DE2219558A1 - Piezoelektrische Keramikmateriahen - Google Patents
Piezoelektrische KeramikmateriahenInfo
- Publication number
- DE2219558A1 DE2219558A1 DE19722219558 DE2219558A DE2219558A1 DE 2219558 A1 DE2219558 A1 DE 2219558A1 DE 19722219558 DE19722219558 DE 19722219558 DE 2219558 A DE2219558 A DE 2219558A DE 2219558 A1 DE2219558 A1 DE 2219558A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piezoelectric
- materials
- ceramic materials
- ceramic
- mno
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/51—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on compounds of actinides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
I-tvcGushita electric Industrial Co. ,Ltd., lOOu Kadorna, Osaka, Japan
Piezoelektrische Keramikmaterialien
Zusammenfassung der Beschreibung;
Die Erfindung betrifft piezoelektrische Keramikma.terialien mit
sehi- hohen mechanischen Qualitätsfaktoren, hohen elektromechanischen
Kopplungs-koeffizienten und einer grossen Bestänaigkeit
uvx- piezoelektrischen Konstanten bei wieaerkehrenden mechanischem
otoss. Diese pesoelekti'ischen Keramikmaterialien enthalten
uas quax-ternare System - .--
Pu(Zn1 /vNb^ Zy)O^-Pb(Sn1 /-.Nb2 /,)0,-FbTiO^-PbZrO-. sowie einen
Kangunanteil, der 0,05 bis 5 Gew.-^o IMnO^- entspricht.
Diü Ki'i'indung bezieht sicii auf piezoelektriscue Keramikmaterialien una auf aus diesen hergestellte Gegenstänue. Im spezielleren
betrifft uie iix-firiuung neue fcji'i'oelektri^cue Keraniikmateria-
LIiA,, ci;.o polyki'i..tal±Lxi£ Ag^x'u^uce von bestlmüiten Bestandteilen
209850/1038
BADORlGlNAi.
- «ι - M JIl-,
sind. Diese piezoelektriscnen Materialien sinu cturcn Sintern
zu Keramikma.terialieri nach den auf aam Gtbiet uer Keramik üb- .
Honen Techniken una ansciiliessendes Polarisieren der Keramikmaterialien
aurcn Anlegen einer Gleichstromspannung zv/isaner.
ubü Elektroaen zur Verleihung elektromeciianiscner 'Wandfereige.iscnaften,
gleich aern bekannten piezoelektrischen Effekt, horoestellt
worden .Die Erfinuung erfasst aucii uati kalzinierte
Zwischen ox'odukt aus o.en Ausgangsmaterialien unu aie G^gen^täri t3
wie elektromechaniscne Wandler, die aus der gesinterten Keramik
hergestellt worden sind.
Die Verwendung von piezoelektrischen Materialien auf vers
ηcη Wandleranwendungsgebieten zur Erzeugung, Messung und Hichtungssinnbestimrnung
von Ton, Stoss, Schwingung, Druck und sui1
Hochspannungserzeugung usw. hat in den letzten Jahren in starkem
Masse zugenommen, wandler sowohl vom Kriatailtyp als auch vom
Keramiktyp sind in breitem Umfang benutzt worden. Wegen der möglichen geringeren Kosten und der leichteren Vei'wendbarkeit
oei der Herstellung von Keramimaterialien verschiedener Formen
und Grönsen und ihrer grösseren Beständigkeit bei hohen Tempex-aturen
und/oder hohen Feuchtigkeitsgrauen als kristalline Substanzen, wie z.B. das Rochellsalz usw., haben piezoelektrische
Keramikmaterialien in letzter Zeit eine erhebliche 'Bedeutung für einen Einsatz auf verschiedenen Wanäteranwendungsgebiet'jn
erlangt.
Die piezoelektrischen Eigenschaften, die von Keramikmaterialiyn
gefordert werden, hängen offensichtlich von a^r vorgesehenen
Anwendung ab. Z.B. erfordern elektromechanische Wandler, v/ie z.B. Tonabnehmer und Mikrophonbauteile, piezoelektrische Keramikmaterialien,
die durch einen im wesentlichen hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine hohe Dielektrizitätskonstante
ausgezeichnet sind. Andererseits 1st as auf den Gebieten der Keramikfilter una der piezoelektrischen Umformer'
erwünscht, dass die Materialien einen noiien Wert für den mecha-'
nischen Qualitatsfaktor und einen hohen elektromechanischen
2 0 9 8 5 0/1038 6AD original
Kopplungskoeffizienten zeigen. Penner müssen Keramikmaterialien eine grosse Beständigkeit bezüglich der Dielektrizitätskonstanten
und anderer elektrischer Eigenschaften innerhalb breiter Temperatur- und Zeitbereiche aufweisen. Ausserdem erfordern
elektromechanisch^ Wandler, wie z.B. ein keramisches Zündelement,das
als Zündquelle für Gas verwendetwird, piezoelektrische
Keramikmaterialien, die durch eine grosse mechanische Festigkeit und eine grosse Beständigkeit der Ausgangsspannung
bei sich periodisch wiederholender mechanischer Beanspruchung auszeichnet sind.
