KR20150122418A - Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR INCLUDING THE SAME - Google Patents

Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR INCLUDING THE SAME Download PDF

Info

Publication number
KR20150122418A
KR20150122418A KR1020140048629A KR20140048629A KR20150122418A KR 20150122418 A KR20150122418 A KR 20150122418A KR 1020140048629 A KR1020140048629 A KR 1020140048629A KR 20140048629 A KR20140048629 A KR 20140048629A KR 20150122418 A KR20150122418 A KR 20150122418A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric
powder
cuo
knocking sensor
automobile
Prior art date
Application number
KR1020140048629A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101616181B1 (en
Inventor
남산
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020140048629A priority Critical patent/KR101616181B1/en
Priority to PCT/KR2015/004011 priority patent/WO2015163685A1/en
Publication of KR20150122418A publication Critical patent/KR20150122418A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101616181B1 publication Critical patent/KR101616181B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

A lead-free piezoelectric material for a vehicle knock sensor comprises: (Na_(1-x)K_x)NbO_3; and an additive CuO of z mol%, and has the sintering temperature of 940 to 980°C, wherein x is 0.5 or 1, and 0.5 <= z <= 2.0.

Description

자동차 노킹 센서용 비연계 압전체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 노킹 센서{Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a non-connected piezoelectric member for a vehicle knocking sensor, a manufacturing method thereof, and an automobile knocking sensor including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002]

본 발명은 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 노킹 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 납(Pb)을 포함하지 않고 기계적 에너지 및 전기적 에너지를 상호 변환시키는 비연계 압전체 및 상기 비연계 압전체의 제조 방법 및 자동차 노킹 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-linked piezoelectric member for a vehicle knocking sensor, a method of manufacturing the same, and an automobile knocking sensor including the same. More particularly, the present invention relates to a non-connected piezoelectric member that does not include lead (Pb) A manufacturing method of the non-linked piezoelectric body, and an automobile knocking sensor.

압전체는 초음파 기기, 영상기기, 음향기기, 통신기기, 센서 등의 광범위한 분야에 이용되는 초음파 진동자, 전기기계 트랜스듀서(transducer), 액츄에이터(actuator) 부품들의 재료로 널리 사용되고 있다.Piezoelectric bodies are widely used as materials for ultrasonic vibrators, electromechanical transducers, and actuator parts used in a wide range of fields such as ultrasonic devices, video devices, acoustic devices, communication devices, and sensors.

지금까지는 Pb(Zr,Ti)O3(이하; PZT) 계열의 압전 재료가 높은 특성을 가져 대부분의 압전 부품 재료로 활용되고 있다. 하지만 납(Pb)는 독성이 강한 물질이고, 소결 공정 중 휘발이 되어 심각한 환경오염을 일으키고 있다. 따라서 PZT를 대체하기 위한 비연계 압전체에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. Up to now, piezoelectric materials of Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PZT) have high properties and are utilized as most piezoelectric material. However, lead (Pb) is a toxic substance, volatilizes during the sintering process and causes serious environmental pollution. Therefore, research and development of nonconjugated piezoelectric materials for replacing PZT have been actively conducted.

한편, 비연 압전체의 경우 자동차 노킹 센서용 진동 센서로 응용될 수 있는 우수한 특성을 지니고 있다. 따라서, 비연 압전체에 대한 적합한 조성만 개발이 된다면 PZT를 대체할 수 있을 것으로 판단된다. 뿐만 아니라, 상기 비연 압전체의 조성의 개발을 통해 자동차 노킹 센서와 같은 진동 센서뿐 아니라, 압전 음향 부품 및 액츄에이터 등에도 충분히 활용이 가능하다.On the other hand, in the case of a non-leaded piezoelectric body, it has excellent characteristics that can be applied to a vibration sensor for an automobile knocking sensor. Therefore, it is considered that PZT can be substituted if only the proper composition for the non-piezoelectric ceramics is developed. In addition, through the development of the composition of the non-lead piezoelectric material, it is possible to sufficiently utilize not only a vibration sensor such as a car knocking sensor but also a piezoelectric acoustic device and an actuator.

비연계 압전체를 이루는 물질로서 BaTiO3,(Bi1/2Na1/2)TiO3 및 Alkali-Niobate 계열 세라믹스가 있다. 상기 알칼리 계열 세라믹스는 압전 특성이 우수하고 400˚C 이상의 높은 상전이 온도(Tc)를 가지고 있다.BaTiO 3 , (Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 and Alkali-Niobate series ceramics are used as the material of the non-connected piezoelectric substance. The alkali-based ceramics have excellent piezoelectric characteristics and a high phase transition temperature (T c ) of 400 ° C or higher.

최근에는 알칼리 계열 세라믹스의 일종인 (Na,K)NbO3 (이하, NKN 이라 함) 및 KNbO3 (이하, KN 이라 함) 세라믹에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히, NKN-LNTS는 PZT와 유사한 압전 특성을 보인다는 내용이 Nature에 발표되는 등 현재 PZT를 대체할 수 있는 비연계 압전체로 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 NKN 세라믹스는 1,000oC 이상의 높은 온도에서 나트륨(Na)의 휘발로 인한 소결이 이루어진다. 이러한 나트륨 휘발로 인해 NKN세라믹스의 완벽한 소결이 어렵고 세라믹 자체의 절연 저항이 떨어지게 된다. 절연 저항의 감소는 압전 세라믹의 분극 공정에 영향을 미쳐 압전 특성의 악화를 초래할 수 있다.Recently, much research has been conducted on (Na, K) NbO 3 (hereinafter referred to as NKN) and KNbO 3 (hereinafter referred to as KN) ceramics, which are one kind of alkali-based ceramics. In particular, NKN-LNTS has piezoelectric properties similar to PZT, and many researches have been conducted on non-connected piezoelectric materials that can replace PZT at present. However, NKN ceramics are sintered due to the volatilization of sodium (Na) at temperatures higher than 1,000 ° C. Such sodium volatilization makes it difficult to complete the sintering of NKN ceramics and the insulation resistance of the ceramic itself falls. The decrease of the insulation resistance affects the polarization process of the piezoelectric ceramics and may cause deterioration of the piezoelectric characteristics.

