A KR1020080091947 A KR 1020080091947A KR 20080091947 A KR20080091947 A KR 20080091947A KR 20100033002 A KR20100033002 A KR 20100033002A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lead
- composition
- free
- nio
- cuo
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title abstract description 34
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 101100513612 Microdochium nivale MnCO gene Proteins 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011656 manganese carbonate Substances 0.000 abstract 1
- 235000006748 manganese carbonate Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910000016 manganese(II) carbonate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- -1 NiO Chemical class 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N sodium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [Na+].[O-][Nb](=O)=O UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
- A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
- A61H23/0245—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive with ultrasonic transducers, e.g. piezoelectric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/12—Driving means
- A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
본 발명은 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물에 관한 것으로서, (Na0.5K0.5)NbO3 압전 세라믹스에 소결 첨가제 CuO, NiO, Fe2O3, MnCO3 등을 첨가하여 소결특성을 향상시키며, 높은 기계적 품질계수(Qm)와 높은 전기기계결합계수(kp)를 갖는 무연 압전세라믹스 조성물을 낮은 소결 온도에서 제공하는 것에 관한 것이다.
무연 압전 세라믹스, 전기기계결합계수, 기계적 품질계수, 초음파 진동자
Description
본 발명은 초음파 진동자용 압전 세라믹스 조성물에 관한 것으로서, (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물에 있어서, Fe2O3, NiO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol% 및 MnCO3, CuO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol%가 첨가제로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 초음파란 인간의 가청 주파수(16Hz~20kHz)보다 높은 주파수 영역의 음파를 말하며, 매질이 지닌 탄성 및 관성에 따라 발생하는 파동의 특성을 이용하여 통신적인 면에서는 각종 탐상기와 어군탐지기 등의 센서로서, 동력적인 면에서는 가공기 및 세척기로 응용되며, 최근에는 용접 및 의료장비에도 많이 응용되고 있다. 종래 사용되고 있는 초음파 진동자용 재료로서는 자왜형, 압전형, 전자형 진 동자 등이 있는데, 이중 압전형 진동자는 구조가 간단하여 소형경량화가 가능하며, 전자파 노이즈가 없고, 소비전력이 작다는 장점을 가지므로 산업용으로 가장 널리 이용되고 있다.
종래의 압전 세라믹스 재료는 Pb(Zr,Ti)O3계 세라믹스(이른바, PZT 세라믹스)로 현재 가장 우수한 압전 특성을 가진 압전 재료로서 압전 진동자에 많이 이용되는 세라믹스이다. PbTiO3와 PbZrO3의 고용체에 있어서 정방정계-삼방정계의 상경계(MPB: Morphotropic Phase Boundary)에서 강한 압전성을 가지면서 390℃의 Curie 온도를 가지는 PZT 고용체가 발견됨에 따라, 이 세라믹스의 압전효과를 이용한 액츄에이터(Actuator), 압전 트랜스듀서(Piezoelectric transducer), 센서(Sensor), 진동자(Resonator) 등과 같이 여러 전자소자로서 압전 세라믹스의 활용에 대한 연구가 광범위하게 이루어져 왔다.
그러나 압전성이 우수한 대부분의 세라믹스 경우 납(Pb)을 포함하는 조성을 가짐으로써, 1000℃이상에서는 PbO가 급격히 휘발함으로 인해 조성의 변동이 생겨 재현성이 어렵다. 이를 방지하기 위해 조성에 과잉으로 PbO를 첨가하여 제조하고 있다. 이는 환경오염을 야기하고, 또한 가격 경쟁력 측면에도 문제가 있어 Pb가 포함되지 않는 무연(Lead-free) 압전 세라믹스 개발이 필요하다.
최근 무연 압전 세라믹스 중에 니오브산 칼륨나트륨(Niobium Kalium Natrium, (K,Na)NbO3)등의 조성식 ANbO3(A은 알카리 금속)으로 표시되는 비납계압전 세라믹스 (Na0.5K0.5)NbO3은 높은 상전이 온도(420oC), 낮은 항전계(5kV), 높은 잔류분극(930uC/cm2) 등과 같은 특성이 있어 납을 기본조성으로 하는 압전 세라믹스를 대체 할 수 있는 대표적인 물질 중의 하나로 여겨지고 있다. 그러나 Na2CO3, K2CO3 등의 원료 물질들의 높은 조해성과 소결 중 휘발로 인하여 통상적인 소결 방법으로는 우수한 특성을 지닌 (Na0.5K0.5)NbO3 소결체를 제조하기 어렵고 기계적 품질계수(Qm)가 낮은 문제점이 있다.
