KR20240086968A - Piezoelectric ceramic sintering jig and piezoelectric ceramic sintering unit including the same - Google Patents

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KR20240086968A
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sintering
ceramic sintering
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임재훈
김기웅
소윤지
이유형
강민호
홍길수
양승호
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Abstract

본 발명은 압전세라믹 소결지그와 관련된다. 본 발명은 실시예로 일방이 개방되고 내부에 공간을 가지는 제1세터, 판 형상으로 이루어져 상기 제1세터의 내부의 공간에 배치되고 PbO 성분을 포함하며 상부에 압전세라믹 시트가 놓여지는 제2세터, 일정 길이를 가진 막대 형상으로 이루어지고 상기 제2세터의 테두리를 따라 간격을 두고 복수가 배치되는 스페이서 및 상기 스페이서 위에 놓여지고 PbO 성분을 포함하며 상기 압전세라믹 시트의 상부를 덮는 제3세터를 포함하는 압전세라믹 소결지그와 이를 포함하는 소결유닛을 제시한다.The present invention relates to a piezoelectric ceramic sintering jig. The present invention is an embodiment of a first setter that is open on one side and has a space inside, a second setter that is made of a plate shape, is disposed in the inner space of the first setter, contains a PbO component, and has a piezoelectric ceramic sheet placed on the top. , a spacer made of a rod shape with a certain length and arranged at intervals along the edge of the second setter, and a third setter placed on the spacer, containing a PbO component, and covering the top of the piezoelectric ceramic sheet. A piezoelectric ceramic sintering jig and a sintering unit including the same are presented.

Description

압전세라믹 소결지그 및 이를 포함하는 압전세라믹 소결유닛{Piezoelectric ceramic sintering jig and piezoelectric ceramic sintering unit including the same}Piezoelectric ceramic sintering jig and piezoelectric ceramic sintering unit including the same {Piezoelectric ceramic sintering jig and piezoelectric ceramic sintering unit including the same}

본 발명은 압전세라믹 소결지그에 관한 것으로서 가소가스의 방출 억제를 통해 압전세라믹의 수축을 방지할 수 있는 압전세라믹 소결지그 및 이를 포함하는 압전세라믹 소결유닛과 관련된다.The present invention relates to a piezoelectric ceramic sintering jig and a piezoelectric ceramic sintering jig that can prevent shrinkage of piezoelectric ceramics by suppressing the emission of plastic gas and a piezoelectric ceramic sintering unit including the same.

일반적으로 압전소자는 진동이 가해졌을 때 전압이 발생하고, 전압이 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 소자로 알려져 있다.In general, a piezoelectric element is an element that generates voltage when vibration is applied and mechanical deformation occurs when voltage is applied. It is capable of converting mechanical vibration energy into electrical energy and electrical energy into mechanical vibration energy. It is known to be a very efficient device.

이에 따라 압전소자는, 진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용하여 가속도센서 등으로 이용되거나 전기적인 에너지를 가청영역의 소리로 상호 변환할 수 있는 원리를 이용하여 레코드 디스크의 픽 업, 마이크로 폰, 스피커, 버저 등의 소자로 이용된다.Accordingly, piezoelectric elements can be used as acceleration sensors, etc. by using the principle of converting vibration into electrical energy, or by using the principle of converting electrical energy into sound in the audible range, they can be used to pick up record discs, etc. It is used in devices such as microphones, speakers, and buzzers.

압전스피커의 압전체로 이용되는 재료로는, 제조가 용이하고 저가인 세라믹이 주로 이용되고 원료 분말들을 소성하고 판 형태로 성형한 후 소결유닛에 장입하고 소결하는 방법으로 제조되는 것이 일반적이다.As a material used as a piezoelectric material for a piezoelectric speaker, ceramic, which is easy to manufacture and inexpensive, is mainly used, and it is generally manufactured by firing raw material powder, forming it into a plate shape, and then charging it into a sintering unit and sintering.

하지만 소결 과정에서 세라믹에 포함된 휘발성 물질들이 가소가스로 방출되어 성분에 변화가 올 수 있으며 소결되는 세라믹에 휨이 발생할 수 있어 이를 적절하게 제어할 수 있는 방안이 필요하다.However, during the sintering process, volatile substances contained in the ceramic are released as plastic gas, which may change the composition and cause warping of the sintered ceramic, so a method to properly control this is needed.

대한민국 공개특허 제10-2018-0013028호 (2018.02.07)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0013028 (2018.02.07)

본 발명은 일정 두께의 단일층으로 이루어진 압전세라믹을 휨 없이 고밀도로 생산할 수 있어 소자의 신뢰성과 성능을 확보할 수 있고, 대면적의 압전세라믹을 대량으로 생산하기에도 적합하며, 공정의 단순화와 생산성 향상이 가능한 압전세라믹 소결지그를 제시한다. 또한 이를 포함하는 압전세라믹 소결유닛을 제시한다.The present invention can produce piezoelectric ceramics made of a single layer of a certain thickness at high density without warping, thereby ensuring the reliability and performance of the device, and is also suitable for mass production of large-area piezoelectric ceramics, and simplifies the process and improves productivity. A piezoelectric ceramic sintering jig that can be improved is presented. Additionally, a piezoelectric ceramic sintering unit including this is presented.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other detailed purposes of the present invention will be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field through the detailed contents described below.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 일방이 개방되고 내부에 공간을 가지는 제1세터, 판 형상으로 이루어져 상기 제1세터의 내부의 공간에 배치되고 PbO 성분을 포함하며 상부에 압전세라믹 시트가 놓여지는 제2세터, 일정 길이를 가진 막대 형상으로 이루어지고 상기 제2세터의 테두리를 따라 간격을 두고 복수가 배치되는 스페이서 및 상기 스페이서 위에 놓여지고 PbO 성분을 포함하며 상기 압전세라믹 시트의 상부를 덮는 제3세터를 포함하는 압전세라믹 소결지그를 제시한다.In order to solve the above problem, the present invention is an embodiment, a first setter that is open on one side and has a space inside, is made of a plate shape, is disposed in the inner space of the first setter, contains a PbO component, and has a piezoelectric ceramic on the top. A second setter on which the sheet is placed, a spacer made of a rod shape with a certain length and a plurality of spacers arranged at intervals along the edge of the second setter, and a top of the piezoelectric ceramic sheet placed on the spacer and containing a PbO component. A piezoelectric ceramic sintering jig including a third setter covering is presented.

이때 상기 제1세터는, ZrO2 성분을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.At this time, the first setter may be made of a material containing ZrO 2 component.

또한 상기 스페이서는, 가로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제1스페이서 및 세로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제2스페이서를 포함하고, 상기 압전세라믹 시트의 꼭짓점 부분이 개방되는 형태로 이루어질 수 있다.Additionally, the spacer may include a pair of first spacers arranged in parallel in the horizontal direction and a second spacer arranged in parallel in a vertical direction, and the vertex portion of the piezoelectric ceramic sheet may be open.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 바닥을 이루는 붕판, 지지판과 상기 지지판을 받쳐주는 다리를 구비하여 상기 붕판 위에 배치되는 지지대, 상기 지지대 위에 놓여지는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 압전세라믹 소결지그 및 상기 지지대와 상기 압전세라믹 소결지그를 덮어 밀폐하는 덮개를 포함하는 압전세라믹 소결유닛을 제시한다.In order to solve the above problem, the present invention, as an embodiment, includes a shelf plate forming a floor, a support plate including a support plate and legs for supporting the support plate and placed on the shelf plate, and any of claims 1 to 4 placed on the support plate. A piezoelectric ceramic sintering unit is provided, including the piezoelectric ceramic sintering jig according to one item, the support, and a cover that covers and seals the piezoelectric ceramic sintering jig.

이때 상기 지지대는 2개가 적층되어 2단으로 이루어지고 각 상기 지지대에 상기 압전세라믹 소결지그가 각각 놓여질 수 있다.At this time, two supports are stacked to form two stages, and the piezoelectric ceramic sintering jig can be placed on each support.

본 발명의 실시예에 따르면, PbO 성분을 포함한 제1세터와 제2세터 사이에 압전세라믹 시트를 놓고 스페이서를 이용하여 압전세라믹 시트가 놓이는 공간을 확보함과 동시에 가소가스의 방출을 억제하게 된다.According to an embodiment of the present invention, a piezoelectric ceramic sheet is placed between the first setter and the second setter containing the PbO component, and a spacer is used to secure a space for the piezoelectric ceramic sheet to be placed and at the same time suppress the emission of plastic gas.