따라서 이러한 NKN 세라믹스를 저온에서 소결하여 나트륨의 휘발을 억제하는 동시에 압전 특성의 향상을 위한 연구가 필요하며, 상기 문제를 해결할 경우 다양한 분야에서 PZT를 대체할 비연압전 조성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, it is necessary to study the improvement of piezoelectric characteristics while suppressing the volatilization of sodium by sintering the NKN ceramics at a low temperature. If the above problem is solved, it is considered that the non-piezoelectric piezoelectric composition to replace PZT can be secured in various fields.

한편, KN 비연계 압전체의 경우 2001년에 S. Wada 등이 KN 단결정이 우수한 압전 특성과 상대적으로 430oC의 높은 상전이 온도를 가지고 있다고 보고하였다. 하지만 KN제조에 있어 K2O가 1,000oC이상의 높은 소결 온도에서 휘발되어 2차상이 형성되므로 압전 특성이 저하 되는 심각한 문제가 되어 왔다. On the other hand, S. Wada et al. (2001) reported that KN monocrystals have excellent piezoelectric properties and relatively high phase transition temperatures of 430 ° C. However, in KN production, K 2 O is volatilized at a high sintering temperature of 1,000 ° C or higher, and a secondary phase is formed, which has been a serious problem of deteriorating piezoelectric characteristics.

이와 같이 KN 압전체는 기존 비연 압전 재료에 비해 높은 상전이 온도(Tc)를 가져, PZT를 대체 할 수 있는 비연계 압전체로 가능성을 인정받아서 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 제조 공정이 복잡하고, 압전 특성이 낮으며, 소결 온도가 KN 세라믹의 융점과 비슷한 단점이 있다.As such, the KN piezoelectric body has a higher phase transition temperature (T c ) than that of the conventional non-piezoelectric piezoelectric material, and has been recognized as a non-connected piezoelectric body capable of replacing PZT. However, the manufacturing process is complicated, the piezoelectric characteristics are low, and the sintering temperature is similar to the melting point of KN ceramics.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 일 목적은 개선된 압전 특성을 갖는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a non-connected piezoelectric body for an automobile knock sensor having improved piezoelectric characteristics.

본 발명의 다른 목적은 상대적으로 간단한 제조 공정을 통하여 감소된 소결 온도에서 제조될 수 있는 우수한 압전 특성을 갖는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a non-connected piezoelectric material for automobile knock sensors having excellent piezoelectric properties that can be manufactured at a reduced sintering temperature through a relatively simple manufacturing process.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체는 (Na1-xKx)NbO3; 및 z mol%의 첨가제 CuO를 포함하고, 940 내지 980˚C의 소결 온도를 갖는다. 여기서, x는 0.5 또는 1이며, 0.5≤z≤2.0 이다.In order to achieve one object of the present invention, the non-associated piezoelectric knocking sensor for automobiles in accordance with an embodiment of the invention (Na 1-x K x) NbO 3; And z mol% of additive CuO, and has a sintering temperature of 940 to 980 [deg.] C. Here, x is 0.5 or 1, and 0.5? Z? 2.0.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법에 있어서, (Na2CO3 또는 K2CO3) 및 Nb2O5를 원료로서 혼합하여 제1 혼합물을 형성하고, 상기 제1 혼합물을 이용하여 제1 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제1 분말을 형성한다. 상기 제1 분말을 하소하여 (Na1-xKx)NbO3 분말(여기서, x는 0.5 또는 1임)을 형성하고, 상기 (Na1-xKx)NbO3 분말에 z mol%의 첨가제 CuO(여기서, 0.5≤z≤2.0 임)를 첨가하여 제2 혼합물을 형성한다. 이후, 상기 제2 혼합물을 이용하여 제2 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제2 분말을 형성하고, 상기 제2 분말을 940 내지 980˚C의 온도에서 소결하여 소결체를 형성한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a non-connected piezoelectric member for a vehicle knock sensor, comprising: (Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 ) and Nb 2 O 5 are mixed as a raw material to form a first mixture, and the first mixture is used to form a first powder through a first milling process and a second drying process. Calcining the first powder to form a (Na 1-x K x ) NbO 3 powder (where x is 0.5 or 1), adding to the (Na 1-x K x ) NbO 3 powder z mol% CuO where 0.5? Z? 2.0 is added to form a second mixture. Thereafter, a second powder is formed through a second milling process and a second drying process using the second mixture, and the second powder is sintered at a temperature of 940 to 980 DEG C to form a sintered body.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 밀링 공정은 상기 제1 혼합물을 나일론 자르(nylon jar)에 무수 알콜 용매와 함께 넣고 지르코니아 볼을 사용하여 2시간 내지 24시간동안 분쇄할 수 있다.  In one embodiment of the present invention, the first milling step may include milling the first mixture in a nylon jar together with an anhydrous alcohol solvent and using a zirconia ball for 2 to 24 hours.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 밀링 공정은 상기 제2 혼합물을 나일론 자르(nylon jar)에 무수 알콜 용매와 함께 넣고 지르코니아 볼을 사용하여 48시간 내지 72시간 동안 분쇄할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second milling step may include pulverizing the second mixture in a nylon jar together with an anhydrous alcohol solvent using a zirconia ball for 48 hours to 72 hours.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 분말을 소결하여 소결체를 형성하는 공정은 2시간 내지 20시간 동안 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of sintering the second powder to form the sintered body may be performed for 2 to 20 hours.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체 및 이의 제조 방법에 따르면, CuO가 첨가되며 납(Pb)이 첨가되지 않아, 환경문제를 억제할 수 있다. 나아가, 상대적으로 간단한 공정을 통하여 비연계 압전체가 제조될 수 있다. 특히, 1,000˚C보다 낮은 온도에서 저온 소결 공정이 가능함에 따라 Na2O 및 K2O의 휘발이 억제됨으로써 균일한 조성을 갖는 비연계 압전체가 제조될 수 있다. 나아가, CuO가 첨가된 비연계 압전체는 우수한 압전 특성 및 유전 특성을 구현할 수 있다. 특히 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 비연계 압전체는 자동차용 노킹 센서를 비롯한 각종 진동 센서에 적합하도록 상대적으로 높은 압전 전압 상수(g33)값, 품질계수(Qm)값 및 높은 상전이 온도(Tc)값을 가짐에 따라 비연계 압전 센서에 활용이 가능하다.According to the non-connected piezoelectric member for automobile knock sensor and the method of manufacturing the same according to the embodiments of the present invention described above, CuO is added and lead (Pb) is not added, so that environmental problems can be suppressed. Further, a non-connected piezoelectric substance can be produced through a relatively simple process. Particularly, since the low-temperature sintering process is possible at a temperature lower than 1,000 ° C, the volatilization of Na 2 O and K 2 O is suppressed, so that a non-connected piezoelectric material having a uniform composition can be manufactured. Further, the non-connected piezoelectric material to which CuO is added can realize excellent piezoelectric characteristics and dielectric properties. In particular, the non-connected piezoelectric member according to the above-described embodiments of the present invention has a relatively high piezoelectric constant (g 33 ) value, a quality coefficient (Q m ) value, and a high phase transition temperature (T c ), it can be applied to non-linked piezoelectric sensors.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 소결 온도의 변화에 따른 CuO가 첨가된 NKN압전체의 상대 밀도, 유전 특성 및 압전 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도3은 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 KN 압전체에 대하여 CuO 첨가량의 변화에 따른 미세 구조를 보여주는 전자 주사 현미경 사진들이다.
도 4는 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 KN 압전체의 상대밀도, 유전 특성 및 압전 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 NKN 압전체(실시예1)를 이용하여 제조된 녹킹(knocking) 센서 및 PZT(기존 상용품, 비교예)를 이용한 자동차 노킹 센서의 센서 감도 특성들을 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a non-connected piezoelectric member for a vehicle knock sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing changes in relative density, dielectric characteristics, and piezoelectric characteristics of CuO-added NKN piezoelectric materials with changes in sintering temperature.
FIG. 3 is an electron micrograph showing microstructure of CuO-added KN piezoelectric ceramics sintered at 960.degree. C. for 2.0 hours according to the change of CuO addition amount.
FIG. 4 is a graph showing the relative density, dielectric characteristics, and piezoelectric characteristics of CuO-doped KN piezoelectric ceramics sintered at 960 ° C for 2.0 hours.
5 is a graph showing the sensor sensitivity of a knocking sensor using a knocking sensor manufactured using an NKN piezoelectric body (Example 1) with CuO added at 960 ° C for 2.0 hours and a car knocking sensor using PZT FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising", and the like are intended to specify that there is a feature, step, function, element, or combination of features disclosed in the specification, Quot; or &quot; an &quot; or &lt; / RTI &gt; combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

