KR920010599B1 - 압전 세라믹 조성물 - Google Patents

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KR920010599B1
KR920010599B1 KR1019880018028A KR880018028A KR920010599B1 KR 920010599 B1 KR920010599 B1 KR 920010599B1 KR 1019880018028 A KR1019880018028 A KR 1019880018028A KR 880018028 A KR880018028 A KR 880018028A KR 920010599 B1 KR920010599 B1 KR 920010599B1
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김병기
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삼성전기 주식회사
서주인
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    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials

Abstract

내용 없음.

Description

압전 세라믹 조성물
제1도는 본 발명의 기본 조성물의 영역을 표시한 삼각도.
본 발명은 압전세라믹 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하기로는, xPb(Mn1/6Co1/6Nb2/3)O3-yPbTiO3-zPbZrO3(몰비로 0.01≤x≤0.20, 0.30≤y≤0.60, x+y+z=1)의 기본 조성물에 Pb의 일부를 Sr로 소량치환하고, WO3및/또는 MnCO3를 소량첨가한 압전세라믹 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수가 동시에 높으며, 유전손실이 작은 압전세라믹 조성물로서 강력초음파 진동자, 의료기기용 진동자, 착화소자등에 널리 이용될 수 있다.
압전재료의 압전성을 실용적으로 평가하는 경우에 가장 기본이 되는 특성은 전기기계 결합계수와 기계적 품질계수이다. 전자는 전기진동을 기계진동으로, 역으로 기계진동을 전기진동으로 변환할때의 변환능률을 나타내는 것이다.
전기기계 결합계수가 크면 변환능률이 좋다. 후자는 진동변환을 행할 때 내부에서 소비되는 에너지의 정도를 나타내는 것으로서 기계적 품질계수가 크면 소비되는 에너지가 작다.
종래의 압전세라믹 조성물인 PZT 및 3성분계 조성물은 대부분 전기기계 결합계수가 높으면 기계적 품질계수가 낮고 반대로 기계적 품질계수가 높으면 전기기계 결합계수가 낮다.
또한, 유전손실이 높아 에너지 손실이 많다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결할 수 있는 기계적 품질계수(Qm)와 전기기계 결합계수(Kr,Kt)가 동시에 높으면서 압전상수(d33) 및 Qm이 동시에 높은 압전세라믹 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자 본 발명은 PbO, TiO3, ZrO2, CoO(또는 Co3O4), Nb2O5, SrCO3와 MnCO3, MnO, MnO2및 Mn2O3중 하나의 Mn화합물을 분말원료로서 사용하여 xPb(Mn1/6Co1/6Nb2/3)O3-yPbTiO3-zPbZrO3의 주성분에 Pb의 일부가 Sr로 치환되고, WO3및 MnCO3중 하나 또는 둘이 소량 첨가되는 압전세라믹 조성물에 관한 것이다.
상기에서 0.01≤x≤0.20, 0.30≤y≤0.60, x+y+z=1이며, 주성분에 Pb의 일부가 Sr로 0∼5몰% 치환되고, WO3및 MnCO3중 하나 또는 둘이 0∼3몰% 첨가된다.
상기에서 x가 0.20 이사이면 d33(압전상수)가 작고 유전손실(tanδ)이 크고, y가 0.30∼0.60 범위를 벗어나면 Qm(기계적 품질계수)값은 증가하나 Kr(넓이진동의 전기기계 결합계수), Kt(두께진동의 전기기계 결합계수)값은 현저히 감소되고 d33도 작게 된다.
Sr이 5몰% 이상 치환되면 압전상수(d33)가 저하되고 유전손실이 커진다. WO3및/또는 MnCO3의 첨가량이 3몰% 이상되면 본 발명에서 원하는 압전성이 현저히 저하된다.
이상과 같이 제조된 압전세라믹 조성물은 전기진동을 기계진동으로, 기계진동을 전기진동으로 변환하는 능률이 커서 강력초음파 진동자용으로 적합하며, 특히 압전상수(d33)와 기계적 품질계수(Qm)가 동시에 높아 센서용 진동자 제작에 상당히 적합하다.
[실시예]
순도 99% 이상의 PbO, TiO2, ZrO2, CoO, MnCO3, Nb2O5, WO3, SrCO3분말을 하기 표 1의 조성에 맞게 평량한 후 플래니터리 볼밀(Planetary Ball Mill) 나일론자(Jar)와 YTZ볼을 사용하여 아세톤을 분산매로 하여 2∼4시간 습식 혼합하였다. 혼합된 분말을 건조오븐에서 건조 후 전기로를 사용하여 830∼860℃에서 2시간 하소한 후 이를 다시 플래니터리 볼밀, 나일론자와 YTZ볼을 사용하여 순수를 분산매로 하여 4시간 습식분쇄하였다. 분쇄된 분말을 건조 후 3wt%의 순수를 가하여 1ton/cm2의 압력을 가하여 두께 2mm, 지름 25mm의 디스크로 성형하였다.
이 디스크를 전기로에서 1170∼1230℃에서 2시간 소결하였다. 소결시편을 양면 연마한 후 Ag페이스트를 소부하여 전극처리 하였다. 이 시편을 120℃의 실리콘 오일속에서 직류전계 3kv/mm를 15분간 인가하여 분극처리하여 압전체를 얻었다.
이렇게 제작된 압전세라믹을 24시간 상온에서 방치한 후 압전특성 및 유전특성을 측정하였으며 측정한 방법은 다음과 같다.
압전상수(d33)는 Piezo d33meter(Berlin Court사)를 사용하여 100Hz에서 측정하였으며, Impedance/Gain Phase Analyzer(HP 4194A)를 사용하여 1KHz에서의 정전용량(CP), 유전손실(tanδ)를 측정하였으며, 1차 radial 공진저항, 공진주파수, 반공진주파수를 측정하여 넓이 진동의 전기기계 결합계수(Kr), 기계적 품질계수(Qm)을 구하였으며, 또한 두께 진동모드의 공진저항, 공진주파수, 반공진 주파수를 측정하여 두께 진동의 전기기계 결합계수(Kt)와 기계적 품질계수(Qm)을 구하였다. 구하는 식은 다음과 같다.
Figure kpo00001
[표 1]
Figure kpo00002
Figure kpo00003

Claims (3)

  1. xPb(Mn1/6Co1/6Nb2/3)O3-yPbTiO3-zPbZrO3로 구성된 기본성분(몰비로 0.01≤x≤0.20, 0.30≤y≤0.60, x+y+z=1)에 Pb의 일부가 Sr로 치환되고, WO3및 MnCO3중 하나 또는 둘이 소량 첨가되는 것을 특징으로 하는 압전세라믹 조성물.
  2. 제1항에 있어서, Pb의 일부가 Sr로 0∼5몰% 치환되는 것을 특징으로 하는 압전세라믹 조성물.
  3. 제1항에 있어서, WO3및 MnCO3중 하나 또는 둘이 0∼3몰% 첨가되는 것을 특징으로 하는 압전세라믹 조성물.
KR1019880018028A 1988-12-30 1988-12-30 압전 세라믹 조성물 KR920010599B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100673192B1 (ko) * 2000-12-27 2007-01-22 주식회사 하이닉스반도체 압전 세라믹을 이용한 강유전체 제조 방법

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