KR20230120694A - Piezoelectric ceramics sintered body, method for preparing the same, multilayered piezoelectric composite containing the same and piezoelectic speaker - Google Patents

Piezoelectric ceramics sintered body, method for preparing the same, multilayered piezoelectric composite containing the same and piezoelectic speaker Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전 세라믹스 소결체, 그의 제조방법, 그를 포함하는 적층형 압전체 및 그를 포함하는 압전 스피커에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체는, 하기 화학식 1의 PZNN-PZT 세라믹스 조성물에 저온소결 첨가제가 첨가된 것이다:
[화학식 1]
xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)
(0.10<x<0.30).
The present invention relates to a sintered piezoelectric ceramics, a manufacturing method thereof, a multilayer piezoelectric body including the same, and a piezoelectric speaker including the same. A sintering additive is added:
[Formula 1]
xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)
(0.10<x<0.30).

Description

압전 세라믹스 소결체, 그의 제조방법, 그를 포함하는 적층형 압전체 및 그를 포함하는 압전 스피커{PIEZOELECTRIC CERAMICS SINTERED BODY, METHOD FOR PREPARING THE SAME, MULTILAYERED PIEZOELECTRIC COMPOSITE CONTAINING THE SAME AND PIEZOELECTIC SPEAKER}Piezoelectric ceramics sintered body, manufacturing method thereof, laminated piezoelectric body including the same, and piezoelectric speaker including the same

본 발명은 압전 세라믹스 소결체, 그의 제조방법, 그를 포함하는 적층형 압전체 및 그를 포함하는 압전 스피커에 관한 것이다.The present invention relates to a sintered piezoelectric ceramics, a manufacturing method thereof, a laminated piezoelectric body including the same, and a piezoelectric speaker including the same.

최근 모바일 IT 제품의 한정된 크기안에 많은 기능을 고밀도로 집약하기 위해 내부 전자 부품의 소형, 박형화, 고효율화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이제 복잡한 전자 부품을 압전 소재로 대체하는 경우가 많고 특히 필수 부품인 음향 부품을 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, the need for miniaturization, thinning, and high efficiency of internal electronic parts is increasing in order to integrate many functions at high density in a limited size of mobile IT products. Nowadays, complex electronic components are often replaced with piezoelectric materials, and research to develop acoustic components, which are essential components, is being actively conducted.

현재 상용화된 다이나믹 스피커는 자석 진동판과 코일을 사용하기 때문에 소형화에 한계가 있고 전류 구동 방식으로 전력소모가 크다는 문제가 있어 이를 대체할 수 있는 선도형 스피커 기술로 전압을 인가시 압전체 변형에 의한 진동판의 떨림을 이용한 엑추에이터 소자인 압전 스피커가 얇고 가벼우며 전력소모가 적다는 장점이 있어 부각되고 있다.Currently commercialized dynamic speakers use magnetic diaphragms and coils, so there is a limit to miniaturization, and there is a problem of high power consumption due to current driving. Piezoelectric speakers, which are actuator elements using vibration, are emerging as they have the advantages of being thin, light, and consuming less power.

압전 재료를 음향 엑추에이터로 응용하기 위해서는 기본적으로 높은 압전상수와 변환효율을 갖는 소재의 개발이 중요하며, 낮은 구동 전압 구현을 위해 적층형 압전체의 제작이 필수적이다. 적층형 압전체 제작 시 세라믹 층과 내부 전극을 동시 소성하기 때문에 고온에서 소결시 가격이 비싼 Pd 함량이 높은 Ag/Pd 전극을 사용해야하고, 고온에서 PbO의 휘발로 인한 소재 자체의 조성 변화로 발생하는 특성저하 문제 또는 휨이나 크랙 등의 구조적 변형이 일어나는 문제점이 있다. 이에 따라, 소자의 특성 저하 방지를 위해 저온에서 소결 가능한 소재의 개발이 요구되고 있다.In order to apply piezoelectric materials as acoustic actuators, it is fundamentally important to develop materials with high piezoelectric constants and conversion efficiencies, and to realize low driving voltages, it is essential to manufacture multilayer piezoelectric materials. Since the ceramic layer and internal electrodes are fired simultaneously when manufacturing a multilayer piezoelectric body, Ag/Pd electrodes with a high Pd content, which is expensive when sintered at high temperatures, must be used, and characteristic degradation caused by compositional changes in the material itself due to volatilization of PbO at high temperatures There is a problem or a problem in which structural deformation such as bending or cracking occurs. Accordingly, there is a demand for development of a material capable of being sintered at a low temperature in order to prevent deterioration of device characteristics.

또한 이를 포함한 압전스피커 제작 시 기존의 압전형 스피커를 구성하는 진동판을 금속판, 합금 또는 압전 필름을 이용한 스피커의 경우 음질이 떨어지고 진동판의 면적이 매우 커야 해서 소형화하기 어려워 기존 다이나믹 스피커를 대체하기에 적합하지 않다. 따라서, 음의 왜곡을 최소화할 뿐 아니라 소형화 가능한 압전형 스피커 제작을 위해 구조가 개선된 압전스피커 개발이 필수적이다.In addition, when manufacturing a piezoelectric speaker including this, in the case of a speaker using a metal plate, alloy, or piezoelectric film for the diaphragm constituting the existing piezoelectric speaker, the sound quality is poor and the area of the diaphragm must be very large, making it difficult to miniaturize and not suitable for replacing the existing dynamic speaker. not. Therefore, it is essential to develop a piezoelectric speaker with an improved structure in order to manufacture a miniaturized piezoelectric speaker as well as minimize sound distortion.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The foregoing background art is technical information that the inventor possessed for derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to filing the present invention.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 저온에서 소결 가능한 압전 세라믹스 소결체, 그의 제조방법, 그를 포함하는 적층형 압전체 및 그를 포함하는 압전 스피커를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramics sintered body capable of being sintered at a low temperature, a manufacturing method thereof, a laminated piezoelectric body including the same, and a piezoelectric speaker including the same.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체는, 하기 화학식 1의 PZNN-PZT 세라믹스 조성물에 저온소결 첨가제가 첨가된 것이다:A piezoelectric ceramics sintered body according to an embodiment of the present invention is obtained by adding a low-temperature sintering additive to the PZNN-PZT ceramics composition represented by Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)

(0.10<x<0.30).(0.10<x<0.30).

일 실시형태에 있어서, 상기 x는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.In one embodiment, the x may be 0.20 to 0.25.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may include at least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ), and cadmium carbonate (CdCO 3 ). there is.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위인 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may be in the range of 0.01% by weight to 0.5% by weight based on the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체의 제조방법은, 하기 화학식 1의 조성식이 되도록 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O5을 포함하는 원료 분말을 용매에 넣고 습식 혼합법으로 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물을 건조 후 하소(calcination)하여 제1 분말을 형성하는 단계; 상기 제1 분말에 저온소결 첨가제를 첨가하고 습식 혼합 후 건조하여 제2 분말을 형성하는 단계; 및 상기 제2 분말을 성형 후 소결하여 압전체를 형성하는 단계;를 포함한다:In a method for manufacturing a sintered piezoelectric ceramics body according to another embodiment of the present invention, raw material powders including PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, and Nb 2 O 5 are put into a solvent and wet-mixed so as to have a compositional formula of Formula 1 below Preparing a mixture by law; drying and then calcining the mixture to form a first powder; forming a second powder by adding a low-temperature sintering additive to the first powder, wet mixing, and then drying; and molding and sintering the second powder to form a piezoelectric body:

[화학식 1][Formula 1]

xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)

(0.10<x<0.30).(0.10<x<0.30).

일 실시형태에 있어서, 상기 x는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.In one embodiment, the x may be 0.20 to 0.25.

일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물을 준비하는 단계는, 상기 원료 분말을 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 용매와 10 시간 내지 40 시간 동안 습식 혼합하는 것일 수 있다.In one embodiment, preparing the mixture may include wet mixing the raw material powder with at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, and distilled water for 10 to 40 hours.

일 실시형태에 따르면, 제 1 분말 형성 단계는, 상기 혼합물 중 Pb를 제외한 모든 물질을 1차 하소한 후, 하소된 조성 분말과 Pb를 혼합하여 2차 하소함으로써 PZNN-PZT계 압전 세라믹스 조성물을 준비하는 것일 수 있다.According to one embodiment, in the first powder forming step, a PZNN-PZT-based piezoelectric ceramics composition is prepared by first calcining all materials except Pb in the mixture, then mixing the calcined composition powder and Pb and performing secondary calcining. it may be

일 실시형태에 따르면, 상기 1차 하소 온도는 1000 ℃ 내지 1100 ℃ 온도 범위에서, 2차 하소 온도는 700 ℃ 내지 760 ℃ 온도 범위에서 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the first calcination temperature may be performed in a temperature range of 1000 °C to 1100 °C, and the second calcination temperature may be performed in a temperature range of 700 °C to 760 °C.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may include at least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ), and cadmium carbonate (CdCO 3 ). there is.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위로 첨가하는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may be added in a range of 0.01 wt% to 0.5 wt% based on the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body.

일 실시형태에 있어서, 상기 소결은 850 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, the sintering may be performed at a temperature of 850 °C to 900 °C for 1 hour to 10 hours.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층형 압전체는, 본 발명의 일 실시예의 압전 세라믹스 소결체 또는 압전 세라믹스 소결체의 제조방법에 의해 제조된 압전 세라믹스 소결체층; 및 상기 압전 세라킥스 소결체층의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 형성되는 전극층;을 포함한다. 것일 수 있다.A multilayer piezoelectric body according to another embodiment of the present invention includes a piezoelectric ceramics sintered body layer manufactured by the piezoelectric ceramics sintered body or the method of manufacturing the piezoelectric ceramics sintered body according to one embodiment of the present invention; and an electrode layer formed on at least one of upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramics sintered body layer. it could be

일 실시형태에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소결체층은, 2 층 내지 10 층으로 적층된 것일 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric ceramics sintered body layer may be laminated in two to ten layers.

일 실시형태에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소결체의 한 층의 두께는 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 것일 수 있다.In one embodiment, the thickness of one layer of the piezoelectric ceramics sintered body may be 20 μm to 40 μm.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커는, 본 발명의 일 실시예의 적층형 압전체; 상기 적층형 압전체 하부에 형성되는 진동판 층; 및 상기 진동판 상부 및 하부 측면을 둘러싸는 형태의 프레임;을 포함한다.A piezoelectric speaker according to another embodiment of the present invention includes a laminated piezoelectric body according to an embodiment of the present invention; a diaphragm layer formed under the multilayer piezoelectric body; and a frame surrounding upper and lower side surfaces of the diaphragm.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 제조 방법은, 서로 다른 진동 특성을 가진 두 종류의 필름을 에폭시 물질로 접착하는 단계; 본 발명의 일 실시예의 적층형 압전체 전극 부분에 솔더링하는 단계; 상기 솔더링한 적층형 압전체와 상기 두 종류의 합지된 필름을 부착하는 단계; 및 상기 두 종류의 합지된 필름의 주위를 프레임으로 감싸서 부착하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a piezoelectric speaker according to another embodiment of the present invention includes bonding two types of films having different vibration characteristics with an epoxy material; Soldering a portion of the laminated piezoelectric electrode of an embodiment of the present invention; attaching the soldered multilayer piezoelectric body and the laminated film of the two types; and wrapping and attaching the periphery of the two types of laminated films with a frame.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체는, 저온에서 소결 가능하여 적층형 압전체로 제작시 구조적 변형이 일어나지 않고 PbO의 휘발로 인한 소재의 조성변화로 인한 특성저하 문제없이 저온에서 소결이 가능하며, 높은 에너지 변환상수, 높은 압전 변형 상수(d33), 낮은 유전율 및 높은 전기기계 결합계수를 나타낼 수 있다.The sintered piezoelectric ceramics according to an embodiment of the present invention can be sintered at a low temperature, so that structural deformation does not occur when manufactured as a multilayer piezoelectric body, and sintering can be performed at a low temperature without a problem of characteristic degradation due to a composition change of the material due to volatilization of PbO, It can exhibit a high energy conversion constant, a high piezoelectric strain constant (d33), a low permittivity and a high electromechanical coupling coefficient.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온소결 첨가제가 첨가됨으로써 900 ℃ 이하의 저온에서 소결 가능하여 적층형 압전체로 제작시 구조적 변형이 일어나지 않고 PbO의 휘발로 인한 소재의 조성변화로 인한 특성저하 문제없이 높은 압전상수와 변환효율을 갖는 음향 엑추에이터 소자 구현이 가능하다. By adding the low-temperature sintering additive according to an embodiment of the present invention, it is possible to sinter at a low temperature of 900 ° C or less, so that structural deformation does not occur when manufactured as a layered piezoelectric body, and there is no problem of characteristic degradation due to compositional change of the material due to volatilization of PbO. It is possible to implement an acoustic actuator device having constant and conversion efficiency.

또한, 일 실시예에 따른 상기 탄산리튬(Li2CO3)이 첨가된 PZNN-PZT계 조성물을 이용하여 제작한 적층형 압전체를 포함하는 압전스피커는 음향 엑추에이터 소자에서 발생되는 진동을 진폭시키는 진동판으로 서로 다른 진동 특성을 가진 PEEK 필름과 그보다 더 작은 사이즈의 silicone rubber 필름이 합지 된 음향 진동판 구조를 가져 음향 특성이 개선되는 효과를 갖는다.In addition, the piezoelectric speaker including the laminated piezoelectric body manufactured using the PZNN-PZT-based composition to which lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is added according to an embodiment is a diaphragm that amplifies vibration generated from an acoustic actuator element, and is mutually It has an acoustic diaphragm structure in which a PEEK film with different vibration characteristics and a smaller size silicone rubber film are laminated, so that the acoustic characteristics are improved.

따라서, 본 발명에 따른 저온에서 소결 가능한 PZNN-PZT계 압전세라믹스 조성물과 이를 이용한 구조가 개선된 기능적으로 우수한 압전스피커를 제작하여 기존 다이나믹 스피커를 대체할 소형화한 음향 엑추에이터 부품으로 전자 디바이스에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, a PZNN-PZT-based piezoelectric ceramic composition capable of being sintered at a low temperature according to the present invention and a functionally excellent piezoelectric speaker having an improved structure using the same can be manufactured and applied to electronic devices as a miniaturized acoustic actuator component to replace the existing dynamic speaker. It is expected that there will be

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 PZNN 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 탄산리튬(Li2CO3) 도핑 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탄산리튬(Li2CO3) 도핑 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 전기적특성 측정 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 적층형 압전체의 파단면 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압전스피커의 평면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 서로 다른 크기를 가진 음향 진동판 구조에 따른 압전스피커의 단면도이다.
도 8은 도 7의 압전 스피커의 주파수 응답특성 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸다.
1 is a flow chart showing a manufacturing process of a piezoelectric ceramics sintered body according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing XRD analysis results of PZNN-PZT sintered bodies according to PZNN content prepared according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM image of a PZNN-PZT sintered body according to a doping content of lithium carbonate (Li2CO3) prepared according to an embodiment of the present invention.
4 shows the results of measuring the electrical properties of the PZNN-PZT sintered body according to the doping content of lithium carbonate (Li2CO3) prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is a SEM image of a fracture surface of a multilayer piezoelectric body manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 shows a plan view of a piezoelectric speaker according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a piezoelectric speaker according to an acoustic diaphragm structure having different sizes manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows simulation analysis results of frequency response characteristics of the piezoelectric speaker of FIG. 7 .

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

이하, 본 발명의 압전 세라믹스 소결체, 그의 제조방법, 그를 포함하는 적층형 압전체 및 그를 포함하는 압전 스피커에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the piezoelectric ceramics sintered body of the present invention, its manufacturing method, the laminated piezoelectric body including the same, and the piezoelectric speaker including the same will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체는, 하기 화학식 1의 PZNN-PZT 세라믹스 조성물에 저온소결 첨가제가 첨가된 것이다:A piezoelectric ceramics sintered body according to an embodiment of the present invention is obtained by adding a low-temperature sintering additive to the PZNN-PZT ceramics composition represented by Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (이하 "PZNN-PZT"라 함)xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (hereinafter referred to as “PZNN-PZT”)

(0.10<x<0.30).(0.10<x<0.30).

본 발명의 압전 세라믹스 소결체는 (Pb, Zn, Ni, Nb)-(Pb,Zr,Ti) 상으로 이루어져 PZNN-PZT로 표시되는 화합물에 저온소결 첨가제가 첨가되어 xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 + Y wt% 저온소결 첨가제 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5) 의 조성식을 갖는다.The piezoelectric ceramics sintered body of the present invention is composed of a (Pb, Zn, Ni, Nb)-(Pb,Zr,Ti) phase, and a low-temperature sintering additive is added to a compound represented by PZNN-PZT to xPb ((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1 /3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 + Y wt% It has a composition formula of low temperature sintering additive (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5).

일 실시형태에 있어서, 상기 x는 0.10 내지 0.30; 0.15 내지 0.30; 0.20 내지 0.30; 0.10 내지 0.25; 0.15 내지 0.25; 0.20 내지 0.25; 0.10 내지 0.20; 0.15 내지 0.20; 또는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.In one embodiment, x is from 0.10 to 0.30; 0.15 to 0.30; 0.20 to 0.30; 0.10 to 0.25; 0.15 to 0.25; 0.20 to 0.25; 0.10 to 0.20; 0.15 to 0.20; Or it may be 0.20 to 0.25.

바람직하게는, 상기 x는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.Preferably, the x may be 0.20 to 0.25.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는 낮은 녹는점(melting point)를 가져 소결 시 액상 형성을 유발해 세라믹 입자 표면을 치밀화시켜 낮은 온도에서도 우수한 압전 특성을 갖게 할 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive has a low melting point and induces the formation of a liquid phase during sintering to densify the surface of ceramic particles, thereby providing excellent piezoelectric properties even at a low temperature.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may include at least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ), and cadmium carbonate (CdCO 3 ). there is.

바람직하게는, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3)인 것일 수 있다.Preferably, the low-temperature sintering additive may be lithium carbonate (Li 2 CO 3 ).

이에 따라, 본 발명의 압전 세라믹스 소결체는, 바람직하게는, xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 + Y wt% Li2CO3 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5) 의 조성식을 가질 수 있다.Accordingly, the piezoelectric ceramics sintered body of the present invention is preferably xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 + Y It may have a composition formula of wt% Li 2 CO 3 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5).

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위인 것일 수 있다. 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.3 중량% 범위인 것일 수 있다. 상기 저온소결 첨가제가 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 미만인 경우 낮은 온도에서 소결했을 때 세라믹 입자 표면을 치밀화시키는 효과를 나타낼 수 없고, 0.5 중량% 초과인 경우 고용한계 이상 첨가 되면서 이차상이 발생하여 결정내 입계편석으로 인해 입자 성장을 방해하고 소재의 압전 특성이 저하될 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may be in the range of 0.01% by weight to 0.5% by weight based on the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body. Preferably, it may be in the range of 0.1% by weight to 0.3% by weight. If the low-temperature sintering additive is less than 0.01% by weight relative to the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body, the effect of densifying the surface of ceramic particles cannot be exhibited when sintered at a low temperature. Grain boundary segregation within the crystal may hinder grain growth and degrade the piezoelectric properties of the material.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체는, 저온에서 소결 가능하여 적층형 압전체로 제작시 구조적 변형이 일어나지 않고 PbO의 휘발로 인한 소재의 조성변화로 인한 특성저하 문제없이 저온에서 소결이 가능하며, 높은 에너지 변환상수, 높은 압전 변형 상수(d33), 낮은 유전율 및 높은 전기기계 결합계수를 나타낼 수 있다.The sintered piezoelectric ceramics according to an embodiment of the present invention can be sintered at a low temperature, so that structural deformation does not occur when manufactured as a multilayer piezoelectric body, and sintering can be performed at a low temperature without a problem of characteristic degradation due to a composition change of the material due to volatilization of PbO, It can exhibit a high energy conversion constant, a high piezoelectric strain constant (d33), a low permittivity and a high electromechanical coupling coefficient.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체의 제조방법은, 하기 화학식 1의 조성식이 되도록 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O을 포함하는 원료 분말을 용매에 넣고 습식 혼합법으로 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물을 건조 후 하소(calcination)하여 제1 분말을 형성하는 단계; 상기 제1 분말에 저온소결 첨가제를 첨가하고 습식 혼합 후 건조하여 제2 분말을 형성하는 단계; 및 상기 제2 분말을 성형 후 소결하여 압전체를 형성하는 단계;를 포함한다:A method for manufacturing a sintered piezoelectric ceramics body according to another embodiment of the present invention is a wet mixing method in which raw material powders including PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, and Nb 2 O are put into a solvent so as to have a composition formula of Formula 1 below preparing a mixture; drying and then calcining the mixture to form a first powder; forming a second powder by adding a low-temperature sintering additive to the first powder, wet mixing, and then drying; and molding and sintering the second powder to form a piezoelectric body:

[화학식 1][Formula 1]

xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)

(0.10<x<0.30).(0.10<x<0.30).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체의 제조과정을 나타낸 순서도이다.1 is a flow chart showing a manufacturing process of a piezoelectric ceramics sintered body according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹스 소결체의 제조방법은, 혼합물 준비 단계 (110), 제1 분말 형성 단계 (120), 제2 분말 형성 단계 (130) 및 압전체 형성 단계 (140)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a method for manufacturing a piezoelectric ceramics sintered body according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture (110), forming a first powder (120), forming a second powder (130), and forming a piezoelectric body. (140).

일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물 준비 단계 (110)는, 하기 화학식 1의 조성식이 되도록 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O5을 포함하는 원료 분말을 용매에 넣고 습식 혼합법으로 혼합물을 준비하는 단계이다:In one embodiment, in the mixture preparation step 110, a raw material powder containing PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, and Nb 2 O 5 is put into a solvent so as to have a compositional formula of Formula 1 below, and a wet mixing method Steps to prepare the mixture as:

[화학식 1][Formula 1]

xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)

(0.10<x<0.30).(0.10<x<0.30).

상기 PZT-PZNN 분말은 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O5을 포함하는 원료 분말로 제조된 것이다.The PZT-PZNN powder is made of raw material powder containing PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO and Nb 2 O 5 .

구체적으로, PZT-PZNN 혼합물은 PbO 1 몰(mol)에 대하여 ZrO2 0.1 내지 1 몰(mol), TiO2 0.1 내지 1 몰(mol), NiO 0.01 내지 0.5 몰(mol), ZnO 0.01 내지 0.5 몰(mol) 및 Nb2O5 0.1 내지 1 몰(mol)을 포함하여 제조될 수 있다.Specifically, the PZT-PZNN mixture contains 0.1 to 1 mol of ZrO 2 , 0.1 to 1 mol of TiO 2 , 0.01 to 0.5 mol of NiO, and 0.01 to 0.5 mol of ZnO based on 1 mol of PbO. (mol) and Nb 2 O 5 0.1 to 1 mol (mol).

원료분말이 상기 범위를 벗어나는 함량으로 혼합되는 경우에는 PZT-PZNN 화합물이 아닌 다른 화합물이 제조될 수 있다.When the raw material powder is mixed in an amount outside the above range, a compound other than the PZT-PZNN compound may be produced.

일 실시형태에 있어서, 상기 x는 0.10 내지 0.30; 0.15 내지 0.30; 0.20 내지 0.30; 0.10 내지 0.25; 0.15 내지 0.25; 0.20 내지 0.25; 0.10 내지 0.20; 0.15 내지 0.20; 또는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.In one embodiment, x is from 0.10 to 0.30; 0.15 to 0.30; 0.20 to 0.30; 0.10 to 0.25; 0.15 to 0.25; 0.20 to 0.25; 0.10 to 0.20; 0.15 to 0.20; Or it may be 0.20 to 0.25.

바람직하게는, 상기 x는 0.20 내지 0.25인 것일 수 있다.Preferably, the x may be 0.20 to 0.25.

일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물을 준비하는 단계는, 상기 원료 분말을 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 용매와 10 시간 내지 40 시간 동안 습식 혼합하는 것일 수 있다.In one embodiment, preparing the mixture may include wet mixing the raw material powder with at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, and distilled water for 10 to 40 hours.

본 발명은 일반적인 고상반응법을 이용한 것으로, 고상반응법은 고온에서 분말들의 반응을 일으켜 원하는 조성의 압전 세라믹스 분말을 얻는 것이고, 습식 혼합은 분말을 혼합하기 위해 진행하는 볼밀 공정에서 습식으로 진행한 것이다.The present invention uses a general solid-state reaction method. The solid-state reaction method is to obtain a piezoelectric ceramics powder of a desired composition by causing a reaction of powders at a high temperature, and wet mixing is a wet process in a ball mill process to mix powders. .

구체적으로, PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O5을 포함하는 원료분말을 혼합하여 자(jar)에 넣고 지르코니아볼 및 용매와 함께 4 내지 36시간 동안 습 식 혼합한다. 상기 혼합된 원료분말의 함량은 PbO 1 몰(mol)에 대하여 ZrO2 0.1 내지 1 몰(mol), TiO2 0.1 내지 1 몰(mol), NiO 0.01 내지 0.5 몰(mol), ZnO 0.01 내지 0.5 몰(mol) 및 Nb2O5 0.1 내지 1 몰(mol)이다.Specifically, raw material powders including PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, and Nb 2 O 5 are mixed, put into a jar, and wet-mixed with zirconia balls and a solvent for 4 to 36 hours. The content of the mixed raw material powder is 0.1 to 1 mol of ZrO2, 0.1 to 1 mol of TiO2, 0.01 to 0.5 mol of NiO, and 0.01 to 0.5 mol of ZnO based on 1 mol of PbO. ) and 0.1 to 1 mole (mol) of Nb2O5.

상기와 같이 원료분말들의 몰 분율을 조절하여 PZT-PZNN 화합물의 조성을 최적으로 설계함으로써 높은 압전 변형 상수 및 낮은 유전율을 갖도록 할 수 있다.As described above, the composition of the PZT-PZNN compound is optimally designed by controlling the mole fraction of the raw material powders, so that it has a high piezoelectric strain constant and a low permittivity.

일 실시형태에 있어서,상기 원료 분말들의 순도는 압전 변형 상수, 유전율, 소결온도 등의 특성에 영향을 주지 않지만, 바람직한 순도는 98% 이상이다.In one embodiment, the purity of the raw material powder does not affect properties such as piezoelectric strain constant, permittivity, and sintering temperature, but a preferred purity is 98% or more.

일 실시형태에 있어서, 상기 용매는 원료 분말과 함께 습식 혼합이 가능하면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 용매와 10 시간 내지 40 시간 동안 습식 혼합하는 것일 수 있다.In one embodiment, the solvent is not particularly limited as long as wet mixing is possible with the raw material powder, but preferably, at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, and distilled water and 10 hours to 40 It may be wet mixing for a period of time.

일 실시형태에 있어서, 상기 제1 분말 형성 단계 (120)는, 상기 혼합물을 건조 후 하소(calcination)하여 제1 분말을 형성하는 단계이다.In one embodiment, the first powder forming step 120 is a step of forming a first powder by drying and then calcining the mixture.

일 실시형태에 따르면, 제 1 분말 형성 단계는, 상기 혼합물 중 Pb를 제외한 모든 물질을 1차 하소한 후, 하소된 조성 분말과 Pb를 혼합하여 2차 하소함으로써 PZNN-PZT계 압전 세라믹스 조성물을 준비하는 것일 수 있다.According to one embodiment, in the first powder forming step, a PZNN-PZT-based piezoelectric ceramics composition is prepared by first calcining all materials except Pb in the mixture, then mixing the calcined composition powder and Pb and performing secondary calcining. it may be

일 실시형태에 따르면, 상기 1차 하소 온도는 혼합한 분말을 합성하기 위해 진행하는 단계로 Pb를 제외하고 1,000 ℃ 이상, 예를 들어, 1,000 ℃ 내지 1,100 ℃ 온도 범위에서 분말을 합성하고, 2차 하소 온도는 Pb 와 혼합하여 700 ℃ 내지 760 ℃ 온도 범위에서 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the primary calcination temperature is 1,000 ° C. or higher, for example, 1,000 ° C. to 1,100 ° C. temperature range, except for Pb, in the step of proceeding to synthesize the mixed powder, and synthesizing the powder in the second The calcination temperature may be performed in a temperature range of 700 °C to 760 °C by mixing with Pb.

일 실시형태에 있어서, 상기 제2 분말 형성 단계 (130)는, 상기 제1 분말에 저온소결 첨가제를 첨가하고 습식 혼합 후 건조하여 제2 분말을 형성하는 단계이다.In one embodiment, the second powder forming step 130 is a step of forming a second powder by adding a low-temperature sintering additive to the first powder, wet mixing, and then drying.

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may include at least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ), and cadmium carbonate (CdCO 3 ). there is.

바람직하게는, 상기 저온소결 첨가제는, 탄산리튬(Li2CO3)인 것일 수 있다.Preferably, the low-temperature sintering additive may be lithium carbonate (Li 2 CO 3 ).

이에 따라, 본 발명의 압전 세라믹스 소결체의 제조방법에 의해 제조되는 압전 세라믹스 소결체는, 바람직하게는, xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 + Y wt% Li2CO3 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5) 의 조성식을 가질 수 있다.Accordingly, the piezoelectric ceramics sintered body produced by the method for producing a piezoelectric ceramics sintered body of the present invention is preferably xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 + Y wt% Li 2 CO 3 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5).

일 실시형태에 있어서, 상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위로 첨가하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.3 중량% 범위인 것일 수 있다. 상기 저온소결 첨가제가 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 미만인 경우 낮은 온도에서 소결했을 때 세라믹 입자 표면을 치밀화시키는 효과를 나타낼 수 없고, 0.5 중량% 초과인 경우 고용한계 이상 첨가 되면서 이차상이 발생하여 결정내 입계편석으로 인해 입자 성장을 방해하고 소재의 압전 특성이 저하될 수 있다.In one embodiment, the low-temperature sintering additive may be added in a range of 0.01 wt% to 0.5 wt% based on the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body. Preferably, it may be in the range of 0.1% by weight to 0.3% by weight. If the low-temperature sintering additive is less than 0.01% by weight relative to the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body, the effect of densifying the surface of ceramic particles cannot be exhibited when sintered at a low temperature. Grain boundary segregation within the crystal may hinder grain growth and degrade the piezoelectric properties of the material.

일 실시형태에 있어서, 상기 제2 분말을 습식 혼합하고 건조하는 과정을 1 내지 6 회 반복적으로 실시하여 저온소결 첨가제가 제1 분말과 잘 섞이도록 하고 분말의 크기를 최소화할 수 있다.In one embodiment, the process of wet-mixing and drying the second powder may be repeatedly performed 1 to 6 times so that the low-temperature sintering additive is well mixed with the first powder and the size of the powder may be minimized.

일 실시형태에 있어서, 상기 압전체 형성 단계 (140)는, 상기 제2 분말을 성형 후 소결하여 압전체를 형성하는 단계이다.In one embodiment, the forming of the piezoelectric body 140 is a step of forming a piezoelectric body by molding and then sintering the second powder.

일 실시형태에 있어서, 상기 제2 분말을 원하는 모양으로 가압하여 성형한 후 상기 소결은 850 ℃ 내지 900 ℃; 860 ℃ 내지 900 ℃; 870 ℃ 내지 900 ℃ 또는 890 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 3 시간 내지 10 시간; 3 시간 내지 8 시간; 또는 3 시간 내지 5 시간; 동안 수행하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 850 ℃ 내지 900 ℃ 온도에서 3 시간 내지 5 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, after pressing and molding the second powder into a desired shape, the sintering is performed at 850 °C to 900 °C; 860 °C to 900 °C; 3 hours to 10 hours at a temperature of 870° C. to 900° C. or 890° C. to 900° C.; 3 to 8 hours; or 3 hours to 5 hours; may be performed during Preferably, it may be performed at a temperature of 850 ℃ to 900 ℃ for 3 hours to 5 hours.

저온 소결은 합성한 분말을 성형 후 소결 단계에서 PbO 의 휘발로 인한 조성 변화, 또는 구조의 변형을 방지하기 위해 900 ℃ 이하의 온도에서 진행하는 것이다.Low-temperature sintering is carried out at a temperature of 900 ° C. or less to prevent compositional change or structural deformation due to volatilization of PbO in the sintering step after molding the synthesized powder.

일 실시형태에 따르면, 상기 소결 온도가 850 ℃ 미만인 경우 압전 물질의 결정화가 일어나지 않을 수 있고, 900 ℃ 초과인 경우 Pb의 휘발로 조성의 변화가 생겨 압전 물질 특성 저하 문제가 발생할 수 있다. According to an embodiment, when the sintering temperature is less than 850 ° C., crystallization of the piezoelectric material may not occur, and when the sintering temperature is higher than 900 ° C., a change in composition due to volatilization of Pb may occur, resulting in degradation of properties of the piezoelectric material.

본 발명의 압전 세라믹스 소결체의 제조방법에 의해 제조된 압전 세라믹스 소결체는 (Pb, Zn, Ni, Nb)-(Pb,Zr,Ti) 상으로 이루어져 PZNN-PZT로 표시되는 화합물에 저온소결 첨가제가 첨가되어 xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 + Y wt% 저온소결 첨가제 (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5) 의 조성식을 가질 수 있다.The piezoelectric ceramics sintered body produced by the manufacturing method of the piezoelectric ceramics sintered body of the present invention consists of (Pb, Zn, Ni, Nb)-(Pb, Zr, Ti) phases, and low-temperature sintering additives are added to the compound represented by PZNN-PZT. xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 + Y wt% low temperature sintering additive (0.10<x<0.30, 0.01<Y<0.5) may have a composition formula.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온소결 첨가제가 첨가됨으로써 900 ℃ 이하의 저온에서 소결 가능하여 적층형 압전체로 제작시 구조적 변형이 일어나지 않고 PbO의 휘발로 인한 소재의 조성변화로 인한 특성저하 문제없이 높은 압전상수와 변환효율을 갖는 음향 엑추에이터 소자 구현이 가능하다. By adding the low-temperature sintering additive according to an embodiment of the present invention, it is possible to sinter at a low temperature of 900 ° C or less, so that structural deformation does not occur when manufactured as a layered piezoelectric body, and there is no problem of characteristic degradation due to compositional change of the material due to volatilization of PbO. It is possible to implement an acoustic actuator device having constant and conversion efficiency.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층형 압전체는, 본 발명의 일 실시예의 압전 세라믹스 소결체 또는 압전 세라믹스 소결체의 제조방법에 의해 제조된 압전 세라믹스 소결체층; 및 상기 압전 세라킥스 소결체층의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 형성되는 전극층;을 포함한다. 것일 수 있다.A multilayer piezoelectric body according to another embodiment of the present invention includes a piezoelectric ceramics sintered body layer manufactured by the piezoelectric ceramics sintered body or the method of manufacturing the piezoelectric ceramics sintered body according to one embodiment of the present invention; and an electrode layer formed on at least one of upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramics sintered body layer. it could be

일 실시형태에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소결체층은, 2 층 내지 10 층; 2 층 내지 8 층; 2 층 내지 5 층; 5 층 내지 10 층; 5 층 내지 8 층; 또는 7 층 내지 10 층;으로 적층된 것일 수 있다. 바람직하게는, 5 층 내지 8 층인 것일 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric ceramics sintered body layer includes 2 to 10 layers; 2nd to 8th floor; 2nd to 5th floor; 5 to 10 layers; layer 5 to layer 8; or 7 to 10 layers; it may be laminated. Preferably, it may be 5 to 8 layers.

일 실시형태에 있어서, 상기 압전 세라믹스 소결체의 한 층의 두께는 20 ㎛ 내지 40 ㎛; 20 ㎛ 내지 30 ㎛; 또는 30 ㎛ 내지 40 ㎛;인 것일 수 있다.In one embodiment, the thickness of one layer of the piezoelectric ceramics sintered body is 20 μm to 40 μm; 20 μm to 30 μm; or 30 μm to 40 μm; it may be one.

일 실시형태에 있어서, 상기 전극층은, Cu 전극, Ag 전극, 또는 Ag-Pd 전극을 사용하는 것일 수 있다.In one embodiment, the electrode layer may use a Cu electrode, an Ag electrode, or an Ag-Pd electrode.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커는, 본 발명의 일 실시예의 적층형 압전체; 상기 적층형 압전체 하부에 형성되는 진동판 층; 및 상기 진동판 상부 및 하부 측면을 둘러싸는 형태의 프레임;을 포함한다.A piezoelectric speaker according to another embodiment of the present invention includes a laminated piezoelectric body according to an embodiment of the present invention; a diaphragm layer formed under the multilayer piezoelectric body; and a frame surrounding upper and lower side surfaces of the diaphragm.

일 실시형태에 따르면, 상기 압전 스피커는 적층형 압전체와 상기 적층형 압전체 하부에 형성되는 진동을 전달하는 진동판 층과, 상기 진동판의 측면을 둘러싸는 형태의 프레임을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the piezoelectric speaker may include a multilayer piezoelectric body, a diaphragm layer formed under the multilayer piezoelectric body to transmit vibrations, and a frame surrounding a side surface of the diaphragm.

일 실시형태에 따르면, 상기 진동판 층은 사각 형상을 가지며 적어도 하나 이상의 유연하고 탄성력이 우수한 필름을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the diaphragm layer may have a rectangular shape and include at least one flexible film having excellent elasticity.

일 실시형태에 따르면, 상기 프레임은 내부가 상하로 개방된 내부 공간을 가지고 있으며 진동판의 측면에 결합되어 상, 하부로 고정시키는 역할을 하고, 금속 재질로 형성될 수 있다. According to one embodiment, the frame has an interior space open up and down, is coupled to a side surface of the diaphragm, serves to fix it up and down, and may be formed of a metal material.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 제조 방법은, 서로 다른 진동 특성을 가진 두 종류의 필름을 에폭시 물질로 접착하는 단계; 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 압전체 전극 부분에 솔더링(soldering)하는 단계; 상기 솔더링한 적층형 압전체와 상기 두 종류의 합지된 필름을 부착하는 단계; 및 상기 두 종류의 합지된 필름의 주위를 프레임으로 감싸서 부착하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a piezoelectric speaker according to another embodiment of the present invention includes bonding two types of films having different vibration characteristics with an epoxy material; Soldering (soldering) to the layered piezoelectric electrode portion according to an embodiment of the present invention; attaching the soldered multilayer piezoelectric body and the laminated film of the two types; and wrapping and attaching the periphery of the two types of laminated films with a frame.

서로 다른 진동 특성을 가진 두 종류의 필름을 에폭시 물질로 접착하는 단계에서는 폴리 에테르 에테르 케톤 (PEEK) 필름의 하부 쪽에 바코터를 이용하여 에폭시를 도포하고 실리콘 고무(Silicone rubber)를 부착하여 결합한다. In the step of adhering two types of films having different vibration characteristics with an epoxy material, epoxy is applied to the lower side of the polyether ether ketone (PEEK) film using a bar coater, and silicone rubber is attached to combine them.

일 실시예에 따른 적층형 압전체 전극 부분에 솔더링하는 단계는 적층형 압전체 상부의 전극 부분에 솔더링을 진행하여 각각의 전극층이 연결되도록 한다. In the step of soldering to the multilayer piezoelectric electrode portion according to an embodiment, soldering is performed to the electrode portion on the upper portion of the multilayer piezoelectric body so that each electrode layer is connected.

일 실시에에 따른 솔더링한 적층형 압전체와 상기 두종류의 합지된 필름을 부착하는 단계에서는 적층형 압전체의 하부쪽에 에폭시를 도포후 PEEK/Silicone rubber가 합지된 필름의 상부쪽으로 부착한다. In the step of attaching the soldered multilayer piezoelectric body and the two types of laminated films according to one embodiment, epoxy is applied to the lower side of the multilayer piezoelectric body and then attached to the upper side of the film in which PEEK/Silicone rubber is laminated.

일 실시예에 따라 상기 두 종류의 합지된 필름의 주위를 프레임으로 감싸서 부착하는 단계는 진동판 주위에 상, 하부로 동일한 두께의 스틸 프레임(steel frame)을 에폭시로 부착하여 압전체가 부착된 진동판을 고정시켜 최종적으로 압전스피커를 제조한다.According to an embodiment, the step of wrapping and attaching a frame around the two types of laminated films is to fix the diaphragm to which the piezoelectric body is attached by attaching a steel frame having the same thickness to the top and bottom of the diaphragm around the diaphragm with epoxy. to finally manufacture a piezoelectric speaker.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

압전 세라믹스 소결체 제조Manufacture of piezoelectric ceramics sintered body

실험에는 Kojundo Chemical Laboratory 사의 고순도 분말 (>98%)을 사용했다. PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, Nb2O5 및 NiO를 출발물질로 사용하여 일반적인 고상반응법을 이용하여 압전재료를 합성하였다. 분말은 xPb(Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3O3 - (1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT, x = 0.10-0.30)의 다양한 조성비에 따라 칭량되었다. 균일한 분산을 보장하기 위해 분말을 에탄올 용액에서 24 시간 동안 지르코니아 볼과 혼합하고 120 ℃에서 4 시간 이상 건조시켰다. 생성된 분말은 후속적으로 2단계 하소 (1차 하소 온도는 1,100 ℃ 내외, 2차 하소 온도는 720 ℃ 내외)를 수행했다. Li2CO3 도펀트는 농도를 0.1 wt.%에서 0.4 wt.%까지 변화시켜 제조된 분말과 24 시간 동안 혼합하였다. 상기 원료 분말에 바인더로서 10 중량% 폴리비닐알코올(PVA) 수용액을 적당량 첨가하고, 약 10 MPa의 압력을 가하여 분말을 Ψ 10 mm 디스크로 성형하였다. 성형된 세라믹이 더 조밀한 구조를 갖도록 하기 위해 130 MPa의 수압을 사용하여 냉간 등방압 프레싱을 수행하였다. 소결은 4 시간 동안 850-950 ℃의 온도 범위에서 연속적으로 수행되었다.High-purity powder (>98%) from Kojundo Chemical Laboratory was used in the experiment. Piezoelectric materials were synthesized using a general solid-state reaction method using PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 and NiO as starting materials. The powder is weighed according to various compositional ratios of xPb(Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 O 3 - (1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT, x = 0.10-0.30) It became. To ensure uniform dispersion, the powder was mixed with zirconia balls in an ethanol solution for 24 hours and dried at 120 °C for more than 4 hours. The resulting powder was subsequently subjected to two-step calcination (the first calcination temperature was around 1,100 °C and the second calcination temperature was around 720 °C). The Li 2 CO 3 dopant was mixed for 24 hours with the powder prepared by varying the concentration from 0.1 wt.% to 0.4 wt.%. An appropriate amount of 10% by weight polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution as a binder was added to the raw material powder, and a pressure of about 10 MPa was applied to mold the powder into a Ψ 10 mm disk. Cold isostatic pressing was performed using a water pressure of 130 MPa to make the molded ceramic have a more dense structure. Sintering was carried out continuously in the temperature range of 850–950 °C for 4 hours.

압전 적층체 제조Manufacture of piezoelectric laminates

압전 스피커용 다층 압전 액추에이터는 다음과 같이 제조하였다. 다층 압전 액추에이터의 그린시트 생산을 위해 제조된 PZNN-PZT 분말을 볼밀에서 24 시간 동안 에탄올, 메틸에틸케톤 및 분산제를 포함하는 용매와 혼합하였다. 이어서, 바인더(폴리비닐부티랄)를 첨가하고 볼 밀링을 반복하여 슬러리를 생성했으며, 최종적으로 테이프 캐스팅에 의해 ~40 ㎛ 두께의 그린 시트를 얻었다. 전극 페이스트는 80 wt.% Ag 및 20 wt.% Pd 페이스트에 소량의 PZNN-PZT 분말, 바인더(에틸 셀룰로오스) 및 가소제를 3-롤 밀에서 혼합하여 제조하였다. 이전 단계에서 제조된 그린 시트에는 패턴 인쇄용 홀을 천공하고, 스크린 인쇄를 통해 각 층에 해당하는 전극 패턴을 형성하였다. 총 7개의 층을 적층한 후 상온에서 0.04 MPa의 압력으로 적층하여 일체화시켰다. 적층 시트의 상부 및 하부 부분 전극을 인쇄한 후, 부품 단위로 절단하고, 모서리 부분을 종단 처리하여 해당 층을 연결하였다. 굽힘을 방지하기 위해 샘플의 상단과 하단에 고온 동시 소성 세라믹 시트를 놓고 벨트-유형 로(belt-type furnce)에서 소결을 수행하였다; 소결하는 동안 상단에 일정한 하중이 가해졌다. 샘플은 다층 압전 액츄에이터를 제작하기 위해 875 ℃의 최종 소결 온도에서 약 15분 동안 계속해서 소성하였다.A multilayer piezoelectric actuator for a piezoelectric speaker was manufactured as follows. PZNN-PZT powders prepared for the production of green sheets for multi-layer piezoelectric actuators were mixed with solvents including ethanol, methyl ethyl ketone and dispersants in a ball mill for 24 hours. Subsequently, a binder (polyvinyl butyral) was added and ball milling was repeated to produce a slurry, and finally a green sheet having a thickness of ~40 μm was obtained by tape casting. The electrode paste was prepared by mixing 80 wt.% Ag and 20 wt.% Pd paste with a small amount of PZNN-PZT powder, binder (ethyl cellulose) and plasticizer in a 3-roll mill. Holes for pattern printing were punched in the green sheet prepared in the previous step, and electrode patterns corresponding to each layer were formed through screen printing. After stacking a total of seven layers, they were integrated by stacking at room temperature under a pressure of 0.04 MPa. After the upper and lower electrodes of the laminated sheet were printed, the respective layers were connected by cutting each component and terminating the corner portion. Sintering was performed in a belt-type furnace with high-temperature co-fired ceramic sheets placed on the top and bottom of the sample to prevent bending; A constant load was applied to the top during sintering. The samples were continuously fired for about 15 minutes at a final sintering temperature of 875 °C to fabricate multilayer piezoelectric actuators.

압전 스피커 제조piezoelectric speaker manufacturing

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 압전스피커의 평면도를 나타낸다.6 is a plan view of a piezoelectric speaker manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 압전 스피커는 적층형 압전체와 적층형 압전체 하부에 형성되는 진동을 전달하는 진동판 층과, 상기 진동판의 측면을 둘러싸는 형태의 고강성 스테인레스 스틸 프레임을 포함하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 6 , the piezoelectric speaker may include a multilayer piezoelectric body, a diaphragm layer formed below the multilayer piezoelectric body and transmitting vibration, and a high rigidity stainless steel frame surrounding a side surface of the diaphragm.

12 × 16 × 0.32 mm3 다층 압전 액추에이터는 PEEK(Polyetheretherketone)로 만들어진 진동판과 물리적 특성과 치수가 다른 실리콘 고무 필름을 포함하는 압전 스피커를 제조하는데 사용되었다. 압전 진동판의 진동을 효과적으로 흡수하고 불필요한 진동을 일으키지 않는 고강성 스테인레스 스틸 프레임을 프레임으로 사용했으며, 안정적인 접합을 위해 각 재료 사이에 에폭시를 접착제로 사용했다.A 12 × 16 × 0.32 mm 3 multilayer piezoelectric actuator was used to fabricate a piezoelectric speaker including a diaphragm made of polyetheretherketone (PEEK) and a silicone rubber film with different physical properties and dimensions. A high-rigidity stainless steel frame that effectively absorbs the vibration of the piezoelectric diaphragm and does not cause unnecessary vibration is used as a frame, and epoxy is used as an adhesive between each material for stable bonding.

압전 스피커의 음향 특성은 차음 성능이 30 dB(A)이고 외부 소음을 차단하는 음향 쐐기가 있는 무반사실의 배플판 중앙에 부착하여 조사하였다. 기준 마이크와 스피커 사이의 거리는 10 cm로 고정되었다. 가청 주파수 범위(250-20,000 Hz)에서 종합왜형률(total harmonic distortion; THD) 속성과 음압 레벨(sound pressure level; SPL) 출력은 5 Vp의 인가전압에서 오디오 분석기(FX-00, NTi, Schaan, LI, Liechtenstein)를 사용하여 측정되었다. The acoustic characteristics of the piezoelectric speaker were investigated by attaching it to the center of a baffle plate in an anechoic chamber with a sound insulation performance of 30 dB(A) and an acoustic wedge that blocks external noise. The distance between the reference microphone and the speaker was fixed at 10 cm. Totalonic distortion (THD) properties and sound pressure level (SPL) output in the audible frequency range (250-20,000 Hz) were measured by an audio analyzer (FX-00, NTi, Schaan, LI, Liechtenstein).

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 PZNN 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing XRD analysis results of PZNN-PZT sintered bodies according to PZNN content prepared according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 조성물을 합성한 결과 이차상의 생성 없이 안정적인 페로브스카이트상이 형성된 것으로 확인된다. 특히, 상기 x 가 0.20 내지 0.25 일 때 정방정계(tetragonal) 상과 능면체(rhombohedral) 상이 다소 혼재된 MPB(Morphotropic Phase Boundary) 영역을 나타내어 우수한 압전 특성을 나타낼 것 으로 예상할 수 있다. Referring to FIG. 2, as a result of synthesizing the composition according to an embodiment of the present invention, it is confirmed that a stable perovskite phase is formed without generation of a secondary phase. In particular, when x is 0.20 to 0.25, it can be expected to exhibit excellent piezoelectric properties by showing a Morphotropic Phase Boundary (MPB) region in which a tetragonal phase and a rhombohedral phase are somewhat mixed.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 탄산리튬(Li2CO3) 도핑 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 SEM 이미지이다.3 is a SEM image of a PZNN-PZT sintered body according to a doping content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) prepared according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 탄산리튬(Li2CO3)의 첨가량이 0.1 wt% 일 때 평균 입자사이는 1.18㎛ 에서 1.47㎛로 증가하였다. 그 이상 첨가시 입자사이즈가 감소하는 것이 관찰되는데, 이는 탄산리튬(Li2CO3) 이 고용한계 이상 첨가되면서 입계 편석으로 입자 성장을 방해하는 것으로 판단된다. Referring to FIG. 3, when the added amount of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was 0.1 wt%, the average particle size increased from 1.18 μm to 1.47 μm. It is observed that the particle size decreases when added more than that, which is judged to be that lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is added above the solubility limit and interferes with particle growth due to grain boundary segregation.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탄산리튬(Li2CO3) 도핑 함량에 따른 PZNN-PZT 소결체의 전기적특성 측정 결과를 나타낸다. 4 shows the results of measuring the electrical characteristics of the PZNN-PZT sintered body according to the doping content of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) prepared according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 탄산리튬(Li2CO3) 의 첨가량이 0.1 wt% 일 때 압전상수(d33), 전기기계결합계수(kp), 압전전압계수(g33)가 각각 500 pC/N, 0.63, 43 mV/N 으로 875 ℃ 의 낮은 온도에서 소결했을 때에도 950℃ 에서 소결했을 때와 비슷하거나 우수한 값을 나타내었다. Referring to FIG. 4, when the addition amount of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is 0.1 wt%, the piezoelectric constant (d 33 ), electromechanical coupling coefficient (k p ), and piezoelectric voltage coefficient (g 33 ) are each 500 pC/ Even when sintered at a low temperature of 875 ℃ with N, 0.63, 43 mV / N, it showed similar or superior values to those when sintered at 950 ℃.

상기 결과는 Li2CO3 가 723 ℃의 낮은 녹는점(melting point)을 가져 소결시 액상 형성을 유발해 세라믹 입자 표면을 치밀화 시켜 낮은 온도에서도 우수한 압전 특성을 갖는 것으로 간주된다.The above results indicate that Li 2 CO 3 has a low melting point of 723° C. and induces the formation of a liquid phase during sintering to densify the surfaces of ceramic particles, thereby having excellent piezoelectric properties even at low temperatures.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 적층형 압전체의 파단면 SEM 이미지이다.5 is a SEM image of a fracture surface of a multilayer piezoelectric body manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면 상기 탄산리튬(Li2CO3)이 0.1 wt% 첨가 된 xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (0.15<x<0.30)의 조성식을 갖는 압전세라믹 조성물을 이용하여 제작한 적층형 압전체가 875 ℃ 저온에서 소결이 비교적 잘 이루어진 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 5, xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 ) to which 0.1 wt% of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was added ) O 3 (0.15<x<0.30) It was confirmed that the laminated piezoelectric body fabricated using the piezoelectric ceramic composition had relatively good sintering at a low temperature of 875 °C.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 서로 다른 크기를 가진 음향 진동판 구조에 따른 압전스피커의 단면도이고, 도 8은 도 7의 압전 스피커의 주파수 응답특성 시뮬레이션 해석 결과를 나타낸다.7 is a cross-sectional view of a piezoelectric speaker according to an acoustic diaphragm structure having different sizes manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows simulation analysis results of frequency response characteristics of the piezoelectric speaker of FIG. 7 .

도 8을 참조하면, 적층형 압전체 하부 진동판 층인 PEEK 필름 보다 작은 사이즈의 실리콘 고무를 PEEK 필름 하부의 중심에 부착하였을 때 실리콘 고무 가 진동이 일어나는 핵심부위에서 질량체 역할을 하여 전 주파수 영역의 출력음압레벨(SPL) 특성이 상대적으로 고르게 개선되고, 평균 약 101 dB 의 출력음압 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, when silicone rubber having a size smaller than that of the PEEK film, which is the lower diaphragm layer of the laminated piezoelectric body, is attached to the center of the lower part of the PEEK film, the silicone rubber acts as a mass in the core part where vibration occurs, and the output sound pressure level (SPL) in the entire frequency range ) characteristics are relatively evenly improved, and it can be seen that the average output sound pressure result is about 101 dB.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 저온에서 소결 가능한 PZNN-PZT 계 압전세라믹스 조성물로 적층형 압전체를 제조할 수 있고, 이를 포함한 음향 특성이 개선된 압전형 스피커를 제조할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, a laminated piezoelectric body can be manufactured from a PZNN-PZT-based piezoelectric ceramic composition capable of being sintered at a low temperature, and a piezoelectric speaker having improved acoustic characteristics including the same can be manufactured.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (15)

하기 화학식 1의 PZNN-PZT 세라믹스 조성물에 저온소결 첨가제가 첨가된,
압전 세라믹스 소결체:
[화학식 1]
xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT)
(0.10<x<0.30).
A low-temperature sintering additive is added to the PZNN-PZT ceramics composition of Formula 1 below,
Piezoelectric Ceramics Sintered Body:
[Formula 1]
xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3 (PZNN-PZT)
(0.10<x<0.30).
제1항에 있어서,
상기 x는 0.20 내지 0.25인 것인,
압전 세라믹스 소결체.
According to claim 1,
Wherein x is 0.20 to 0.25,
Piezoelectric ceramics sintered body.
제1항에 있어서,
상기 저온소결 첨가제는,
탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
압전 세라믹스 소결체.
According to claim 1,
The low temperature sintering additive,
At least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ) and cadmium carbonate (CdCO 3 ),
Piezoelectric ceramics sintered body.
제1항에 있어서,
상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위인 것인,
압전 세라믹스 소결체.
According to claim 1,
The low-temperature sintering additive is in the range of 0.01% to 0.5% by weight relative to the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body,
Piezoelectric ceramics sintered body.
하기 화학식 1의 조성식이 되도록 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO 및 Nb2O5을 포함하는 원료 분말을 용매에 넣고 습식 혼합법으로 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물을 건조 후 하소(calcination)하여 제1 분말을 형성하는 단계;
상기 제1 분말에 저온소결 첨가제를 첨가하고 습식 혼합 후 건조하여 제2 분말을 형성하는 단계; 및
상기 제2 분말을 성형 후 소결하여 압전체를 형성하는 단계;
를 포함하는,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법:
[화학식 1]
xPb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.5Ti0.5)O3
(0.10<x<0.30).
Preparing a mixture by putting raw material powders containing PbO, ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, NiO, and Nb 2 O 5 into a solvent so as to have a compositional formula of Formula 1 below;
drying and then calcining the mixture to form a first powder;
forming a second powder by adding a low-temperature sintering additive to the first powder, wet mixing, and then drying; and
forming a piezoelectric body by molding and then sintering the second powder;
including,
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body:
[Formula 1]
xPb((Zn 0.8 Ni 0.2 ) 1/3 Nb 2/3 )O 3 -(1-x)Pb(Zr 0.5 Ti 0.5 )O 3
(0.10<x<0.30).
제5항에 있어서,
상기 x는 0.20 내지 0.25인 것인,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법.
According to claim 5,
Wherein x is 0.20 to 0.25,
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body.
제5항에 있어서,
상기 혼합물을 준비하는 단계는, 상기 원료 분말을 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 용매와 10 시간 내지 40 시간 동안 습식 혼합하는 것인,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법.
According to claim 5,
Preparing the mixture is wet mixing the raw material powder with at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol and distilled water for 10 hours to 40 hours,
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body.
제5항에 있어서,
상기 저온소결 첨가제는,
탄산리튬(Li2CO3), 탄산붕소(B2CO3) 및 탄산카드뮴(CdCO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법.
According to claim 5,
The low temperature sintering additive,
At least one selected from the group consisting of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), boron carbonate (B 2 CO 3 ) and cadmium carbonate (CdCO 3 ),
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body.
제5항에 있어서,
상기 저온소결 첨가제는, 상기 압전 세라믹스 소결체 총 중량대비 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위로 첨가하는 것인,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법.
According to claim 5,
The low-temperature sintering additive is added in the range of 0.01% to 0.5% by weight relative to the total weight of the piezoelectric ceramics sintered body,
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body.
제5항에 있어서,
상기 소결은 850 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 3 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것인,
압전 세라믹스 소결체의 제조방법.
According to claim 5,
The sintering is carried out at a temperature of 850 ℃ to 900 ℃ for 3 hours to 10 hours,
Manufacturing method of piezoelectric ceramics sintered body.
제1항의 압전 세라믹스 소결체 또는 압전 세라믹스 소결체의 제조방법에 의해 제조된 압전 세라믹스 소결체층; 및
상기 압전 세라킥스 소결체층의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 형성되는 전극층;
을 포함하는,
적층형 압전체.
A piezoelectric ceramics sintered body layer produced by the piezoelectric ceramics sintered body or the method of manufacturing a piezoelectric ceramics sintered body according to claim 1; and
an electrode layer formed on at least one of upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramics sintered body layer;
including,
Layered piezoelectric.
제11항에 있어서,
상기 압전 세라믹스 소결체층은,
2 층 내지 10 층으로 적층된 것인,
적층형 압전체.
According to claim 11,
The piezoelectric ceramics sintered body layer,
Laminated from 2 to 10 layers,
Layered piezoelectric.
제11항에 있어서,
상기 압전 세라믹스 소결체의 한 층의 두께는 20 ㎛ 내지 40 ㎛인 것인,
적층형 압전체.
According to claim 11,
The thickness of one layer of the piezoelectric ceramics sintered body is 20 μm to 40 μm,
Layered piezoelectric.
제11항의 적층형 압전체;
상기 적층형 압전체 하부에 형성되는 진동판 층; 및
상기 진동판 상부 및 하부 측면을 둘러싸는 형태의 프레임;
을 포함하는,
압전 스피커.
The laminated piezoelectric body of claim 11;
a diaphragm layer formed under the multilayer piezoelectric body; and
a frame surrounding upper and lower side surfaces of the diaphragm;
including,
piezoelectric speaker.
서로 다른 진동 특성을 가진 두 종류의 필름을 에폭시 물질로 접착하는 단계;
제11항의 적층형 압전체 전극 부분에 솔더링하는 단계;
상기 솔더링한 적층형 압전체와 상기 두 종류의 합지된 필름을 부착하는 단계; 및
상기 두 종류의 합지된 필름의 주위를 프레임으로 감싸서 부착하는 단계;
를 포함하는,
압전 스피커의 제조 방법.
Adhering two types of films having different vibration characteristics with an epoxy material;
soldering to the layered piezoelectric electrode of claim 11;
attaching the soldered multilayer piezoelectric body and the laminated film of the two types; and
Wrapping and attaching the periphery of the two types of laminated films with a frame;
including,
A method for manufacturing a piezoelectric speaker.
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