한편 일반적으로 초음파 진동자용 압전 재료로서는 압전상수가 커서 인가전압에 대한 진동변위가 크고, 기계적품질계수(Qm)가 커서 열손실을 최소화하여 장시간 연속 구동시에도 특성 열화가 발생되지 않으며, 큐리온도(Tc)가 높아서 사용온도 변화에 큰 영향을 받지 않는 조성이 요구되고 있다.
Soft형의 경우 압전상수가 높은 반면에 기계적 품질계수 및 큐리온도가 낮아 연속 구동이 어려운 단점이 있고, Hard형의 경우 기계적 품질계수 및 큐리온도는 높지만 압전상수가 낮아 진동변위 및 감도가 낮아지는 단점이 있다.
따라서 현재 초음파 진동자용 압전 재료로는 중간형의 조성이 널리 사용되고 있으나, 최근 소자의 고성능화, 고신뢰화 추세에 의하여 압전상수 및 기계적품질계수가 동시에 높은 조성의 필요성이 대두되고 있다.
종래 기술인 대한민국 등록특허 10-0295619에는 Pb(Zr,Ti)O3계 세라믹스에 MnO2를 첨가하여 압전 상수와 기계적 품질계수의 향상을 시도하고 있으나, 기존 환경규제 물질인 납계의 압전세라믹스 조성물이라는 점과 업계가 원하는 소자의 고성능화, 고신뢰화를 위한 물성의 개선효과가 크지 않다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, (Na0.5K0.5)NbO3(이하 NKN으로 칭함) 압전 세라믹스에 소결 첨가제 CuO, NiO, Fe2O3, MnCO3를 첨가하여 소결특성을 높이고 높은 기계적 품질계수(Qm)와 높은 전기기계결합계수(kp)를 가지는 무연 압전 세라믹스 조성물을 낮은 소결 온도에서 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 본 발명의 목적을 달성하기 위해,
(Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물에 있어서,
Fe2O3, NiO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol% 및 MnCO3, CuO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol%가 첨가제로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물을 제공한다.
상기의 (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물의 소결온도는 1000 ~ 1075℃로 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 기존 환경규제 물질인 납(Pb)계의 압전세라믹스 조성물을 대체할 수 있는 환경 친화적 압전세라믹 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서는 Na0.5K0.5NbO3 조성물에 소결첨가제 NiO, Fe2O3, MnCO3, CuO 등 금속 산화물을 첨가하여 높은 기계적 품질계수를 가지며 높은 전기기계결합계수를 가지는 무연 압전 세라믹스를 제공한다.
또한 저온 소결을 실현하여 무연 압전 세라믹스의 경제적인 생산에 기여한다.
이하, 첨부 도면과 함께 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 살펴 본다. 단 제시하는 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐 이것으로 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 당업자의 입장에서 자명하다.
본 발명은 (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물에 있어서,
Fe2O3, NiO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol% 및 MnCO3, CuO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol%가 첨가제로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물을 제공한다.
상기의 (Na0 .5K0 .5)NbO3는 납계의 압전 세라믹스를 대체하는 (Li,Na,K)NbO3의 압전세라믹 중 Na와 K 두 가지를 선택해 구성된 것이고, 그 양자의 비율은 동일하게 하였다. 이것은 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5를 출발 물질로 하여 분말의 형태로 제조된다.
상기의 Fe2O3, NiO, MnCO3, CuO의 금속 산화물은 소결첨가제로 쓰인다. 일반적으로 압전재료의 제조에 있어서 소결 특성을 높이기 위해 소결 첨가제를 첨가하는데 첨가제의 혼합을 적절히 조절하면 보다 우수한 전기적 기계적 특성, 특히 다른 전기적 특성과 함께 우수한 기계적 품질계수를 가진 압전재료의 제조가 가능하기 때문에 소결 첨가제의 혼합 첨가에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 발명자는 여러 금속 산화물을 대상으로 그 첨가에 대한 물성의 영향에 대한 연구를 거듭한 끝에 상기의 네 가지 금속 산화물이 적절히 혼합 첨가될 때 물성의 향상이 크다는 것을 알 수 있었다.