Als vielversprechende Keramik für diese Anwendungen ist Bleititanat-Bleizirkonat
bis jetzt in grossem Aus mass im Gebrauch. Es ist jedoch schwierig, bei- den herkömmlichen Bleititanat-Bleizirkonat-Keramikmaterialien
einen sehr hohen mechanischen Qualitätsfaktor
zusammen mit einem hohen planaren Kopplungskoeffizienten
zu erzielen. Ausserdem variieren die dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften der Bleititanat-Bleizirkonatkerarnikmaterialien
in starkem Masse je nach der angewendeten Brenntechnik, was auf das Verdampfen von PbO zurückzuführen
ist. Eine Verbesserung dieser Faktoren ist durch Einarbeiten verschiedener zusätzlicher Bestandteile in die Grundkeramik-D;5se
oaer durch Einarbeiten verschiedener Komplexverbindungen
er.-jdl.lt v7Oi-cen. Z.B. betrifft aieUSA-Patentscnrii't 2 911 37 0
jjlcititanatzirkonatkeramikmaterialifcn, die mit
und Y..0-. UoVi. modifiziert sind, unu die USA-Patentschrift
3 405 103 Keramikrnaterialien mit dem ternär en System
PbZn, A7Nb2/.,0..,-PbTiO7-PbZrO-.. Diese Keramikmaterialien zeigen
hohe elektromechanische Kopplungskoeffizienten, besitzen aber niedrige mechanische Qualitätsfaktoren und geringe Beständigkeiten
hinsichtlich der piezoelektrischen Konstanten bei mecha r Beanspruchung.
Der Erfindung liegt fiaher die Aufgabe zugrunae, neue und verbesserte
piezoelektrische Keramikmaterialien zur Verfügung zustellen,
die die oben aufgezeigten Probleme überwinden.
209850/1038
22Ί9558
iJin besonuores Zit-l uci- lLrfini.iuig lot (ie JohuiYung; verbesserter
pol^kristalliner Korandkmat erlaufen, alt durch sehi' hohe
mechanische qualitätsfaktoren znsaiiimen mit hohun pitizoelektrischen
Kopplung^koeffisienten au«gezelehnet
Ein noch spezielleres Ziel eier Erfindung ist uie Schaffung
neuer piezoelektrischer Keramikmaterialien, uie durch sehr
hohe mechanische Qualitätsfaktcren, none elektromechanisch^
Kopplungskoeffizienten und sehr beständige Dielektrizitätskonstanten innerhalb breiter Temperatur- und Zeitbereiche
ausgezeichnet sind.
Nach einem anderen Ziel der Erfindung sollen neue piezoelektrische
Keramikmaterialien zur Verfugung gestellt werden, die sich durch eine grosse Konstanz hinsichtlich uer Ausgangsspannung
bei sich periodisch wiederholendem mechanischem Gtoss eines
keramischen Zündelements, das als Zündquellt; für Gas benutzt
wird, ausgezeichnet!.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung, ist ede Schaffung von neuen
piezoelektrischen Keramikmaterialien, die aurcli grosse mechanische
Festigkeit ausgzeichnet sind.
Die Erfindung soll fazier neue piezoelektrische Keramikrnateriallen
zur Verfügung stellen, bei denen bestimmte Eigenschaften geändert werden können, um sie so verschiedenen Anwendungen anzupassen.
Nach noch einem weiteren Ziel der Erfindung sollen verbesserte elektromechanisch^ Wandler unter Verwendung elektrostatisch'
polarisierter Körper, die aus den neuen Keramikmaterialien bestehen, geschaffen werden.
Diese Ziele werden durch Keramikkörper erreicht, die grundsätzlich
in der festen Lösung vorliegen, die das mit'MnO^ modifizierte
quarternäre System Pb(Zn^/,Nb^ /..^0,.-Pb(Sn1 /;Nb,_,A7)O ..
PbTiCU-PbZrO-, aufweisen.
5 J5
5 J5
209850/1038
SAD ORIGINAL
Die üli-finaung basiert aui1 eier Feststellung, aass innerhalb bestimmter
besondere!' Zusammensetzurigsbereiche uisses Systems
Proben sehr hohe mechanische yualitätsi'aktorün, hohe elektrode
cnam se he KopplungskoeΓfidienten und eine grosce Beständigkeit
hinsientlicn der piezoelektrischen Konstanten bei mechanisciier
Beam,pruchung neigen.
