DE1646699B1 - Piezoelektrische keramik - Google Patents
Piezoelektrische keramikInfo
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Description
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung den Elektroden 2 und 3 verbunden, wie z. B. durch
besteht die piezoelektrische Keramik gemäß der Erfin- Lötungen 4, befinden sich Drahtleitungen 5 und 6, die
dung aus einer festen Lösung gemäß der Formel den Wandler mit dem zu verwendenden, nicht ge-
ρτ,/άλίτ MK λ τ; 7r α zeigten elektrischen bzw. elektronischen Schaltungs-
Fb(Mg1Z3Nb2Z3Mi2^r2U3, 5 kreis verbinden. Ein elektromechanischer Wandler
und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 und 0,625, dient bekanntlich zur Umwandlung von elektrischer
für y zwischen 0,125 und 0,625 und für ζ zwischen Energie in mechanische Energie, und umgekehrt.
0 und 0,75, wobei etwa 1 bis 20 Atomprozent Blei Wenn der Keramikkörper daher mechanischen Span-
durch Strontium, Barium und/oder Calcium ersetzt nungen unterworfen wird, führt die erhaltene Dehnung
sind. ίο bzw. Kompression zur Erzeugung eines elektrischen
Nach noch einer weiteren besonderen Ausführungs- Ausstoßes in Form eines Spannungspotentials zwischen
form der Erfindung besteht die piezoelektrische Kera- den Leitungen 5 und 6. Umgekehrt für ein zwischen
mik gemäß der Erfindung aus der festen Lösung der den Leitungen angelegtes Potential zu einer Dehnung
vorstehend angegebenen Formel, wobei die Werte bzw. Kompression oder — allgemein ausgedrückt —
für χ zwischen 0,0625 und 0,5, für y zwischen 0,25 15 einer mechanischen Verformung des Keramikkör-
und 0,5 und für ζ zwischen 0,125 und 0,625 liegen pers 1.
und ebenfalls etwa 1 bis 20 Atomprozent Blei durch Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß GeStrontium,
Barium und/oder Calcium ersetzt sind. mische aus Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 und PbTiO3 in allen
Das Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen Mengenverhältnissen feste Lösungen in einer Struktur
Keramik gemäß der Erfindung wird in der folgenden ao vom Perowskit-Typ bilden. Die feste Lösung hat eine
Beschreibung und den Zeichnungen erläutert, in morphotrope Phasengrenze bei einer Zusammen-
denen Setzung von 59,0 Molprozent Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 und
F i g. 1 ein Querschnitt durch einen elektromecha- 41,0 Molprozent PbTiO3. Der planare Kopplungsnischen Wandler ist, der unter Verwendung der neuen koeffizient ist am höchsten in der Nähe der morphopiezoelektrischen
Keramik hergestellt worden ist, as tropen Zusammensetzung und wird geringer, wenn
F i g. 2 ein Dreieckdiagramm ist, das die Zusammen- sich die Zusammensetzung von der morphotropen
setzung der neuen piezoelektrischen Keramik er- Zusammensetzung entfernt. Weiterhin wurde festläutert,
gestellt, daß das aus Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, PbTiO3 und
F i g. 3 bis 5 graphische Darstellungen sind, die den PbZrO3 bestehende ternäre System ebenfalls in allen
Effekt, die Änderungen in der Zusammensetzung auf 30 Mengenverhältnissen als feste Lösung vorliegt. Die
die relative Dielektrizitätskonstante (ε), den planaren feste Lösung des in einer Perovskitstruktur vorliegen-
Kopplungskoeffizienten (Ar2,) und den Resonanzwider- den ternären Systems wird modifiziert, wenn man den
stand (R) haben, für die Keramik gemäß der Erfin- Anteil (Mg1Z3Nb2Z3) teilweise durch Ti und/oder Zr
dung im Vergleich zu einer Keramik gleicher Zusam- ersetzt. Die piezoelektrischen Eigenschaften werden
mensetzung, die aber kein Strontium, Barium oder 35 bei dem ternären System viel stärker als bei dem
Calcium enthält, bei 200C und 1 kHz erläutern, obengenannten binären System verbessert und sind in
F i g. 6 bis 8 graphische Darstellungen sind, die an der Nähe der morphotropen Zusammensetzung ausHand
von Beispielen erläutern, welchen Einfluß der gezeichnet. Die Änderung der Eigenschaften mit der
teilweise Austausch des Bleianteils durch Strontium, Zusammensetzung wird in den F i g. 3 bis 4 für eine
Barium bzw. Calcium auf die relative Dielektrizitäts- 40 beispielhafte ternäre Zusammensetzung einer Keramik
konstante (ε), den planaren Kopplungskoeffizienten erläutert, die kein Erdalkalimetall als Austausch-
(kp) und den Resonanzwiderstand (R) der piezoelek- bestandteil enthält. Weiterhin wurde eine Verbesserung
irischen Keramik hat; der dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften
F i g. 9 ist ferner eine graphische Darstellung des erreicht, wenn ein Teil .des Bleis in dem ternären
Einflusses einer Änderung in der Zusammensetzung 45 System ersetzt wurde.
der Keramik auf die Dielektrizitätskonstante (ε) und In Zirkonium ist bekanntlich Hafnium als Verun-
den planaren Kopplungskoeffizienten (Ar3,) bei 20°C reinigung in verschiedener Menge enthalten. Für die
und 1 kc für eine Keramik mit einer Zusammen- Zwecke der Erfindung ist das Hafnium dem Zirkonium
setzung nahe der morphotropen Phasengrenze; praktisch gleichwertig, so daß das Hafnium entweder
F i g. 10 veranschaulicht in Form einer graphischen 50 als Verunreinigung oder als Ersatz für das Zirkonium
Darstellung die Änderung der Resonanzfrequenz, des vorliegen kann. Wegen der relativ hohen Kosten von
planaren Kopplungskoeffizienten und der Kapazität Hafnium im Vergleich zu Zirkonium ist jedoch seine
von einer polarisierten Keramik nach der Erfindung Verwendung bei der technischen Herstellung der er-
mit der Zeit, d. h. mit der Alterung. findungsgemäßen Keramik unwirtschaftlich, so daß
Ehe eine ausführliche Beschreibung der erfindungs- 55 in der folgenden Beschreibung das mögliche Vorhangemäß
vorgeschlagenen piezoelektrischen Keramik densein von Hafnium außer acht gelassen wird. Das
erfolgt, soll ihre Anwendung in elektromechanischen gleiche gilt in bezug auf geringe Mengen Tantal, die
Wandlern unter Bezugnahme auf F i g. 1 der Zeich- als Verunreinigung im Niob vorkommen können. Der
nungen erläutert werden, in der die Bezugszahl 7 Tantalgehalt kann jedoch auf weniger als 2 °/0 verrineinen
elektromechanischen Wandler als Ganzes be- 60 gert werden, und derartige Mengen beeinträchtigen
zeichnet, der als aktives Element einen vorzugsweise die piezoelektrischen Eigenschaften nicht. Erfindungsscheibenförmigen
Körper 1 aus einer piezoelektrischen gemäß ist daher Tantal dem Niob als praktisch äqui-Keramik
gemäß der Erfindung aufweist. Der Körper 1 valent anzusehen. Alle möglichen Zusammensetzungen,
ist in einer im folgenden beschriebenen Weise elektro- die das ternäre System haben kann, werden durch das
statisch polarisiert und ist mit einem Paar von Elek- 65 Dreieckdiagramm von F i g. 2 erläutert. Einige der
troden 2 und 3 versehen, die in einer geeigneten und an durch das Diagramm wiedergegebenen Zusammensich
bekannten Weise mit zwei gegenüberliegenden Setzungen führen jedoch zu keiner Keramik mit hohem
Flächen des Körpers 1 verbunden sind. Leitend mit piezoelektrischem Effekt. Die vorliegende Erfindung
befaßt sich nur mit einer solchen Keramik, die einen piezoelektrischen Effekt von merklicher Größe zeigt.
Der planare Kopplungskoeffizient kp von Prüfscheiben
wird als Maßstab der piezoelektrischen Aktivität genommen.
Innerhalb der Fläche ABCDEF von Fig. 2, die
87,5 bis 1 Molprozent Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, 81,3 bis
O Molprozent PbTiO3 und 95 bis O Molprozent PbZrO3
erfaßt, führen sämtliche Zusammensetzungen zu einer Keramik, die polarisiert und geprüft worden ist, mit
einem planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 5% oder höher. Innerhalb der Fläche GHIJKLNO, die
62,5 bis 1 Molprozent Pb(Mg1/3Nb2,3)O3, 62,5 bis
12,5 Molprozent PbTiO3 und 75 bis O Molprozent
PbZrO3 erfaßt, zeigt eine polarisierte Keramik einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 20 % oder
höher. Innerhalb der Fläche PQRSTU, die Zusammensetzungen mit 50,0 bis 6,25 Molprozent
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, 50,0 bis 25,0 Molprozent PbTiO3
und 62,5 bis 12,5 Molprozent PbZrO3 umfaßt, zeigt eine polarisierte Keramik einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 30% oder höher. Weiterhin
führen die Zusammensetzungen nahe der morphotropen Phasengrenze, die 37,5 bis 12,5 Molprozent
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 und 37,5 Molprozent PbTiO3 enthalten
und zum Rest aus PbZrO3 bestehen, zu einer Keramik mit einem planaren Kopplungskoeffizienten
von 40% oder höher.
Im folgenden werden die Molenbrüche der drei Bestandteile für die Punkte A bis U von F i g. 2 angegeben:
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 | PbTiO3 | PbZrO3 | |
A | 0,875 | 0,125 | 0,000 |
B | 0,875 | 0,000 | 0,125 |
C | 0,050 | 0,000 | 0,950 |
D | 0,010 | 0,040 | 0,950 |
E | 0,010 | 0,813 | 0,177 |
F | 0,187 | 0,813 | 0,000 |
G | 0,625 | 0,375 | 0,000 |
H | 0,625 | 0,125 | 0,250 |
I | 0,500 | 0,125 | 0,375 |
J | 0,1875 | 0,1875 | 0,625 |
K | 0,010 | 0,240 | 0,750 |
L | 0,010 | 0,615 | 0,375 |
M | 0,125 | 0,625 | 0,250 |
N | 0,250 | 0,625 | 0,125 |
O | 0,500 | 0,500 | 0,000 |
P | 0,500 | 0,375 | 0,125 |
Q | 0,500 | 0,250 | 0,250 |
R | 0,125 | 0,250 | 0,625 |
S | 0,0625 | 0,3125 | 0,625 |
T | 0,0625 | 0,500 | 0,4375 |
U | 0,375 | 0,500 | 0,125 |
55
In den ternären Zusammensetzungen innerhalb der Fläche ABCDEF, die 87,5 bis 1 Molprozent
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, 81,3 bis O Molprozent PbTiO3 und
95 bis O Molprozent PbZrO3 umfaßt, hat die Einverleibung
von Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 als Ersatz für einen
Teil des PbZrO3 den Effekt einer fortschreitenden Verringerung der Curietemperatur der Keramik, doch
behält die Keramik einen verhältnismäßig hohen planaren Kopplungskoeffizienten, insbesondere in der
Fläche PQRSTU von F i g. 2, die 50,0 bis 6,25 Molprozent
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, 50,0 bis 25,0 Molprozent
PbTiO3 und 62,5 bis 12,5 Molprozent PbZrO3 umfaßt.
Wie oben angegeben ist, ist bei der Keramik gemäß der Erfindung ein Teil des Bleis in den festen
Lösungen, die durch die Fläche ABCDEF oder vorzugsweise durch die Fläche PQRSTU von F i g. 2
definiert werden, durch Strontium, Barium und/oder Calcium ersetzt, und zwar etwa 1 bis 20 Atomprozent,
vorzugsweise aber 3 bis 10 Atomprozent. Der Effekt von Strontium, Barium und Calcium ist qualitativ der
gleiche, doch ist bei gleicher Menge Strontium wirksamer.
Zur leichteren und eindeutigeren Definition kann die erfindungsgemäße Keramik durch die folgende
allgemeine empirische Formel wiedergegeben werden:
Dabei bedeuten die Indizes a, b, c, d, x, y und ζ die Molenbrüche bzw. die Atomprozentwerte der jeweiligen
Bestandteile und haben die folgenden numerischen Werte:
a = 0,99 bis 0,80
b = 0,01 bis 0,20
c = 0,01 bis 0,20
d = 0,01 bis 0,20
b + c + d = 0,01 bis 0,20
χ = 0,01 bis 0,875
y = 0 bis 0,813
z= 0 bis 0,950 und
a + b+ c + d=
b = 0,01 bis 0,20
c = 0,01 bis 0,20
d = 0,01 bis 0,20
b + c + d = 0,01 bis 0,20
χ = 0,01 bis 0,875
y = 0 bis 0,813
z= 0 bis 0,950 und
a + b+ c + d=
35
40
45 Die piezoelektrische Keramik nach der Erfindung besitzt eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen
hohen planaren Kopplungskoeffizienten zusammen mit einem geringen Resonanzwiderstand. So zeigt die
piezoelektrische Keramik nach der Erfindung z. B. eine Dielektrizitätskonstante von 3510, einen piezoelektrischen
planaren Kopplungskoeffizienten von 0,64 zusammen mit einem geringen Resonanzwiderstand
von 8 Ohm, was gegenüber einer Dielektrizitätskonstante von 1609 und einem radialen Kopplungskoeffizienten
von 0,564 von der oben erörterten bekannten piezoelektrischen Keramik technisch sehr
vorteilhaft ist. Diese vorteilhaften Eigenschaften können nur mit einer Keramik erzielt werden, die ein
ternäres System
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 - PbTiO3 - PbZrO3
und eine teilweise Substitution von Pb durch Ba, Sr oder Ca aufweist. Der Effekt einer solchen Substitution
in einem solchen ternären System in bezug auf die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften der
polarisierten Keramik war nach dem Stand der Technik nicht vorauszusehen gewesen.
Zur Herstellung der Keramik gemäß der Erfindung werden die Ausgangsmaterialien, wie z. B. reines PbO
oder Pb3O4, MgO oder MgCO3, Nb2O5 oder Nb(OH)5,
TiO2 und ZrO2 sowie reaktionsfähige Verbindungen
von Strontium, Barium und Calcium (wie z. B. die Oxyde, Hydroxyde oder Carbonate) in einer mit
Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliertem Wasser vermischt. Jeder Ansatz wird so
abgewogen, daß etwa 100 g Gemisch vorliegen. Die Gemische werden nach dem Trocknen unter einem
Druck von 400 kg/cm2 zu der gewünschten Form gepreßt. Die Blöcke werden 2 Stunden bei 85O0C
kalziniert, in der Kugelmühle naßpulverisiert und die Pulver getrocknet. Die trockenen Produkte, die eine
7 8
kleine Menge destilliertes Wasser enthalten (organische nähme des Äquivalentresonanzwiderstandes (R) von
Bindemittel und Gleitmittel werden vermieden), wer- 28,1 auf 23,7 bzw. 12,7 Ohm zeigt,
den unter einem Druck von 700 kg/cm a zu Scheiben Die gleichen Ergebnisse sind mit einer Keramik der von 20 mm Durchmesser und 2 mm Dicke verformt. Formeln (2) und (3) erhältlich [Beispiele 66 und 69 Die Scheiben werden bei einer gewünschten Tempera- 5 von Tabelle I], bei der ein Teil des Bleis durch Barium tür, die sich nach der jeweiligen Zusammensetzung und Calcium ersetzt ist und die relative Dielektrizitätsrichtet, 45 Minuten gebrannt. Erfindungsgemäß be- konstanten von 1215 bzw. 1198 aufweist. Gleichzeitig steht keine Notwendigkeit, die Massen in einer PbO- wird eine Zunahme bei dem planaren Kopplungs-Atmosphäre zu brennen, und auch im Hinblick auf koeffizienten (von 0,458 auf 0,496 bzw. 0,494) und eine den Temperaturgradienten im Ofen ist keine beson- io Abnahme des Resonanzwiderstandes (von 28,1 auf 23,2 dere Sorgfalt erforderlich. So kann die erfindungs- bzw. 21,7 Ohm) gefunden. Eine Keramik mit den gemäße piezoelektrische Keramik in gleichmäßiger Formeln (5) und (6) [Beispiele 33 und 30 von Tabelle I] und ausgezeichneter Weise leicht durch einfaches hat viel höhere relative Dielektrizitätskonstanten Bedecken der Proben mit einem Tonerdetiegel erhalten (ε = 2320 bzw. 3693) und geringere Resonanzwiderwerden. Die gesinterte Keramik wird auf beiden Ober- 15 stände (R = 16,7 bzw. 16,1 Ohm) als eine Keramik flächen auf eine Dicke von 1 mm poliert. Die polierte mit den Grundzusammensetzungen. Diese hohen Di-Scheibe wird auf beiden Seiten mit Silberfarbe über- elektrizitätskonstanten werden auf Kosten einer zogen und bei 800° C gebrannt, um Elektroden herzu- schwachen Verringerung der planaren Kopplung erstellen. Der Prüfkörper mit dem auf ihm erzeugten reicht, doch kann diese Verringerung in Anbetracht Elektrodenpaar wird auf seine Dielektrizitätskonstante ao der hohen Dielektrizitätskonstanten in Kauf genom- und auf seinen dielektrischen Verlustfaktor bei 20° C, men werden.
den unter einem Druck von 700 kg/cm a zu Scheiben Die gleichen Ergebnisse sind mit einer Keramik der von 20 mm Durchmesser und 2 mm Dicke verformt. Formeln (2) und (3) erhältlich [Beispiele 66 und 69 Die Scheiben werden bei einer gewünschten Tempera- 5 von Tabelle I], bei der ein Teil des Bleis durch Barium tür, die sich nach der jeweiligen Zusammensetzung und Calcium ersetzt ist und die relative Dielektrizitätsrichtet, 45 Minuten gebrannt. Erfindungsgemäß be- konstanten von 1215 bzw. 1198 aufweist. Gleichzeitig steht keine Notwendigkeit, die Massen in einer PbO- wird eine Zunahme bei dem planaren Kopplungs-Atmosphäre zu brennen, und auch im Hinblick auf koeffizienten (von 0,458 auf 0,496 bzw. 0,494) und eine den Temperaturgradienten im Ofen ist keine beson- io Abnahme des Resonanzwiderstandes (von 28,1 auf 23,2 dere Sorgfalt erforderlich. So kann die erfindungs- bzw. 21,7 Ohm) gefunden. Eine Keramik mit den gemäße piezoelektrische Keramik in gleichmäßiger Formeln (5) und (6) [Beispiele 33 und 30 von Tabelle I] und ausgezeichneter Weise leicht durch einfaches hat viel höhere relative Dielektrizitätskonstanten Bedecken der Proben mit einem Tonerdetiegel erhalten (ε = 2320 bzw. 3693) und geringere Resonanzwiderwerden. Die gesinterte Keramik wird auf beiden Ober- 15 stände (R = 16,7 bzw. 16,1 Ohm) als eine Keramik flächen auf eine Dicke von 1 mm poliert. Die polierte mit den Grundzusammensetzungen. Diese hohen Di-Scheibe wird auf beiden Seiten mit Silberfarbe über- elektrizitätskonstanten werden auf Kosten einer zogen und bei 800° C gebrannt, um Elektroden herzu- schwachen Verringerung der planaren Kopplung erstellen. Der Prüfkörper mit dem auf ihm erzeugten reicht, doch kann diese Verringerung in Anbetracht Elektrodenpaar wird auf seine Dielektrizitätskonstante ao der hohen Dielektrizitätskonstanten in Kauf genom- und auf seinen dielektrischen Verlustfaktor bei 20° C, men werden.
einer relativen Feuchte von 50 % und einer Frequenz Die F i g. 3 bis 5 erläutern die Veränderung der
von 1 kHz geprüft. Zur Polarisation werden die Prüf- relativen Dielektrizitätskonstante (ε), des planaren
körper in ein Siliconölbad bei 100° C eingetaucht, Kopplungskoeffizienten (kv) und des Resonanzwider-1
Stunde mit einer Gleichstromspannung von 4 kV/mm as Standes (R) einer beispielhaften Keramik als Funktion
beladen und unter Aufrechterhaltung des Feldes in des Molverhältnisses von PbTiO3 zu PbZrO3 bei
30 Minuten auf Raumtemperatur (etwa 20 bis 30°C) konstantem Mol-Anteil (25 Molprozent) von
abgekühlt. Die dielektrischen und piezoelektrischen Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3, das 5 Molprozent Strontium entEigenschaften
der polarisierten Prüfkörper sind ge- hält, im Vergleich zu der entsprechenden nichtmodimessen
worden, und bevorzugte Zusammensetzungen 3° fizierten Keramik. Aus diesen graphischen Darstellunder
piezoelektrischen Keramik gemäß der Erfindung gen ist eindeutig ersichtlich, daß sowohl bei der erbei
20° C sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Mes- findungsgemäßen Keramik als auch bei der nichtsung
der piezoelektrischen Eigenschaften erfolgte modifizierten Keramik in der Nähe der morphotropen
unter Verwendung der IRE-Standard-Übertragungs- Übergangsgrenze die höchsten relativen Dielektrizischaltung,
und der planare Kopplungskoeffizient 35 tätskonstanten, die höchsten planaren Kopplungswurde
nach dem Resonanz-Antiresonanz-Frequenz- koeffizienten und die niedrigsten Resonanzwiderstände
verfahren bestimmt. Innerhalb der obengenannten vorliegen. Weiterhin ist eindeutig ersichtlich, daß der
allgemeinen Mengenverhältnisse haben die vom Stand- Ersatz eines Teils des Bleis durch die genannten Erdpunkt
eines hohen piezoelektrischen Effektes, ver- alkalimetalle eine Zunahme der Dielektrizitätskonbunden
mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante, 40 stanten und der planaren Kopplungskoeffizienten und
aus gesehen bevorzugten Zusammensetzungen der eine Abnahme der Resonanzwiderstände bewirkt,
piezoelektrischen Keramik gemäß der Erfindung die Die F i g. 6 bis 9 sind graphische Darstellungen, die folgenden Formeln: den Effekt der zum Modifizieren verwendeten Menge m ην. c xi\x XTi, τ· ύ in an Erdalkalimetall auf die relative Dielektrizitäts-
piezoelektrischen Keramik gemäß der Erfindung die Die F i g. 6 bis 9 sind graphische Darstellungen, die folgenden Formeln: den Effekt der zum Modifizieren verwendeten Menge m ην. c xi\x XTi, τ· ύ in an Erdalkalimetall auf die relative Dielektrizitäts-
(1) Pbo,97Sr0j03[(Mgl/3Nb2/3)0jl25Ti0f405Zr0(47JO, 4g konstante (ε); den planaren Kopplungskoeffizienten
(2) Pbo>95Bao,o5 [(Mg1Z3Nb2/3)o,i25Tio,405Zro,47]03 (^) und den Resonanzwiderstand (R) bei einer Kera-
(3) PbC95Ca01O5KMg1Z3Nb2Z3)C125Ti014OsZrO^Y]O3 mik zeigen, bei der ein Teil des Bleianteils durch
(4) Pb0,90Sr0,10i(Mgl/3Nb2z3)o,125Tic405Zr0,4,]03 Str°ntiu™>
Barium bzw· Calcium ersetzt ist.
(K\ Ph Ra ΓΓΜσ , Nh , ϊ Ti 7r in F 1S-10 ist eine graphische Darstellung des Em-
(5 Pb0,95Ba0,05[(Mgl/3Nb2/3)0,375Ti0,375Zr0,25]O3 ^ ^^ ^ SubstitutioQ auf die AltenmgstigenSchaf-
(6) iJb0,90bro,10KMg1/3Nb2/3)0>375liO(375Zr0>25)U3 ten der Keramik gemäß der Erfindung, bei der die
Wie aus der weiter unten folgenden Tabelle I er- Stellung, in der sich das Blei befindet, teilweise durch
sichtlich ist, hat eine piezoelektrische Keramik mit Strontium bzw. Barium besetzt ist, in bezug auf die
den obengenannten Formeln (1) und (4) [Beispiele 62 Resonanzfrequenz, den planaren Kopplungskoeffi-
und 64] relative Dielektrizitätskonstanten (ε) von 55 zienten und die Kapazität.
1150 bzw. 2328 im Vergleich zu 1090 für eine Keramik Aus diesen graphischen Darstellungen ist ersichtlich,
aus einer Grundzusammensetzung mit dem gleichen daß die Keramik, die Erdalkalielemente enthält, im
Molverhältnis Vergleich zu einer nichtmodifizierten Keramik mit der
Ms Nb 'Ti1Zr Grundzusammensetzung eine merkliche Verbesserung
ta u-auM -Kxu τ· ύ \r, 6o ^er relativen Dielektrizitätskonstante, des planaren
[d.h. Pb(Mg1Z3Nb2Z3)C125IIc405ZrC47)O3]. Kopplungskoeffizienten und des Resonanzwiderstan-
Diese bemerkenswerte Vergrößerung der Dielektri- des zeigt. Bei einer weiteren Zunahme des prozentualen
zitätskonstante ist von einer Zunahme in bezug auf Anteils an Erdalkalielement werden diese Verbesserun-
die elektromechanische Ansprechbarkeit begleitet, gen jedoch nur auf Kosten einer Verschlechterung
was sich an einer Vergrößerung des planaren Kopp- 65 anderer Eigenschaften, wie z. B. eines etwas geringeren
lungskoeffizienten (kp) von 0,458 auf 0,502 bzw. 0,581 planaren Kopplungskoeffizienten und einer Zunahme
zeigt, und ist weiterhin von einer Abnahme in der des Resonanzwiderstandes, erzielt. Aus der folgenden
Resonanzimpedanz begleitet, was sich an einer Ab- Tabelle und den Figuren ist ersichtlich, daß die bevor-
zugte Menge an Erdalkalimetall etwa 3 bis 10 Atomprozent
beträgt.
Zusätzlich zu den obengenannten verbesserten Eigenschaften besitzt die erfindungsgemäße Keramik
gute physikalische Eigenschaften und läßt sich gut polarisieren. Aus der vorstehenden Beschreibung ist
ersichtlich, daß die ternäre feste Lösung
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O3 - PbTiO3 - PbZrO3,
bei der ein Teil des Bleis durch Strontium, Barium oder Calcium ersetzt ist, zu einer ausgezeichneten
piezoelektrischen Keramik führt.
Bei spiel |
Zusammensetzung |
1 | Pb(Mgl/3Nb2,s)0i50Ti0i50Os |
2 | Pb0197Sr0103(Mg1Z3Nb2Zs)0150Ti0150O3 |
3 | Pb0195Sr0105(Mg1Z3Nb2Za)0150Ti01S0O3 |
4 | Pb0190Sr0110(Mg1Z3Nb2Z3)O150TiO150Os |
5 | Pb01S0Sr0120(Mg1Z3Nb2Z3)O150Ti0150O3 |
6 | Pb0197BaO1O3(Mg1Z3Nb2Z3)O150Ti0105O3 |
7 | PbO195Ba0105(Mg1Z3Nb2Zs)01S0Ti0150O3 |
8 | PbC90BaO110(Mg1Z3Nb2Z3)CSoTiO1SoO3 |
9 | Pb0i80Ba0,20(Mg1/3Nb2z3)0i50Ti0i50O3 |
10 | Pb0197Ca0103(Mg1Z3Nb2Zs)0150Ti0150O3 |
11 | Pb0195Ca0105(Mg1Z3Nb2Z3)O150Ti0150O3 |
12 | Pb0190Ca0110(Mg1Z3Nb2Z3)O1S0Ti0150O3 |
13 | PbO18OCa0120(Mg1ZsNb2Z3)O1SoTiO1SoOs |
14 | Pb(Mgl/3Nb2/3)oi5oTio,37Zr0,1303 |
15 | Pb0197Sr01O3(Mg1Z3Nb2Zs)01S0Ti0137Zr0113O3 |
16 | PbO]9OSr0110(Mg1ZsNb2Zs)01S0TiO137ZrO113O3 |
17 | Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O1S0Zr0150O3 |
18 | Pb0197Sr0103(Mg1ZsNb2Zs)0150ZrO150O3 |
19 | Pb0195Sr0105(Mg1Z3Nb2Zs)O150Zr01SoO3 |
20 | Ph ^It C\Äo ι "NTh ι Λ 7v O x l"M),90lJ1-0»10vl-"J-ol/3JL^u2/3./0»50 1OjSO 3 |
21 | Pb0197Ba0-03(Mg1Z3Nb2Zs)0150Zr0150O3 |
22 | PbO195BaO1Os(Mg1Z3Nb2Z3)O1S0ZrO150O3 |
23 | Pb0190Ba0110(Mg1Z3Nb2Z3)O1S0Zr01S0O3 |
24 | Pb0197Ca0103(Mg1ZsNb2Z3)O150Zr0150O3 |
25 | PbO]95Ca0105(Mg1Z3Nb2Z3)O150Zr01S0O3 |
26 | ·*■ 0, 90^*'"Ό#10\λ"'&1/3^· ^2/3/0,50^M), 50^ 3 |
27 | Pbriviffi/Q^^bo/Q*) rrTln fjK.J-jTn osOq |
28 | Pb0-97Sr0103(Mg1Z3Nb2Zs)01375Ti01S75Zr0125O3 |
29 | Pb0195Sr0105(Mg1Z3Nb2Z3)O1375Ti01375Zr0125O3 |
30 | Pb0190Sr0110(Mg1Z3Nb2Zs)01375Ti01375Zr0125O3 |
31 | Pb0180Sr0120(Mg1Z3Nb2Z3)O137STi01375ZrO125O3 |
32 | Pb0197Ba0103(Mg1Z3Nb2Z3)O1375Ti01S75ZrO125O3 |
33 | PbO]95Ba0105(Mg1ZsNb2Z3)O1375Ti01375Zr0125O3 |
34 | PbolgoBacioiMgi/sNba/^olsreTiolsreZro^ggOa |
35 | Pb0180Ba0120(Mg1Z3Nb2Zs)01S75Ti01375Zr0125O3 |
36 | PbO]97Ca0]O3(Mg1Z3Nb2Z3)O1S75TiO]375Zr0125O3 |
37 | Pb0195Ca0105(Mg1Z3Nb2Z3)O1375Ti01S75Zr0125O3 |
38 | PbC90CaC10(Mg1Z3Nb2Z3)O]375TiC375ZrC25Os |
39 | Pb0180Ca0120(Mg1ZaNb2Za)01S75Ti01375Zr0125O3 |
40 | Pb(Mg1Z3Nb2Z3)O1375Ti01345Zr0128O3 |
41 | Pb0197Sr0-03(Mg1Z3Nb2Za)01375Ti01S45Zr0128O3 |
42 | Pb0190Sr0110(Mg1Z3Nb2Zs)01375Ti01345Zr0128O3 |
Bei spiel |
Zusammensetzung | |
43 | Pb(Mg1ZsNb2Z3)O125Ti01375Zr01S75O3 | |
0 | 44 | Pb0197Sr0103(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti01375Zr01375O3 |
45 | Pb0195Sr01O5(Mg1Z3Nb2Z3)O125Ti01S75Zr01375O3 | |
46 | Pbo]9oSro]1o(Mg1/3Nb2/s)o]2sTio]37sZr0]375Os | |
47 | PbO1SoSr012O(Mg1Z3Nb2Z3)O12STi01S75Zr01375Os | |
10 | 48 | Pb0197BaO1O3(Mg1Z3Nb2Zs)O125TiO1S75Zr01S75Os |
49 | PbO195BaO1Os(Mg1Z3Nb2Z3)O125Ti01375Zr01375O3 | |
50 | Pb0190Ba011O(Mg1ZsNb2Z3)O125Ti01375Zr01375O3 | |
51 | Pb0180BaO]20(Mg1ZaNb2Z3)O125Ti0^7SZr01375O3 | |
15 | 52 | Pb0197Ca01Oa(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti01375Zr01375O3 |
53 | Pb0195Ca010S(Mg1Z3Nb2Z3)O125Ti01375Zr01S75O3 | |
54 | Pb0190CaO]10(Mg1Z3Nb2Z3)O125TiO]375ZrO]375O3 | |
55 | Pb0180Ca012O(Mg1Z3Nb2Z3)O125TiO1S75Zr01S75O, | |
20 | 56 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)01125Ti01435Zr0144O3 |
57 | Pb0197Sr0103(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti01435Zr0144O3 | |
58 | PbC95SrC05(Mg1Z3Nb2Z3)C125Ti01435Zr0144O3 | |
59 | Pb01S5Sr0115(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti01435Zr0144O3 | |
«5 | 60 | Pb0180Sr0120(Mg1ZsNb2Zs)O1125Ti01435Zr0144O3 |
61 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)01125Ti01405Zr0147O3 | |
62 | Pb0^7Sr01O3(Mg1Zi1Nb2Z3)O1125Ti014OsZr0147Oi, | |
63 | Pb0195Sr01O5(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti01405Zr0147O3 | |
30 | 64 | PbO19OSrO110(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti01405Zs0147O3 |
65 | PbC8OSrC20(Mg1Z3M)2Zs)C125TiC405ZrC47Os | |
66 | Pb0195Ba0105(Mg1Z3Nb2Zs)01125Ti01405Zr0147O3 | |
67 | Pb0185Ba0115(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti01405Zr0147O3 | |
68 | Pb0180Ba0120(Mg1Z3Nb2Z3)O1125TiO14O5Zr0147O3 | |
35 | 69 | Pb0195Ca01O5(Mg1Z3Nb2Z3)O1125Ti014O5Zr0147O3 |
70 | Pb0190Ca0110(Mg1Z3Nb2Z3)O1125TiO14OsZr0147O3 | |
71 | *" 0»85^ 0#15ν^·§ΐ/3"^' ^2/3/0*125 ^- ^0,405^^0,47^3 | |
72 | -t D()»80^"'**O,20v^'^-&L/3·^' ^2/3/0,125 -^*^0»405^Μ),47^3 | |
40 | 73 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0175O3 |
74 | Pb019SS01Os(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0175O3 | |
75 | Pb(Mgl/3Nb2zs)0i25Ti0i625Zr0il25O3 | |
76 | Pb0195Sr0105(Mg1Z3Nb2Zs)O125Ti01625ZrO1125O3 | |
45 | 77 | Pb(Mgl/3Nb2,3)ol2sTiOi5OZrOi2503 |
78 | Pb0195Sr010S(Mg1Z3Nb2Zs)O125TiO150ZrO125Os | |
79 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0143Zr0132O3 | |
80 | Pb0195Sr01O5(Mg1ZaNb2Z3)O125Ti0143Zr01S2O3 | |
50 | 81 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0140Zr0135O3 |
82 | Pb0i95Sr0i05(Mgj/3Nb2/s)0i25Ti0i40Zr0i35O3 | |
83 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0137Zr0138O3 | |
84 | Pb0195Sr01O5(Mg1Z3Nb2Za)0125Ti0137Zr0138Os | |
55 | 85 | Pb(Mg1Z3Nb2Za)0125Ti01S4Zr0141O3 |
86 | 0,95 0,05ν,01/3 2/3/0»25 OjSa1^ 0»41^"^3 | |
87 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0131Zr0144O3 | |
88 | Pb0195Sr01O5(Mg1Z3Nb2Zs)O125TiO1S1Zr0144O3 | |
6o | 89 | Pb(Mg1Z3Nb2Zs)0125Ti0121Zr0147O3 |
90 | PbO19SSr0105(Mg1Z3Nb2-S)0125Ti0128Zr0147Oa | |
91 | Pb(Mg1Z3Nb2Z3)C25Ti0125Zr0150O3 | |
92 | "Pn ν»t* ι ~\Λο* ι Nn / ι Ti 7t* (~} 0,95 0»05V öl/3 2/3/0,25 0»25^^ 0,50^·^? |
|
65 | 93 94 |
Pb(Mg1Zi1Nb2Zs)0125Ti01125Zr01625O3 |
95 | JT D^JVL^j^gJN D2/3J0 25^0» 75 3 | |
96 | Pb0,95Sr0105(Mg1Z3Nb2Za)0125Zr0,75O3 |
Beispiel | Brenntemperatur | Relative Dielektrizitäts |
Planarer Kopplungs- | Resonanzwiderstand | Dielektrischer Verlustfaktor D |
(0C) | konstante ε bei 1 kHz | Kucmzicnt Kp \ la) | Ri ) | (in %) bei 1 kHz | |
1 | 1270 | 915 | 19,1 | 80,4 | 1,22 |
2 | 1250 | 990 | 24,5 | 54,0 | 1,15 |
3 | 1250 | 1093 | 25,6 | 47,9 | 1,29 |
4 | 1250 | 1880 | 20,3 | 50,7 | 1,74 |
5 | 1250 | 4135 | 7,0 | 75,2 | 1,12 |
6 | 1250 | 985 | 27,3 | 47,9 | 1,05 |
7 | 1250 | 1020 | 26,6 | 44,3 | 1,24 |
8 | 1250 | 1066 | 22,7 | 40,2 | 1,34 |
9 | 1250 | 2330 | 14,0 | 50,7 | 2,13 |
10 | 1250 | 697 | 20,9 | 78,0 | 0,87 |
11 | 1250 | 699 | 20,6 | 78,3 | 0,86 |
12 | 1250 | 750 | 20,3 | 76,3 | 0,95 |
13 | 1250 | 1178 | 14,4 | 80,2 | 2,41 |
14 | 1270 | 1433 | 30,1 | 38,4 | 1,85 |
15 | 1260 | 2330 | 28,7 | 26,0 | 1,68 |
16 | 1250 | 4823 | 15,4 | 92,5 | 3,93 |
17 | 1300 | 332 | 7,5 | 814,0 | 1,90 |
18 | 1290 | 1024 | 8,3 | 474,7 | 2,55 |
19 | 1290 | 3976 | 12,0 | 106,3 | 3,95 |
20 | 1290 | 4287 | 9,0 | 86,8 | 0,22 |
21 | 1290 | 1186 | 8,6 | 366,7 | 3,00 |
22 | 1290 | 3915 | 8,5 | 98,1 | 2,53 |
23 | 1290 | 6054 | 7,0 | 65,4 | 0,92 |
24 | 1290 | 509 | 11,0 | 420,8 | 1,89 |
25 | 1290 | 1326 | 9,5 | 253,0 | 3,81 |
26 | 1290 | 1403 | 7,1 | 136,7 | 2,24 |
27 | 1280 | 1671 | 48,0 | 18,9 | 2,28 |
28 | 1250 | 1988 | 49,1 | 17,2 | 2,11 |
29 | 1250 | 2533 | 50,0 | 15,4 | 2,39 |
30 | 1250 | 3693 | 42,5 | 16,1 | 3,10 |
31 | 1250 | 6750 | 14,6 | 18,0 | 0,70 |
32 | 1250 | 1866 | 48,3 | 18,1 | 2,08 |
33 | 1250 | 2320 | 47,0 | 16,7 | 2,41 |
34 | 1250 | 3267 | 38,2 | 17,9 | 3,20 |
35 | 1250 | 5012 | 12,3 | 18,6 | 5,15 |
36 | 1250 | 1781 | 47,4 | 18,3 | 1,95 |
37 | 1250 | 1850 | 43,7 | 17,4 | 1,64 |
38 | 1250 | 2108 | 32,8 | 16,2 | 1,91 |
39 | 1250 | 2887 | 11,8 | 18,1 | 5,62 |
40 | 1280 | 1247 | 30,2 | 55,4 | 2,07 |
41 | 1260 | 2209 | 39,7 | 22,2 | 2,72 |
42 | 1260 | 5329 | 26,5 | 46,1 | 4,90 |
43 | 1300 | 976 | 49,8 | 27,0 | 2,52 |
44 | 1290 | 1242 | 50,2 | 24,5 | 2,15 |
45 | 1290 | 1671 | 49,0 | 23,7 | 2,09 |
46 | 1290 | 2647 | 35,2 | 24,2 | 2,66 |
47 | 1290 | 4975 | 12,3 | 26,5 | 2,68 |
48 | 1290 | 1224 | 48,7 | 26,1 | 2,09 |
49 | 1290 | 1472 | 46,2 | 23,8 | 2,26 |
50 | 1290 | 1975 | 37,4 | 25,4 | 2,59 |
51 | 1290 | 4108 | 15,7 | 26,8 | 5,40 |
52 | 1290 | 1212 | 51,1 | 25,4 | 2,11 |
53 | 1290 | 1590 | 48,3 | 24,7 | 2,01 |
54 | 1290 | 2872 | 36,6 | 26,8 | 2,50 |
55 | 1290 | 3721 | 14,1 | 27,5 | 7,39 |
56 | 1310 | 1246 | 49,2 | 20,6 | 1,65 |
57 | 1290 | 1355 | 41,1 | 27,6 | 1,72 |
58 | 1290 | 1432 | 38,8 | 27,9 | 1,73 |
59 | 1310 | 2347 | 39,8 | 17,1 | 1,60 |
60 | 1310 | 3700 | 21,8 | 47,7 | 3,70 |
61 | 1310 | 1090 | 45,8 | 28,1 | 1,50 |
62 | 1290 | 1150 | 50,2 | 23,7 | 2,51 |
Tabelle la (Fortsetzung)
Beispiel | Brenntemperatur (0C) |
Relative Dielektrizitäts konstante ε bei 1 kHz |
Planarer Kopplungs koeffizient kp (%) |
Resonanzwiderstand R(ß) |
Dielektrischer Verlustfaktor D (in "/„) bei IkHz |
63 | 1310 | 1347 | 53,0 | 19,0 | 2,21 |
64 | 1290 | 2328 | 58,1 | 12,7 | 2,00 |
65 | 1290 | 5245 | 30,5 | 41,2 | 5,15 |
66 | 1290 | 1215 | 49,6 | 23,2 | 2,13 |
67 | 1290 | 1668 | 34,5 | 36,4 | 2,45 |
68 | 1310 | 1723 | 20,2 | 84,2 | 3,11 |
69 | 1310 | 1198 | 49,4 | 21,7 | 1,65 |
70 | 1290 | 1351 | 42,2 | 51,6 | 1,77 |
71 | 1290 | 1589 | 25,1 | 114,0 | 4,00 |
72 | 1290 | 1684 | 13,1 | 262,0 | 4,35 |
73 | 1230 | 263 | 5,9 | 1394,0 | 1,60 |
74 | 1210 | 473 | 8,4 | 517,0 | 1,63 |
75 | 1250 | 487 | 24,6 | 72,0 | 1,64 |
76 | 1270 | 591 | 25,5 | 60,6 | 1,80 |
77 | 1300 | 920 | 29,0 | 66,7 | 1,43 |
78 | 1280 | 1186 | 37,6 | 26,3 | 1,10 |
79 | 1300 | 1254 | 30,3 | 33,0 | 1,67 |
80 | 1280 | 1992 | 39,6 | 20,5 | 1,50 |
81 | 1300 | 1274 | 46,3 | 25,5 | 2,05 |
82 | 1280 | 2098 | 47,0 | 19,5 | 1,93 |
83 | 1300 | 1061 | 47,5 | 26,2 | 2,49 |
84 | 1300 | 1622 | 48,0 | 23,0 | 2,39 |
85 | 1300 | 1049 | 39,9 | 36,0 | 2,26 |
86 | 1280 | 1522 | 43,3 | 22,5 | 2,83 |
87 | 1300 | 675 | 30,1 | 70,2 | 3,19 |
88 | 1280 | 1447 | 35,4 | 26,1 | 2,91 |
89 | 1300 | 630 | 29,7 | 62,8 | 3,55 |
90 | 1280 | 1360 | 34,8 | 30,7 | 3,02 |
91 | 1300 | 566 | 29,5 | 64,1 | 3,32 |
92 | 1280 | 1321 | 33,7 | 42,9 | 3,29 |
93 | 1300 | 493 | 20,7 | 80,0 | 2,97 |
94 | 1280 | 1228 | 22,1 | 71,6 | 3,64 |
95 | 1300 | 533 | 7,3 | 384,0 | 3,27 |
96 | 1280 | 1606 | 10,1 | 318,0 | 4,20 |
Claims (3)
1. Piezoelektrische Keramik, dadurch ge- Kopplungskoeffizienten, einen niedrigen Resonanzkennzeichnet,
daß sie aus einer festen widerstand und einen hohen mechanischen Qualitäts-Lösung
gemäß der Formel 5 faktor aufweisen. Weiterhin muß die Keramik in bezug Our\xn μι, ιτ;7,.λ auf die Resonanzfrequenz und andere elektrische
Pb(Mg1Z3Nb2Z3Mi2ZZr2O3 Eigenschaften eine hohe Temperatur- und Zeitbestänbesteht,
und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 digkeit haben.
und 0,875, für y zwischen 0 und 0,813 und für ζ Aus der USA.-Patentschrift 3 268 453, J. Am.
zwischen 0 und 0,95, wobei etwa 1 bis 20 Atom- io Ceram. Soc, 48 [12], S. 630 bis 635 (1965), und J. Am.
prozent Blei durch Strontium, Barium und/oder Ceram. Soc, 49 [11], S. 577 bis 582(1966), ist eine piezo-
Calcium ersetzt sind. elektrische Keramik bekannt, die aus dem System
2 Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- Pb(Mgl,3Nb2/3)O3 - PbTiO3 - PbZrO3
zeichnet, daß sie aus einer festen Losung gemäß
zeichnet, daß sie aus einer festen Losung gemäß
der Formel 15 besteht und mit bestimmten Zusätzen modifiziert ist.
Pb(Mg1Z3Nb2Z3)ZTi^Zr2O3 Eine Bleititanat-Bleizirkonat-Keramik, die mit bestimmten
Zusätzen, wie z. B. Ta2O5, Nb2O5, Fe2O3,
besteht, und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 NiO, CoO, Bi2O3 und WO3, modifiziert ist,
und 0,625, für y zwischen 0,125 und 0,625 und wird in der deutschen Patentschrift 1 009 431, der
für ζ zwischen 0 und 0,75, wobei etwa 1 bis 20 20 deutschen Auslegeschrift 1116 742 und der britischen
Atomprozent Blei durch Strontium, Barium und/ Patentschrift 1 010 508 beschrieben. Die dort beschrie-
oder Calcium ersetzt sind. bene Keramik besitzt jedoch eine relativ niedrige Di-
3. Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- elektrizitätskonstante und einen niedrigen elektro-
zeichnet, daß sie aus einer festen Lösung gemäß mechanischen Kopplungskoeffizienten. So hat z. B.
der Formel 25 die nach dieser Literatur bekannte Keramik eine Di-
Nb2Z3)ZTi^Zr2O3 elektrizitätskonstante von 1609 zusammen mit einem
radialen Kopplungskoeffizienten von 0,564 gezeigt,
besteht, und zwar mit Werten für χ zwischen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-
0,0625 und 0,5, für y zwischen 0,25 und 0,5 und gründe, eine piezoelektrische Keramik mit sehr ver-
für ζ zwischen 0,125 und 0,625, wobei etwa 1 bis 30 besserten piezoelektrischen und dielektrischen Eigen-
20 Atomprozent Blei durch Strontium, Barium schäften zur Verfügung zu stellen. Derart verbesserte
und/oder Calcium ersetzt sind. Eigenschaft wird nicht bei der herkömmlichen
Keramik aus Bleititanat-Bleizirkonat oder Bleimagne-
siumniobat, das in Ivs. Akad., Nauk, USSR., 1960,
35 S. 1276, beschrieben ist, erzielt. Die Curie-Temperatur
Die Erfindung betrifft eine neue piezoelektrische von Bleimagnesiumniobat der Formel
Keramik. Bei dem Keramikgrundmaterial dieser Pb(Me Nb )O
piezoelektrischen Keramik handelt es sich um poly- 1/3 2 3 3
kristalline Aggregate bestimmter, im nachfolgenden liegt bei-120C, also sehr unter der Raumtemperatur, beschriebener Konstitution. Die piezoelektrische Kera- 40 was als Grund dafür anzunehmen ist, daß der genannmik gemäß der Erfindung kann für elektromechanische ten Literatur über die Piezoelektrizität dieser Verbin-Wandler verwendet werden. dung nichts zu entnehmen ist. Der Stand der Technik Wegen der im Vergleich zu kristallinen Substanzen, gibt daher keine Lehre, wie eine piezoelektrische wie z. B. dem Rochellesalz, geringeren Kosten und Keramik zusammengesetzt sein muß, damit sie eine der leichten Herstellbarkeit von Keramikerzeugnissen 45 sehr hohe Dielektrizitätskonstante, einen hohen piaverschiedenster Gestalt und Größe und der größeren naren Kopplungskoeffizienten und einen geringen Beständigkeit dieser Erzeugnisse bei hohen Tempera- Resonanzwiderstand aufweist.
Keramik. Bei dem Keramikgrundmaterial dieser Pb(Me Nb )O
piezoelektrischen Keramik handelt es sich um poly- 1/3 2 3 3
kristalline Aggregate bestimmter, im nachfolgenden liegt bei-120C, also sehr unter der Raumtemperatur, beschriebener Konstitution. Die piezoelektrische Kera- 40 was als Grund dafür anzunehmen ist, daß der genannmik gemäß der Erfindung kann für elektromechanische ten Literatur über die Piezoelektrizität dieser Verbin-Wandler verwendet werden. dung nichts zu entnehmen ist. Der Stand der Technik Wegen der im Vergleich zu kristallinen Substanzen, gibt daher keine Lehre, wie eine piezoelektrische wie z. B. dem Rochellesalz, geringeren Kosten und Keramik zusammengesetzt sein muß, damit sie eine der leichten Herstellbarkeit von Keramikerzeugnissen 45 sehr hohe Dielektrizitätskonstante, einen hohen piaverschiedenster Gestalt und Größe und der größeren naren Kopplungskoeffizienten und einen geringen Beständigkeit dieser Erzeugnisse bei hohen Tempera- Resonanzwiderstand aufweist.
türen und/oder Feuchtigkeit hat die piezoelektrische Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verKeramik
in letzter Zeit für verschiedene Energie- besserten piezoelektrischen Keramik, die durch eine
umwandlungszwecke Bedeutung erlangt. Sowohl bei 50 hohe relative Dielektrizitätskonstante, einen hohen
der Entwicklung neuer Anwendungen für eine schon elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und
bekannte Keramik als auch bei der Entwicklung einen niedrigen Resonanzwiderstand ausgezeichnet ist.
einer neuen oder verbesserten piezoelektrischen Kera- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung
mik für elektromechanische Wandler sind beträcht- einer neuen piezoelektrischen Keramik, bei der beliche
Anstrengungen unternommen worden. Die piezo- 55 stimmte Eigenschaften in der gewünschten Weise eingeelektrischen
Eigenschaften der Keramik variieren stellt werden können, um sie bestimmten elektromechanatürlich
mit dem jeweiligen Anwendungszweck. nischen Energieumwandlungszwecken anzupassen.
Zum Beispiel erfordern elektromechanische Wandler, Es wurde nun eine piezoelektrische Keramik gewie (1) Schallplattenaufnahmegeräte und Mikro- funden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus phone, eine hohe Ausstoßspannung und ein unscharfes 60 einer festen Lösung gemäß der Formel
Ansprechen auf Frequenzänderungen. Die piezo- Λ . .
elektrische Keramik muß daher einen sehr hohen Pb(Mg1Z2Nb2Z3)ZIi2ZZr3O3
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine besteht, und zwar mit den Werten für χ zwischen 0,01 sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Bei und 0,875, für y zwischen 0 und 0,813 und für ζ zwi-Hochleistungsresonatoren für Ultraschallwaschgeräte 65 sehen 0 und 0,95, wobei etwa 1 bis 20 Atomprozent oder ähnlichen Anwendungszwecken ist es erwünscht, Blei durch Strontium, Barium und/oder Calcium einen niedrigen Resonanzwiderstand zu haben, um ersetzt sind. Eine solche piezoelektrische Keramik die inneren Betriebsverluste zu vermindern. Auf der zeigt hohe elektromechanische Wandlereigenschaften.
Zum Beispiel erfordern elektromechanische Wandler, Es wurde nun eine piezoelektrische Keramik gewie (1) Schallplattenaufnahmegeräte und Mikro- funden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus phone, eine hohe Ausstoßspannung und ein unscharfes 60 einer festen Lösung gemäß der Formel
Ansprechen auf Frequenzänderungen. Die piezo- Λ . .
elektrische Keramik muß daher einen sehr hohen Pb(Mg1Z2Nb2Z3)ZIi2ZZr3O3
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine besteht, und zwar mit den Werten für χ zwischen 0,01 sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Bei und 0,875, für y zwischen 0 und 0,813 und für ζ zwi-Hochleistungsresonatoren für Ultraschallwaschgeräte 65 sehen 0 und 0,95, wobei etwa 1 bis 20 Atomprozent oder ähnlichen Anwendungszwecken ist es erwünscht, Blei durch Strontium, Barium und/oder Calcium einen niedrigen Resonanzwiderstand zu haben, um ersetzt sind. Eine solche piezoelektrische Keramik die inneren Betriebsverluste zu vermindern. Auf der zeigt hohe elektromechanische Wandlereigenschaften.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5026465 | 1965-08-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1646699B1 true DE1646699B1 (de) | 1972-05-31 |
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ID=12854098
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19661646699 Ceased DE1646699B1 (de) | 1965-08-16 | 1966-04-14 | Piezoelektrische keramik |
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US (1) | US3424686A (de) |
DE (1) | DE1646699B1 (de) |
GB (1) | GB1116283A (de) |
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