비연계 압전체Non-connected piezoelectric body

본 발명의 실시예들에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체는 (Na1-xKx)NbO3 및 z mol%의 첨가제 CuO를 포함한다. 여기서, x는 0.5 또는 1이며, 0.5≤z≤2.0의 범위를 갖는다. 즉, x가 0.5일 경우, 비연계 압전체는 (Na0.5K0.5)NbO3를 포함하므로, NKN 계열의 압전체에 해당하며, x가 1일 경우, KNbO3를 포함하므로, KN 계열의 압전체에 해당한다.Decoupled piezoelectric knocking sensor for automobiles in accordance with embodiments of the present invention comprises (Na 1-x K x) NbO 3 and z mol% of CuO additives. Here, x is 0.5 or 1 and has a range of 0.5? Z? 2.0. That is, when x is 0.5, the non-connected piezoelectric material includes (Na 0.5 K 0.5 ) NbO 3 and corresponds to an NKN series piezoelectric substance. When x is 1, KNbO 3 is included. do.

상기 첨가제는 CuO를 포함한다. 상기 첨가제는 상기 비연계 압전체를 제조하는 소결 공정 중 (Na1-xKx)NbO3 와 반응하여 중간체를 형성하고 상기 중간체는 상대적으로 낮은 녹는점을 가짐에 따라 감소된 소결 온도에서 액상 소결 공정이 진행될 수 있도록 한다. 즉, 940 내지 980˚C의 소결 온도에서 상기 소결 공정이 진행될 수 있다. 이로써, 상기 감소된 소결 온도에서 소결 공정이 진행됨에 따라, Na2O 및 K2O의 휘발이 억제됨으로써 균일한 조성을 갖는 비연계 압전체가 제조될 수 있다. 또한, CuO가 첨가된 비연계 압전체는 우수한 압전 특성 및 유전 특성을 구현할 수 있다
The additive comprises CuO. The additive reacts with (Na 1-x K x ) NbO 3 in the sintering process for producing the non-interconnected piezoelectric body to form an intermediate, and the intermediate has a relatively low melting point, So that it can proceed. That is, the sintering process can be performed at a sintering temperature of 940 to 980 ° C. Accordingly, as the sintering process proceeds at the reduced sintering temperature, volatilization of Na 2 O and K 2 O is suppressed, so that a non-connected piezoelectric material having a uniform composition can be manufactured. Further, the non-connected piezoelectric material to which CuO is added can realize excellent piezoelectric characteristics and dielectric properties

비연계 압전체의 제조 방법Method of manufacturing non-connected piezoelectric body

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a non-connected piezoelectric member for a vehicle knock sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, (Na2CO3 또는 K2CO3) 및 Nb2O5을 원료로서 혼합하여 제1 혼합물을 형성한다.(S110) Referring to Figure 1, (Na 2 CO 3, or K 2 CO 3 ) and Nb 2 O 5 are mixed as a raw material to form a first mixture (S110)