상기의 금속 산화물 소결 첨가제는 그 첨가량이 중요한 변수이다. 첨가량에 따라 기계적 품질계수 등 물성의 향상이 확연히 달라지고 과량 첨가시는 오히려 그 물성의 악화 등이 나타나기 때문이다. 상기의 Fe2O3, NiO 중에서 적어도 어느 하나 를 선택하여 구성된 금속산화물과 MnCO3, CuO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물의 첨가량은 각각 0.1 ~ 3mol%가 바람직하다. 첨가량이 0.1 mol% 미만인 경우는 기계적 품질계수의 향상 효과가 작아서 진동자 등의 용도에 적합한 압전소자의 생산을 할 수 없고, 3 mol% 초과의 첨가는 대부분의 소결 온도에서 기계적 품질계수 상승효과가 미미하고, 오히려 세라믹의 절연성이 약화되어 분극 처리 시행이 어려운 문제점이 발생하기 때문이다.
상기의 (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물의 소결온도는 1000 ~ 1075℃로 하는 것이 바람직하다. 이것은 일반적인 PZT 분말의 소결 온도인 1200 ~ 1350℃보다 현저히 낮은 온도이다.
실험의 결과 소결 온도가 1025 ~ 1050℃일 때, NiO이 0.5 ~ 3mol%, CuO가 0.5 ~ 3mol%의 비율로 첨가될 때 기계적 품질계수 값의 향상이 가장 크다.
본 발명에 있어 제조방법은 다음과 같다.
또한 무연 압전 세라믹스 조성물의 제조방법은 일반적인 세라믹스 공정으로 제조하였다. 이는 Na2CO3, K2CO3, Nb2O5의 시료를 혼합, 분쇄한 후 건조하여 하소하는 단계와 상기 제조된 NKN 조성의 세라믹 분발에 소결첨가제로 NiO, Fe2O3, MnCO3, CuO를 0.1~3mol% 첨가하여 다시 분쇄 및 건조 후 최종 분말을 얻는 단계로 이루어진다. 상기 제조된 분말을 성형 및 소결해 무연 압전체를 얻는다. 상기의 제조방법 에 있어서, 소결 온도는 1000~1075oC가 바람직하다.
[실시예 1]
본 발명에 있어서는 NKN 세라믹스 조성물에 NiO, Fe2O3, MnCO3, CuO의 첨가량을 변화시키면서 그에 따른 구조적 특성과 압전 특성을 조사하였다. 본 실시예는 산화물 혼합법에 의해 제조하였다.
Na2CO3, K2CO3, Nb2O5를 출발물질로 NKN 조성의 세라믹 분말을 제조하였다. 에탄올과 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 혼합하고 건조한 후, 알루미나 도가니를 이용하여 850oC에서 5시간 동안 하소하였다. 제조된 NKN 분말에 소결 조제로 NiO와 CuO의 첨가량을 변화시켜 최종 조성물을 얻었다. 최종 조성물에 PVA를 5wt.% 첨가하여 disk 형태로 성형한 후, 알루미나 도가니를 이용하여 1000 ~ 1075oC에서 2시간 동안 열처리하였다. 원료분말의 조해성이 높기 때문에 모든 공정에서 수분과의 접촉을 최대한 억제하였다.
최종 조성물 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였다. 압전 특성을 측정하기 위하여 0.6mm 두께로 가공하여 시편에 Ag 전극을 도포하여 700oC에서 30분 열처리 한 후, 150oC에서 30분간 30kV/cm 직류 전계로 분극처리 하였다. 압전 특성은 Piezometer(PM 100) 측정기로 측정하였으며, 전기기계결합계수는 Impedance analyzer(HP4294A)를 이용하여 공진 및 반공진 주파수와 공진 저항을 측정하여 기계적 품질계수와 전기기계결합계수를 산출하였다. 각 시편의 XRD 분석으로 결정구조를 분석하였다.
아래의 표들은 상기 실시예와 같은 방법으로 무연 압전 세라믹 조성물을 제조하여 각 성분 함량 및 소결온도에 따른 무연 압전 세라믹스의 압전체 물성을 나타낸 것이다.
표 1은 NKN에 소결첨가제 NiO와 Fe2O3을 첨가하였을 때 그에 따른 물성 값을 나타내었다. NiO가 1mol%첨가된 시편을 1075oC에서 소결한 시료번호 5의 기계적 품질계수가 377로 가장 높은 값을 나타내었다.