Die Lüramikwaterlalien der Erfindung weisen in bezug auf.,ihre
Hui's teilung uno. iiire Anwendung als k&ramiscne v/an^lex· verschiedene
Vorteile auf. ü;s ist bekannt, uaijh aas Veidaiiipren
vuii tDO während, des Brennens ein Problem darsteilt, den jnan
D^im -Jintern von ßleiv^rbLnciungön, wie z.B. Blcitibanatslrkonat,
b3ger;riet. Die Katei'ialien dc-r Ei-i'incLung ruinrun zu einer J ieinox'en
Menge an vei'dampi'to-m PbO als die übllcnen BleititanattJirLonate
nacn --:^r.i Brennen. Das quarternäre Sjüfconi kam in Abwesenheit
einer PbO-Atmosphare gebrannt werden. Ein gut gesinterter
Küri'e :· nit einer 2'usa.rrirnensecaung .jeki.'.ss dor ^rf induing
v:i.r;· dut'on Brennen von Materialien mit eier oben angegebenen
g in einor; Kei'aniiktiegel, de:i.· mic eln-ji.i 0.1.1G
liei-ges tell ten IferaiiilkuecLxl abgedeckt
ist, jicx'gostellt. Eine hone oiritortiichbe ist ^ur Jürzielung
Liner l'cuciitigkoitsbes'ciiiiclird.Ajit und einer iiolien piezoelektrischen
Ansprechbarkeit ex'vrünscht, wenn der gesinterte Korpei*
al1. Kesonator oder l'ur andere- An vie ndungen benutzt werden soll.
Einige Materialien mit Zusammensetzungen, die innerhalb des
quartornlireri Systems Pb(Zn1 / -Nb^/,00,.-Pb(Sn1/:,Nbo/r)0.;.-PbTi0^-
PuZi-C). liegen, zeigen keine hohe Piezoelekbri^j tat und viele
sJnu nur in einein geringen M-.sye elektromechanlscn wirksam,
IjLvj Eri/innung betril'i't Matox'iail';n mit Zu.'>aiiiMc;Ui-.-otsungenJ die
(.-,r^ U, Formel Pb(Zn1/^^^n^b.^^l^r^
v/if;fi/.;x';-;egeben werden, worin die Bereiche x'Lu· A, B, C und D
O^ Λ <
i),lj0, 0<B ^ 0,^, O1^ f C^ 0,6^ und 0,^5^='D io,u2
und A+B+C+D-l sind, und die eine pieze- '
oioJcti'L;;che Ansprechbarkeit von erheblicher Gr.üsse auX'weisen.
Diυ Materialien der Eri'lndung enthalten die oben angegebene
Gi'UQf'zusammensetzung und einen. MnO, -Zusatz.
209850/1038
- υ - M ;3ii.
Die hier beschrieuenen Materialien wex-den nacn den auf ueni Gebiet
uer Keramik bekannten arbeitsweLsen hergestellt. Ein bevorzugtes
Verfahren, aas nachfolgend ausführlicaer erläutert wird, sieht
jedoch vor, dass PbO oder Pb-O, , ZnO, onO.., Nb..0,.., TiO,,,
S> *r
c-
έ. -j
d
Zr0,; und MnO.. oder MnCO-,- als Ausgangsmaterialitn vei-weridet
v;erden.
Die Ausgangsmaterialien, nämlich Bleioxid (PbO), Zinkoxia (ZnO),
Zinnoxid (SnO,,), Nioboxio. (Nb-O1-), Titanoxid (TiO,J, Zirkonoxid
(ZrO,,) und Mangandioxid (MnO.;), alle von relativ reinem Reinheitsgrad.
(z.B. von ciöin Gx-au "er ionisch rein"), werden in einer
mit Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliwi'tci.i
wasser vermischt. Beim Vei-uahlen des Gemiscries rr.uss (iafür Go-.-ge
getragen werden, dass Verunreinigungen, die auf eine Abnutzung
der Mahlkugeln oder -steine zurückzuführen sine:, vermieden
werden. Dieses kann dadurch unterbunuen v/e^üen, f.ass aie Anteile
an den Ausgangsstoffon so geauuei't wei.'cion, dass Irgendeine Verunreinigung
kompensiert v;ird.
Nach dem Nass vermählen wiru o.as Gemisch geti-ocirnet und aurclimisciit,
um ein möglichst homogties Gemisch siciier"ustellen. Dana:!';
viird das Gemisch in geeigneter V/eise mit einem Druck von 400 kg/cm11"
au den gevjünschten Formen geformt. Die zusammengepressten Körper
werden dann einer Vorreaktion aurcn Kalziniei'en bei eirio-r Temperatur
von etvfa 850° C für ecivra <^ Γ-turiuen unterv\rorferi.
Nach dem Kalzinieren lässt man das umgesetzte Material abkühlen
und vermaiilt dann das abgei"unite Material nass riu einer kl?i-i^n
Toilchengi'ujse. MnO0 kann uem Ui.irc-sut^ctui. Hat-oj-'lai iiacu ü;mi
I .ilsin Liu'un eier Ausgaiigsi.-i^t^r'ialLeri, i..ui J,^Ij! I-ru'.1 outi'l'^ten, .,-.·-
t.cgt=ben werci'jii, Lina ■ .,.aui !."aviti uas Ι;;·'ό^··;.α1 in.LL, Ϊ'λιΟ^, ;ai ei.iu.v
darauf geachtet werden, (..as.:,, wie oben, eine /ca/uni-eirigiiing, .L.
auf ν,-inen Abi'iub ι.·.-:ϋ· Γ-lahlkugo'ln odej· -■".: t>-:inu siualcK .-aii'i.ii'i'cn i-'-.'t,
209850/1038
- 7 - M 3
vermieden wird, Je nach Wunsch und den vorgesehenen Formen
kann das Material zu einem Gemisch oder Schlamm ausgebilde-t
\,-3j"J.erij das bzw» aer sum Vorpressen;, Sohlaniiwergisssen oder
r;traii£pres&en, je nach den besonderen Fall, nach herkömmlichen
Fon- verfahren auf dem Gebiet utr Keramik geeignet ist. Das
GeraL'J-ch wird aann :-;u i;oh9iben mit einem Durchmesser von- 20 mi
an^ einer Dicke von k mm mit einem Druck v.m 700 kß/cin'" veriu-33öt.
Die verpresste Scheibe wird bei 1^00 bis 1^10° C
Minuten lang gebrannt. Gomass der Erfindung .ist es nicht eri'orüerlieh,
uas Material in einer PbO-Atmosphäre zu brennen. '
AuGGerdem ist es nicht erforderlion, einen speziellen Temperaturgx-adienten
in dem Brennofen einzuhalten, wie es nach den bekannten Verfitiron erforderlich ist. Gemäss aer Erfindung können
jleichmässige und ausgezeichnete piezoelektrische Keramikprodukte
leicrit aurch einfaches Abdecken der Proben mit einem Alurainiumtiegel
liährend des Brennens erhalten weruen«,
Die gesinterten Keramikscheiben vrerden auf beiaen Oberflächen
bis zu einer Dicke von 1 mm geschliffen. Die geschliffenen
οcheibenoberflächen werden dann mit Süberfarbe überzogen, und
die Scheiben weruen polarisiert, währena sie in ein Siliconülbad
von 100 bis 1500 C eingetaucht weruen» Ein Gleichetromspannungsgradient
von ρ bis 4 kV je mm wird eine Stunde aufrechterhalten,
und die Scheibe wird bis auf Raumtemperatur in 30
Minuten feldgekühlt.
Die piezoelektrischen und ciielektriscnen Eigenschaften üer
polarisierten Proben wurden bei 20° C bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 /0 und bei einer Frequenz von 1 kHz gemessen.
Beispiele für spezielle Keramikmaterialien der Erfindung und vei'schiedene wesentliche elektromechanisch^ Eigenschaften,
dielektrische Eigenschaften sowie mechanische Eigenschaften, weraen in der Tabelle 1 angegeben.
SAD ORIGINAL 2 0 9 8 5 0/1038 AL
Tabelle 1
Beispiel Materialzusammensetzungen
Ni'.
Zusammensetzung des Grundrnateriais
Gew.-/o MnO,,-
Zusatz
Dielektrizitätskon stante
planarer Mechani- Biege-Kopplungsscher.
festig koeffizient Quaiitäts- keit
, faktor
^-T.C.
O CO CO cn σ
co OO
~044
0,5
1,0
1110
125C
0,63
0,65
2070
2640
1290
1410
10,1
9,3
10, y
0,05^0,36 0,37
0,5
1190
0,62
25δο
134ο
9,5
.-T.G. ist die änderung der Dielektrizitätskonstanten in dem Bereich, von 20-70 C.
cn cn co
- SJ -
■
M .;>
Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, aass alle Materialien rnit den
alc Beispiele angegebenen Zusammensetzungen uurch sehr hohe
uechunisciie Qualitätsfaktoron und hohe planare Kopplungskoeffizienten
ausgezeichnet sind, wobei alle diese Eigenschaften für die Verwendung von piezoelektrischen Materialien auf dem Gebiet
der Keramikfilter, piezoelektrischen Wandler und Ultraschall-' wandler von Bedeutung sind. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlicn,
dass aie Materialien der Erfindung grosse mechanische Festigkeiten,
und geringe Änderungen hinsichtlich uer Dielektrizitäts'-konstnnten
mit der Temperatur zeigen.
