JP2000272962A - 圧電体磁器組成物 - Google Patents
圧電体磁器組成物Info
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉛を含有しない材料で大きな圧電特性を有す
る圧電体磁器組成物を提供すること。 【解決手段】 一般式[Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）
０．５] ＴｉＯ３で表わされ、０.２０＜ｘ≦０.３０の
組成範囲か、あるいは、各種添加物のうち、少なくとも
一つを２ｗｔ％以下添加した圧電体磁器組成物。
る圧電体磁器組成物を提供すること。 【解決手段】 一般式[Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）
０．５] ＴｉＯ３で表わされ、０.２０＜ｘ≦０.３０の
組成範囲か、あるいは、各種添加物のうち、少なくとも
一つを２ｗｔ％以下添加した圧電体磁器組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、波動デバイ
ス、センサー、アクチュエーター等の電子部品に好適な
圧電体磁器組成物に関するものである。
ス、センサー、アクチュエーター等の電子部品に好適な
圧電体磁器組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電体材料としては、二成分で構
成されるＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）系セラ
ミックスや、三成分で構成されるＰＣＭ[ＰｂＴｉＯ３
−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｇ０．５Ｎｂ０．５）ＴｉＯ
３] 系セラミックスが主に用いられてきた。
成されるＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）系セラ
ミックスや、三成分で構成されるＰＣＭ[ＰｂＴｉＯ３
−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｇ０．５Ｎｂ０．５）ＴｉＯ
３] 系セラミックスが主に用いられてきた。
【０００３】その理由としては、上記の材料が優れた圧
電特性を示すことはもちろんであるが、それ以外でも、
センサー、アクチュエーター、フィルター等、多種多様
の用途に用いられる際、各用途に要求される特性も様々
であり、要求に対応した圧電特性に適宜に得られるから
である。
電特性を示すことはもちろんであるが、それ以外でも、
センサー、アクチュエーター、フィルター等、多種多様
の用途に用いられる際、各用途に要求される特性も様々
であり、要求に対応した圧電特性に適宜に得られるから
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の圧電体材料には、次のような欠点がある。即ち、これ
らの材料の主成分は、酸化鉛であり、６０ｗｔ％以上も
含有している。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮
焼、焼結工程において、大気中に微量でも放出される可
能性がある。
の圧電体材料には、次のような欠点がある。即ち、これ
らの材料の主成分は、酸化鉛であり、６０ｗｔ％以上も
含有している。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮
焼、焼結工程において、大気中に微量でも放出される可
能性がある。
【０００５】また、産業廃棄物中から溶出することも考
えられる。また、これらの対策のための設備投資に膨大
な費用を投じなければならない点も大きな問題である。
えられる。また、これらの対策のための設備投資に膨大
な費用を投じなければならない点も大きな問題である。
【０００６】従って、本発明は、鉛を含有せず、かつ、
圧電セラミック素子の材料として実用可能な圧電体磁器
組成物を提供することである。
圧電セラミック素子の材料として実用可能な圧電体磁器
組成物を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この問
題を解決するための手段として、鉛を含まない［Ｂｉ
０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］ＴｉＯ３系であっ
て、実用可能な圧電特性を有する圧電体材料が得られ
る。
題を解決するための手段として、鉛を含まない［Ｂｉ
０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］ＴｉＯ３系であっ
て、実用可能な圧電特性を有する圧電体材料が得られ
る。
【０００８】即ち、本発明は、一般式[Ｂｉ０．５（Ｎ
ａ１−ｘＫｘ）０．５] ＴｉＯ３で表わされ、モル比ｘ
が０.２０＜ｘ≦０.３０の範囲である圧電体磁器組成物
である。
ａ１−ｘＫｘ）０．５] ＴｉＯ３で表わされ、モル比ｘ
が０.２０＜ｘ≦０.３０の範囲である圧電体磁器組成物
である。
【０００９】また、本発明は、前記圧電体磁器組成物
が、添加物として、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ ２Ｏ３、Ｍｎ
Ｏ２、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、
Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５のうち、少なくとも一つを２ｗ
ｔ％以下含む圧電体磁器組成物である。
が、添加物として、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ ２Ｏ３、Ｍｎ
Ｏ２、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、
Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５のうち、少なくとも一つを２ｗ
ｔ％以下含む圧電体磁器組成物である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１１】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態について説明する。主成分原料として、化
学的に高純度であるＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＴｉＯ
２、Ｋ２ＣＯ３を用いた。
の実施の形態について説明する。主成分原料として、化
学的に高純度であるＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＴｉＯ
２、Ｋ２ＣＯ３を用いた。
【００１２】これらを一般式［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘ
Ｋｘ）０．５］ＴｉＯ３（０.１≦ｘ≦０.５）＋添加物
（２ｗｔ％以下）に対し化学量論的に配合し、ボールミ
ルによりエタノール中で２０時間混合した。
Ｋｘ）０．５］ＴｉＯ３（０.１≦ｘ≦０.５）＋添加物
（２ｗｔ％以下）に対し化学量論的に配合し、ボールミ
ルによりエタノール中で２０時間混合した。
【００１３】これを８００℃で１時間保持して仮焼し、
次に、１０時間粉砕を行った。バインダーとしてポリビ
ニールアルコールを用い造粒し、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２
で直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成形した。
焼成は、温度１１００℃で、２時間保持して行った。
次に、１０時間粉砕を行った。バインダーとしてポリビ
ニールアルコールを用い造粒し、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２
で直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成形した。
焼成は、温度１１００℃で、２時間保持して行った。
【００１４】この焼結体の両面に銀電極を設け、１００
℃シリコンオイル中で直流電圧４ｋｖ／ｍｍを電極間に
加え、厚み方向に分極を行った。
℃シリコンオイル中で直流電圧４ｋｖ／ｍｍを電極間に
加え、厚み方向に分極を行った。
【００１５】これらの試料について、圧電及び誘電的性
質の測定を行った。圧電測定は、ＬＦインピーダンスア
ナライザーを用い、共振−反共振法により電気機械結合
係数、機械的品質係数を算出した。また、誘電特性は、
ＬＣＲメータを用いて測定周波数１ＭＨｚで測定を行っ
た。
質の測定を行った。圧電測定は、ＬＦインピーダンスア
ナライザーを用い、共振−反共振法により電気機械結合
係数、機械的品質係数を算出した。また、誘電特性は、
ＬＣＲメータを用いて測定周波数１ＭＨｚで測定を行っ
た。
【００１６】表１は、本発明の実施の形態による［Ｂｉ
０．５（ＮａｘＫ１−ｘ）０．］ＴｉＯ３（ｘ：０.１
〜０.５）で示される圧電体磁器組成物の圧電及び誘電
特性（電気機械結合係数ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品
質係数Ｑｍ、比誘電率ε３３ ｔ／ε０）を示す。
０．５（ＮａｘＫ１−ｘ）０．］ＴｉＯ３（ｘ：０.１
〜０.５）で示される圧電体磁器組成物の圧電及び誘電
特性（電気機械結合係数ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品
質係数Ｑｍ、比誘電率ε３３ ｔ／ε０）を示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示すように、ｘが０.２１〜０.３０
の範囲で比誘電率、電気機械結合係数が極大値を取るこ
とが確認できた。その値は、ｋｔで４２.３％、ε３３
ｔ／ε０で１０３３と、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）Ｔｉ
Ｏ３ （ｋｔ＝４１.８％、ε３３ ｔ／ε０＝８２）に
比較して、比誘電率で大きな値が得られた。上記の範囲
外では、電気機械結合係数が小さく、実用には不向きと
考えられる。
の範囲で比誘電率、電気機械結合係数が極大値を取るこ
とが確認できた。その値は、ｋｔで４２.３％、ε３３
ｔ／ε０で１０３３と、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）Ｔｉ
Ｏ３ （ｋｔ＝４１.８％、ε３３ ｔ／ε０＝８２）に
比較して、比誘電率で大きな値が得られた。上記の範囲
外では、電気機械結合係数が小さく、実用には不向きと
考えられる。
【００１９】また、Ｘ線回折で調査した結果、範囲で菱
面体−正方晶間の結晶構造的な相境界が存在することが
確認された。これは、ＰＺＴ系磁器で構造的相境界で圧
電特性が極大値を取るのと類似している。
面体−正方晶間の結晶構造的な相境界が存在することが
確認された。これは、ＰＺＴ系磁器で構造的相境界で圧
電特性が極大値を取るのと類似している。
【００２０】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。主成分原料として、化
学的に高純度であるＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＴｉＯ
２、Ｋ２ＣＯ３を用い、添加物として高純度であるＦｅ
２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ ３、
Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を用
いた。試料の作製方法及び測定方法は、第１の実施の形
態と同様に行った。
の実施の形態について説明する。主成分原料として、化
学的に高純度であるＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＴｉＯ
２、Ｋ２ＣＯ３を用い、添加物として高純度であるＦｅ
２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ ３、
Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を用
いた。試料の作製方法及び測定方法は、第１の実施の形
態と同様に行った。
【００２１】表２は、［Ｂｉ０．５（Ｎａ０．７９Ｋ
０．２１）０．５］ＴｉＯ３にＦｅ２Ｏ３、Ｃｒ
２Ｏ３，ＮｉＯ，ＭｎＯ２，Ｃｏ２Ｏ３を１〜３ｗｔ％
それぞれ添加した時の圧電及び誘電特性（電気機械結合
係数ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電
率ε３３ ｔ／ε０）を示す。
０．２１）０．５］ＴｉＯ３にＦｅ２Ｏ３、Ｃｒ
２Ｏ３，ＮｉＯ，ＭｎＯ２，Ｃｏ２Ｏ３を１〜３ｗｔ％
それぞれ添加した時の圧電及び誘電特性（電気機械結合
係数ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電
率ε３３ ｔ／ε０）を示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】表２に示すように、各添加物とも、２ｗｔ
％添加までは機械的品質係数Ｑｍが飛躍的に向上した。
また、電気機械結合係数も、添加しない場合と比較し
て、同等の値が得られた。
％添加までは機械的品質係数Ｑｍが飛躍的に向上した。
また、電気機械結合係数も、添加しない場合と比較し
て、同等の値が得られた。
【００２４】しかし、それ以上添加すると、電気機械結
合係数の低下が見られた。よって、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２
Ｏ３、ＮｉＯ、ＭｎＯ２、Ｃｏ２Ｏ３を、それぞれ２ｗ
ｔ％添加することにより、機械的品質係数Ｑｍを向上さ
せることができ、フィルター、振動子等の用途に適用可
能な特性が得られる。
合係数の低下が見られた。よって、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２
Ｏ３、ＮｉＯ、ＭｎＯ２、Ｃｏ２Ｏ３を、それぞれ２ｗ
ｔ％添加することにより、機械的品質係数Ｑｍを向上さ
せることができ、フィルター、振動子等の用途に適用可
能な特性が得られる。
【００２５】表３は、［Ｂｉ０．５（Ｎａ０．７５Ｋ
０．２５）０．５］ＴｉＯ３に、Ｌａ ２Ｏ３、ＢａＣＯ
３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を１〜３ｗｔ％それぞれ添
加した時の圧電及び誘電特性（電気機械結合係数
ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電率ε
３３ ｔ／ε０）を示す。
０．２５）０．５］ＴｉＯ３に、Ｌａ ２Ｏ３、ＢａＣＯ
３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を１〜３ｗｔ％それぞれ添
加した時の圧電及び誘電特性（電気機械結合係数
ｋ３３、ｋｐ、ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電率ε
３３ ｔ／ε０）を示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】表３に示すように、各添加物とも、２ｗｔ
％添加までは、電気機械結合係数及び比誘電率ε３３ ｔ
／ε０の飛躍的向上が確認できた。しかし、それ以上添
加すると、電気機械結合係数の著しい低下が見られ、実
用には適さない。よって、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｓ
ｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を、それぞれ２ｗｔ％まで添加す
ることにより、高誘電率、高電気機械結合係数が望まれ
るアクチュエーター等の用途に適用可能な特性が得られ
る。
％添加までは、電気機械結合係数及び比誘電率ε３３ ｔ
／ε０の飛躍的向上が確認できた。しかし、それ以上添
加すると、電気機械結合係数の著しい低下が見られ、実
用には適さない。よって、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｓ
ｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５を、それぞれ２ｗｔ％まで添加す
ることにより、高誘電率、高電気機械結合係数が望まれ
るアクチュエーター等の用途に適用可能な特性が得られ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したごとく、本発明によれ
ば、環境対策として、鉛を含有しない材料で、大きな圧
電特性を有する圧電体材料が得られる。更に、高い機械
的品質係数Ｑｍが望まれるフィルター、振動子、もしく
は高い誘電率が望まれるアクチュエーター等の用途への
適用を可能にする効果が期待できるものである。
ば、環境対策として、鉛を含有しない材料で、大きな圧
電特性を有する圧電体材料が得られる。更に、高い機械
的品質係数Ｑｍが望まれるフィルター、振動子、もしく
は高い誘電率が望まれるアクチュエーター等の用途への
適用を可能にする効果が期待できるものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式[Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）
０．５] ＴｉＯ３で表わされ、モル比ｘが０.２０＜ｘ
≦０.３０の範囲であることを特徴とする圧電体磁器組
成物。 - 【請求項２】 前記圧電体磁器組成物は、添加物とし
て、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、Ｃｏ
２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２
Ｏ５のうち、少なくとも一つを２ｗｔ％以下含むことを
特徴とする請求項１記載の圧電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07991099A JP4437848B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 圧電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07991099A JP4437848B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 圧電体磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000272962A true JP2000272962A (ja) | 2000-10-03 |
| JP4437848B2 JP4437848B2 (ja) | 2010-03-24 |
Family
ID=13703453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07991099A Expired - Lifetime JP4437848B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 圧電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4437848B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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