[표 1]
* : 본 발명의 특허청구범위 밖
[실시예2]
실시예 2는 NiO, CuO, MnCO3가 복합 첨가된 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
표 2는 NKN에 소결첨가제 NiO, CuO, MnCO3을 복합 첨가에 따른 특성을 나타내었다. 1mol%의 NiO와 CuO가 복합 첨가된 시료 번호 12번에서 기계적품질계수가 613로 가장 높은 값을 나타내었다.
[표 2]
* : 본 발명의 특허청구범위 밖
[실시예 3]
실시예 3은 NKN+0.5mol%NiO에 CuO의 첨가량을 변화시킨 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
표 3은 NiO와 CuO 첨가량과 소결온도에 따른 특성을 나타낸다. NKN 소재에 NiO 0.5mol%와, CuO 2mol%가 첨가된 시료번호 34가 기계적 품질계수(Qm)가 1562로 가장 높은 값을 나타내었다.
[표 3]
* : 본 발명의 특허청구범위 밖
도 1, 2는 상기 표의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 1은 NKN계에 NiO가 복합 첨가하였을 때 기계적 품질계수(Qm)를 보여주고 있다. 기계적 품질계수는 0.5mol%NiO가 첨가되었을 때 377로 높은 값을 보여주고 있다.
도 2는 NKN계에 NiO와 CuO를 복합 첨가하였을 때 기계적 품질계수(Qm)를 보여주고 있다. 기계적 품질계수는 0.5mol%NiO와 2mol%CuO가 함께 첨가되었을 때, 1562로 매우 높은 값을 보여주고 있다.
도 3은 X-ray 회절분석에 의한 것으로, CuO의 첨가량에 따른 시편의 결정구조는 모두 (002),(200) 피크를 나타내며 정방정상을 나타내었고 CuO 첨가로 인한 상전이나 2차상은 관찰되지 않았다.
도 4는 임피던스 분석기를 이용하여 NKN+0.005NiO+0.02CuO의 주파수 특성을 보여주고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 무연 압전 세라믹스 조성물에 있어서, NiO 함량에 따른 기계적 품질계수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 무연 압전 세라믹스 조성물에 있어서, CuO 함량에 따른 기계적 품질계수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 무연 압전 세라믹스 조성물에 있어서, CuO 함량에 따른 1050℃에서 소결한 시편의 결정구조를 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 무연 압전 세라믹스 조성물에 있어서, 0.5mol% NiO와 2mol% CuO 함량에 따른 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
Claims (2)
- (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물에 있어서,Fe2O3, NiO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol% 및 MnCO3, CuO 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 구성된 금속산화물 0.1 ~ 3 mol%가 첨가제로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물.
- 청구항 1에 있어서,상기의 (Na0.5K0.5)NbO3로 이루어진 무연 압전세라믹스 조성물의 소결온도는 1000 ~ 1075℃인 것을 특징으로 하는 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080091947A KR101043041B1 (ko) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080091947A KR101043041B1 (ko) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100033002A true KR20100033002A (ko) | 2010-03-29 |
| KR101043041B1 KR101043041B1 (ko) | 2011-06-21 |
Family
ID=42182033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080091947A KR101043041B1 (ko) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101043041B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015163685A1 (ko) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 고려대학교 산학협력단 | 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 노킹 센서 |
| WO2016159633A1 (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 고려대학교 산학협력단 | 적층형 액츄에이터 및 이의 제조 방법 |
| CN114478006A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-13 | 中南大学 | 一种KNNS-BNZ+CuO压电陶瓷材料及其制备方法、应用 |
| KR20220117025A (ko) * | 2021-02-16 | 2022-08-23 | 한양대학교 산학협력단 | 무연 압전 세라믹 조성물 및 무연 압전 세라믹 제조 방법 |
| CN117362034A (zh) * | 2023-11-10 | 2024-01-09 | 成都信息工程大学 | 一种高机械品质因数铌酸钾钠基压电陶瓷及低温制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7077704B2 (ja) | 2018-03-23 | 2022-05-31 | Tdk株式会社 | 圧電組成物および圧電素子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3531803B2 (ja) | 1999-02-24 | 2004-05-31 | 株式会社豊田中央研究所 | アルカリ金属含有ニオブ酸化物系圧電材料組成物 |
| JP4480967B2 (ja) | 2003-01-23 | 2010-06-16 | 株式会社デンソー | 圧電磁器組成物，圧電素子，及び誘電素子 |
| JP2007022854A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Toyota Motor Corp | ニオブ酸カリウムナトリウム系無鉛圧電セラミック及びその製造方法 |
