KR950004596B1 - 압전자기 조성물의 제조방법. - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압전자기 조성물의 제조방법

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 소결시간에 따른 기공율의 변화도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 소결시간에 따른 압축파괴강도의 변화도.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 소결시간에 따른 압전상수(d₃₃)값의 변화도.

본 발명은 PZT를 기본으로 하는 압전자기의 제품제조시 PbO를 3-10wt% 과량첨가한 후 소결도중 분위기 가스를 O₂가스에서 N₂가스 혹은 공기로 변환시켜 기공이 거의 없는 압전자기 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 PZT를 기본으로 하는 압전자기 제품의 제조는 주로 공기중에서 소결을 행한 관계로 고밀도의 소결제품을 얻기 어려운 점이 있다. 그런데 밀도가 낮은 소결체는 재료의 기계적 성질 및 전기적 성질이 취약하여 높은 강도를 요하는 필터나 액츄에이터(Actuator)등의 고부가가치제품으로 사용하는데 많은 어려움이 따르게 된다. 이에 소결밀도를 증진시키기 위해 가압소결(Hot Press)나 산소(O₂)가스 분위기에서 소결하는 방법등이 제시되었으나 가압소결은 공정이 복잡하고 비용이 많이드는 관계로 사용이 극히 제한되어 왔으며 산소분위기에서의 소결로는 충분한 소결밀도를 얻을 수 없었다.

본 발명에서는 전술한 문제점들을 해결하기 위해 소결도중 분위기 가스를 바꾸는 방법을 사용하였다. 즉 Pb(Co_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃-PbZrO₃삼성분계 압전자기 조성물에 PbO를 3-10wt% 과량으로 첨가한 후 소결온도에 도달했을때 분위기 가스를 산소(O₂) 가스에서 질소(N₂) 가스 혹은 공기로 변환시킴으로써 기공이 거의 없는 이론밀도의 98% 이상인 고밀도의 소결체를 얻을 수 있었다. 이 소결체의 전기, 기계적 성질을 측정한 결과 단순히 공기중에서 소결한 시편에 비해 극히 우수한 성질을 나타내었다.

이하 본 발명의 고밀도 소결체의 제조방법 및 제조된 소결체의 측정방법에 대해 좀더 상세히 설명하고자 한다.

3N(99.9%) 이상의 순도를 갖는 PbO, ZrO₂, TiO₂, CoO, Nb₂O₅, BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃, WO₃를 각각의 조성으로 평량한후 비닐자(Jar)와 ZrO₂볼을 이용하여 플레나터리 밀(Planetary mill)로 4시간 혼합하였다. 이때의 분산매로는 아세톤을 사용하였다. 잘 혼합된 슬러리는 건조후 750℃-900℃에서 하소하고, 이 것을 다시 적절한 입도를 갖도록 분쇄하였다. 시편은 건식프레스를 이용하여 직경이 1.8Cm 두께가 약 2mm가 되도록 700kg/㎤의 압력으로 성형하였다. 성형된 시편은 각각 1150℃-1300℃의 온도에서 0-8시간동안 소결을 행하였다. 이때 소결온도에 도달할때까지는 O₂가스 분위기로 하였으며 소결온도에 도달하자마자 분위기 가스를 질소 혹은 공기로 변화시켰다.

소결시편의 일부는 단면을 연마한 후 광학현미경으로 관찰하여 라인절단(line intercept)법에 의해 확률적으로 기공을 계산하였으며 나머지는 Ag 페이스트를 부착하여 소부한 후 30kv/cm로 30분간 분극하여 압전특성을 관찰하였다.

본 발명에 의해 제조된 소결체는, 첫번째, 공기중에서 소결한 시편이 93-95%, 산소(O₂) 가스분위기에서 소결한 시편이 96% 정도의 밀도를 갖는데 반해 98% 이상의 고밀도의 특성을 가지고 있었으며, 둘째로, 밀도증가에 따라 압전상수(d₃₃)값등 압전특성이 상당히 개선 되었고, 셋째로 압축파괴강도등 기계적 성질이 우수하였다.

[실시예 1]

Pb_0.95Sr_0.05[(Co_1/3Nb_2/3)_0.35Ti_0.38Zr_0.27]O₃의 조성으로 3N(99.9%) 이상의 순도를 갖는 PbO, ZrO₂, TiO₂, CoO, Nb₂O₅, BaCO₃, SrCO₃, WO₃를 평량한 후 비닐자(Jar)와 ZrO₂볼을 이용하여 플레너터리 밀(planetary mill)로 4시간 혼합하였다. 이때의 분산매로는 아세톤을 사용하였다. 잘 혼합된 슬러리는 건조후 750℃-900℃에서 하소하고, 이것을 다시 적절한 입도를 갖도록 분쇄하였다. 시편은 건식 press를 이용하여 직경이 1.8cm, 두께가 약 2mm가 되도록 700kg/㎤의 압력으로 성형하였다. 성형된 시편은 각각 1150℃-1300℃의 온도에서 0.5시간동안 소결을 행하였다.

이때 소결온도에 도달했때까지는 O₂가스 분위기로 하였으며 소결온도에 도달하자마자 분위기 가스를 N₂가스로 변화시켰다. 소결시편의 일부는 단면을 연마한 후 광학현미경으로 관찰하여 라인절단(line intercept)법에 의해 확률적으로 기공율을 계산하였으며 나머지는 Ag 페이스트를 부착하여 소부한 후 30kv/cm로 30분간 분류하여 압전특성을 관찰하였다.

그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

[실시예 2 -실시예 5]

실시예 1과는 소결시간 2시간, 4시간, 6시간, 8시간인 점을 제외하고는 같은 방법으로 행하였는바 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

[실시예 6]

Pb_0.95Sr_0.05[(Co_1/3Nb_2/3)_0.23Ti_0.37Zr_0.46]O₃의 조성으로 3N(99.9%) 이상의 순도를 갖는 PbO, ZrO₂, TiO₂, CoO, Nb₂O₅, BaCO₃, SrCO₃, WO₃를 평량한후 실시예(1)과 같은 방법으로 제조, 측정하였다. 단 소결시간은 0시간 이었다. 그 결과 표 2에 기재하였다.

[실시예 7 - 실시예 10]

실시예 6과는 소결시간이 2시간, 4시간, 6시간, 8시간인 점을 제외하고는 같은 방법으로 행하였는바 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.

[표 2]

[비교실시예 1]

실시예(1) - 실시예(5)와는 같은 조건하에서 분위기 가스를 변환시키지 않고 공기, 산소로 한 경우를 하기 표 3에 비교하였다.

[표 3]

[비교실시예 2]

실시예(6) - 실시예(10)과 같은 조건하에서 각각 분위기 가스를 변환시키지 않고 공기, 산소로 한 경우를 하교 표 4에 기재하였다.

[표 4]

제1도는 소결시 각각의 분위기 가스종류에 따라 기공율의 시간에 대한 변화를 보여주고 있다. 여기서 분위기를 산소에서 질소로 변경시킴으로서 기공율이 현저히 줄어듬을 알 수 있다.

제2도는 소결시 각각의 분위기 가스종류에 따라 압축강도의 변화를 시간에 따라 도시한 것으로 분위기의 변화(산소-질소)에 의한 기계적 성질의 증진이 있음을 알 수 있다.

제3도는 소결시 각각의 분위기 가스종류에 따라 압전상수(d₃₃)의 변화를 시간에 따라 도시한 것으로 마찬가지로 분위기 변화에 의해 압전상수(d₃₃)값이 증가됨을 알 수 있다.

이는 이미 전술한 바, 본 발명에 의하여 제조된 소결체는 종래 기술에 의해 제조된 소결체보다 월등함을 잘 나타내 주는 것이다.

Claims (1)

1. Pb(Co_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃-PbO₃의 3성분을 혼합, 하소 및 소결시켜 압전자기 조성물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 소결시 O₂분위기하에 1150∼1300℃의 온도에서 0∼8시간 유지시킨 다음, 상기 온도범위 이후에 분위기 가스를 N₂또는 공기로 변경시키는 것을 특징으로 하는 압전자기 조성물의 제조방법.

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