Diese Eigenschaften sind von Bedeutung für uie Verwendung der
piezoelektrischen Materialien auf dem Gebiet der pjsoelektrischen
w'andler, Filter und dergleichen. Der hier verwendete Ausdruck "piezoeldfcrischer Wandlsr" soll ein passives Übertragungsgerät
von elektrischer Energie oaer einen Wandfer beschreiben,
der diepiezeoelektrischen Eigenschaften des Materials, aus dem er hergesteilt worden ist, benutzt, um Spannung, Strom oder
Impedanz zu wandeln. Bei dieser Anwendung der Keramikmaterialien ist es vorteilhf^t, wenn die piezoelektrischen Materialien eine
sehr beständige Dielektrizitätskonstante innerhalb eines breiten Temperaturbereichs sowie sehr hohe mechanische Qualitätsfaktoren
und hohe elektromechanische Kopplungskoeffizienten zeigen, so
dass die piezoelektrischen Wanciler, die z.B. in einer Fernsehanlage
und dergl. benutzt werden, eine hohe Beständigkeit mit der Temperatur hinsichtlich der Ausgangsspannung und des Stroms
zeigen. Bei dieser Anwendung der Keramikrnaterialien ist es erwünscht,
dass die piezoelektrischen Keramikrnaterialien eine hohe mechanische Festigkeit besitzen, damit die Produkte, indenen
die Keramikrnaterialien verwendet werden, eine grosse Zuverlässigkeit innerhalb grosser Zeitspannen und bei hoher mechanischer
Bonnspruchung zeigen.
Piuzooiektrincne Wandler, aie das Material üöö Beispiels 2 enth
!ton, zel[-;on einen sehr geringen Leistung»verlust (0,5 Watt
bei. 1,5 Wattle istung, einer Aus gangs spannung von 10 kV und einer
209 8 50/1038 «Aö ORNMMAfc,
Länge des Elements von 5ö ram) im Vergleich mit herkömmlichen
Wandlern. Demgegenüber ist uer Lulstungsverlust von piezoelektrischen
l/andlern, die herkömmliche Keramikniaterialien
(Pb(Zn1 /^Nb2 ,,)O^-PbTiO-.-PbZrO-,,, modifiziert mit MnO,.) enthalten,
etwa 1 Watt bei den vorstehend angegebenen Bedingungen.
Das umgesetzte Pulver, das nacn ctw in aem Beispiel 1 besoMobenen
Verfahren hergestellt worden war, wur-ue zu -"kiulen rub einem
Durchmesser von 100 und einer Länge von 200 mn mit einer.] Druck
von ?Ό0 kg/cm11* verpresst. Die verpressten Säulen wurden 45
Minuten lang bei 1200 bis IJlO °C gebrannt. Die gesinterten
Keramikmaterialien wurden geschliffen, so dass Säulen mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Länge von Ip nun erhalten wurden.
Beide Seiten der geschliffenen Säulen wur-uen dann mit Silberfarbe
übersogen und unter Bildung von Silberelektroden gebrannt.
Die Gäulen wurden polarisiert, während sie in ein Silioonülbad
von 100 bin 150° C eintauchten, ßin Gleiciistro;.i3pannun;_;o(jracierit
von 2 bis 3_ kV je r.aii v/urde ;)0 Minuten 1-ing aaxVeoiiterh.-lt&n.
Beispiele für die Zusammensetzung von speziellen Kora!.::L!:rr.J.tt·-
rlalien eier Erfindung und v/es entliche elektx'omechaniso-.ie Eigenschaften
vierden in der Tabelle 2 angegeben. Der- Tabelle 2 ist
zu entnehmen, dass alle Materialien mit beispielhaften Zusammensetzungen gemäss der Erfindung, durch eine grosse Konstant der
piezoelektrischen Konstanten beim sich periodisch wiederholenden mechanischen Stoss ausgezeichnet sind. Die Ker-umikmaterialien
der Erfindung zeigen ausserdem eine grosee Eonstanz hinsichtlich
der1 Aus gangs spannung beim periodischen v/ieueriiolen v-n mechanischem
Stoss auf ein keramisches Zündelement, Jas als Zünaquelle
für Gas verwendet wirü. Das Beispiel Nr. y vex-anschaulicht ein
Material mit einer herkömmlichen
Diese Eigenschaft ist von Bedeutung für uie Vc-i-wendun^ uer ι.■i'ji.-.o
clelctrischen Keramikmaterialien als keramische Z Line er undüerglei
c iien.
2 0 9 8 5 0/1038 ßAD original
- 11 - M 3116
7 Die piezoelektrische Konstante nach Stoss wurde nach 10 -fachen
mechanischen Stössen mit einem Druck von 400 kg/cm gemessen.
Die Änderung der Ausgangsspannung gibt aie Änderung der Ausgangs
spannung des keramischen Zünders mit dem Material der Erfindung
2j.-
vor einem Stoss uno. nach j? χ 10 -fachern mechanischem Stoss mit
einem Druck, der eine Ausgangsspannung von 15 kV bei Beginn des
sich periodisch "wiederholenden Tests erzeugt, wieder.
209850/103.8
T a b e 1 1
.BeI-s?s pi el
Materialzusammensetzungen Piezoelektrische Konstante gv^xl0 , V.m/N
Zusammensetzung des Grundmaterials
Gew. ->o
MnO,,-
Zusatz
vor Stoß nach Stoß
änderung
der Ausgangsspan
nung, /O
der Ausgangsspan
nung, /O
0,1
2b, υ
•7*4
0,5
2ö,o
<■ '·>
X,
rc
0,2
2,0
Pu„ n6rr -.Ti
o9 oi
23?, 0
Π j;
lie ic pi p I _>
Dl^ getesteten Proben wurlennach dein in dem Beispiel 1 beschiebeiisn
Verfahren hergestellt. Dig piezoelektrischen* cLielektrischen
anIl mechanischem Eigenschaften uer Proben wuruen-nach dem in clef!
Bait;[jiel 1 beschriebenen Verfahren gemessen. Dia ermittelten
Eigenschaften der Pro Den werden in aer Tabelle ■} wiedergegeben.
Der Tabelle > if-t au entnehmen, o.ass gemäu.1:; uer Jirfindung die
piezoelektrischen uria dielektrischen Eigenschaften der Keramik
eingestellt v/erden können, so dass sie eich verschiedenen Anv/endungen
anpassen, und swar durch Wahl der geeigneten Zusammensetzung,
und dass alle beispielhaften Matez'ial^usammensetsungen
geniciüs der Erfindung dui'ch einen sehr hohen mechanischen Qualitatsfaktor
und eine grosse mechanische Festigkeit ausgezeichnet
sind. Die piezoelektrischen Keramikmaterialien der Erfindimg
sind daher für die Anwendung als elektromechanisches Wandlerolemont,
wie als Keramikfilter und uergl., geeignet.
Kerarnikniaterialien, die MnOp-Zusätze in Anteilen von mehr als
5 Gew.-;.j enthalten, vieisen einen relativ niedrigen mechanischen
Qualitätsfaktor und planaren Kopplungskoeffizienten auf. Keranilkmaterialien,
die einen MnO^-Zusatz von weniger als 0,05 Gew.-Jo
enthalten, zeigen einen niedrigen mechanischen Qualitätsfaktor.
Aus diesen Gründen liegen derart zusammengesetzte Materialien ausserhalb des Erfindungsberefchs.