| KR100896966B1 (ko) | 2007-10-19 | 2009-05-14 | 주식회사 이노칩테크놀로지 | 압전 재료 및 그 제조 방법 |
-
2008
- 2008-09-19 KR KR1020080091947A patent/KR101043041B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015163685A1 (ko) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 고려대학교 산학협력단 | 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 노킹 센서 |
| KR20150122418A (ko) * | 2014-04-23 | 2015-11-02 | 고려대학교 산학협력단 | 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법 및 자동차 노킹 센서 |
| WO2016159633A1 (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 고려대학교 산학협력단 | 적층형 액츄에이터 및 이의 제조 방법 |
| KR20160116863A (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 고려대학교 산학협력단 | 적층형 액츄에이터의 제조 방법 |
| KR20220117025A (ko) * | 2021-02-16 | 2022-08-23 | 한양대학교 산학협력단 | 무연 압전 세라믹 조성물 및 무연 압전 세라믹 제조 방법 |
| CN114478006A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-13 | 中南大学 | 一种KNNS-BNZ+CuO压电陶瓷材料及其制备方法、应用 |
| CN117362034A (zh) * | 2023-11-10 | 2024-01-09 | 成都信息工程大学 | 一种高机械品质因数铌酸钾钠基压电陶瓷及低温制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101043041B1 (ko) | 2011-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Piezoelectric properties in (K 0.5 Bi 0.5) TiO 3-(Na 0.5 Bi 0.5) TiO 3-BaTiO 3 lead-free ceramics | |
| Lin et al. | Piezoelectric and ferroelectric properties of KxNa1− xNbO3 lead-free ceramics with MnO2 and CuO doping | |
| JP5217997B2 (ja) | 圧電磁器、振動子及び超音波モータ | |
| JP4929522B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP4684089B2 (ja) | 圧電磁器組成物および圧電磁器 | |
| KR101043041B1 (ko) | 초음파 진동자용 무연 압전세라믹스 조성물 | |
| Chan et al. | Sb doping effects on the piezoelectric and ferroelectric characteristics of lead-free Na0. 5K0. 5Nb1− x SbxO3 piezoelectric ceramics | |
| JP2009227535A (ja) | 圧電性磁器組成物 | |
| Yang et al. | Investigation of CuO‐Doped NKN Ceramics with High Mechanical Quality Factor Synthesized by a B‐Site Oxide Precursor Method | |
| JP2014224038A (ja) | 圧電セラミックス及びこれを用いた圧電デバイス | |
| Gurdal et al. | High power characterization of (Na0. 5K0. 5) NbO3 based lead-free piezoelectric ceramics | |
| KR101091192B1 (ko) | 저온 소성용 무연 압전세라믹 조성물 및 제조방법 | |
| KR101310450B1 (ko) | 기계적 품질계수가 우수한 무연 압전 세라믹 조성물 | |
| Lin et al. | Microstructure, dielectric and piezoelectric properties of (K 0.5 Na 0.5) NbO 3-Ba (Ti 0.95 Zr 0.05) O 3 lead-free ceramics with CuO sintering aid | |
| Chao et al. | Fabrication, temperature stability and characteristics of Pb (ZrxTiy) O3–Pb (Zn1/3Nb2/3) O3–Pb (Ni1/3Nb2/3) O3 piezoelectric ceramics bimorph | |
| Chang et al. | The effects of sintering temperature on the properties of lead-free (Na0. 5K0. 5) NbO3–SrTiO3 ceramics | |
| KR100901463B1 (ko) | 센서 및 액추에이터용 비납계 압전 세라믹 조성물 및 그제조방법 | |
| KR101306472B1 (ko) | 무연 압전 세라믹 조성물 | |
| Xing et al. | Structure of Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) for power ultrasonic transducer | |
| JP2011213538A (ja) | 圧電組成物、圧電磁器、振動子、及び超音波モータ | |
| JP2005119945A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| Safari et al. | (K 0.44, Na 0.52, Li 0.04)(Nb 0.84, Ta 0.10, Sb 0.06) O 3 Ferroelectric Ceramics | |
| JP4992796B2 (ja) | 発振子 | |
| Chen et al. | Effect of bismuth doping on dielectric, piezoelectric and ferroelectric properties of PZT ceramics | |
| Wen et al. | Balanced Development of Piezoelectricity and Curie Temperature in KNN-BC-xBNH Lead-Free Ceramics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140425 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |