KR920001400B1

KR920001400B1 - 압전 세라믹 조성물

Info

Publication number: KR920001400B1
Application number: KR1019880017310A
Authority: KR
Inventors: 권창순; 홍성남; 이재찬
Original assignee: 삼성전기 주식회사; 서주인
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1992-02-13
Also published as: KR900011060A

Abstract

내용 없음.

Description

압전 세라믹 조성물

제1도는 본 발명의 기본 조성을 도시한 심각도.

본 발명은 Pb(Co_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃-PbZrO₃의 3성분계에 Pb의 일부를 Sr로 치환하고 WO₃와 MnCO₃를 동시에 소량첨가하여 전기기계 결합계수가 크고, 압전 정수가 크며, 기계적 품질계수가 크고 유전손실이 작은 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다.

이는 초음파 가습기, 용착기 용진동자, 세척기용 진동자의 소자로서 적합하다.

압전재료의 특성을 평가하는데 가장 기본적인 전기기계 결합계수와 압전정수, 기계적 품질계수와 유전손실등은 PCN-3성분계에서 대체로 역비례의 경향을 보인다.

PCN 3성분계에 WO₃를 첨가한 경우, 전기기계 결합계수와 압전상수는 크지만 기계적 품질계수가 작고, 유전손실이 큰 단점이 있으며, MnCO₃를 첨가한 경우, 유전손실이 작고 기계적 품질계수가 큰 반면 전기기계 결합계수와 압전상수가 작은 단점이 있었다. 따라서, 전기기계 결합계수와 압전정수, 기계적 품질계수가 큰 동시에 작은 유전손실이 요구되는 초음파 진동자, 특히 high-power용 진동자에 적합한 조성물을 얻는 것은 매우 어렵다.

본 발명은 상기 문제점을 극복하는 압전세라믹 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하고자 본 발명은 Pb(CO_1/3Nb_2/3)O₃-(PbTiO₃)-(PbZrO₃)의 3성분계에 Pb의 일부를 Sr로 치환하고 WO₃및 WnCO₃를 동시에 소량 첨가하는 것으로 구성된 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다.

좀 더 상세히 설명하면, 본 발명은 xPb(CO_1/3Nb_2/3)O₃-y(PbTiO₃)-z(PbZrO₃)의 기본 3성분계에서 0.01≤x≤0.02, 0.30≤y≤0.60이고, x+y+z=1이며, 여기에 Pb의 일부를 Sr로 0∼5몰% 치환하고, 기본 조성물에 대해 WO₃를 0∼2.5몰%, MnCO₃를 0∼2몰% 첨가하는 압전 세라믹 조성물에 관한 것이다.

이 최종 조성물의 성분은 다음 하기 식으로 표시될 수 있다.

상기식에서 몰비로 0.01≤x≤0.02, 0.30≤y≤0.6 x+y+z=1이고, 0∠a≤0.05, 0∠m≤0.025, 0∠n≤0.02이다. a, m, n이 상기 한계치를 벗어날 경우 본 발명에서 원하는 물성치를 얻을 수 없게된다.

본 세라믹 조성물은 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수와 동시에 높고, 압전정수가 크며, 유전소실이 작아서 압전효율이 월등하며, 특히 저유전손실이 요구되는 high power용 초음파 진동자에 적합하다.

본 발명은 전기기계 결합계수와 압전정수는 크지만, 기계적 품질 계수가 작고 유전손실이 큰 soft 재료의 일반적인 결함을 보완한 것이며, 기계적 품질계수는 크고 유전손실은 작으나 전기기계 결합계수와 압전정수가 작은 hard 재료의 일반적 결점을 보완한 신 조성물로서 가습기용 초음파 진동자, 세척기용 초음파 진동자, 용착기용 진동자의 제조에 적합하다.

이하 실시예를 통해 본 발명의 제조방법 및 그 작용효과에 대해서 상술하기로 한다. 그러나 다음의 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1∼30]

순도 99% 이상의 PbO, TiO₂, ZrO₂, CoO(또는 Co₃O₄), MnCO₃(또는 MnO, MnO₂, MnO₃), Nb₂O₅, WO₃, SrCO₃분말을 하기 표1의 조성에 맞게 평량한후 Planetary Ball-Mill, Nylon Jar와 YTZ 볼을 사용하여 분산매로 아세톤을 넣고 2∼4시간 습식혼합하였다. 혼합된 분말을 건조오븐에서 건조시킨후 전기로에 넣고 830∼860℃의 온도로 2시간동안 하소하여 다시 Planetary Ball-Mill, Nylon Jar와 YTZ 볼을 이용하여 순수를 넣고 3∼5시간 습식 분쇄하였다. 분쇄된 분말을 오븐에서 건조시킨후 3∼4wt%의 순수를 넣고, 600㎏/㎠의 압력을 가하여 두께 2[㎜], 지름 25[㎜]의 디스크로 성형한 다음 성형된 시편을 전기로에 넣고, 1180∼1240℃에서 2시간 소결하였다.

소결된 시편을 두께 1.3[㎜]로 양면 연마한후 Ag 페이스트를 스크린-프린트법으로 도포한다음 소부하여 120℃의 실리콘 오일속에 넣고 30[KV/㎝]의 직류전압을 15분간 인가하여 분극하였다. 분극된 시편을 상온에서 24시간동안 방치하여 안정화시킨후 전기적 특성 및 여러 물성을 하기방법을 이용하여 측정하여 표1에 기재하였다.

[측정방법]

Impedence/Gain phase Analyzer(Hp4194A)를 이용하여 1[KHz]에서의 정전용량(C)와 유전손실(tan δe)을 측정하였고, 비유전율(ε_s)는

및 ε=ε_o×ε_s(s : 전극표면적, D : (전극과 전극사이의)시편의 두께)의 식에서 계산하여 구하였다.

Radial mode의 기본진동에서 공진주파수(f_Rr), 반공진주파수(f_Ar), 공진저항(R_or)을 측정하여 전기기계 결합계수(Kr)와 기계적 품질계수(Qmr)을 구하였다. 또 Thickness mode의 기본진동에서 공진주파수(f_Rr), 반공진주파수(f_At), 공진저항(R_ot)을측정하여 전기기계 결합계수(Kt)와 기계적 품질계수(Qmt)를 구하였다. 압전정수는 “dss-meter”(Berlin court사)를 이용하여 측정하였다. 계산에 이용된 식은 다음과 같다.

[표 1]

Claims

Pb(Co_1/3Nb_2/3)O₃-(PbTiO₃)-(PbZrO₃)의 3성분계에 Pb의 일부를 Sr로 치환하고 WO₃및 MnCO₃를 동시에 소량 첨가하는 것을 특징으로 하는 하기식으로 표시되는 압전세라믹 조성물.

상기식에서 x, y, z는 몰비로 0.01≤x≤0.02, 0.30≤y≤0.60, x+y+z=1이고, 상기 a, m, n은 몰%로 0∠a≤0.5, 0∠m≤0.025, 0∠n≤0.02이다.