209850/1038
H
O) I
O) I
ι fca
Φ ·γΗ
fcO-P -P Φ CQ -H
•η ω φ cq U M
CW I
Cj CQ
O -P
to :cd
■Η P U
O -P
to :cd
■Η P U
EJ ·Η Ο CiJ H -P
rf rf U O 3 C(J
ΛΙ
O \
EiO
CQ φ Jh &0-H
Φ EJ iNJ U 3 -H
Cd i—J <+-4
rH O O
I I
•Η £
U O
■Ρ ±i M ω Φ
■Ρ ±i M ω Φ
Φ -P -P H :rf Su
Φ P Rj •Η ·Η +3
O N Cl
bO | cd | • | |
a | •Η | ||
-I | |||
φ | |||
φ | -P | ||
SXI | cd | ||
φ | -ö | ||
S | EJ | ||
e | |||
cd | |||
ω | |||
N | CQ | ||
r-i | Φ ' |
||
cd | |||
•H. | bO | ||
Φ | Ci | ||
-P | |||
cd | |||
φ | |||
CQ | |||
EJ | |||
Φ | |||
H | cd | ||
Φ | Jus | ||
•Η f. | |||
I | ag | ||
H | ω | ||
a) | |||
ffl | |||
I I -P
• OJttJ £ O CQ
LA
O
H
H
'■«"Λ
H
H
O O O
O -1 ΟΛ
■<Λ -J- -M
H Η H
O
LfN
LfN
O
.Λ
.Λ
O
OJ
LA
OJ
LA
O O O
O O O --J- OA A
Η Ο ON
•ι
HOC
·\ »ν »ν
C H LPi
LA
Cj
ο | O | ο | ο | O | O | O |
■'Λ | ,AJ | O | -4- | |||
-O | ο | H | -4- | ΚΛ | in | |
C-J | ;χι | ΓΛ | H | ■C\J | -μ |
LfN AJ
O | "Λ | O | ΓΛ | LPl | O | ΓΛ | 'Ci | "3 | LA | ΓΛ | LA | [A | r Λ | O |
O | O | CU | H | O | Ei | EJ | '.XJ | IA O | ΓΛ | O | ΓΛΟ | \.\ί | ||
O | LA | O | LA | •t | LA | φ | Φ | », | O | ·> | ^\ | O | ||
'—■* | O) | ΛΙ | O | 'Λ | <~\ | O | "VI | j_j | O | OJ | Ει | |||
"Λ | ,A | •\ | O | ,—> | O | α> | 1Q) | ^—% | a f—ι |
ISl | §. | |||
O | O ~<-\ |
•H | :Λ | Ει | •Ρ | -P | 'Λ | \} | in | ΓΛ | ΓΛ | LA | ||
,AJ | OJ | '^AN | EH | ~\^ | tS! | Ui | \^ | ιΛ | "~\ | \c | CU | |||
LSI | ■\^ | ..M | O | Ει | Λ] | .-ι | «ι | OJ | rH | •x | ||||
LA | H | O | O | E! | O | Ei | O | |||||||
CM | Ej | H | »ν | j> | ■Η | ■rl | —\ | N | rl | |||||
CO | CO | tS! | EJ | O | γ: | EH | ■λ | |||||||
O | ro | •Η | (1) | Φ | CO | ,Q | OO | ,Q · | ||||||
LA | ■Η | IA | ,Q | EH | •Η | •Η | Ph | Ph E | ||||||
£— | P-i | LA | Ά | «Λ | O | •0 | ||||||||
O | O | r-l | OJ | O | H | LA | .-I | |||||||
·> | rH | •χ | ||||||||||||
O | O | O | O | O | ||||||||||
ΓΛ | iA | ffA | ||||||||||||
~^\ | \ | |||||||||||||
OJ | ■ Μ | .XJ | ||||||||||||
,Q | a | ,Q | ιΑ | Γ(- | ||||||||||
JA | ι^Ά. | H | H | |||||||||||
\ | ||||||||||||||
H | H | |||||||||||||
EJ | EJ | |||||||||||||
CSI | ||||||||||||||
. <> | ||||||||||||||
,Q | ||||||||||||||
Ph | ||||||||||||||
O | ;ΛΙ | |||||||||||||
f—ι | ι—I | |||||||||||||
209850/ 1038
M .jJ
SAD ORIGINAL
nusssr den oben gezeigten überlegenen Eigenschaften führen die
Materialien der Erfindung zu einer Keramik mit guter physikalischer Qualität und mit einer "guten Polarisierbarkeit. Den vor- ■
stehenden Ausführungen ist zu entnehmen, dass das quarternäre .'System Pb(Zn1 /...Nb,, Z7)O7-Pb(Sn1 /-.Nb,. / .)0-.-PbTi0_,-PbZr0_., das
i-iit KnO0 modifiziert ist, zu ausgezeichneten piezoelektrischen
KeranilkLürpern fülirt.
Di ^ jüßiäDG der Erfinuang zu verwendenden Aus gangsmateriaiien
eina nicht auf die in aen obigen .Beispielen verwendeten .Materialien beschränkte üs können solche Oxide anstelle der in den
obigen Beispielen verwendeten .Ausgarigsiuaterialien verwendet
werden, die sich leicht bei erhöhten Temperaturen unter Bildung
von Materialien mit den gewünschten Zusammensetzungen zersetzen*
Obwohl zur Zeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden
sindi können im Rahmen der Erfindung verschiedene Änderungen
unu Abwandlungen vorgenommen weruen.
- Patentansprüche -
SAD
Claims (1)
- /]../ Piezoelektrischer- Keraniikrnaterial, dauureh gek.ennzeichnet, dass es im wesentlichen aus einem Material der FormelPb(Zn, , No,,.) .(on, /,Nb.,/ )rTinZrr0 .j-/ 'J) <—/ J> " -L/J^ ^-/^ ■■-> ^ J^ J?besteht, v.crin A, B, C αιΐυ D 0 </l l5 0,50, (^ < i? ^ 0,,.S, 0,c-5 -C^ 0,0^5 Ujlü 0,i--5 -- 1> :- 0,-uci^ entspi'cchcn und A + B + C + D =- 1 sind, soivie ausserdem einen Hangananteii enthält, der 0,05 bis 3 Gew.-;.- Ik-nganüloxiä (KnO,J äquivalent ist.'d.. iJleJ-itroinechariisches V/ancilei-elenent, o.auurcli tjekcnir^eiclmei case es das Kei'arnikmatei'ial nach .".nspx'ucn 1 enthalt.3. Piezoelektrisches Eei'ar.iikmüterial, ua^urch gelrennzeichnet, dass es im wesentlichen aus einem Material der Formelbesteht, sowie ausseruem einen Mangananteil enthält, ü.cv 0,5 Gew.-;i Hariganüioxid (MnO. ) entspricht.4. Jilektroniechanisches l/analerelement, uadurch gekenn^eiclinet, dass es uas picsoelektrisciie I\öi-ar;iil:rnaterial nach nns/rueü: ~j enthält.209850/1038 sad pRlöfNAL- ιγ - μ-j. V'jrx'aiiren zuv ίΐοΐ'ο teilung uoii Kei-ainikiüutox'iais nacn Anspruch 1, ■ ciLK.:al 1OIi g^kenvi.^eiciinetj uaüs iaan FuO, ZnO., ;;nO ,IVu 0-, TiO , Zj.-O. u [id MnO. · inuli-; iiai-jovei'miscixt, tuiio <·. ^ ^ ^LoCii trocknet., cUifi Gunriüoh zu einer vorbei.timhit'en Form i'osGt, o.a^ Gemisch uuiOh Kal^lniercin b^-i etvia C1JO'' Ci'üi1 etwa J. stunden eine..:· Vorreaktion untei'wiri't, u.af.; kalrrlnioi'tö G'jmiücii abklüilt, das kalzinierte Material au einer kleineren T^llclientirüGae vei'inahlt, uaa tcileheriforiai^e Gc-r.ilKch i'or'iat und da.s geiOi'mtu Gemisch bei uinor von ILOO bis IjJlO0 C }Vj Minuten lang brennt.2 0 9 8 5 0/1038
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2586571A JPS517318B1 (de) | 1971-04-20 | 1971-04-20 | |
JP2586571 | 1971-04-20 | ||
US24225072A | 1972-04-07 | 1972-04-07 | |
US394465A US3890241A (en) | 1971-04-20 | 1973-09-05 | Piezoelectric ceramic compositions |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2219558A1 true DE2219558A1 (de) | 1972-12-07 |
DE2219558B2 DE2219558B2 (de) | 1976-05-06 |
DE2219558C3 DE2219558C3 (de) | 1976-12-16 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3890241A (en) | 1975-06-17 |
CA981010A (en) | 1976-01-06 |
NL170617C (nl) | 1982-12-01 |
NL170617B (nl) | 1982-07-01 |
FR2133860B1 (de) | 1978-08-04 |
DE2219558B2 (de) | 1976-05-06 |
GB1354657A (en) | 1974-06-05 |
FR2133860A1 (de) | 1972-12-01 |
NL7205366A (de) | 1972-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2456050A1 (de) | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramiken | |
DE1646698B1 (de) | Piezoelektrische keramik | |
DE1940974C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE1796233C2 (de) | Piezoelektrische Keramiken | |
DE2741890C2 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE2048320A1 (de) | Elektromechanischer Resonator | |
DE19922955A1 (de) | Piezoelektrische Keramikzusammensetzung | |
DE2200787C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE2219558A1 (de) | Piezoelektrische Keramikmateriahen | |
DE1950317C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE2507395A1 (de) | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramikmaterialien | |
DE1796244A1 (de) | Piezoelektrische Keramikmassen | |
DE1922265C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE1771697C2 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE2219558C3 (de) | Piezoelektrische Keramikmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE2206045C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE1802234C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE1805575A1 (de) | Piezoelektrische Keramikmassen | |
DE1928595B2 (de) | Polarisierbare ferroelektrische keramik mit gesteigerten elektromechanischen kopplungskoeffizienten und erhoehten dielektrizitaetskonstanten | |
DE1908226A1 (de) | Piezoelektrische keramische Massen | |
DE1671039C (de) | Elektromechanischer Wandler, der aus einer Keramikmasse vom Typ Pb (Zr, Ti) O tief 3 besteht und Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers | |
AT218761B (de) | Piezoelektrisches Umformungselement | |
DE2116614C3 (de) | Piezoelektrisches Oxidmaterial | |
DE2151689A1 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
DE2423970A1 (de) | Piezoelektrische keramikmassen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |