-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Keramik mit
der Befähigung, bei niedrigen Temperaturen gesintert zu
werden, sowie ein piezoelektrisches Element unter Verwendung derselben,
insbesondere ein laminiertes piezoelektrisches Element, worin Cu
oder dgl. für die inneren Elektroden des piezoelektrischen
Elements Gebrauch gemacht wird.
-
Stand der Technik
-
Eine
piezoelektrische Keramikzusammensetzung weist die Befähigung
zur freien Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie
oder umgekehrt sowie zur Entnahme der umgewandelten Energie auf
und ist als piezoelektrische Oszillatoren wie als Aktuator sowie
als Schallkomponente oder als Sensor oder dgl. verwendet worden.
-
Bei
Verwendung der piezoelektrischen Keramik z. B. als Aktuator sollte
die piezoelektrische Keramik piezoelektrische Eigenschaften und
insbesondere eine große piezoelektrische Konstante d aufweisen.
Ganz allgemein besteht zwischen der piezoelektrischen Kontakte b,
dem elektromechanischen Kopplungskoeffizient k und der relativen
dielektrischen Konstante εr die Beziehung: d ∝ k(εr)0,5; somit ist es zur Steigerung der piezoelektrischen
Konstante d notwendig, dass der elektromechanische Kopplungskoeffizient
k und/oder die relative dielektrische Konstante εr größer
gemacht werden.
-
Zu
diesem Zweck ist z. B. in Patentdokument 1 eine piezoelektrische
Keramik vorgeschlagen worden, worin das Pb in einer ternären
piezoelektrischen Keramik aus Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3 teilweise
durch Ca, Sr oder Ba ersetzt ist.
-
Außerdem
sind gemäß Patentdokument 2 die mechanische Festigkeit
sowie die piezoelektrischen Eigenschaften durch weitere Zugabe eines Additivs
sowie durch Ersatz eines Teils des Pb durch Ca oder dgl. verbessert
worden.
- Patentdokument 1: JP-OS
61-129 888
- Patentdokument 2: JP-OS
2001-181 036
-
Allerdings
sind die Sintertemperaturen für herkömmliche piezoelektrische
Keramikzusammensetzungen so hoch wie ca. 1100 bis 1250°C,
und demzufolge müssen, bei Herstellung laminierter piezoelektrischer
Elemente mit solchen herkömmlichen piezoelektrischen Keramikzusammensetzungen,
ein teures Edelmetall wie Platin (Pt) oder Palladium (Pd), die solchen
hohen Sintertemperaturen Stand halten, für die inneren
Elektroden verwendet werden, weshalb ein Problem insofern entsteht,
als sich die Produktionskosten erhöhen.
-
Eine
Absenkung der Kosten für die inneren Elektroden bietet
den Schlüssel zur Absenkung der Produktionskosten. Zur
Absenkung der Sintertemperatur einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung
ist eine weniger teure Silber-Palladium-Legierung (nachfolgend bezeichnet
als die Ag-Pd-Legierung) für die inneren Elektroden verwendbar.
-
Weil
Pd teuer ist und bei hohem Pd-Gehalt eine Oxidation-Reduktion-Reaktion
eingeht, wobei Brüche und Delaminierung dadurch im laminierten
piezoelektrischen Element verursacht werden, muss der Pd-Gehalt
in der Ag-Pd-Legierung somit auf 30 Masse-% oder weniger abgesenkt
werden. Bei Festlegung des Pd-Gehalts auf 30 Masse-% oder weniger wird
die Sintertemperatur bei 1150°C oder darunter und bevorzugt
bei 1120°C oder darunter auf Basis des Ag-Pd-System-Phasendiagramms
festgelegt. Zur weiteren Absenkung der Herstellkosten müssen der
Pd-Gehalt und deshalb auch die Sintertemperatur der piezoelektrischen
Keramikzusammensetzung soweit wie möglich abgesenkt werden.
Diesbezüglich ist in 1 die Beziehung
zwischen dem Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung und der Sintertemperatur
der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung dargestellt. Es sei
angemerkt, dass die Beziehung zwischen dem Pd-Gehalt und der in 1 dargestellten Sintertemperatur
auf dem Ag-Pd-System-Phasendiagramm beruht.
-
Wie
in 1 dargestellt, muss bei Festlegung des Pd-Gehalts
bei 20 Masse-% oder weniger die Sintertemperatur bei 1050°C
oder weniger festgelegt werden.
-
Alternativ
dazu, ist Kupfer (Cu) als Elektrodenmaterial verfügbar,
das weniger teuer als die Ag-Pd-Legierung ist. Allerdings liegt
der Schmelzpunkt von Kupfer bei ca. 1085°C, und demzufolge
bedingt die Verwendung von Cu für die inneren Elektroden
in laminierten piezoelektrischen Elementen piezoelektrische Keramikzusammensetzungen
mit der Befähigung, bei 1050°C oder darunter gesintert
zu werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben dargelegten technischen
Probleme erfolgreich abgeschlossen worden, wobei es die Aufgabe war,
eine Verfahrenstechnik zum Erhalt einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung
mit der Befähigung, bei niedrigen Temperaturen gesintert
zu werden, anzugeben und zur Verfügung zu stellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Zur
Verbesserung der Eigenschaften piezoelektrischer Keramiken sind
die einschlägigen Untersuchungen bisher dahingehend durchgeführt
worden, dass die Aufmerksamkeit hauptsächlich auf die Zusammensetzung
gerichtet worden ist. Die hier auftretenden Erfinder haben die obigen
Probleme auf der Grundlage eines Lösungsansatzes für
die Ausführungsform des Verfahrens gelöst, und
zwar so, dass die Größe des Pulvers vor dem Sintern
sowie die Zusammensetzung gesteuert werden.
-
In
spezifischer Weise wird durch die vorliegende Erfindung ein Herstellverfahren
für eine piezoelektrische Keramik aus einem Hauptbestandteil
mit der Zusammensetzungsformel (Pba1Aa2)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 angegeben, welches dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Herstellverfahren Stufen umfasst, in
denen man: ein Pulver für die piezoelektrische Keramik,
die eine spezifische Oberfläche von 1,8 bis 11,0 m2/g aufweist, kompaktiert und man einen Sinterkörper
durch Sintern des entstandenen kompaktierten Körpers bei
1050°C oder darunter erhält, wobei in der Zusammensetzungsformel
gilt: A stellt mindestens ein Metallelement dar, ausgewählt
aus Sr, Ba und Ca; und 0,96 ≤ a1 + a2 ≤ 1,03;
0 ≤ a2 ≤ 0,10; x + y + z = 1; 0,05 ≤ x ≤ 0,40;
0,1 ≤ y ≤ 0,5; und 0,2 ≤ z ≤ 0,6,
bezogen auf das Atomverhältnis.
-
Durch
Verwendung des Pulvers, das die spezifische Oberflächenfläche
von 1,8 bis 11,0 m2/g aufweist, als Pulver
zum Sintern wird dessen Sinterbarkeit so verbessert, dass sogar
bei Sintern bei 1050°C oder darunter und auch bei 1000°C
oder darunter eine piezoelektrische Keramik erhältlich
ist, die eine hochgesinterte Körperdichte und die gewünschten piezoelektrischen
Eigenschaften aufweist. Zur Verbesserung der Sinterbarkeit und der
piezoelektrischen Eigenschaften umfasst die piezoelektrische Keramik
vorzugsweise als Additiv mindestens ein Element, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Ta, Sb, Nb, W und aus Mo, mit einem
Gesamtgehalt von 0,05 bis 3,0 Masse-%, bezogen auf die Oxide (Ta2O5, Sb2O3, Nb2O5,
WO3 und MoO3), bezogen
auf den obigen Hauptbestandteil.
-
Außerdem
kann, als Hauptbestandteil, ein solcher mit der Zusammensetzungsformel (Pb1aAa2)[(Znb/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 ebenfalls verwendet werden. In diesem Fall
gilt: A stellt mindestens ein Metallelement dar, ausgewählt
aus Sr, Ba und aus Ca, und es reicht hin, dass die folgenden Beziehungen
erfüllt sind: 0,96 ≤ a1 + a2 ≤ 1,03;
0 ≤ a2 ≤ 0,10; 1 < b ≤ 3; x + y + z = 1; 0,05 ≤ x ≤ 0,40;
0,1 ≤ y ≤ 0,5; und 0,2 ≤ z ≤ 0,6,
bezogen auf das Atomverhältnis.
-
Zum
Erhalt eines piezoelektrischen Elements durch Anwenden der vorliegenden
Erfindung reicht es hin, dass ein Laminat durch abwechselndes Laminieren
einer piezoelektrischen Schichtpaste aus dem Pulver für
die piezoelektrische Keramik mit der spezifischen Oberflächenfläche
von 1,8 bis 11,0 m2/g und einer Paste für
die inneren Elektroden erhalten und das entstandene Laminat bei
1050°C oder darunter gesintert werden. Zur Absenkung der
Produktionskosten werden Cu oder die Ag-Pd-Legierung (mit einem
Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung von 20 Masse-% oder weniger) für
die innere Elektrode verwendet. Durch Verwendung des Cu, das weniger
teuer als die Ag-Pd-Legierung ist, für die innere Elektrode
lassen sich die Produktionskosten noch weiter absenken.
-
Es
ist bevorzugt, eine piezoelektrische Schichtpaste aus einem Pulver
zu verwenden, das eine spezifische Oberfläche von 2,5 bis
8,0 m2/g aufweist. Die Sintertemperatur
kann dann auf 1000°C oder darunter und noch weiter auf
950°C oder darunter abgesenkt werden.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung
mit der Befähigung, bei 1050°C oder darunter gesintert
zu werden, mit den gewünschten piezoelektrischen Eigenschaften
erhältlich. Durch Verwendung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung
ist auch ein laminiertes piezoelektrisches Element erhältlich,
worin von Cu oder dgl. für die innere Elektrode Gebrauch
gemacht wird.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
1 ist
eine Tabelle, worin die Beziehung zwischen dem Pd-Gehalt einer Ag-Pd-Legierung
und der Sintertemperatur einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung
angegeben ist;
-
2 ist
ein Querschnitt, der ein Konfigurationsbeispiel eines piezoelektrischen
Elements darstellt, worin von der piezoelektrischen Keramik gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht ist;
-
3 ist
eine Tabelle, worin die relativen dielektrischen Konstanten εr
und die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr der in Beispiel
1 hergestellten piezoelektrischen Keramiken angegeben sind;
-
4 ist
eine Tabelle, worin die relativen dielektrischen Konstanten εr
und die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kr der in Beispiel
2 hergestellten piezoelektrischen Keramiken angegeben sind;
-
5 ist
eine Tabelle, worin die Verschiebungsgrößen der
in Beispiel 3-1 hergestellten piezoelektrischen Elemente angegeben
sind; und
-
6 ist
eine Tabelle, worin die Verschiebungsgrößen der
in Beispiel 3-2 hergestellten piezoelektrischen Elemente angegeben
sind.
-
Beschreibung der Bezugsziffern
-
- 10 ... Laminat; 11 ... piezoelektrische
Schicht; 12 ... innere Elektrode; 21, 22 ...
End/Abschlusselektroden
-
Beste Ausführungsform
der Erfindung
-
Im
Folgenden werden die piezoelektrische Keramik und das piezoelektrische
Element der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage von Ausgestaltungen
detailliert beschrieben.
-
<Chemische
Zusammensetzung>
-
Die
piezoelektrische Keramik gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Perovskit-Verbindung, enthaltend als Hauptbestandteile
Pb, Zr, Ti, Zn und Nb, und weist eine Grundzusammensetzung der folgenden
Formel (1) oder der weiteren Formel (2) auf. Durch Anwendung der
Zusammensetzung der Formel (1) oder der weiteren Formel (2) als Hauptbestandteil
ist eine piezoelektrische Keramik erhältlich, die eine
hohe dielektrische Konstante und einen großen elektromechanischen
Kopplungseffizient aufweist. Es sei angemerkt, dass die chemische Zusammensetzung,
wie sie hierin bezeichnet ist, die Zusammensetzung nach dem Sintern
bedeutet: (Pba1Aa2)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 (1).
-
In
der Formel (1) gilt: A stellt mindestens ein Metallelement dar,
ausgewählt aus Sr, Ba und Ca; und
0,96 ≤ a1
+ a2 ≤ 1,03; 0 ≤ a2 ≤ 0,10; x + y + z
= 1; 0,05 ≤ x ≤ 0,40; 0,1 ≤ y ≤ 0,5;
und 0,2 ≤ z ≤ 0,6, bezogen auf das Atomverhältnis.
-
Als
Nächstes werden die Gründe für die auferlegten
Zwangsbedingungen von a1, a2, x, y und z in der Formel (1) beschrieben. Übersteigt
a1 + a2 1,03, verschlechtern sich die piezoelektrischen Eigenschaften
drastisch. Beträgt andererseits a1 + a2 weniger als 0,96,
verkleinern sich die dielektrische Konstante und der elektromechanische
Kopplungskoeffizient. Somit wird der Bereich von a1 + a2 so festgelegt,
dass er in den Bereich von 0,96 ≤ a1 + a2 ≤ 1,03
fällt. Der Bereich von a1 + a2 beträgt vorzugsweise
0,98 ≤ a1 + a2 ≤ 1,0 und bevorzugter 0,99 ≤ a1 +
a2 ≤ 1,005.
-
Danach
wird a2, das das Substitutionsverhältnis von A zu Pb darstellt,
so festgelegt, dass es in den Bereich von 0 ≤ a2 ≤ 0,10
fällt. Mit dem Anstieg der Substitutionsmenge des Elements
A wird die dielektrische Konstante verbessert, wenn aber die Substitutionsmenge
so groß wird, dass sie 0,10 übersteigt, verschlechtert
sich die Sinterbarkeit. Außerdem erniedrigen sich, wenn
die Substitutionsmenge des Elements A zu groß wird, die
Curie-Temperatur und in unvorteilhafter Weise die Betriebstemperatur der
piezoelektrischen Keramik. Der Bereich von a2 beträgt vorzugsweise
0 ≤ a2 ≤ 0,06, bevorzugter 0,01 ≤ a2 ≤ 0,06
und noch mehr bevorzugt 0,02 ≤ a2 ≤ 0,5. Außerdem
ist Sr besonders bevorzugt als das Element A.
-
Der
Teil (Zn1/3Nb2/3)
in der Formel (1) dient der Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften,
und das Zusammensetzungsverhältnis x des Teils (Zn1/3Nb2/3) wird so
festgelegt, dass es in den Bereich von 0,05 ≤ x ≤ 0,40
fällt. Beträgt x weniger als 0,05, erniedrigen
sich sowohl die dielektrische Konstante als auch der elektromechanische
Kopplungskoeffizient, so dass die erforderlichen piezoelektrischen
Eigenschaften nicht erhältlich sind. Mit dem Anstieg von
x erhöht sich die dielektrische Konstante. Da allerdings
das Rohmaterial von Nb teuer ist, wird die Obergrenze von x bei
0,40 festgelegt. Der Bereich von x beträgt vorzugsweise
0,05 ≤ x ≤ 0,30 und bevorzugter 0,05 ≤ x ≤ 0,20.
-
Das
Ti-Zusammensetzungsverhältnis y und das Zr-Zusammensetzungsverhältnis
z beeinflussen die dielektrische Konstante und den elektromechanischen
Kopplungskoeffizient signifikant, und diese Verhältnisse
werden bevorzugt in der Nachbarschaft der morphotropischen Grenze
angeordnet. Im Hinblick auf diese Tatsachen werden in der vorliegenden Erfindung
das Zusammensetzungsverhältnis y so festgelegt, dass es
in den Bereich von 0,1 ≤ y ≤ 0,5 fällt,
und das Zusammensetzungsverhältnis z so festgelegt, dass
es in den Bereich von 0,2 ≤ z ≤ 0,6 fällt. Der
Bereich y beträgt vorzugsweise 0,35 ≤ y ≤ 0,50 und
bevorzugter 0,37 ≤ y ≤ 0,48. Der Bereich z beträgt
vorzugsweise 0,36 ≤ z ≤ 0,60 und bevorzugter 0,38 ≤ z ≤ 0,50.
-
Pb
und das Element A (mindestens ein Metallelement, ausgewählt
aus Sr, Ba und Ca) sind jeweils an der sogenannten A-Seite angeordnet,
während der Teil [(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz] an der sogenannten B-Seite angeordnet
ist. Zum Erhalt hochpiezoelektrischer Eigenschaften wird A/B vorzugsweise
auf 0,96 oder mehr bis 1,03 oder weniger festgelegt.
-
Im
piezoelektrischen Element der vorliegenden Erfindung kann das Zusammensetzungsverhältnis
von Zn auch im Überschuss zur stöchiometrischen
Zusammensetzung eingestellt werden: (Pba1Aa2)[(Znb/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 (2).
-
In
der Formel (2) gilt: A stellt mindestens ein Metallelement dar,
ausgewählt aus Sr, Ba und Ca; und 0,96 ≤ a1 +
a2 ≤ 1,03; 0 ≤ a2 ≤ 0,10; 1 ≤ b ≤ 3;
x + y + z = 1; 0,05 ≤ x ≤ 0,40; 0,1 ≤ y ≤ 0,5;
und 0,2 ≤ z ≤ 0,6, bezogen auf das Atomverhältnis.
-
Das
Zink und Niob im Teil (Znb/3Nb2/3)
der Formel (2) dient der Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften.
Das Zusammensetzungsverhältnis von Zink von b/3 wird im Überschuss
zum stöchiometrischen Zusammensetzungsverhältnis
von 1/3 eingestellt, weil dadurch die Sintertemperatur erniedrigt
und die piezoelektrischen Eigenschaften verbessert werden können.
Insbesondere werden, wenn der b-Wert vorzugsweise so festgelegt
wird, dass er in einen Bereich von 1,05 oder mehr bis 2,0 oder weniger
fällt, die piezoelektrischen Eigenschaften noch weiter
verbessert.
-
Die
Gründe für die auferlegten Zwangsbedingungen von
a1, a2, x, y und z sind die gleichen wie für Formel (1).
-
Die
piezoelektrische Keramik gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält als Additive mindestens ein Element,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ta, Sb, Nb, W
und aus Mo. Durch Vorliegen dieser Elemente in jeweils einer vorbestimmten
Menge ergeben sich solche Effekte, dass die Sinterbarkeit, die piezoelektrischen
Eigenschaften ebenfalls und ferner die Biegefestigkeit verbessert
werden. Bevorzugt unter diesen Elementen ist Ta, weil Ta signifikante
Verbesserungseffekte auf die Sinterbarkeit und die piezoelektrischen
Eigenschaften ausübt.
-
Diese
Elemente sind in einer Gesamtgehaltsmenge von vorzugsweise 0,05
bis 3,0 und bevorzugter von 0,05 bis 1,0 Masse-% enthalten, bezogen
auf die Oxide (Ta2O5,
Sb2O3, Nb2O5, WO3 und MoO3) in Relation zum Hauptbestandteil (Pba1Aa2)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 der Formel (1). Beträgt die Gehaltsmenge
dieser Oxide weniger als 0,05 Masse-%, sind die obigen Effekte nicht
erzielbar. Übersteigt andererseits die Gehaltsmenge dieser Oxide
3,0 Masse-%, verschlechtern sich die dielektrische Konstante, der
elektromechanische Kupplungskoeffizient und die Sinterbarkeit.
-
Der
Ta-Gehalt beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,80 und bevorzugter
0,10 bis 0,60 Masse-% bezüglich Ta2O5.
-
Der
Sb-Gehalt beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,80 und bevorzugter
0,10 bis 0,60 Masse-% bezüglich Sb2O3.
-
Der
Nb-Gehalt beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,80 und bevorzugter
0,10 bis 0,60 Masse-% bezüglich Nb2O5.
-
Der
W-Gehalt beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,80 und bevorzugter
0,10 bis 0,70 Masse-% bezüglich WO3.
-
Der
Mo-Gehalt beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,80 und bevorzugter
0,05 bis 0,50 Masse-% bezüglich MoO3.
-
Es
sei angemerkt, dass die Additive Ta, Sb, Nb, W und Mo z. B. in einer
Zusammensetzung eines Hauptbestandteils enthalten und an der sogenannten B-Seite
angeordnet sind, wenn Ti und Zr vorhanden sind.
-
Eine
solche oben beschriebene piezoelektrische Keramik kann in geeigneter
Weise als Material für ein piezoelektrisches Element für
z. B. einen Aktuator, einen piezoelektrischen Buzzer, eine Schallkomponente
oder einen Sensor und insbesondere als Material für einen
Aktuator verwendet werden.
-
2 zeigt
ein Konfigurationsbeispiel eines piezoelektrischen Elements, worin
von der piezoelektrischen Keramik gemäß der vorliegenden
Ausgestaltung Gebrauch gemacht ist. Das piezoelektrische Element
umfasst ein Laminat 10, worin zwischen einer Vielzahl piezoelektrischer
Schichten 11 aus der piezoelektrischen Keramik der vorliegenden
Ausgestaltung eine Vielzahl innerer Elektroden 12 angeordnet
sind. Die Dicke pro 1 piezoelektrischer Schicht 11 beträgt
z. B. ca. 1 bis 100 μm; beide am Ende vorliegenden piezoelektrischen
Schichten 11 sind so ausgebildet, dass sie dicker als die
piezoelektrischen Schichten 11 sind, die als Sandwich zwischen
den inneren Elektroden 12 vorliegen, wie dies der Fall
sein kann. Die chemische Zusammensetzung der piezoelektrischen Keramik,
mit der die piezoelektrischen Schichten aufgebaut sind, ist die
oben beschriebene.
-
Die
innere Elektrode 12 kann aus einem leitfähigen
Material wie aus Ag, Au, Cu, Pt, Pd oder aus einer Legierung dieser
Metalle gebildet sein; allerdings werden zur Absenkung der Kosten
für das piezoelektrische Element eine Ag-Pd-Legierung (mit
einem Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung von 20 Masse-% oder weniger)
oder Cu verwendet.
-
Die
Beziehung zwischen dem Pd-Gehalt und der Sintertemperatur ist in 1 angegeben,
die piezoelektrische Schicht der vorliegenden Ausgestaltung kann
bei 1050°C oder darunter und bevorzugter bei 1000°C
oder darunter gesintert werden. Infolgedessen kann die Ag-Pd-Legierung
mit einem Pd-Gehalt von 20 Masse-% oder weniger und ferner eine Ag-Pd-Legierung
mit einem Pd-Gehalt von 15 Masse-% oder weniger verwendet werden.
-
Weil
Cu weniger teuer als Ag und Pd ist, wird die innere Elektrode 12 bevorzugt
mit Cu gebildet, um die Produktionskosten noch weiter zu abzusenken.
Bei Verwendung von Cu wird das Sinterverfahren in gewünschter
Weise bei 1050°C oder darunter durchgeführt, weil
der Schmelzpunkt des Cu bei ca. 1085°C liegt.
-
Wie
nun in 2 dargestellt, erstrecken sich die inneren Elektroden 12 abwechselnd
in Richtungen zueinander, und das Paar der endständigen Elektroden 21 bzw. 22 ist
elektrisch an die abwechselnden Erstreckungsenden der inneren Elektroden 12 angeschlossen.
Die endständigen Elektroden 21 und 22 können
durch Sintern mit einem Metall wie Gold oder, alternativ dazu, durch
ein Backverfahren mit einer Paste für die endständigen
Elektroden gebildet werden.
-
Die
Paste für die endständigen Elektroden enthält
z. B. ein leitfähiges Material, eine Glasfritte und ein
Vehikel. Das leitfähige Material umfasst bevorzugt mindestens
eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber,
Gold, Kupfer, Nickel, Palladium oder aus Platin. Beispiele des Vehikels
schließen organische und wässrige Vehikel ein;
das organische Vehikel wird durch Auflösen eines Bindemittels
in einem organischen Lösungsmittel und das wässrige
Vehikel wird durch Einbringen eines Bindemittels, eines Dispergiermittels
und dgl. in Wasser zubereitet. Die Dicke jeder endständigen
Elektrode 21 und 22 wird gemäß dem
beabsichtigen Zweck entsprechend bestimmt und beträgt gewöhnlich
ca. 10 bis 50 μm.
-
<Herstellverfahren>
-
Als
Nächstes wird ein bevorzugtes Herstellverfahren für
das piezoelektrische Element gemäß der vorliegenden
Erfindung nun durch die in ihrer Reihenfolge ablaufenden Stufen
beschrieben.
-
[Rohmaterialpulver und deren Einwiegen]
-
Als
Rohmaterialien für den Hauptbestandteil werden Pulver von
Oxiden oder Pulver von Verbindungen, die bei Erhitzen in Oxide überführt
werden, verwendet. Spezifischer können Pulver aus PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, SrCO3, BaCO3, CaCO3 und dgl. verwendet werden. Die Rohmaterialpulver
werden so eingewogen, dass die Zusammensetzung der Formel (1) tatsächlich
nach dem Sintern entstanden ist. Danach wird mindestens ein Element,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ta, Sb, Nb, W und
aus Mo, als Additiv in vorbestimmter Gehaltsmenge in Relation zum
Gesamtgewicht dieser eingewogenen Pulver zugegeben. Als Rohmaterialpulver für
die Additive werden Pulver aus Ta2O5, Sb2O3, Nb2O5, WO3 und
aus MoO3 zubereitet. Empfehlenswert ist,
dass die mittlere Partikelgröße von jedem Rohmaterialpulver
annähernd im Bereich von 0,1 bis 3,0 μm ausgewählt
wird.
-
Im Übrigen
kann, ohne Einschränkung auf die obigen Rohmaterialpulver,
ein Pulver aus einem Kompositoxid, das zwei oder mehr Metalle enthält, ebenfalls
als Rohmaterialpulver verwendet werden.
-
[Calcinierung]
-
Die
Rohmaterialpulver werden nass vermischt und dann calciniert, wobei
sie bei Temperaturen, die in einen Bereich von 700 bis 900°C
fallen, eine vorbestimmte Zeitdauer lang gehalten werden. Diese
Calcinierung wird in empfehlenswerter Weise unter einer Atmosphäre
N2 oder an Luft durchgeführt. Die
Haltezeit der Calcinierung wird in empfehlenswerter Weise annähernd
im Bereich von 1 bis 4 h ausgewählt. Obwohl im Übrigen
der Fall oben beschrieben worden ist, dass die Rohmaterialpulver des
Hauptbestandteils und der Additive gemeinsam vermischt und dann
beide Pulversätze calciniert werden, ist der zeitliche
Ablauf für die Zugabe der Rohmaterialpulver der Additive
nicht auf den oben beschriebenen Zeitablauf eingeschränkt.
Alternativ dazu, werden z. B. die Pulver des Hauptbestandteils zuerst
eingewogen, vermischt, calciniert und pulverisiert; dann können
zum nach der Calcinierung und Pulverisierung so erhaltenen als Hauptbestandteil vermischten
Pulver die Rohmaterialpulver der Additive in vorbestimmten Gehaltsmengen
zugegeben werden, um mit dem als Hauptbestandteil gemischten Pulver
vermischt zu werden.
-
[Pulverisierung]
-
Die
calcinierten Pulver werden in einer Kugel- oder Strahlmühle
pulverisiert, bis die spezifische Oberflächenfläche
den Bereich von 1,8 bis 11,0 m2/g erreicht.
Bei Verwendung dieser Pulver mit ihrer in diesen Bereich fallenden
spezifischen Oberflächenfläche zum Sintern ergibt
sogar eine Sintertemperatur, die so niedrig wie 1050°C
oder darunter liegt, eine piezoelektrische Keramik, die dicht ist
und ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Die
spezifische Oberflächenfläche beträgt
vorzugsweise 2,5 bis 8,0 und bevorzugter 3,5 bis 8,0 m2/g. Durch
die auf 2,5 bis 8,0 m2/g eingestellte spezifische Oberflächenfläche
wird somit ein Sinterverfahren bei 1000°C oder darunter
ermöglicht. Es sei angemerkt, dass die spezifische Oberflächenfläche
in der vorliegenden Anmeldung bezüglich der Bestimmung
ihres Wertes auf einem Stickstoff-Adsorptionsverfahren (BET-Verfahren)
beruht.
-
Zur
Einstellung der spezifischen Oberflächenfläche
von jedem calcinierten Pulver innerhalb des obigen Bereichs können
die Mediumbedingungen gesteuert, die Pulverisierzeit, die Menge,
die pro Zeiteinheit behandelt wird, die Aufschlämmungskonzentration
und dgl. geregelt werden, wenn eine Nasspulverisierung zur Anwendung
gelangt.
-
In
spezifischer Weise sind bei Durchführung der Pulverisierung
in einer Kugelmühle die Steuerung der Mediumbedingungen
(des Anstiegs der Menge der Medien und dgl.) und die Verlängerung der
Pulverisierzeit wirkungsvoll. Die Pulverisierzeit lässt
sich so festlegen, dass die vorbestimmte spezifische Oberflächenfläche
annähernd erzielt wird.
-
Auch
bei Durchführung der Pulverisierung in einer Strahlmühle
ist ein Pulver mit der vorbestimmten spezifischen Oberflächenfläche
durch Steuerung der Pulverisierzeit ebenfalls erhältlich.
Die Strahlmühle ist vorzugsweise mit einem Klassierer ausgerüstet.
Durch Anwendung einer Pulverisiervorrichtung mit dem Klassierer
ist ein Pulver mit der angestrebten spezifischen Oberflächenfläche
durch Entfernung von Grobpulver oder erneute Pulverisierung des Grobpulvers
erhältlich. Alternativ dazu, ist eine Anpassung der Pulverisiergeschwindigkeit
ebenfalls wirkungsvoll.
-
Die
Stufe zum Erhalt eines Pulvers mit einer so kleinen Partikelgröße,
dass die spezifische Oberflächenfläche 1,8 bis
11,0 m2/g beträgt, ist nicht auf die
Pulverisierstufe eingeschränkt. Es kann auch so vorgegangen
werden, dass beispielsweise ein Pulver, das die oben abgesteckte
spezifische Oberflächenfläche aufweist, mit einem
durch die Pulverisierstufe erhaltenen pulverisierten Pulver erhalten
wird, wobei das Grobpulver entfernt oder erneut pulverisiert wird.
-
[Herstellung eines Laminats]
-
Ein
Vehikel wird zum calcinierten Pulver gegeben, worauf die so erhaltene
Mischung verknetet wird, um eine piezoelektrische Keramikpaste herzustellen.
Dann wird eine Paste für die innere Elektrode durch Kneten
des obigen leitfähigen Materials zur Bildung einer inneren
Elektrode 12 oder der verschiedenen Oxide für
das obige leitfähige Material nach dem Sintern, einer organometallischen
Verbindung oder eines Resinats und weiterer Substanzen mit dem Vehikel
zubereitet. Es sei angemerkt, dass ein Dispergiermittel, ein Weichmacher,
ein dielektrisches Material, ein Isolatormaterial und weitere Substanzen, falls
erforderlich, zur Paste für die innere Elektrode gegeben
werden können.
-
Anschließend
wird ein Grün-Chip als Vorstufe für ein Laminat 10 durch
Verwendung der piezoelektrischen Paste sowie der Paste für
die innere Elektrode z. B. mit einem Druck- oder Folienverfahren hergestellt.
-
Danach
wird der Grün-Chip einer Behandlung zur Entfernung des
Bindemittels unterzogen und gesintert, um ein Laminat 10 zu
bilden. Diesbezüglich wird die Sintertemperatur gemäß dem
Typ des Metalls bestimmt, das für die innere Elektrode 12 verwendet
wird. Wie oben beschrieben, wird bei Verwendung der Ag-Pd-Legierung
(mit dem Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung von 20 Masse-% oder weniger) oder
von Cu für die innere Elektrode 12, die Sintertemperatur
auf 1050°C oder darunter und bevorzugt auf 90 bis 1000°C
festgelegt. Die Haltezeit für die Erhitzung wird auf 1
bis 10 und bevorzugt auf 2 bis 8 h festgelegt.
-
Die
Ag-Pd-Legierung kann an der Luft gesintert werden. Wenn Cu das Basismaterial
ist und an der Luft gesintert würde, würde es
oxidiert werden, um als Elektrode unbrauchbar zu sein. Demzufolge wird
bei Verwendung von Cu für die innere Elektrode 12 das
Sinterverfahren dann in einer reduktiven Atmosphäre und
insbesondere in einer reduktiven Atmosphäre mit niedrigem
Sauerstoffgehalt durchgeführt, worin der Sauerstoff-Partialdruck
niedriger als derjenige in der Luft ist und 1 × 10–12 Pa oder etwas mehr beträgt.
Sogar beim Sintern in der reduktiven Atmosphäre mit niedrigem
Sauerstoffgehalt zeigt und ergibt die piezoelektrische Schicht 11 dennoch
hohe piezoelektrische Eigenschaften.
-
Wird
ein Pulver, das eine so kleine Partikelgröße aufweist,
dass die spezifische Oberflächenfläche 1,8 bis
11,0 m2/g beträgt, bei 1000 bis
1050°C gesintert, ergibt sich eine mittlere Korngröße
des gesinterten Körpers in der piezoelektrischen Schicht 11 von
annähernd 1 bis 3 μm in Abhängigkeit
von der Erhitzungshaltezeit. Bei Sinterung bei 900 bis 1000°C ergibt
sich eine mittlere Korngröße des gesinterten Körpers
von ca. 0,5 bis 2,5 μm.
-
Nach
Bildung des Laminats 10 wird dieses einer Endflächen-Polierung
mit z. B. Walzpolieren oder Sandstrahlen unterzogen, worauf die
endständigen Elektroden 21 und 22 durch
Aufstäuben eines Metalls wie Gold oder durch Druck oder
Transferdruck einer Paste für endständige Elektroden,
welche in gleicher Weise wie die Paste für die innere Elektrode
zubereitet worden ist, gebildet und dann gebacken. Auf diese Weise
ist das in 2 dargestellte piezoelektrische
Element erhältlich.
-
Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zusammensetzung so festgelegt, dass sie die Formel
(1) aufweist und die spezifische Oberflächenfläche
des Pulvers vor dem Sintern im Bereich von 1,8 bis 11,0 m2/g gesteuert wird, so dass sogar bei einer
Sintertemperatur von 1050°C oder darunter oder auch bei
1000°C oder darunter die piezoelektrische Schicht 11 dicht
ausgestaltet ist und hohe piezoelektrische Eigenschaften aufweist.
-
Daher
können die Ag-Pd-Legierung (mit dem Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung
von 20 Masse-% oder weniger) oder Cu für die innere Elektrode 12 verwendet
werden, wodurch die Produktionskosten des piezoelektrischen Elements
abgesenkt werden.
-
Insbesondere
durch Einschluss in die piezoelektrische Schicht 11 in
vorbestimmter Menge von mindestens 1 Element, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Ta, Sb, Nb, W und aus Mo, können die
Sintertemperatur abgesenkt und die piezoelektrischen Eigenschaften
auch noch mehr verbessert werden.
-
In
der obigen Beschreibung ist ein Herstellverfahren für ein
piezoelektrisches Element an einem Fallbeispiel beschrieben worden,
mit dem ein laminiertes piezoelektrisches Element erhalten wird.
Allerdings sind durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf piezoelektrische
Elemente, die sich von laminierten piezoelektrischen Elementen unterscheiden,
ebenfalls erhältlich. Diesbezüglich werden die Calcinierung
und Pulverisierung gemäß den oben genannten Verfahrensweisen
durchgeführt, um ein Pulver mit einer spezifischen Oberflächenfläche
von 1,8 bis 11,0 m2/g zu erhalten. Das pulverisierte
Pulver wird granuliert und komprimiert, um einen kompaktierten Körper
einer gewünschten Form zu ergeben.
-
Der
kompaktierte Körper wird bei 1050°C oder darunter
und bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 1000°C
eine vorbestimmte Zeit lang gesintert, um einen gesinterten Körper
zu ergeben. Der gesinterte Körper wird einer Polarisationsbehandlung,
einer Polierbehandlung und einer Behandlung mit vibrierenden Elektroden
unterzogen und danach auf eine vorbestimmte Form zugeschnitten,
um als piezoelektrisches Element zu fungieren. Die Polarisationsbehandlung
kann durch Anlegen eines elektrischen Feldes von 1,0 bis 3,0 Ec
(Ec: das elektrische Koerzitivfeld) über eine Zeitdauer
von 0,5 bis 30 min durchgeführt.
-
Durch
Anwendung der durch die vorliegende Erfindung empfohlenen Zusammensetzung
und durch Steuern der spezifischen Oberflächenfläche des
Pulvers vor dem Sintern (des nach der Calcinierung pulverisierten
Pulvers) ist sogar bei Sinterung bei 1050°C oder darunter
ein piezoelektrisches Element erhältlich, das gleichzeitig
eine relative dielektrische Konstante εr (wobei die Messfrequenz
1 kHz beträgt) von 1800 oder mehr und einen elektromechanischen
Kopplungskoeffizient kr (den elektromechanischen Kopplungskoeffizient
einer radialen Richtungsvibration) von 60% oder mehr aufweist. Es
sei angemerkt, dass die relative dielektrische Konstante εr
und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kr Werte sind, die
mit einem Impedanz-Analysegerät (HP4194A, hergestellt von
Hewlett-Packard Co.) gemessen sind. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient
ist auf der Grundlage der folgenden Formel abgeleitet worden:
Electronic
Materials Manufacturers Association of Japan Standard, EMAS-6100,
S. 49: kr = 1/(0,395 × fr/(fa – fr)
+ 0,574)1/2 × 100
- fr:
- Resonanzfrequenz;
- fa:
- Anti-Resonanzfrequenz
-
Beispiel 1
-
(Proben-Nrn. 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele
1 und 2)
-
Als
Ausgangsmaterialien wurden ein PbO-, SrCO3-,
TiO2-, ZrO2-, ZnO-,
Nb2O5- und ein Ta2O5-Pulver zubereitet.
Diese Rohmaterialien wurden so eingewogen, dass sie nach Sintern
die Formel (Pb0,965Sr0,03)[(Zn1/3Nb2/3)0,1Ti0,43Zr0,47]O3 erfüllten,
worauf das Ta2O5-Pulver
als Additiv zur so erhaltenen Mischung in einer Gehaltsmenge von
0,4 Masse-% gegeben wurde, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulver
in der Mischung. Die so erhaltene Mischung wurde 16 h lang in einer
Kugelmühle nass vermischt.
-
Die
so erhaltene Aufschlämmung wurde hinreichend getrocknet
und danach an der Luft bei 700 bis 900°C 2 h lang calciniert.
Der calcinierte Körper wurde in einer Kugelmühle
2 bis 100 h lang pulverisiert, bis die in 3 angegebene
spezifische Oberflächenfläche erreicht war, worauf
das pulverisierte Pulver getrocknet wurde. Zum getrockneten pulverisierten
Pulver wurden PVA (Polyvinylalkohol) als Bindemittel in geeigneter
Menge gegeben und das Ganze granuliert. Das granulierte Pulver wurde
in einer Monoaxial-Pressformungsmaschine unter einem Druck von 245
MPa kompaktiert, um einen scheibenförmigen kompaktierten
Körper von 17 mm Durchmesser und 1,0 mm Dicke zu ergeben.
Der so erhaltene kompaktierte Körper wurde einer Behandlung zur
Entfernung des Bindemittels unterzogen und dann an der Luft bei
950 bis 1100°C 1 bis 10 h lang gehalten, um eine Keramikprobe
zu ergeben.
-
Die
Keramikprobe wurde gespalten, und beide Oberflächen der
Keramikprobe wurden auf eine Dicke von 0,6 mm mit einer Läppmaschine
verflacht; eine Silber-Paste wurde auf beide Oberflächen
der Keramikprobe gedruckt und darauf bei 650°C verbacken;
dann wurde die Keramikprobe einer Polarisationsbehandlung in einem
Siliconöl-Gefäß bei einer Temperatur
von 120°C durch Anlegen eines elektrischen Feldes von 3
kV/mm 15 min lang unterzogen.
-
Auf
diese Weise wurde jede der piezoelektrischen Keramikproben Nr. 1
bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 erhalten.
-
(Proben Nrn. 6 bis 13)
-
Die
piezoelektrischen Keramiken der Proben Nrn. 6 bis 13 wurden in gleicher
Weise wie in Proben Nrn. 1 bis 5 und Vergleichsbeispielen 1 und
2 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Typen und Zugabemengen der
Additive die in 3 spezifisch angegebenen waren.
-
Die
piezoelektrischen Keramiken der Proben Nrn. 1 bis 13 und der Vergleichsbeispiele
1 und 2 wurden 24 h lang stehen gelassen und dann bezüglich
des elektromechanischen Kopplungskoeffizient kr der radialen Richtungsvibration
sowie bezüglich der relativen dielektrischen Konstante εr
vermessen. Für diese Messungen wurde ein Impedanz-Analysegerät
(HP4194A, hergestellt von Hewlett-Packard Co.) verwendet, wobei
die Messfrequenz der relativen elektrischen Konstante εr
auf 1 kHz festgelegt wurde. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in 3 angegeben.
-
Die
Vergleichsbeispiele 1 und 2 beruhten jeweils auf einem Pulver mit
einer spezifischen Oberflächenfläche vor dem Sintern
von 1,5 m2/g und wurden unter ansonsten
gleichen Bedingungen zubereitet, mit Ausnahme der Sintertemperatur.
Wie aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ersichtlich, ist bei der spezifischen
Oberflächenfläche des Pulvers vor dem Sintern
von 1,5 m2/g keine hinreichende Verdichtung bei
1050°C erzielbar, und die gewünschten piezoelektrischen
Eigenschaften sind erst erhältlich, wenn das Sinterverfahren bei
einer Temperatur (von 1100°C) durchgeführt wird,
die höher als die obige Temperatur ist.
-
Im
Gegensatz dazu, waren die Proben Nrn. 1 bis 13, von denen für
jede die spezifische Oberflächenfläche des Pulvers
vor dem Sintern in den Bereich von 2,0 bis 10,0 m2/g
fiel, hinreichend gut durch Sintern bei 1050°C oder darunter
verdichtet, und für jede wurden eine relative dielektrische
Konstante εr (bei der Messfrequenz von 1 kHz) von 1800
oder mehr und ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient kr (der
elektromechanische Kopplungskoeffizient der radialen Richtungsvibration)
von 60% oder mehr erzielt.
-
Aus
den obigen Ergebnissen ist verifiziert worden, dass sich die Verfahrenstechnik
zur Steuerung der spezifischen Oberflächenfläche
des Pulvers vor dem Sintern zur Absenkung der Sintertemperatur für
eine piezoelektrische Keramik auswirkt und keinen gegenläufigen
Effekt auf die piezoelektrischen Eigenschaften ausübt.
-
Beispiel 2
-
Piezoelektrische
Keramiken wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass das Sinterverfahren in einer reduktiven Atmosphäre
mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt wurde, worin
der Sauerstoff-Partialdruck niedriger als derjenige in Luft war
und 1 × 10–12 Pa oder
etwas mehr betrug. So erhaltene Proben Nrn. 14 bis 26 und die piezoelektrischen
Keramiken der Vergleichsbeispiele 3 und 4 wurden 24 h lang stehen
gelassen und dann bezüglich des elektromechanischen Kopplungskoeffizient
kr der radialen Richtungsvibration und bezüglich der relativen
dielektrischen Konstante εr unter den gleichen Bedingungen
wie in Beispiel 1 vermessen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in 4 angegeben.
-
Wie
in 4 gezeigt, wurde auch bei Abänderung
der Sinteratmosphäre auf die reduktive Atmosphäre
mit nur niedrigem Sauerstoffgehalt die gleiche Tendenz wie in Beispiel
1 verifiziert, in welchem das Sinterverfahren an der Luft durchgeführt wurde.
In anderen Worten, wurde es durch Festlegung der spezifischen Oberflächenfläche
des Pulvers vor dem Sintern innerhalb des durch die vorliegende
Erfindung empfohlenen Bereichs sogar bei einer so niedrigen Sintertemperatur
wie von 900 bis 1050°C ermöglicht, eine relative
dielektrische Konstante εr (bei der Messfrequenz von 1
kHz) von 1800 oder mehr und einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienz
kr (den elektromechanischen Kopplungskoeffizient der radialen Richtungsvibration)
von 60% oder mehr zu erzielen.
-
Beispiel 3
-
(Beispiel 3-1)
-
Die
laminierten piezoelektrischen Elemente, dargestellt in 2,
wurden mit den Pulvern vor dem Sintern, entsprechend den Proben
Nrn. 1 bis 5 des Beispiels 1 sowie der Vergleichsbeispiele 1 und
2, hergestellt. In jedem der laminierten piezoelektrischen Elemente
wurden die Dicke der piezoelektrischen Schicht 11, die
zwischen den inneren Elektroden 12 vorlag, auf 25 μm
und die Laminierzahl der piezoelektrischen Schichten auf 10 festgelegt;
die Abmessung des Laminats war 4 mm lang × 4 mm breit; die
die Ag-Pd-Legierung (mit dem Pd-Gehalt in der Ag-Pd-Legierung von
20 Masse-%) wurde für die inneren Elektroden 12 verwendet;
unter Sinterverfahren wurde an der Luft unter den in 5 angegebenen
Sinterbedingungen durchgeführt. Die so erhaltenen piezoelektrischen
Elemente wurden einer Verschiebungsgrößenmessung
bei einer angelegten Spannung von 40 V unterzogen. Die so erhaltenen Ergebnisse
sind in 5 angegeben.
-
(Beispiel 3-2)
-
Die
in 2 dargestellten laminierten piezoelektrischen
Elemente wurden mit den Pulvern vor dem Sintern, entsprechend den
Proben Nrn. 14 bis 18 des Beispiels 2 und der Vergleichsbeispiele
3 und 4, hergestellt. Die piezoelektrischen Elemente wurden in gleicher
Weise wie in Beispiel 3-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Cu
für die inneren Elektroden 12 verwendet und das
Sinterverfahren in einer reduktiven Atmosphäre mit niedrigem
Sauerstoffgehalt (der Sauerstoff-Partialdruck war niedriger als derjenige
der Luft und betrug 1 × 10–12 Pa
oder etwas mehr) unter den in 6 angegebenen
Bedingungen durchgeführt wurden. Die so erhaltenen piezoelektrischen
Elemente wurden einer Verschiebungsgrößenmessung
bei einer angelegten Spannung von 40 V in gleicher Weise wie in
Beispiel 3-1 unterzogen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in 6 angegeben.
-
Wie
in 5 und 6 gezeigt, ergaben diejenigen
piezoelektrischen Elemente, in denen die spezifische Oberflächenfläche
des Pulvers vor dem Sintern so festgelegt waren, dass sie in den
durch die vorliegende Erfindung empfohlenen Bereich fielen, Verschiebungsgrößen
von 170 nm oder mehr bis 180 nm oder weniger, obwohl sie bei einer
Temperatur so niedrig wie 900 bis 1050°C gesintert worden
waren.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein
Pulver mit einer spezifischen Oberflächenfläche
von 1,8 bis 11,0 m2/g wurde als Pulver zum
Sintern verwendet. Dadurch weist das Pulver eine verbesserte Sinterbarkeit
auf, so dass sogar beim Sintern bei 1050°C oder darunter
und ferner bei 1000° oder darunter eine piezoelektrische
Keramik mit hoher Sinterdichte und den gewünschten piezoelektrischen
Eigenschaften erhältlich ist. Die piezoelektrische Keramik
kann einen Hauptbestandteil der Zusammensetzungsformel (Pba1Aa2)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3 aufweisen, worin gilt:
A stellt mindestens
ein Metallelement dar, ausgewählt aus Sr, Ba und Ca; und
0,96 ≤ a1 + a2 ≤ 1,03; 0 ≤ a2 ≤ 0,10;
x + y + z = 1; 0,05 ≤ x ≤ 0,40; 0,1 ≤ y ≤ 0,5;
und 0,2 ≤ z ≤ 0,6.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 61-129888 [0005]
- - JP 2001-181036 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - EMAS-6100,
S. 49 [0072]