또한 복수의 스페이서가 간격을 두고 놓여져 가소가스 일부가 방출될 수 있는 공간을 형성하여 가소가스에 포함된 바인더 성분을 배출할 수 있는 한편 제1세터와 제2세터에 포함된 PbO성분에 의해 압전세라믹의 PbO 성분의 휘발을 억제함으로써 일정 두께의 단일층으로 이루어진 압전세라믹을 휨 없이 고밀도로 생산할 수 있다.In addition, a plurality of spacers are placed at intervals to form a space where some of the plasticized gas can be released, thereby discharging the binder component contained in the plasticized gas, while the PbO component contained in the first and second setters creates a space where the piezoelectric ceramic can be released. By suppressing the volatilization of the PbO component, piezoelectric ceramics consisting of a single layer of a certain thickness can be produced at high density without warping.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.Other effects of the present invention will be readily apparent and understood by experts or researchers in the technical field through the specific details described below or during the process of implementing the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 나타내는 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 포함하는 압전세라믹 소결유닛을 나타내는 개념도.
도 5는 실시예와 비교예에 따른 압전세라믹 소결유닛을 나타내는 도면.
도 6은 실시예와 비교예에 따른 압전세라믹 소결유닛을 통해 제작된 압전세라믹 소결체를 이용한 압전 스피커의 음압특성을 비교한 그래프.
Figure 1 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic sintering jig according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing the piezoelectric ceramic sintering jig according to the embodiment shown in Figure 1.
Figure 3 is a side view showing a piezoelectric ceramic sintering jig according to the embodiment shown in Figure 1.
Figure 4 is a conceptual diagram showing a piezoelectric ceramic sintering unit including a piezoelectric ceramic sintering jig according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a view showing a piezoelectric ceramic sintering unit according to examples and comparative examples.
Figure 6 is a graph comparing the sound pressure characteristics of a piezoelectric speaker using a piezoelectric ceramic sintered body manufactured through a piezoelectric ceramic sintering unit according to Examples and Comparative Examples.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention. You will be able to. Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그 및 이를 포함하는 압전세라믹 소결유닛에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, a piezoelectric ceramic sintering jig and a piezoelectric ceramic sintering unit including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this specification, similar reference numbers are assigned to identical and similar configurations even in different embodiments, and the description is replaced with the first description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 나타내는 사시도이고, 도 2는 소결지그의 분해사시도이며, 도 3은 소결지그의 측면도이다.Figure 1 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic sintering jig according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of the sintering jig, and Figure 3 is a side view of the sintering jig.

본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그는, 제1세터(10), 제2세터(20), 스페이서(30) 및 제3세터(40)를 포함하여 이루어진다.The piezoelectric ceramic sintering jig according to an embodiment of the present invention includes a first setter 10, a second setter 20, a spacer 30, and a third setter 40.

제1세터는 일방이 개방되고 내부에 공간을 가지도록 이루어지고, 제2세터가 제1세터의 내부의 공간에 배치된다. 제2세터는 판 형상으로 이루어지고 PbO 성분을 포함하며 상부에 압전세라믹 시트가 놓여진다.The first setter is open on one side and has a space inside, and the second setter is placed in the space inside the first setter. The second setter is shaped like a plate and contains PbO, and a piezoelectric ceramic sheet is placed on the top.

한편 일정 길이를 가진 막대 형상으로 이루어진 스페이서가 제2세터의 테두리를 따라 간격을 두고 복수가 배치된다. 또한 스페이서 위에는 제3세터가 놓여진다. 스페이서에 의해 제3세터는 압전세라믹 시트(S)와 일정 정도 이격된 상태에서 압전세라믹 시트의 상부를 덮도록 놓여진다. 제3세터 역시 PbO 성분을 포함하도록 이루어진다.Meanwhile, a plurality of spacers made of a rod shape with a certain length are arranged at intervals along the edge of the second setter. Additionally, a third setter is placed on the spacer. The third setter is placed by the spacer to cover the upper part of the piezoelectric ceramic sheet (S) while being spaced apart from the piezoelectric ceramic sheet (S) to a certain degree. The third setter is also made to contain a PbO component.

이와 같이 이루어진 압전세라믹 소결지그는 복수의 스페이서 사이의 간격으로 가소가스의 일부가 방출될 수 있는 한편 제2세터와 제3세터의 PbO 성분이 휘발함에 따라 압전세라믹에서 PbO 성분의 휘발을 억제할 수 있으므로 가소가스 방출을 일정 정도 억제하면서 수축율을 제어할 수 있다. 이에 따라 소결체의 엣지(Edge)에 발생할 수 있는 휨을 억제할 수 있다.The piezoelectric ceramic sintering jig made in this way can release a part of the plastic gas in the gap between the plurality of spacers, while suppressing the volatilization of the PbO component in the piezoelectric ceramic as the PbO component of the second and third setters volatilizes. Therefore, the shrinkage rate can be controlled while suppressing the release of plastic gas to a certain extent. Accordingly, bending that may occur at the edges of the sintered body can be suppressed.

이하 각 부에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, each part will be described in detail with reference to the drawings.

제1세터(10)는 일방이 개방되고 내부에 공간을 가지도록 이루어지고 내부의 공간에 제2세터, 스페이서, 제3세터를 포함한 나머지 구성들이 배치되게 된다. 제2세터와 제3세터 사이에는 압전세라믹 시트(S)가 배치된다.The first setter 10 is open on one side and has a space inside, and the remaining components, including the second setter, spacer, and third setter, are arranged in the inside space. A piezoelectric ceramic sheet (S) is disposed between the second setter and the third setter.

여기에서 압전세라믹 시트는 세라믹 분말을 혼합 및 분쇄하고 분쇄된 세라믹 분말에 유기용매를 투입하여 슬러리화 한 후 제조된 슬러리를 테이프 캐스팅하여 제작된 것일 수 있고, 더 구체적으로는 제작된 압전세라믹 시트를 크기에 맞게 절단한 후 세라믹 분말에 포함된 바인더를 제거하는 탈바인더 처리를 마친 것일 수 있다.Here, the piezoelectric ceramic sheet may be produced by mixing and pulverizing ceramic powder, adding an organic solvent to the pulverized ceramic powder to form a slurry, and then tape casting the produced slurry. More specifically, the produced piezoelectric ceramic sheet may be After being cut to size, it may have gone through a binder removal process to remove the binder contained in the ceramic powder.

한편 제1세터는 ZrO2 재질로 이루어질 수 있고, 저밀도의 ZrO2 플레이트를 사용함이 바람직하다. 제1세터는 제2세터가 얇고 평평한 상태로 유지되도록 한다. 이때 저밀도의 ZrO2 플레이트를 사용함으로써 열전달성이나 제2세터와의 반응성을 낮출 수 있어 소결시 소결체에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.Meanwhile, the first setter may be made of ZrO 2 material, and it is preferable to use a low-density ZrO 2 plate. The first setter keeps the second setter thin and flat. At this time, by using a low-density ZrO 2 plate, heat transfer properties or reactivity with the second setter can be lowered, so that the sintered body is not affected during sintering.

제2세터(20)는 판 형상으로 이루어져 제1세터의 내부의 공간에 배치되고 상부에 압전세라믹 시트가 놓여진다. The second setter 20 is made of a plate shape and is placed in the internal space of the first setter, and a piezoelectric ceramic sheet is placed on the top.

제2세터는 압전세라믹 시트에 포함된 휘발성 성분과 동일한 성분으로 이루어질 수 있다. 일반적으로 압전세라믹으로 PZT계 압전세라믹이 많이 사용되므로 제2세터는 고밀도의 PbO 성분을 포함할 수 있다.The second setter may be made of the same volatile component as the volatile component contained in the piezoelectric ceramic sheet. Since PZT-based piezoelectric ceramics are generally used as piezoelectric ceramics, the second setter may contain a high-density PbO component.

제2세터를 압전세라믹 시트에 포함된 휘발성 성분과 동일한 성분으로 함으로써 소결과정에서 압전세라믹 시트의 휨 제어가 가능하고 더 나아가 대면적의 압전소재를 구현하는 것이 가능해 진다.By making the second setter the same volatile component contained in the piezoelectric ceramic sheet, it is possible to control the bending of the piezoelectric ceramic sheet during the sintering process and further to implement a large-area piezoelectric material.

구체적으로 압전세라믹에는 휘발성을 가진 물질들이 포함되는데 소결과정에서 이러한 물질들이 휘발되면 압전세라믹 시트에 휨이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 휘발량은 일정 공간에서는 총량이 정해지는 경향을 가진다. 제2세터를 압전세라믹 시트에 포함된 휘발성 성분과 동일한 성분으로 함으로써 제2세터에서도 휘발이 발생하고 상대적으로 압전세라믹의 휘발 정도를 낮출 수 있으므로 대면적의 압전세라믹의 경우에도 휨 발생을 최소화할 수 있다.Specifically, piezoelectric ceramics contain volatile substances, and if these substances volatilize during the sintering process, warping may occur in the piezoelectric ceramic sheet. However, the total amount of this volatilization tends to be determined in a certain space. By making the second setter the same volatile component as the piezoelectric ceramic sheet, volatilization also occurs in the second setter and the degree of volatilization of the piezoelectric ceramic can be relatively lowered, so the occurrence of warpage can be minimized even in the case of large-area piezoelectric ceramic. there is.

이는 압전세라믹이 PbO, MgO, Na2CO3, K2CO3 등과 같이 휘발성이 있는 성분을 가진 경우 적용이 가능하다.This is applicable when the piezoelectric ceramic has volatile components such as PbO, MgO, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , etc.

스페이서(30)는 일정 길이를 가진 막대 형상으로 이루어지고 제2세터의 테두리를 따라 간격을 두고 복수가 배치됨으로써 후술하는 제3세터가 제2세터와 일정 간격을 두고 이격되어 배치되도록 한다. 또한 이에 따라 제2세터와 제3세터가 이격된 공간에는 압전세라믹 시트가 놓여질 수 있다.The spacers 30 are made in the shape of a bar with a certain length, and a plurality of them are arranged at intervals along the edge of the second setter, so that the third setter, which will be described later, is arranged at a certain distance from the second setter. Additionally, according to this, a piezoelectric ceramic sheet may be placed in the space where the second setter and the third setter are spaced apart.

여기에서 스페이서는 가로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제1스페이서와 세로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제2스페이서를 포함할 수 있고 제1스페이서와 제2스페이서가 서로 만나지 않도록 하여 압전세라믹 시트의 꼭짓점 부분이 개방되는 형태로 이루어진다.Here, the spacer may include a pair of first spacers arranged in parallel in the horizontal direction and a second spacer arranged in parallel in a vertical direction, and the first spacer and the second spacer are prevented from meeting each other so that the piezoelectric ceramic sheet is formed. It is made in a form where the vertex part is open.

소결시 압전세라믹 시트에서 방출되는 가소가스(G)는 방사상 형태로 방출되는데 복수의 스페이서 사이에 개방된 부분으로 가소가스의 일부가 방출될 수 있는 공간이 형성됨으로써 일정량의 가소가스의 방출이 가능하다.The plastic gas (G) released from the piezoelectric ceramic sheet during sintering is released in a radial form. A space is formed in the open portion between the plurality of spacers where a portion of the plastic gas can be released, thereby enabling the release of a certain amount of plastic gas. .

제2세터와 제3세터 사이에 가소가스가 잔류하게 되면 소결체 중앙부 및 엣지 부분에 영향을 주어 소결체에 휨이 발생할 수 있다. 이와 같이 스페이서로 가소가스가 방출될 수 있는 공간을 형성함으로써 소결체의 휨 제어를 원활하게 할 수 있다.If plastic gas remains between the second setter and the third setter, it may affect the center and edge portions of the sintered body, causing bending of the sintered body. In this way, by forming a space through which the plastic gas can be released using the spacer, it is possible to smoothly control the bending of the sintered body.

한편 스페이서는 제2세터 및 제3세터와 마찬가지로 PbO 성분을 포함한 재질로 이루어질 수 있다.Meanwhile, like the second and third setters, the spacer may be made of a material containing PbO.

제3세터(40)는 스페이서 위에 놓여지고 압전세라믹 시트의 상부를 덮는다. 이에 따라 제2세터, 스페이서 및 제3세터가 압전세라믹 시트를 둘러싸게 된다. 제3세터는 제2세터와 실질적으로 동일한 구성을 가지며 제2세터의 설명이 그대로 적용될 수 있다.The third setter 40 is placed on the spacer and covers the top of the piezoelectric ceramic sheet. Accordingly, the second setter, spacer, and third setter surround the piezoelectric ceramic sheet. The third setter has substantially the same configuration as the second setter, and the description of the second setter can be applied as is.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 압전세라믹 소결지그를 포함하는 압전세라믹 소결유닛에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4에는 압전세라믹 소결유닛을 나타내는 개념도가 도시되어 있다.Hereinafter, a piezoelectric ceramic sintering unit including a piezoelectric ceramic sintering jig according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 4 shows a conceptual diagram showing a piezoelectric ceramic sintering unit.

도면을 참조하면 압전세라믹 소결유닛(200)는 붕판(50), 지지대(60), 소결지그(100) 및 덮개(70)를 포함하여 이루어진다.Referring to the drawing, the piezoelectric ceramic sintering unit 200 includes a shelf plate 50, a support 60, a sintering jig 100, and a cover 70.

소결유닛의 붕판은 바닥을 이루고, 알루미나 재질로 이루어질 수 있다. 붕판 위에는 지지대가 배치되는데, 지지대(60)는 지지판(61)과 지지판을 받쳐주는 다리(62)를 구비하여 테이블 형태로 이루어진다.The shelf plate of the sintering unit forms the bottom and may be made of alumina. A support plate is placed on the shelf plate, and the support plate 60 has a support plate 61 and legs 62 that support the support plate and is in the form of a table.

지지대 위에는 본 발명의 실시예에 따른 소결지그가 놓여진다. 소결지그는 상술한 바와 같이 제1세터(10), 제2세터(20), 스페이서(30) 및 제3세터(40)를 포함하여 이루어지는데 제2세터와 제3세터 사이에 압전세라믹 시트가 놓여진다.A sintering jig according to an embodiment of the present invention is placed on the support. As described above, the sintering jig includes a first setter (10), a second setter (20), a spacer (30), and a third setter (40), and a piezoelectric ceramic sheet is placed between the second setter and the third setter. It is placed.

이 상태에서 지지대와 압전세라믹 소결지그를 덮개가 덮어 밀폐함으로써 소결유닛이 구성된다. 덮개는 가소가스가 소결유닛 외부로 방출되지 않도록 억제하는 역할을 한다.In this state, the sintering unit is constructed by covering and sealing the support and the piezoelectric ceramic sintering jig with a cover. The cover serves to prevent plasticizing gas from being released outside the sintering unit.

한편 지지대는 2개가 적층되어 2단으로 이루어지고 각 지지대에 압전세라믹 소결지그가 각각 놓여질 수 있으며 지지대가 3단 이상으로 구성될 수도 있다.Meanwhile, two supports are stacked to form two stages, a piezoelectric ceramic sintering jig can be placed on each support, and the supports may be composed of three or more stages.

또한 추가적으로 붕판에는 PbO 분위기 파우더(P)가 알루미나 세터(80)에 담겨져 놓여지고 소결시 세터에 담긴 PbO가 휘발됨으로써 압전세라믹 시트에 포함된 PbO의 휘발을 억제할 수 있다.In addition, PbO atmosphere powder (P) is placed in the alumina setter 80 on the boer plate, and the PbO contained in the setter is volatilized during sintering, thereby suppressing the volatilization of PbO contained in the piezoelectric ceramic sheet.

이와 같이 구성된 소결유닛에서 압전세라믹 시트를 소결할 수 있다.A piezoelectric ceramic sheet can be sintered in a sintering unit configured as described above.

압전세라믹 시트는 세라믹 분말을 혼합 및 분쇄하고 분쇄된 세라믹 분말에 유기용매를 투입하여 슬러리화한 후 제조된 슬러리를 테이프 캐스팅하고 절단하여 제작할 수 있으며 이러한 압전세라믹 시트를 소결지그에서 소결할 수 있다.Piezoelectric ceramic sheets can be manufactured by mixing and pulverizing ceramic powder, adding an organic solvent to the pulverized ceramic powder to form a slurry, then tape casting and cutting the prepared slurry, and such piezoelectric ceramic sheets can be sintered in a sintering jig.

소결 과정은 압전세라믹 시트를 소결지그에 장입하고, 탈지과정을 수행한 후 소결과정을 수행하는 형태로 진행될 수 있다.The sintering process may be carried out by loading a piezoelectric ceramic sheet into a sintering jig, performing a degreasing process, and then performing a sintering process.

탈지과정에서는 온도를 점차적으로 높여가며 압전세라믹 시트 내에 솔벤트 및 바인더 등을 탈지하게 된다.In the degreasing process, the temperature is gradually increased to degrease the solvent and binder within the piezoelectric ceramic sheet.

솔벤트 등을 탈지하기 위하여 300~400℃까지 0.3℃/min으로 승온시킬 수 있고 대략 12시간 정도 열처리를 할 수 있다. 이후 바인더 등을 탈지하기 위하여 500~600℃까지 0.7℃/min으로 승온시키고 대략 2시간 정도 열처리를 할 수 있다.To degrease solvents, etc., the temperature can be raised to 300~400℃ at 0.3℃/min and heat treatment can be performed for approximately 12 hours. Afterwards, in order to degrease the binder, etc., the temperature can be raised to 500-600℃ at 0.7℃/min and heat treatment can be performed for approximately 2 hours.

소결과정에서는 압전세라믹을 고밀도로 소결하게 되는데 1,100~1,300℃까지 4.0℃/min으로 승온시키고 대략 5시간 정도 열처리를 할 수 있다.In the sintering process, piezoelectric ceramics are sintered at high density. The temperature can be raised to 1,100~1,300℃ at 4.0℃/min and heat treatment can be performed for approximately 5 hours.

본 발명의 실시예에 따른 소결유닛과 비교예에 따른 소결유닛에서 소결과정을 진행하고 그 결과를 비교하였다.The sintering process was performed in the sintering unit according to the embodiment of the present invention and the sintering unit according to the comparative example, and the results were compared.

실시예의 소결유닛은 본 발명의 따라 제1세터, 제2세터, 스페이서 및 제3세터로 이루어진 소결지그에 압전세라믹 시트(S)가 장입된 소결유닛이고(도 5c 참조), 비교예 1은 소결지그가 아닌 제1세터의 구성을 가진 소결 플레이트(90)에 압전세라믹 블록(B)가 놓인 상태의 소결유닛을 사용하였으며(도 5a 참조). 비교예 2는 소결지그가 아닌 제1세터의 구성을 가진 소결 플레이트(90)에 압전세라믹 시트(S)가 놓인 상태의 소결유닛을 사용하였다(도 5b 참조).The sintering unit of the example is a sintering unit in which a piezoelectric ceramic sheet (S) is charged into a sintering jig consisting of a first setter, a second setter, a spacer, and a third setter according to the present invention (see FIG. 5C), and Comparative Example 1 is a sintering unit. A sintering unit in which a piezoelectric ceramic block (B) was placed on a sintering plate 90 configured as a first setter rather than a jig was used (see Figure 5a). Comparative Example 2 used a sintering unit in which a piezoelectric ceramic sheet (S) was placed on a sintering plate (90) configured as a first setter rather than a sintering jig (see FIG. 5b).

여기서 압전 세라믹 시트(S)는 상술한 바와 같이 압전세라믹 슬러리를 테이프 캐스팅하여 제작된 것이고, 압전세라믹 블록(B)은 압전세라믹 분말을 벌크 소결한 후 일정 두께로 가공하여 형성한 것을 말한다.Here, the piezoelectric ceramic sheet (S) is manufactured by tape casting a piezoelectric ceramic slurry as described above, and the piezoelectric ceramic block (B) is formed by bulk sintering piezoelectric ceramic powder and then processing it to a certain thickness.

실시예에 따른 소결 적재방식은 지지대를 2단으로 적층하고 각 지지대에 소결지그를 배치하였고 1,150℃에서 5기간 동안 소결을 진행하여 압전세라믹 소결체를 얻었다. 비교예 1에 따른 소결 적재방식은 소결 플레이트에 압전세라믹 블록(B) 놓고 1,220℃에서 10시간 동안 소결을 진행하여 압전세라믹 소결체를 얻었고, 비교예 2에 따른 소결 적재방식은 소결 플레이트에 압전세라믹 시트(S) 놓고 1,220℃에서 10시간 동안 소결을 진행하여 압전세라믹 소결체를 얻었다.In the sintering loading method according to the example, supports were stacked in two stages, a sintering jig was placed on each support, and sintering was performed at 1,150°C for 5 periods to obtain a piezoelectric ceramic sintered body. In the sintering loading method according to Comparative Example 1, a piezoelectric ceramic block (B) was placed on a sintering plate and sintered at 1,220° C. for 10 hours to obtain a piezoelectric ceramic sintered body, and in the sintering loading method according to Comparative Example 2, a piezoelectric ceramic block (B) was placed on a sintering plate. (S) and sintered at 1,220°C for 10 hours to obtain a piezoelectric ceramic sintered body.

얻어진 소결체에 외부전극을 연결하고 분극하여 압전소자를 제작한 후 이를 이용하여 압전 스피커를 제작하였다.External electrodes were connected to the obtained sintered body and polarized to manufacture a piezoelectric element, and then a piezoelectric speaker was manufactured using this.

이하에서는 실시예에 따른 압전소자로 이루어진 압전 스피커와 비교예에 따른 압전소자로 이루어진 압전 스피커의 음압특성을 비교하였다. 실시예와 비교예의 압전 스피커의 초기 압전 특성과 50℃, 80%의 고온고습 조건에서 125시간, 300시간, 500시간 후의 음압 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.Below, the sound pressure characteristics of a piezoelectric speaker made of a piezoelectric element according to an example and a piezoelectric speaker made of a piezoelectric element according to a comparative example were compared. The initial piezoelectric characteristics of the piezoelectric speakers of the examples and comparative examples and the sound pressure characteristics after 125 hours, 300 hours, and 500 hours under high temperature and high humidity conditions of 50°C and 80% were measured and are shown in Table 1.

표 1을 참조하면 압전세라믹 블록을 소결하는 비교예 1은 압전세라믹 시트를 소결하는 실시예와 비교예 2에 비하여 전체적인 소결을 위해 높은 소결온도와 긴 유지시간을 필요로 함을 알 수 있었다. Referring to Table 1, it was found that Comparative Example 1, which sintered a piezoelectric ceramic block, required a higher sintering temperature and a longer holding time for overall sintering compared to Example and Comparative Example 2, which sintered a piezoelectric ceramic sheet.

한편 소결지그를 사용한 실시예가 소결지그를 사용하지 않은 비교예 1에 비해 음압특성이 우수할 뿐만 아니라 비교예 2에 비해서도 소결 후 음압특성이 우수하였다. 또한 고온고습 구동 후에도 음압 차이가 없었다(0dB).Meanwhile, the example using the sintering jig not only had superior sound pressure characteristics compared to Comparative Example 1 without using the sintering jig, but also had superior sound pressure characteristics after sintering compared to Comparative Example 2. Also, there was no sound pressure difference even after driving at high temperature and high humidity (0dB).

한편 도 6에는 실시예와 비교예 1에 따른 소결유닛과 소결 적재방식을 통해 제작된 소결체를 이용하여 제작한 압전 스피커의 음압특성을 비교한 그래프가 도시되어 있는데 이를 참조하였을 때도 실시예에 따른 압전 스피커가 비교예 1에 따른 압전 스피커에 비해 소결 후 음압특성이 우수하며 고온고습 구동 후에도 음압 차이가 없음을 확인할 수 있다.Meanwhile, Figure 6 shows a graph comparing the sound pressure characteristics of the piezoelectric speaker manufactured using the sintered unit according to the Example and Comparative Example 1 and the sintered body manufactured through the sinter loading method. When referring to this, the piezoelectric according to the Example It can be confirmed that the speaker has excellent sound pressure characteristics after sintering compared to the piezoelectric speaker according to Comparative Example 1, and that there is no difference in sound pressure even after driving at high temperature and high humidity.

상기와 같이 압전세라믹 소결지그 및 이를 포함하는 소결유닛은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, the piezoelectric ceramic sintering jig and the sintering unit including the same are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and the above embodiments are all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It may also be configured by selective combination.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the spirit of the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical scope.

10 : 제1세터 20 : 제2세터 30 : 스페이서 40 : 제3세터
50 : 붕판 60 : 지지대 61 : 지지판 62 : 다리
70 : 덮개 80 : 알루미나 세터 90 : 소결 플레이트
S : 압전세라믹 시트 B : 압전세라믹 블록 P : 파우더 G : 가소가스
100 : 소결지그 200 : 소결유닛
10: 1st setter 20: 2nd setter 30: Spacer 40: 3rd setter
50: Shelf plate 60: Support plate 61: Support plate 62: Leg
70: Cover 80: Alumina Setter 90: Sintering Plate
S: Piezoelectric ceramic sheet B: Piezoelectric ceramic block P: Powder G: Plastic gas
100: Sintering jig 200: Sintering unit

Claims (5)

일방이 개방되고 내부에 공간을 가지는 제1세터,
판 형상으로 이루어져 상기 제1세터의 내부의 공간에 배치되고 PbO 성분을 포함하며 상부에 압전세라믹 시트가 놓여지는 제2세터,
일정 길이를 가진 막대 형상으로 이루어지고 상기 제2세터의 테두리를 따라 간격을 두고 복수가 배치되는 스페이서 및
상기 스페이서 위에 놓여지고 PbO 성분을 포함하며 상기 압전세라믹 시트의 상부를 덮는 제3세터
를 포함하는 압전세라믹 소결지그.
The first setter, which is open on one side and has space inside,
A second setter made of a plate shape and disposed in the interior space of the first setter, contains a PbO component, and has a piezoelectric ceramic sheet placed on the top,
A spacer made of a rod shape with a certain length and arranged in plural numbers at intervals along the edge of the second setter, and
A third setter placed on the spacer, containing a PbO component, and covering the top of the piezoelectric ceramic sheet.
A piezoelectric ceramic sintering jig containing a.
제1항에 있어서,
상기 제1세터는, ZrO2 성분을 포함하는 재질로 이루어지는 압전세라믹 소결지그.
According to paragraph 1,
The first setter is a piezoelectric ceramic sintering jig made of a material containing ZrO 2 component.
제1항에 있어서,
상기 스페이서는,
가로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제1스페이서 및 세로 방향으로 한 쌍이 평행하게 배치되는 제2스페이서를 포함하고,
상기 압전세라믹 시트의 꼭짓점 부분이 개방되는 형태로 이루어지는 압전세라믹 소결지그.
According to paragraph 1,
The spacer is,
It includes a pair of first spacers arranged in parallel in the horizontal direction and a pair of second spacers arranged in parallel in the vertical direction,
A piezoelectric ceramic sintering jig in which the apex of the piezoelectric ceramic sheet is opened.
바닥을 이루는 붕판,
지지판과 상기 지지판을 받쳐주는 다리를 구비하여 상기 붕판 위에 배치되는 지지대,
상기 지지대 위에 놓여지는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 압전세라믹 소결지그 및
상기 지지대와 상기 압전세라믹 소결지그를 덮어 밀폐하는 덮개
를 포함하는 압전세라믹 소결유닛.
Shelf plates that make up the floor,
A support plate provided on the shelf plate and having legs for supporting the support plate,
A piezoelectric ceramic sintering jig according to any one of claims 1 to 4 placed on the support, and
A cover that covers and seals the support and the piezoelectric ceramic sintering jig.
A piezoelectric ceramic sintering unit comprising a.
제4항에 있어서,
상기 지지대는 2개가 적층되어 2단으로 이루어지고 각 상기 지지대에 상기 압전세라믹 소결지그가 각각 놓여지는 압전세라믹 소결유닛.
According to clause 4,
A piezoelectric ceramic sintering unit in which two supports are stacked to form two stages, and the piezoelectric ceramic sintering jig is placed on each support.
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