상기 제1 혼합물의 조성에 따라 순도 99%이상의 (Na2CO3 또는 K2CO3) 및 Nb2O5 를 질량 비율을 계산하는 배치(Batch) 공정을 수행한 후, 배치(Batch) 결과에 따른 각각의 무게를 평량(Weighing)하는 평량 공정을 수행한다. 이후, 상기 배치 공정 및 평량 공정에 따라 그 양에 따라 (Na2CO3 또는 K2CO3) 및 Nb2O5을 혼합하여 제1 혼합물을 형성한다. 즉, Na2CO3 , K2CO3 및 Nb2O5을 혼합하여 제1 혼합물을 형성할 경우, NKN 계열의 압전체가 형성되는 반면에, K2CO3 및 Nb2O5을 혼합하여 제1 혼합물을 형성할 경우, KN 계열의 압전체가 형성될 수 있다.Depending on the composition of the first mixture, a purity of 99% or more (Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 ) and Nb 2 O 5 are subjected to a batch process for calculating mass ratios, and a weighing process is performed for weighing each weight according to the batch result. Thereafter, depending on the amount and the weighting process (Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 ) and Nb 2 O 5 are mixed to form a first mixture. That is, when the first mixture is formed by mixing Na 2 CO 3, K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 , an NKN series piezoelectric material is formed, while K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 are mixed When a mixture is formed, a KN series piezoelectric substance can be formed.

이후, 상기 제1 혼합물을 이용하여 제1 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제1 분말을 형성한다.(S120)Thereafter, the first powder is formed through the first milling process and the second drying process using the first mixture (S120)

상기 제1 밀링 공정에 있어서, 나일론 자르(nylon jar)에서 지르코니아 볼과 함께 2 ~ 24시간동안 무수 알코올 용매를 사용하여 습식 혼합한 후 파우더로 분쇄하는 제1 볼-밀링(First ball-milling) 공정이 수행될 수 있다. 이어서, 제1 볼-밀링 공정에서 혼합된 무수 알코올을 제거하는 건조(Drying) 공정이 수행됨에 따라 파우더 형태의 제1 분말이 형성된다.In the first milling step, a first ball-milling process is performed in which a wet nylon jar is wet-mixed with a zirconia ball using an anhydrous alcohol solvent for 2 to 24 hours and pulverized by a powder Can be performed. Then, in the first ball-milling step, a drying process for removing the mixed anhydrous alcohol is performed, thereby forming a first powder in powder form.

이후, 상기 제1 분말을 하소하여 (Na1-xKx)NbO3 분말(여기서, x는 0.5 또는 1임)을 형성한다.(S130)Thereafter, the first powder is calcined to form (Na 1-x K x ) NbO 3 powder (where x is 0.5 or 1) (S 130)

여기서, x가 0.5일 경우, 비연계 압전체는 (Na0.5K0.5)NbO3를 포함하므로, NKN 계열의 압전체에 해당하며, x가 1일 경우, KNbO3를 포함하므로, KN 계열의 압전체에 해당한다. 여기서 하소(Calcination) 공정은 800 ~ 1000℃에서 2 ~ 10시간 동안 수행될 수 있다.Here, when x is 0.5, the non-connected piezoelectric material includes (Na 0.5 K 0.5 ) NbO 3 and corresponds to a piezoelectric material of NKN series. When x is 1, KNbO 3 is included. do. Here, the calcination process can be performed at 800 to 1000 ° C for 2 to 10 hours.

상기 (Na1-xKx)NbO3 분말에 z mol%의 첨가제 CuO를 첨가하여 제2 혼합물을 형성한다.(S140) 여기서, 0.5≤z≤2.0 이다. Z mol% of additive CuO is added to the (Na 1-x K x ) NbO 3 powder to form a second mixture (S140), where 0.5? Z? 2.0.

상기 첨가제는 후속하는 소결 공정 중 (Na1-xKx)NbO3 와 반응하여 중간체를 형성하고 상기 중간체는 상대적으로 낮은 녹는점을 가짐에 따라 감소된 소결 온도에서 액상 소결 공정이 진행될 수 있도록 한다. 즉, 940 내지 980˚C의 소결 온도에서 상기 소결 공정이 진행될 수 있다. 이로써, 상기 감소된 소결 온도에서 소결 공정이 진행됨에 따라, Na2O 및 K2O의 휘발이 억제됨으로써 균일한 조성을 갖는 비연계 압전체가 제조될 수 있다. 또한, CuO가 첨가된 비연계 압전체는 우수한 압전 특성 및 유전 특성을 구현할 수 있다.The additive reacts with (Na 1-x K x ) NbO 3 in a subsequent sintering process to form an intermediate and the intermediate has a relatively low melting point so that the liquid phase sintering process can proceed at a reduced sintering temperature . That is, the sintering process can be performed at a sintering temperature of 940 to 980 ° C. Accordingly, as the sintering process proceeds at the reduced sintering temperature, volatilization of Na 2 O and K 2 O is suppressed, so that a non-connected piezoelectric material having a uniform composition can be manufactured. Further, the non-connected piezoelectric material to which CuO is added can realize excellent piezoelectric characteristics and dielectric properties.

이어서, 상기 제2 혼합물을 이용하여 제2 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제2 분말을 형성한다.(S150)Next, a second powder is formed through the second milling process and the second drying process using the second mixture (S150)

여기서, 상기 제2 밀링 공정에 따르면,, (Na1-xKx)NbO3 및 CuO로 이루어진 제2 분말에 무수 알콜 용매로 48 ~ 72시간 습식 혼합하고, 지르코니아 볼을 이용하여 분쇄하는 제2 볼-밀링(Second ball-milling) 공정이 수행될 수 있다. 이이서, 상기 제2 볼-밀링 공정에 이용된 무수 알콜 용매를 제거하는 건조 공정이 수행될 수 있다. 이로써 CuO가 첨가제로 첨가된 NKN 및 KN 계열의 제2 분말이 형성된다.According to the second milling process, a second powder composed of (Na 1-x K x ) NbO 3 and CuO is wet-mixed with an anhydrous alcohol solvent for 48 to 72 hours, and the second powder is pulverized using zirconia balls A second ball-milling process can be performed. Thereafter, a drying process for removing the anhydrous alcohol solvent used in the second ball-milling process may be performed. This forms a second powder of NKN and KN series to which CuO is added as an additive.

