JPH06196769A - Piezoelectric material - Google Patents
Piezoelectric materialInfo
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- JPH06196769A JPH06196769A JP4346773A JP34677392A JPH06196769A JP H06196769 A JPH06196769 A JP H06196769A JP 4346773 A JP4346773 A JP 4346773A JP 34677392 A JP34677392 A JP 34677392A JP H06196769 A JPH06196769 A JP H06196769A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁器材料、とくに圧電
磁器材料に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to porcelain materials, especially piezoelectric ceramic materials.
【0002】[0002]
【従来の技術】映像信号や音声信号等の通信情報の大容
量化、自動車電話や移動体通信等の通信端末の多様化等
に伴い、高感度、低損失の信頼性の高いフィルタが求め
られている。この結果、このようなフィルタに適した圧
電磁器材料の開発が望まれている。2. Description of the Related Art With the increase in the capacity of communication information such as video signals and audio signals and the diversification of communication terminals such as car phones and mobile communication, a highly sensitive and low loss filter with high reliability is required. ing. As a result, the development of piezoelectric ceramic materials suitable for such filters is desired.
【0003】上述のフィルタに適した圧電磁器材料とし
て、鉛(Pb)、ジルコニウム(Zr)及びチタン(T
i)の複合酸化物からなる、いわゆるPZT系圧電磁器
材料が知られている。この種のPZT系圧電磁器材料と
して、特公昭54−34920号には、錫(Sn)及び
ニオブ(Nb)の酸化物を添加して機械的品質係数(Q
m)を高めたものが示されている。また、特公昭54−
36756号には、アンチモン(Sb)及び錫(Sn)
の酸化物を添加することにより、誘電率(εr)と電気
機械結合係数(Kp)とを高めたPZT系圧電磁器材料
が示されている。Suitable piezoelectric ceramic materials for the above filters are lead (Pb), zirconium (Zr) and titanium (T).
A so-called PZT-based piezoelectric ceramic material composed of the complex oxide i) is known. As a PZT-based piezoelectric ceramic material of this type, Japanese Patent Publication No. 54-34920 discloses a mechanical quality factor (Q) obtained by adding tin (Sn) and niobium (Nb) oxides.
The higher m) is shown. In addition, Japanese Patent Publication No.
No. 36756 includes antimony (Sb) and tin (Sn).
A PZT-based piezoelectric ceramic material having a dielectric constant (εr) and an electromechanical coupling coefficient (Kp) increased by the addition of the oxide (1) is shown.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記従来の圧電磁器材
料は、良好な電気機械結合係数と機械的品質係数とを兼
ね備えた圧電磁器を形成することができず、また、温度
変化に対する安定性が乏しい。このため、環境変化の激
しい車輌搭載用通信装置等のフィルタを従来の圧電磁器
材料により形成した場合、車内の温度変化等により送受
信周波数が変動し、安定した送受信が困難な場合が多
い。The conventional piezoelectric ceramic material cannot form a piezoelectric ceramic having both a good electromechanical coupling coefficient and a good mechanical quality coefficient, and is stable with respect to temperature changes. poor. Therefore, when a filter for a communication device mounted on a vehicle, which is subject to drastic environmental changes, is formed of a conventional piezoelectric ceramic material, the transmission / reception frequency fluctuates due to temperature changes in the vehicle and stable transmission / reception is often difficult.
【0005】本発明の目的は、圧電磁器の電気機械結合
係数、機械的品質係数及び温度変化に対する安定性を同
時に高めることにある。An object of the present invention is to simultaneously increase the electromechanical coupling coefficient, the mechanical quality coefficient and the stability against temperature change of the piezoelectric ceramic.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器材料
は、下記の一般式で示されるものである。The piezoelectric ceramic material of the present invention is represented by the following general formula.
【0007】[0007]
【化2】 [Chemical 2]
【0008】一般式において、X,Y,Zは、次の範囲
でありかつ合計が1である。In the general formula, X, Y and Z are in the following ranges and have a total of 1.
【0009】[0009]
【数2】 [Equation 2]
【0010】なお、この圧電磁器材料において、たとえ
ばPbの3〜15原子%は、Ba,Ca及びSrからな
る群から選ばれた少なくとも1種の原子で置換されてい
る。*******本発明の圧電磁器材料は、次の一般
式で示されるペロブスカイト型結晶の固溶体である。In this piezoelectric ceramic material, for example, 3 to 15 atomic% of Pb is replaced with at least one atom selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr. *** The piezoelectric ceramic material of the present invention is a solid solution of perovskite type crystals represented by the following general formula.
【0011】[0011]
【化3】 [Chemical 3]
【0012】この圧電磁器材料には、Pb、Zr及びT
iからなる空間格子の隙間にNb、Mn及びWの原子が
含まれている侵入型固溶体、Nb、Mn及びWの原子が
空間格子を形成しているPb、Zr及びTiの固有位置
を不規則に置換している置換型固溶体の双方が含まれ
る。前記一般式において、X,Y,Zは下記の範囲であ
りかつ合計が1である。This piezoelectric ceramic material contains Pb, Zr and T
The interstitial solid solution containing atoms of Nb, Mn, and W in the space lattice of i, and the intrinsic positions of Pb, Zr, and Ti in which the atoms of Nb, Mn, and W form the spatial lattice are irregular. Both substitutional solid solutions substituting for In the above general formula, X, Y and Z are in the following ranges and the total is 1.
【0013】[0013]
【数3】 [Equation 3]
【0014】Xが0.35未満の場合またはYが0.5
5を超える場合は、電気機械結合係数が小さくなる。X
が0.45を超える場合またはYが0.45未満の場合
は、温度変化があると共振周波数の変動(ドリフト)が
大きくなる。Zが0.08未満の場合は、焼結性が低下
し、圧電磁器の機械的品質係数が小さくなる。Zが0.
15を超える場合は、キュリー点(Tc)が低くなる。When X is less than 0.35 or Y is 0.5
When it exceeds 5, the electromechanical coupling coefficient becomes small. X
When Y exceeds 0.45 or Y is less than 0.45, the variation (drift) of the resonance frequency increases when the temperature changes. When Z is less than 0.08, the sinterability decreases, and the mechanical quality factor of the piezoelectric ceramic decreases. Z is 0.
If it exceeds 15, the Curie point (Tc) becomes low.
【0015】本発明の圧電磁器材料は、前記一般式にお
いて、Pb原子の一部がBa,Ca及びSrからなる群
から選ばれた少なくとも1種の原子で置換されていても
よい。このようにPb原子の一部を置換すると、電気機
械結合係数や機械的品質係数を損なうことなく誘電率を
高めることができる。なお、置換されたBa,Ca及び
Srの原子は、ペロブスカイト型結晶構造において空間
格子、すなわちAサイトを形成する。なお、Pb原子の
置換量は、Pb原子全体の3〜15%に設定するのが好
ましい。置換量が3原子%未満の場合は、誘電率の向上
が期待できない。逆に、15原子%を超えると、圧電磁
器材料の耐熱性が劣化する。Pb原子の置換量としてよ
り好ましい範囲は、3〜15原子%である。In the piezoelectric ceramic material of the present invention, a part of Pb atoms in the above general formula may be substituted with at least one atom selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr. By substituting a part of Pb atoms in this way, the dielectric constant can be increased without impairing the electromechanical coupling coefficient and the mechanical quality coefficient. The substituted atoms of Ba, Ca and Sr form a spatial lattice, that is, an A site in the perovskite type crystal structure. The Pb atom substitution amount is preferably set to 3 to 15% of the total Pb atoms. When the substitution amount is less than 3 atomic%, improvement in dielectric constant cannot be expected. On the contrary, if it exceeds 15 atomic%, the heat resistance of the piezoelectric ceramic material deteriorates. A more preferable range of the substitution amount of Pb atoms is 3 to 15 atom%.
【0016】次に、本発明の圧電磁器材料の製造方法に
ついて説明する。本発明の圧電磁器材料は、特別な方法
によることなく、周知の方法にしたがって製造できる。
具体的には、PbO、TiO2 、ZrO2 、Nb
2 O5 、MnO 2 及びWO3 等の構成金属元素の金属酸
化物を原料粉末として用い、これらの各原料粉末を上述
のX,Y及びZの範囲になるように秤量して混合する。Next, a method of manufacturing a piezoelectric ceramic material of the present invention will be described.
explain about. The piezoelectric ceramic material of the present invention has a special method.
Can be manufactured according to a well-known method.
Specifically, PbO, TiO2, ZrO2, Nb
2OFive, MnO 2And WO3Metallic acid of constituent metal elements such as
Compound is used as the raw material powder, and each of these raw material powders is described above.
Weigh and mix so as to be in the range of X, Y and Z.
【0017】なお、原料粉末としては、金属酸化物に代
えて、構成金属元素の炭酸塩やしゅう酸塩等を使用する
こともできる。また、金属酸化物を組み合わせて仮焼し
たPbTiO3 やPbZrO3 等の複合酸化物粉末を用
いることもできる。次に、混合した材料粉末をプレス成
形やドクターブレード法等の方法により所望の形状に成
形し、これを焼成する。焼成は、1200〜1340℃
の酸化性雰囲気中で2〜6時間行う。これにより、本発
明の圧電磁器材料が得られる。As the raw material powder, it is possible to use carbonates and oxalates of the constituent metal elements instead of the metal oxides. It is also possible to use a composite oxide powder such as PbTiO 3 or PbZrO 3 which is calcined by combining metal oxides. Next, the mixed material powder is molded into a desired shape by a method such as press molding or a doctor blade method, and is fired. Firing is 1200-1340 ° C
2 to 6 hours in the oxidizing atmosphere. Thereby, the piezoelectric ceramic material of the present invention is obtained.
【0018】得られた圧電磁器材料は、相対密度が95
%以上の高密度体であることが望ましい。相対密度が9
5%未満の場合は、その材料によりフィルタを形成した
場合、波形不良が抑制しにくくなる。このような相対密
度の高い圧電磁器材料は、通常の焼成法により得られた
焼結体を熱間静水圧焼成法により1000〜1200
℃、500〜2000気圧及び酸性雰囲気でさらに焼成
すると実現できる。この場合、相対密度が97%以上の
焼結体が得られる。The obtained piezoelectric ceramic material has a relative density of 95.
It is desirable that it is a high-density body of at least%. Relative density is 9
If it is less than 5%, it becomes difficult to suppress the waveform defect when the filter is formed of the material. Such a piezoelectric ceramic material having a high relative density is obtained by subjecting a sintered body obtained by a normal firing method to a hot isostatic firing method of 1000 to 1200.
This can be achieved by further firing at 500 ° C., 500 to 2000 atm and an acidic atmosphere. In this case, a sintered body having a relative density of 97% or more is obtained.
【0019】Pb原子の一部をBa等の原子で置換する
場合は、上述の一般式にPbを導入するための原料粉末
の一部に代えてBaO、CaO、SrO等の置換原子の
金属酸化物、炭酸塩又はしゅう酸塩等を上述の範囲を満
たすように添加する。本発明の圧電磁器材料は、たとえ
ばラダー型フィルタを構成する圧電基板として用いられ
る。When a part of the Pb atom is replaced with an atom such as Ba, instead of part of the raw material powder for introducing Pb into the above-mentioned general formula, metal oxidation of the replacing atom such as BaO, CaO, SrO is carried out. Substances, carbonates or oxalates are added so as to satisfy the above range. The piezoelectric ceramic material of the present invention is used, for example, as a piezoelectric substrate forming a ladder type filter.
【0020】[0020]
【実施例】純度99.5%以上、平均粒径が1.0〜
3.0μmの市販のPbO、TiO 2 、ZrO2 、Nb
2 O5 、MnO2 、WO3 、BaCO3 、CaCO3 及
びSrCO3 の各原料粉末を表1に示す割合で秤量し
た。この原料粉末をボールミルを用いて湿式混合した後
に乾燥し、1000℃で仮焼した。Example: Purity of 99.5% or more, average particle size of 1.0 to
3.0 μm commercial PbO, TiO 2, ZrO2, Nb
2OFive, MnO2, WO3, BaCO3, CaCO3Over
And SrCO3Each raw material powder was weighed at the ratio shown in Table 1.
It was After wet mixing this raw material powder using a ball mill
And dried at 1000 ° C.
【0021】得られた仮焼物をボールミルを用いて24
時間湿式粉砕し、これに有機系の粘結剤を添加して混合
した。そして、これを直径17mm、高さ1.5mmの
円板状に加圧成形した。この成形体を1260〜134
0℃の酸化性雰囲気下において6時間焼成した。得られ
た焼結体を直径15mm、高さ1mmに研磨加工し、そ
の両主面に銀ペーストを焼き付けて電極を形成した。こ
れにより得られた素子を80℃の絶縁油中に浸漬し、電
極間に3kV/mmの直流電圧を印加して分極処理し
た。The calcined product thus obtained is crushed using a ball mill for 24 hours.
It was wet-milled for an hour, and an organic binder was added thereto and mixed. Then, this was pressure-molded into a disk shape having a diameter of 17 mm and a height of 1.5 mm. This molded body is 1260-134
It was fired for 6 hours in an oxidizing atmosphere at 0 ° C. The obtained sintered body was polished into a diameter of 15 mm and a height of 1 mm, and silver paste was baked on both main surfaces thereof to form electrodes. The device thus obtained was immersed in insulating oil at 80 ° C., and a direct current voltage of 3 kV / mm was applied between the electrodes for polarization treatment.
【0022】分極処理後24時間経過した素子の電気機
械結合係数(Kp)、機械的品質係数(Qm)、比誘電
率(εr)及び周波数ドリフト(faドリフト)を、イ
ンピーアナライザーを用いて測定した。結果は表1の通
りである。The electromechanical coupling coefficient (Kp), mechanical quality coefficient (Qm), relative permittivity (εr) and frequency drift (fa drift) of the device 24 hours after the polarization treatment were measured using an Impey analyzer. . The results are shown in Table 1.
【0023】[0023]
【表1】 [Table 1]
【0024】表1によれば、圧電磁器材料の組成が本発
明の範囲にある素子はいずれもKpが40以上、Qmが
1500以上、εrが1000以上、faドリフトが±
0.3以内の各特性が達成される。特に、Pb原子の一
部をBa、CaまたはSrにより置換すると、εrが高
まることがわかる。According to Table 1, all devices having a composition of piezoelectric ceramic material within the range of the present invention have Kp of 40 or more, Qm of 1500 or more, εr of 1000 or more, and fa drift of ±.
Each property within 0.3 is achieved. In particular, it can be seen that εr increases when a part of Pb atoms is replaced with Ba, Ca or Sr.
【0025】[0025]
【発明の効果】第1の発明の圧電磁器材料は、上述の一
般式を満たすようにPb、Zr、Ti、Nb、Mn及び
Wを含むため、電気機械結合係数、機械的品質係数及び
温度変化に対する安定性が同時に高まる。第2の発明に
係る圧電磁器材料では、Pb原子の一部をBa,Ca及
びSrからなる群から選ばれた少なくとも1種の原子で
置換しているので、比誘電率をさらに高めることができ
る。Since the piezoelectric ceramic material of the first invention contains Pb, Zr, Ti, Nb, Mn and W so as to satisfy the above general formula, the electromechanical coupling coefficient, mechanical quality coefficient and temperature change. At the same time the stability against. In the piezoelectric ceramic material according to the second aspect of the present invention, a part of Pb atoms is replaced with at least one atom selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr, so that the relative dielectric constant can be further increased. .
Claims (2)
る。 【数1】 1. A piezoelectric ceramic material represented by the following general formula. [Chemical 1] In the formula, X, Y and Z are in the following ranges and the total is 1. [Equation 1]
rからなる群から選ばれた少なくとも1種の原子で置換
された、請求項1に記載の圧電磁器材料。2. 3 to 15 atomic% of Pb is Ba, Ca and S
The piezoelectric ceramic material according to claim 1, which is substituted with at least one atom selected from the group consisting of r.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4346773A JPH06196769A (en) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | Piezoelectric material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4346773A JPH06196769A (en) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | Piezoelectric material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06196769A true JPH06196769A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18385726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4346773A Pending JPH06196769A (en) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | Piezoelectric material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06196769A (en) |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4346773A patent/JPH06196769A/en active Pending
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