이어서, 940 ~ 980℃에서 상기 제2 분말을 소결(Sintering) 하여 소결체를 형성하는 소결 공정이 수행된다.(S160) Subsequently, a sintering process is performed to sinter the second powder at 940 to 980 ° C. (S 160)

상기 소결체는 음파 기기, 영상기기, 음향기기, 통신기기, 센서, 초음파 진동자, 전기기계 트랜스듀서(transducer) 또는 액츄에이터(actuator)에 사용되는 압전체로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다. The sintered body may have various shapes and sizes as a piezoelectric body used for a sonic device, an image device, an acoustic device, a communication device, a sensor, an ultrasonic vibrator, an electromechanical transducer or an actuator.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소결 공정 이전에, 상기 제2 분말을 균질한 사이즈로 걸러내는 선별(Sieving) 공정 및 걸러진 분말을 특정 형상을 갖도록 가압 성형(Pressing) 공정이 선행적으로 수행될 수 있다. 일 예로서, 상기 소결체는 실린더 모양 또는 링 형상을 가질 수 있도록 가압 성형될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a sieving process for sieving the second powder at a uniform size is performed prior to the sintering process and a pressing process for forming a specific shape of the sieved powder is performed in advance . As an example, the sintered body may be pressure-molded so as to have a cylindrical shape or a ring shape.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 소결체에 대하여 후처리(post-treatment) 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 후처리 공정에 따르면, 상기 소결체를 연마한 후, 상기 소결체의 표면에 전극 물질을 도포하고 실리콘 오일 속에 담그고 120 ~ 150℃ 온도에서 3 ~ 5kV/mm DC 바이어스가 1시간 동안 인가될 수 있다.
In one embodiment of the present invention, a post-treatment process may be additionally performed on the sintered body. According to the post-treatment process, the electrode material is coated on the surface of the sintered body after the sintered body is polished, immersed in the silicone oil, and a 3 to 5 kV / mm DC bias is applied for 1 hour at a temperature of 120 to 150 ° C.

비연계 압전체의 평가Evaluation of non-connected piezoelectric body

초기 원료인 순도 99.9%의 Na2CO3,K2CO3및 Nb2O5를 혼합하여 나일론 자르(nylon jar)에서 지르코니아 볼과 함께 24시간동안 무수 알콜 용매를 사용하여 습식 혼합하여 제1 혼합물을 형성하였다. Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Nb 2 O 5 having an initial raw material purity of 99.9% were mixed and wet mixed with a zirconia ball in a nylon jar for 24 hours using an anhydrous alcohol solvent to obtain a first mixture .

이어서, 제1 혼합물을 건조 시킨 후 950℃에서 3시간 동안 하소하여 (Na0.5K0.5)NbO3(제1 실시예) 및 KNbO3(제2 실시예)분말을 합성하여 제1 분말을 제조하였다. 제1 분말에 0.5 ~ 5.0 mol%의 CuO를 첨가하여, 72시간동안 무수 알콜 용매를 사용해 습식 혼합 및 분쇄한 후 건조하여 제2 혼합물을 형성하였다. 이어서, 건조된 분말을 직경이 18mm, 높이가 약 1.3 ~ 1.5mm인 실린더 형상의 성형체로 가압 성형 후 960℃에서 2시간 동안 소결하여 소결체를 형성하였다.Then, the first mixture was dried and calcined at 950 ° C for 3 hours to prepare a first powder by synthesizing NbO 3 (first embodiment) and KNbO 3 (second embodiment) powder (Na 0.5 K 0.5 ) . 0.5 to 5.0 mol% of CuO was added to the first powder, wet mixed and pulverized using an anhydrous alcohol solvent for 72 hours, and then dried to form a second mixture. Subsequently, the dried powder was press-molded into a cylindrical shaped article having a diameter of 18 mm and a height of about 1.3 to 1.5 mm, and then sintered at 960 ° C for 2 hours to form a sintered body.

상기 소결체를 연마하고, 전극 물질을 도포한 후에 실리콘 오일 속에서 120 ~ 150℃ 온도에서 3 ~ 5kV/mm DC 바이어스를 1시간 동안 가한 후 24시간 지난 후에 특성을 측정하였다. After the sintered body was polished and the electrode material was applied, the characteristics were measured after applying the 3-5 kV / mm DC bias for 1 hour at 120-150 ° C in the silicone oil.

도 2는 소결 온도의 변화에 따른 CuO가 첨가된 NKN압전체(실시예1)의 상대 밀도, 유전 특성 및 압전 특성 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing changes in relative density, dielectric characteristics, and piezoelectric characteristics of an NKN piezoelectric body (Example 1) to which CuO is added according to a change in sintering temperature.

도 2를 참조하면, 1,000˚C이상의 저온에서도 높은 소결 밀도를 가지는 것을 알 수 있다. 단, 소결 온도가 1,000˚C에 근접하게 되면 상대 밀도가 서서히 감소하게 되는데 이는 지나치게 많은 액상 형성에 의한 것에 의한 것이다. 나트륨(Na)의 휘발이 억제 되었으므로 CuO가 첨가된 NKN 압전체는 Cu-Nb반응에 의한 액상 소결 거동이 발생한 것이다. 또한, 상대 밀도가 줄어듦에 따라 다른 압전 및 유전 특성도 서서히 감소한다. 즉, 상기와 같은 제조 방법을 따라, 960oC의 낮은 온도에서 소결되며 CuO가 1.5mol% 첨가된 KN 압전체는 g33=55Vm/N, kp=0.4, ??3 T/??0=195, Qm=880의 우수한 압전 특성을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that it has a high sintered density even at a low temperature of 1,000 ° C or more. However, when the sintering temperature is close to 1,000 ° C, the relative density gradually decreases due to excessive liquid phase formation. Since the volatilization of sodium (Na) was suppressed, the liquid phase sintering behavior by Cu-Nb reaction occurred in the NKN piezoelectric body to which CuO was added. Also, as relative densities decrease, other piezoelectric and dielectric properties also decrease slowly. That is, according to the above-described manufacturing method, the KN piezoelectric body, which is sintered at a low temperature of 960 ° C and in which 1.5 mol% of CuO is added, has g 33 = 55 Vm / N, kp = 0.4, 3 T / ?? 0 = 195 and Q m = 880, respectively.

도 3은 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 KN 압전체(실시예2)에 대하여 CuO 첨가량의 변화에 따른 미세 구조를 보여주는 전자 주사 현미경 사진들이다.3 is an electron micrograph showing the microstructure of CuO-added KN piezoelectric ceramics (Example 2) sintered at 960 ° C for 2.0 hours according to the change of CuO addition amount.

도 3을 참조하면, CuO가 첨가되지 않은 경우에는 소결 정도가 너무 낮아서 현미경 사진을 찍을 수 없다. (a)에서 보여 주듯이 매우 소량(0.5 mol%)의 CuO가 첨가된 경우에는 치밀화가 일어나지만 액상의 양이 충분하지 않아 입도 성장은 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 하지만 (b)를 살펴보면, 1.0 mol%의 CuO가 첨가된 경우에는 기공이 거의 없는 치밀한 미세구조가 형성됨을 알 수 있으며,화살표로 나타냈듯이 입도 성장도 일부 나타났다.Referring to FIG. 3, when CuO is not added, the degree of sintering is too low to take a micrograph. (a) shows that when a very small amount (0.5 mol%) of CuO is added, the densification occurs but the amount of the liquid phase is not sufficient and the grain growth does not occur. However, as shown in (b), when 1.0 mol% of CuO is added, a dense microstructure having almost no pores is formed.

또한, (c)와 (d)를 보면, CuO 양이 2.0 mol% 이상으로 증가하면 치밀한 미세 구조가 형성되며, 대부분의 입도가 크게 성장됨을 확인할 수 있다. In addition, (c) and (d) show that when the amount of CuO is increased to 2.0 mol% or more, a dense microstructure is formed, and most of the grain size is greatly grown.

도 4는 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 KN 압전체(실시예2)의 상대 밀도, 유전 특성 및 압전 특성 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the relative density, dielectric characteristics, and piezoelectric characteristics of a KN piezoelectric body (Example 2) to which CuO was sintered at 960 ° C for 2.0 hours.

도 4를 참조하면, 960oC에서 CuO를 첨가하지 않은 시료는 소결이 되지 않아서 상대 밀도가 매우 낮지만, 0.5 mol%의 소량 CuO만 첨가 되어도 KN 압전체의 액상 소결이 발생하여 상대 밀도가 이론 밀도의 95.5% 달한다. KN 압전체의 압전 변형 상수(d33), 압전 전압 상수(g33) 및 유전율과 전기 기계 결합 상수(Kp)는 CuO첨가량에 따라서 서서히 감소하는 경향을 인다. Referring to FIG. 4, the sample not containing CuO at 960 ° C. is sintered and has a relatively low relative density. However, even when only a small amount of CuO of 0.5 mol% is added, liquid phase sintering of the KN piezoelectric material occurs, Of the total. The piezoelectric constant (d 33 ), the piezoelectric constant (g 33 ), the dielectric constant and the electromechanical coupling coefficient (K p ) of the KN piezoelectric body tend to decrease gradually with the amount of CuO added.

반면에 기계적 품질계수(Qm)는 CuO첨가에 따라 급격하게 증가한다. 이는 Cu 일부가 KN으로 고용됨으로써 생기는 Hardening Effect로 설명할 수 있다.특히, 1.5 mol%의 CuO가 첨가된 시편의 경우는 2,300의 높은 Qm을 나타내었다. 뿐만 아니라,이로 인한 낮은 유전율 때문에 압전 전압 상수(g33)가 44 Vm/N의 높은 값을 가진다. 상기 압전 전압 상수는 지금까지 알려진 비연 세라믹 압전체 중에서 가장 높은 값으로, 진동 센서의 한 종류인 자동차용 노킹센서에 충분히 적용이 가능함을 알 수 있다.On the other hand, the mechanical quality factor (Q m ) increases rapidly with the addition of CuO. This can be explained by the Hardening Effect caused by the employment of a part of Cu by KN. Especially, the specimen with 1.5 mol% of CuO showed a high Q m of 2,300. In addition, due to the low permittivity, the piezoelectric constant (g 33) has a high value of 44 Vm / N. It can be seen that the piezoelectric constant is the highest value among the non-ceramic piezoelectric materials known so far and is sufficiently applicable to a knock sensor for automobile, which is one type of vibration sensor.

결과적으로 자동차 노킹 센서와 같은 압전 진동 센서에 필요한 압전 전압 상수와 기계적 품질 계수 및 전기 기계 결합 계수를 종합적으로 판단하였을 때, 1.0 mol%의 CuO를 첨가할 경우,각각의 높은 압전 특성을 얻을 수 있다. 즉, 상기와 같은 제조 방법을 따라, 960oC의 낮은 온도에서 소결된 CuO가 1.0mol% 첨가된 KN 압전체는 g33=48 Vm/N, kp=0.27,??3 T/??0=208, Qm=1787의 우수한 압전 특성을 가짐을 확인할 수 있다.As a result, when the piezoelectric voltage constant, the mechanical quality factor and the electromechanical coupling coefficient necessary for a piezoelectric vibration sensor such as an automobile knocking sensor are comprehensively judged, when 1.0 mol% of CuO is added, high piezoelectric characteristics can be obtained . That is, according to the above-described manufacturing method, a KN piezoelectric body to which 1.0 mol% of CuO sintered at a low temperature of 960 ° C is g 33 = 48 Vm / N, kp = 0.27, 3 T / ?? 0 = 208 and Q m = 1787, respectively.

도 5는 960˚C에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 NKN 압전체(실시예1)를 이용하여 제조된 자동차 노킹(knocking) 센서 및 PZT(기존 상용품, 비교예)를 이용한 녹킹 센서의 센서 감도 특성들을 나타낸 그래프이다.5 shows the sensitivity of a knocking sensor using a knocking sensor manufactured using an NKN piezoelectric body (Example 1) to which CuO was sintered at 960 ° C for 2.0 hours and a knocking sensor using a PZT (conventional product, comparative example) FIG.

도 5를 참조하면, Knocking 센서에 쓰이는 주파수인 1~20kHz대역에서 2.0 시간 소결된 CuO가 첨가된 NKN 압전체(실시예1)가 기존 상용품 대비 1.5배 이상의 높은 센서 감도를 가지는 것을 알 수 있다. 이러한 높은 센서 감도는 비연 압전체의 우수한 압전 전압 상수(g33)에 기인한 것을 알 수 있다. 따라서 CuO가 첨가된 NKN 및 KN 세라믹스는 비연압전 자동차 노킹 센서 및 기타 진동 센서로 충분히 활용이 가능함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the NKN piezoelectric body (Example 1) to which CuO is sintered for 2.0 hours at a frequency of 1 to 20 kHz, which is a frequency used for a knocking sensor, has a sensor sensitivity 1.5 times higher than that of the conventional product. It can be seen that such a high sensor sensitivity is due to the excellent piezoelectric constant (g33) of the non-piezoelectric ceramic. Therefore, it can be seen that CuO added NKN and KN ceramics can be fully utilized as a non-piezoelectric piezoelectric automobile knocking sensor and other vibration sensors.

나아가, 상기 실시예 1 (Na0.5K0.5)NbO3 [NKN]+ 1.5 mol% CuO), 실시예 2 (KNbO3 [KN]+ 1.0 mol% CuO) 및 비교예(P-6CTM, Murata 社)에 대한 유전 특성 및 압전 특성은 아래의 표로 정리한다.Further, the embodiment 1 (Na 0.5 K 0.5) NbO 3 [NKN] + 1.5 mol% CuO), Example 2 (KNbO 3 [KN] + 1.0 mol% CuO) and Comparative Examples (P-6C TM, Murata社) Are summarized in the following table. &Lt; tb &gt;&lt; TABLE &gt;

g33(Vm/N)g 33 ( Vm / N) d33 (pC/N)) d 33 ( pC / N) ) 비유전율Relative dielectric constant QmQm KpKp 소결 온도
(˚C)
Sintering temperature
(˚C)
상전이 온도
(˚C)
Phase transition temperature
(˚C)
실시예1Example 1 5555 9595 195195 880880 0.40.4 960960 406406 실시예2Example 2 4848 8888 208208 1,7871,787 0.270.27 960960 430430 비교예Comparative Example 1919 135135 800800 680680 0.390.39 -- 320320

실시예1 및 실시예2의 경우, 비교예보다 진동 센서에 적합한 우수한 압전 특성을 가지는 것을 알 수 있다. 특히, 진동 센서의 감도에 직접적인 영향을 주는 압전 전압 상수가 월등이 높음을 확인할 수 있다.It can be seen that Examples 1 and 2 have excellent piezoelectric properties suitable for a vibration sensor than Comparative Examples. In particular, it can be seen that the piezoelectric constant constant which directly affects the sensitivity of the vibration sensor is high.

본 발명의 실시예들에 따른 비연계 압전체는 첨가제(CuO)양을 조절하여 진동 센서, 특히 자동차용 노킹 센서 생산에 바로 적용할 수 있다.The non-linked piezoelectric material according to the embodiments of the present invention can be directly applied to the production of a vibration sensor, particularly, a knock sensor for automobile by adjusting the amount of additive (CuO).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (7)

(Na1 - xKx)NbO3; 및
z mol%의 첨가제 CuO를 포함하고, 940 내지 980˚C의 소결 온도를 갖는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체. (여기서, x는 0.5 또는 1이며, 0.5≤z≤2.0 임)
(Na 1 - x K x) NbO 3; And
z mol% of additive CuO, and having a sintering temperature of 940 to 980 [deg.] C. (Where x is 0.5 or 1 and 0.5? Z? 2.0)
(Na2CO3 또는 K2CO3) 및 Nb2O5를 원료로서 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계;
상기 제1 혼합물을 이용하여 제1 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제1 분말을 형성하는 단계;
상기 제1 분말을 하소하여 (Na1-xKx)NbO3 분말(여기서, x는 0.5 또는 1임)을 형성하는 단계;
상기 (Na1-xKx)NbO3 분말에 z mol%의 첨가제 CuO(여기서, 0.5≤z≤2.0 임)를 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
상기 제2 혼합물을 이용하여 제2 밀링 공정 및 제2 건조 공정을 통하여 제2 분말을 형성하는 단계; 및
상기 제2 분말을 940 내지 980˚C의 온도에서 소결하여 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법.
(Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 ) and Nb 2 O 5 as raw materials to form a first mixture;
Forming a first powder through the first milling process and the second drying process using the first mixture;
Forming (Na 1-x K x) NbO 3 powder (where, x is 0.5 or 1) by calcining the first powder;
Adding z mol% of an additive CuO (wherein 0.5? Z? 2.0) to the (Na 1-x K x ) NbO 3 powder to form a second mixture;
Forming a second powder through the second milling process and the second drying process using the second mixture; And
And sintering the second powder at a temperature of 940 to 980 ° C to form a sintered body.
제2항에 있어서, 상기 제1 밀링 공정은 상기 제1 혼합물을 나일론 자르(nylon jar)에 무수 알콜 용매와 함께 넣고 지르코니아 볼을 사용하여 2시간 내지 24시간동안 분쇄하는 것을 특징으로 하는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법.3. The knocking sensor according to claim 2, wherein the first milling step comprises grinding the first mixture in a nylon jar together with an anhydrous alcohol solvent using a zirconia ball for 2 to 24 hours, And a method of manufacturing the non-connected piezoelectric body. 제2항에 있어서, 상기 제2 밀링 공정은 상기 제2 혼합물을 나일론 자르(nylon jar)에 무수 알콜 용매와 함께 넣고 지르코니아 볼을 사용하여 48시간 내지 72시간 동안 분쇄하는 것을 특징으로 하는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법.[3] The automobile knocking sensor according to claim 2, wherein the second milling step comprises grinding the second mixture in a nylon jar together with an anhydrous alcohol solvent using a zirconia ball for 48 to 72 hours, And a method of manufacturing the non-connected piezoelectric body. 제2항에 있어서, 상기 제2 분말을 소결하여 소결체를 형성하는 단계는 2시간 내지 20시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차 노킹 센서용 비연계 압전체의 제조 방법.3. The method of claim 2, wherein the step of sintering the second powder to form a sintered body is performed for 2 to 20 hours. 제1항의 비연계 압전체를 포함하는 자동차 노킹 센서.A vehicle knocking sensor comprising the non-connected piezoelectric body of claim 1. 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 제조 방법을 이용하여 제조된 자동차 노킹 센서의 제조 방법.A manufacturing method of a vehicle knocking sensor manufactured by using the manufacturing method according to any one of claims 2 to 5.
KR1020140048629A 2014-04-23 2014-04-23 METHOD OF MANUFACTURING Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR KR101616181B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140048629A KR101616181B1 (en) 2014-04-23 2014-04-23 METHOD OF MANUFACTURING Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR
PCT/KR2015/004011 WO2015163685A1 (en) 2014-04-23 2015-04-22 Lead-free piezoelectric material for vehicle knock sensor, method for manufacturing same, and vehicle knock sensor comprising same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140048629A KR101616181B1 (en) 2014-04-23 2014-04-23 METHOD OF MANUFACTURING Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150122418A true KR20150122418A (en) 2015-11-02
KR101616181B1 KR101616181B1 (en) 2016-04-27

Family

ID=54332776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140048629A KR101616181B1 (en) 2014-04-23 2014-04-23 METHOD OF MANUFACTURING Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101616181B1 (en)
WO (1) WO2015163685A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117362034A (en) * 2023-11-10 2024-01-09 成都信息工程大学 Potassium sodium niobate-based piezoelectric ceramic with high mechanical quality factor and low-temperature preparation method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090040089A (en) * 2007-10-19 2009-04-23 주식회사 이노칩테크놀로지 Piezoelectric material and method of manufacturing the same
KR20100033002A (en) * 2008-09-19 2010-03-29 (재)울산테크노파크 Composition of lead-free piezoelectric ceramics for ultrasonic vibrator
KR20100089651A (en) * 2009-02-04 2010-08-12 고려대학교 산학협력단 Composition of lead-free piezoelectric material and method for fabricating the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101236893B1 (en) * 2011-07-13 2013-02-25 한국기계연구원 Single crystal and fabrication process of (Na,K)NbO3 based Pb-free piezoelectric materials using solid state synthesis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090040089A (en) * 2007-10-19 2009-04-23 주식회사 이노칩테크놀로지 Piezoelectric material and method of manufacturing the same
KR20100033002A (en) * 2008-09-19 2010-03-29 (재)울산테크노파크 Composition of lead-free piezoelectric ceramics for ultrasonic vibrator
KR20100089651A (en) * 2009-02-04 2010-08-12 고려대학교 산학협력단 Composition of lead-free piezoelectric material and method for fabricating the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015163685A1 (en) 2015-10-29
KR101616181B1 (en) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101318088B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic compositions with high strains
KR100790407B1 (en) Composition of lead-free piezoelectric ceramics and method for manufacturing the same
JP5929640B2 (en) Piezoelectric ceramic and piezoelectric element
KR20060105788A (en) Piezoelectric porcelain and method for production thereof
KR101260675B1 (en) Method for preparation of piezoelectric element for low sintering and piezoelectric element using the same
US6402981B1 (en) Composition of piezoelectric porcelain
KR102020605B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic ternary compositions with high strains
JP2004300012A (en) Piezoelectric ceramic composition, its production method, piezoelectric element, and dielectric element
KR101079228B1 (en) Piezoelectric material and method of manufacturing the same
KR101333793B1 (en) Bismuth-based piezoelectric ceramics and method of fabricating the same
CN104844202A (en) Lead manganate antimonate doped niobium nickel-lead zirconate titanate piezoelectric ceramic
KR101091192B1 (en) Composition and fabrication method of lead-free piezoelectric ceramics for low temperature firing
KR101310450B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic composition with high mechanical quality
KR100896966B1 (en) Piezoelectric material and method of manufacturing the same
KR101616181B1 (en) METHOD OF MANUFACTURING Pb-FREE PIEZOELECTRICITY FOR AN AUTOMOBILE KNOCKING SENSOR
KR100663971B1 (en) Nio-doped pnn-pzt piezoelectric ceramics and method for producing the same
JP2009155119A (en) Piezoelectric porcelain and piezoelectric element
KR100801477B1 (en) Lead free ceramics and the manufacturing method thereof
KR102023888B1 (en) Preparing method of lead-free piezoelectric ceramics for low temperature sintering with excellent electric field induced strain property
KR101866845B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic composition with excellent electric field-induced strain property and preparation method of the same
JP2000272963A (en) Piezoelectric ceramic composition
KR100875479B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic composition and its manufacturing method
KR101306472B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic composition
KR20100026660A (en) Piezoelectric material and method of manufacturing the same
KR20180003277A (en) Producing method of lead-free piezoelectric ceramics with high strains

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190422

Year of fee payment: 4