JP3406611B2 - 低い焼結温度で銀とともに焼成し得る低損失ｐｚｔセラミック組成物およびそれを製造するための方法 - Google Patents
低い焼結温度で銀とともに焼成し得る低損失ｐｚｔセラミック組成物およびそれを製造するための方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、PTZセラミック組成物に関し、特に、低い
焼結温度で銀とともに焼成し得る低損失PZTセラミック
組成物およびそれを製造するための方法に関する。
焼結温度で銀とともに焼成し得る低損失PZTセラミック
組成物およびそれを製造するための方法に関する。
発明の背景
鉛系圧電セラミックスの低温焼結は電子材料産業に従
事するものにより広範に研究されてきた。さまざまのフ
リット、ガラス添加剤または軟化剤の添加を通して、ジ
ルコン酸チタン酸鉛（PZT）セラミックスの焼結温度
は、≡1250℃から≡960℃まで減少し得る。一般的に、
焼結温度は、低融点酸化物を圧電組成物にドープするこ
とにより減少する。
事するものにより広範に研究されてきた。さまざまのフ
リット、ガラス添加剤または軟化剤の添加を通して、ジ
ルコン酸チタン酸鉛（PZT）セラミックスの焼結温度
は、≡1250℃から≡960℃まで減少し得る。一般的に、
焼結温度は、低融点酸化物を圧電組成物にドープするこ
とにより減少する。
中国、北京のツィンヒュア（Tsinghua）大学の化学工
学部のギ・ジルン（Gui.Zhilun）らによる「鉛系圧電セ
ラミックスの低温焼結（Low−Temperature Sinturing
of Lead−Based Piezoelectric Ceramics）」と言
う表題の記事（J.Am.Ceram.Soc.,72［３］486−91（198
9））に参照がなされる。この記事は、いかにして所望
の電気特性を維持しながら少量の低融点フリットB2O3・
Bi2O3・CdOの添加によりPZT組成物の焼結温度を減少さ
せるかを検討する。この記事は硬質（低損失）PZTセラ
ミック材料を検討するけれども、その焼結温度は、純粋
銀電極材料とともに加熱可能なPZTセラミックスの大規
模製造のためにはいまだあまり高すぎる。それ自体とし
て、この組成物は、大規模製造環境においては限定され
た用途のものであるかもしれない。
学部のギ・ジルン（Gui.Zhilun）らによる「鉛系圧電セ
ラミックスの低温焼結（Low−Temperature Sinturing
of Lead−Based Piezoelectric Ceramics）」と言
う表題の記事（J.Am.Ceram.Soc.,72［３］486−91（198
9））に参照がなされる。この記事は、いかにして所望
の電気特性を維持しながら少量の低融点フリットB2O3・
Bi2O3・CdOの添加によりPZT組成物の焼結温度を減少さ
せるかを検討する。この記事は硬質（低損失）PZTセラ
ミック材料を検討するけれども、その焼結温度は、純粋
銀電極材料とともに加熱可能なPZTセラミックスの大規
模製造のためにはいまだあまり高すぎる。それ自体とし
て、この組成物は、大規模製造環境においては限定され
た用途のものであるかもしれない。
シュリバスターバ（Srivastava）らに1995年７月18日
に発行された米国特許第5,433,917号は、低い焼結温度
を有するモルホトロピック（morphotropic）PZTセラミ
ック組成物の製造およびそれを製造するための方法を教
示する。この特許において、PZTは、約1000℃にPZT組成
物の焼結温度を減少させるために酸化銅（CuO）および
アルカリ土類金属の酸化物、好ましくは酸化バリウムお
よび／または酸化ストロンチウムの有効量の共有混合物
とともに焼結される。
に発行された米国特許第5,433,917号は、低い焼結温度
を有するモルホトロピック（morphotropic）PZTセラミ
ック組成物の製造およびそれを製造するための方法を教
示する。この特許において、PZTは、約1000℃にPZT組成
物の焼結温度を減少させるために酸化銅（CuO）および
アルカリ土類金属の酸化物、好ましくは酸化バリウムお
よび／または酸化ストロンチウムの有効量の共有混合物
とともに焼結される。
この特許はフリットの一部としてCuOの添加を検討す
るけれども、それは、典型的に高損失特性を有し、典型
的に高電力用途における使用を意図しない軟質PZT材料
を主に取り扱う。この特許はまた組成物の極めて狭い分
野のみ、すなわち、約52％ジルコン酸鉛および48％チタ
ン酸鉛を含むモルホトロピックチタン酸鉛ジルコニウム
（PZT）圧電セラミック組成物を検討する。
るけれども、それは、典型的に高損失特性を有し、典型
的に高電力用途における使用を意図しない軟質PZT材料
を主に取り扱う。この特許はまた組成物の極めて狭い分
野のみ、すなわち、約52％ジルコン酸鉛および48％チタ
ン酸鉛を含むモルホトロピックチタン酸鉛ジルコニウム
（PZT）圧電セラミック組成物を検討する。
不運にも、それらの組成物は、穏やかなカップリング
能力を伴う低損失特性が望ましい圧電多層変圧器のよう
な圧電セラミック製品の大規模製造に置ける限定された
使用に関する。何よりもまず、約950℃の範囲における
焼結温度は、典型的に約962℃の溶融温度を有し、標準
多層パッケージにおいて電極パターンを形成するために
用いられる通常の銀（Ag）組成物についての大きな共加
熱問題をいまだ提起する。
能力を伴う低損失特性が望ましい圧電多層変圧器のよう
な圧電セラミック製品の大規模製造に置ける限定された
使用に関する。何よりもまず、約950℃の範囲における
焼結温度は、典型的に約962℃の溶融温度を有し、標準
多層パッケージにおいて電極パターンを形成するために
用いられる通常の銀（Ag）組成物についての大きな共加
熱問題をいまだ提起する。
焼結プロセスのあいだの潜在的な問題は、限定はされ
ないが、境界層における銀とセラミックとの反応、揮発
した銀蒸気が泡またはトラップされた気体となること、
不均一または不完全な収縮または高密度化、電気的特性
の低下、または剥離を含み得るものであり、すべては可
能な製品の欠陥に導く。
ないが、境界層における銀とセラミックとの反応、揮発
した銀蒸気が泡またはトラップされた気体となること、
不均一または不完全な収縮または高密度化、電気的特性
の低下、または剥離を含み得るものであり、すべては可
能な製品の欠陥に導く。
Agの融点にきわめて近接した焼結のそれらの悪影響に
対抗するために、多くの製造者は銀−パラジウム（Ag−
Pd）電極組成物を用いることを選択した。Ag−Pd組成物
は組成物におけるPd含有量に依存する融点を有する。例
えば、90％Ag−10％Pd組成物は、約1020℃の溶融温度を
有する。不運にも、この高温加工処理は、純粋なAg電極
組成物に関連する加工処理コストに比較してきわめて高
価となり得る。より高い焼結温度により、内部電極材料
としての（高融点を有する）Pt、Pd、Au、またはその合
金のようなより高価な貴金属の使用が必要となる。従っ
て、低焼結温度PZT材料は、電極材料のコストにおける
実質的な節約並びに高温加熱において用いられるエネル
ギーにおける実質的な節約となり得る。
対抗するために、多くの製造者は銀−パラジウム（Ag−
Pd）電極組成物を用いることを選択した。Ag−Pd組成物
は組成物におけるPd含有量に依存する融点を有する。例
えば、90％Ag−10％Pd組成物は、約1020℃の溶融温度を
有する。不運にも、この高温加工処理は、純粋なAg電極
組成物に関連する加工処理コストに比較してきわめて高
価となり得る。より高い焼結温度により、内部電極材料
としての（高融点を有する）Pt、Pd、Au、またはその合
金のようなより高価な貴金属の使用が必要となる。従っ
て、低焼結温度PZT材料は、電極材料のコストにおける
実質的な節約並びに高温加熱において用いられるエネル
ギーにおける実質的な節約となり得る。
製造の全体像から顕著となる先行技術の組成物につい
てのもう１つの問題は、添加剤またはドーパントとして
用いられる材料の選択である。例えば、酸化カドミウム
はその危険な性質により特別の取り扱いおよび加工処理
の要求を必要とする。先行技術の特許により示唆される
他の同様の材料とともにこの材料は、最新式の製造ライ
ン、操作および設備に容易に組み込まれ得ない。加え
て、ヨーロッパで売られる製品は、ISO14000のようなあ
る種の規制ガイドラインによりカドミウム成分の使用に
対するある種の拘束に直面し得る。
てのもう１つの問題は、添加剤またはドーパントとして
用いられる材料の選択である。例えば、酸化カドミウム
はその危険な性質により特別の取り扱いおよび加工処理
の要求を必要とする。先行技術の特許により示唆される
他の同様の材料とともにこの材料は、最新式の製造ライ
ン、操作および設備に容易に組み込まれ得ない。加え
て、ヨーロッパで売られる製品は、ISO14000のようなあ
る種の規制ガイドラインによりカドミウム成分の使用に
対するある種の拘束に直面し得る。
専攻技術の組成物についてのさらにもう１つの問題
は、焼結温度を明白に減少させる低融点添加物またはセ
ラミックスの特性も変化させ得ることであり、それらの
組成物を低損失デバイスとしてその意図された目的につ
いて実用不能にする組成物の電気的特性の低下を引き起
こす。
は、焼結温度を明白に減少させる低融点添加物またはセ
ラミックスの特性も変化させ得ることであり、それらの
組成物を低損失デバイスとしてその意図された目的につ
いて実用不能にする組成物の電気的特性の低下を引き起
こす。
900℃以下の低い焼結温度で銀とともに焼成可能であ
り、銀電極層とともに加熱されたとき銀電極層と反応せ
ず、低温で完全に高密度化され得、大規模製造プロセス
に適用可能でもある一方低損失PZTの所望の電気的特性
を維持し得るPZTセラミック組成物は、当該技術におけ
る改善と考えられるであろう。
り、銀電極層とともに加熱されたとき銀電極層と反応せ
ず、低温で完全に高密度化され得、大規模製造プロセス
に適用可能でもある一方低損失PZTの所望の電気的特性
を維持し得るPZTセラミック組成物は、当該技術におけ
る改善と考えられるであろう。
好ましい態様の詳細な説明
主要組成物
主要組成物は以下の式、すなわち、
Pb（ZrjTi1-j）O3＋kMnO2
（式中、０≦ｊ≦1.0および0.1≦ｋ≦1.0重量％であ
り、好ましい態様は、ほぼｙ＝0.3を有する）により表
される。
り、好ましい態様は、ほぼｙ＝0.3を有する）により表
される。
二酸化マンガン（MnO2）は、PZTセラミック組成物に
おける誘電損失を減少させるために用いられる公知の金
属酸化物ドーパントである。主要組成物に対する約0.1
から1.0重量パーセントのMnO2の添加は高密度化ならび
に機械的性質係数（mechanical quality factor）（Q
m）を高めることを助けることもまた公知である。少量
のMnO2の添加はQmを増加させるであろう。しかしなが
ら、あまりに多くのMnO2が主要組成物に加えられるなら
ば、そのときは、誘電率（kl）または結合係数（coupli
ng coefficient）（Kt＆Kp）のような他の電気的特性
は、許容不可能なレベルまで減少し得る。また、MnO2の
量は0.1未満であるべきではなく、またはQmは十分に増
加しないであろう。逆に、MnO2の量は1.0重量パーセン
トを超えるべきではなく、または、kl、Kt、Kpは受容不
可能なレベルに減少し得る。
おける誘電損失を減少させるために用いられる公知の金
属酸化物ドーパントである。主要組成物に対する約0.1
から1.0重量パーセントのMnO2の添加は高密度化ならび
に機械的性質係数（mechanical quality factor）（Q
m）を高めることを助けることもまた公知である。少量
のMnO2の添加はQmを増加させるであろう。しかしなが
ら、あまりに多くのMnO2が主要組成物に加えられるなら
ば、そのときは、誘電率（kl）または結合係数（coupli
ng coefficient）（Kt＆Kp）のような他の電気的特性
は、許容不可能なレベルまで減少し得る。また、MnO2の
量は0.1未満であるべきではなく、またはQmは十分に増
加しないであろう。逆に、MnO2の量は1.0重量パーセン
トを超えるべきではなく、または、kl、Kt、Kpは受容不
可能なレベルに減少し得る。
本発明の重要な特徴は、あらかじめ決定され、特別な
組成を有する添加剤により達成され、PZTダイヤグラム
全体にわたって適用され得る組成物の低温焼結性であ
る。別の言い方をすれば、焼結添加剤は、100％ジルコ
ニウム/0％チタンから０％ジルコニウム/100％チタンの
モル比を有するジルコニウム／チタン（Zr/Ti）組成物
に適用され得る（表1G参照）。
組成を有する添加剤により達成され、PZTダイヤグラム
全体にわたって適用され得る組成物の低温焼結性であ
る。別の言い方をすれば、焼結添加剤は、100％ジルコ
ニウム/0％チタンから０％ジルコニウム/100％チタンの
モル比を有するジルコニウム／チタン（Zr/Ti）組成物
に適用され得る（表1G参照）。
上述の、組成についての柔軟性は有意である。と言う
のは、異なる圧電組成物が異なる用途についてしばしば
必要とされるからである。例えば、ローゼン（Rosen）
型の圧電変圧器用途は、モルホトロピック相境界に近い
Zr/Ti比を有する組成物を必要とするかもしれない。他
方、多層積層圧電変圧器のような高電力／低回転比用途
については、PbZrO3と比較してPbTiO3のより高い相対パ
ーセンテージが利用され得るであろう。この組成物にお
いては、Zrよりも有意により多くのTiが存在するであろ
う。それにもかかわらず、組成物にあらかじめ決定され
た量の添加剤を含ませることにより、約900℃で純粋なA
gとともに加熱し得る低焼結温度組成物が提供され得
る。
のは、異なる圧電組成物が異なる用途についてしばしば
必要とされるからである。例えば、ローゼン（Rosen）
型の圧電変圧器用途は、モルホトロピック相境界に近い
Zr/Ti比を有する組成物を必要とするかもしれない。他
方、多層積層圧電変圧器のような高電力／低回転比用途
については、PbZrO3と比較してPbTiO3のより高い相対パ
ーセンテージが利用され得るであろう。この組成物にお
いては、Zrよりも有意により多くのTiが存在するであろ
う。それにもかかわらず、組成物にあらかじめ決定され
た量の添加剤を含ませることにより、約900℃で純粋なA
gとともに加熱し得る低焼結温度組成物が提供され得
る。
添加剤
主要組成物の0.5から5.0重量パーセントを有するガラ
ス添加剤が、得られる組成物の焼結温度を低くするため
に主要組成物に加えられる。添加剤は、一般式、 wB2O3・xBi2O3・yMeO・zCuO （式中、ｗ、ｘ、ｙおよびｚは当該添加剤におけるそれ
ぞれの成分の重量分率であり、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であ
り、ｗはゼロでなく、ｘ、ｙ、およびｚのうち２つはゼ
ロでなく、MeはCa、Sr、Ba、Znからなる群より選択され
る金属の１つであり、0.01≦ｗ≦0.15、０≦ｘ≦0.80、
０≦ｙ≦0.60および０≦ｚ≦0.55である）により表され
る。添加剤は、振動混合およびボールミルのような通常
の混合技術を用いて主要組成物と混合される。
ス添加剤が、得られる組成物の焼結温度を低くするため
に主要組成物に加えられる。添加剤は、一般式、 wB2O3・xBi2O3・yMeO・zCuO （式中、ｗ、ｘ、ｙおよびｚは当該添加剤におけるそれ
ぞれの成分の重量分率であり、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であ
り、ｗはゼロでなく、ｘ、ｙ、およびｚのうち２つはゼ
ロでなく、MeはCa、Sr、Ba、Znからなる群より選択され
る金属の１つであり、0.01≦ｗ≦0.15、０≦ｘ≦0.80、
０≦ｙ≦0.60および０≦ｚ≦0.55である）により表され
る。添加剤は、振動混合およびボールミルのような通常
の混合技術を用いて主要組成物と混合される。
主要成分に含まれる添加剤の量は、0.5から5.0重量パ
ーセントの範囲に限定された。もし5.0重量パーセント
より多くが組成物に加えられるならば、そのときは、電
気的特性が低下する。もし0.5重量パーセント未満しか
加えられなければ、900℃で不十分な高密度化が起こる
であろう。
ーセントの範囲に限定された。もし5.0重量パーセント
より多くが組成物に加えられるならば、そのときは、電
気的特性が低下する。もし0.5重量パーセント未満しか
加えられなければ、900℃で不十分な高密度化が起こる
であろう。
添加剤中に存在する第１の関連成分は、酸化ホウ素で
ある。酸化ホウ素（B2O3）は焼結添加物の溶融温度を低
くするのを助け、ガラス形成剤として用いられる。添加
物中のB2O3の含有量は、以下の理由のために0.01から0.
15重量％の範囲に限定された。もしB2O3の含有量が0.01
未満であるならば、添加物の融点は、900℃でのPZTの完
全な高密度化のためにはあまりに高すぎるかもしれな
い。逆に、もしB2O3の含有量が0.15を超えるならば、そ
のときは、誘電損失、誘電率（kl）、および結合係数Kt
およびKpのような組成物の電気的特性の低下が起こり得
る。B2O3は、３つの他のそれぞれの成分の少なくとも２
つとともに、本発明の組成物の添加剤成分として常に存
在するであろう。
ある。酸化ホウ素（B2O3）は焼結添加物の溶融温度を低
くするのを助け、ガラス形成剤として用いられる。添加
物中のB2O3の含有量は、以下の理由のために0.01から0.
15重量％の範囲に限定された。もしB2O3の含有量が0.01
未満であるならば、添加物の融点は、900℃でのPZTの完
全な高密度化のためにはあまりに高すぎるかもしれな
い。逆に、もしB2O3の含有量が0.15を超えるならば、そ
のときは、誘電損失、誘電率（kl）、および結合係数Kt
およびKpのような組成物の電気的特性の低下が起こり得
る。B2O3は、３つの他のそれぞれの成分の少なくとも２
つとともに、本発明の組成物の添加剤成分として常に存
在するであろう。
添加剤におけるもう１つの成分は酸化ビスマスであ
る。酸ビスマス（Bi2O3）は825℃の溶融温度を有する。
この成分の意味は原子レベルで理解される。Bi3+および
Bi5+のイオン半径は、Ti4+（0.68Å）およびZr4+（0.79
Å）のそれと比較して、それぞれ、0.96Åおよび0.74Å
である。Bi3+およびBi5+イオンによるTi4+および／また
はZr4+の置換は、置換イオンのより大きいイオン半径に
よりPZT粒における磁壁の拘束となると思われる。この
ことは、誘電および機械的損失の両方を減少させる効果
を有すると思われる。
る。酸ビスマス（Bi2O3）は825℃の溶融温度を有する。
この成分の意味は原子レベルで理解される。Bi3+および
Bi5+のイオン半径は、Ti4+（0.68Å）およびZr4+（0.79
Å）のそれと比較して、それぞれ、0.96Åおよび0.74Å
である。Bi3+およびBi5+イオンによるTi4+および／また
はZr4+の置換は、置換イオンのより大きいイオン半径に
よりPZT粒における磁壁の拘束となると思われる。この
ことは、誘電および機械的損失の両方を減少させる効果
を有すると思われる。
添加剤におけるBi2O3の含有量は、以下の理由のため
に０から0.80の範囲に限定された。もしBi2O3の含有量
が0.80を超えるならば、そのときは、PZTは完全に高密
度化することが困難である。と言うのは、過剰のBi2O3
は、関心の対象の所定倍数のドメイン（given time d
omain）中のPZT格子構造へのBiの可溶性限界を超えると
みなされるからである。もちろん、もしBi2O3がPZT構造
に拡散しないならば、磁壁の安定化は、焼結添加剤への
他の金属酸化物材料（MeO、式中Me＝Ca、Sr、BaおよびZ
n）の導入を通して補助され得るであろう。
に０から0.80の範囲に限定された。もしBi2O3の含有量
が0.80を超えるならば、そのときは、PZTは完全に高密
度化することが困難である。と言うのは、過剰のBi2O3
は、関心の対象の所定倍数のドメイン（given time d
omain）中のPZT格子構造へのBiの可溶性限界を超えると
みなされるからである。もちろん、もしBi2O3がPZT構造
に拡散しないならば、磁壁の安定化は、焼結添加剤への
他の金属酸化物材料（MeO、式中Me＝Ca、Sr、BaおよびZ
n）の導入を通して補助され得るであろう。
金属酸化物材料はまた、添加剤に、少量、方針として
加えられ得る。添加剤におけるMeO（式中Me＝Ca、Sr、B
aおよびZn）酸化物が、Bi2O3と同じ様式で結晶構造に、
より大きなイオン半径元素を導入することによりPZT組
成物における磁壁を安定化させるためにPZT構造におけ
るPbOの一部を置換することを意図する。例えば、B2+の
イオン半径はPb2+（1.20Å）のそれより大きい1.34Åで
ある。添加剤におけるMeOの含有量は、以下の理由のた
めに０から0.60の範囲に限定された。もしMeOの含有量
が0.60を超えるならば、そのときは、添加剤の溶融温度
はあまりに高くなり、このことにより900℃でのPZTセラ
ミックスの貧弱な高密度化に至る。加えて、PZT粒界に
おけるMeOの分離は、圧電組成物の誘電率（kl）および
結合係数（KtおよびKp）を低下させ得るであろう。もし
MeOが混合物中に加えられないならば、そのときは、圧
電特性の調節は、添加剤における他の酸化物の量の調節
を通して達成されるであろう。
加えられ得る。添加剤におけるMeO（式中Me＝Ca、Sr、B
aおよびZn）酸化物が、Bi2O3と同じ様式で結晶構造に、
より大きなイオン半径元素を導入することによりPZT組
成物における磁壁を安定化させるためにPZT構造におけ
るPbOの一部を置換することを意図する。例えば、B2+の
イオン半径はPb2+（1.20Å）のそれより大きい1.34Åで
ある。添加剤におけるMeOの含有量は、以下の理由のた
めに０から0.60の範囲に限定された。もしMeOの含有量
が0.60を超えるならば、そのときは、添加剤の溶融温度
はあまりに高くなり、このことにより900℃でのPZTセラ
ミックスの貧弱な高密度化に至る。加えて、PZT粒界に
おけるMeOの分離は、圧電組成物の誘電率（kl）および
結合係数（KtおよびKp）を低下させ得るであろう。もし
MeOが混合物中に加えられないならば、そのときは、圧
電特性の調節は、添加剤における他の酸化物の量の調節
を通して達成されるであろう。
CuOは、PZTの高密度化を高め得る添加剤における湿潤
剤（wetting agent）として公知である。少量のCuOをP
ZT組成物に加えることにより、比較的高い誘電率（kl）
および結合係数を維持しながら、機械的性質係数（Qm）
が高められることが知られている。添加剤中のCuOの含
有量は、以下の理由のために０から0.55の範囲に限定さ
れた。もしCuOの含有量が0.55を超えるならば、そのと
きは高い電気的損失が発生しうるであろう。もしそれが
混合物中に加えられないならば、PZT組成物の高密度化
は、900℃でより困難なプロセスとなる。
剤（wetting agent）として公知である。少量のCuOをP
ZT組成物に加えることにより、比較的高い誘電率（kl）
および結合係数を維持しながら、機械的性質係数（Qm）
が高められることが知られている。添加剤中のCuOの含
有量は、以下の理由のために０から0.55の範囲に限定さ
れた。もしCuOの含有量が0.55を超えるならば、そのと
きは高い電気的損失が発生しうるであろう。もしそれが
混合物中に加えられないならば、PZT組成物の高密度化
は、900℃でより困難なプロセスとなる。
本発明による圧電セラミック組成物の微細粉末を調製
するためのプロセスは、まず独立に主要組成物および添
加剤を調製する工程を含む。
するためのプロセスは、まず独立に主要組成物および添
加剤を調製する工程を含む。
主要組成物の調製
主要組成物は、原材料としてPbO、ZrO2、TiO2およびM
nO2を用いる通常の混合酸化物法により調製された。適
切な量のそれぞれの成分を有する混合物は、ボールミル
で12時間湿潤製粉され、ついでオーブン中で乾燥された
（表1A〜1G参照）。ついで、乾燥された粉末は40メッシ
ュふるいによりスクリーニングされ、アルミナルツボ中
に入れられた。次いで、粉末は、850〜900℃で２〜４時
間焼成され、ついで粒子が100メッシュふるいを通過し
得るであろうような粒子サイズを有する焼成粉末を調製
するために砕かれ、粉砕された。
nO2を用いる通常の混合酸化物法により調製された。適
切な量のそれぞれの成分を有する混合物は、ボールミル
で12時間湿潤製粉され、ついでオーブン中で乾燥された
（表1A〜1G参照）。ついで、乾燥された粉末は40メッシ
ュふるいによりスクリーニングされ、アルミナルツボ中
に入れられた。次いで、粉末は、850〜900℃で２〜４時
間焼成され、ついで粒子が100メッシュふるいを通過し
得るであろうような粒子サイズを有する焼成粉末を調製
するために砕かれ、粉砕された。
添加剤の調製
添加剤は以下のように調製された。H3BO3、Bi2O3、Ba
CO3、CaCO3、SrCO3、ZnOおよびCuOは焼結添加剤の調製
のための原材料として用いられた。約100〜400グラムの
バッチサイズを作るのに十分な適切な量のそれぞれの成
分の混合物が12時間乾燥混合された。次いで混合物は白
金るつぼに入れられ、1000〜1100℃で１〜２時間溶融す
るように加熱された。そのガラスはガラスフリットを形
成するように水中で急冷された。そのフリットはまず、
モルタル粉砕機（グレンミル（Glen Mill）RM−０）を
用いて粉砕され、次いで、１〜４μｍの粒子サイズが得
られるまで36〜48時間手段としてのZrO2ボールを用いて
振動ミル（スウェコ（Sweco））により製粉された。好
ましい態様は、組成物において約1.5〜2.0μｍの粒子サ
イズを有するべきである。
CO3、CaCO3、SrCO3、ZnOおよびCuOは焼結添加剤の調製
のための原材料として用いられた。約100〜400グラムの
バッチサイズを作るのに十分な適切な量のそれぞれの成
分の混合物が12時間乾燥混合された。次いで混合物は白
金るつぼに入れられ、1000〜1100℃で１〜２時間溶融す
るように加熱された。そのガラスはガラスフリットを形
成するように水中で急冷された。そのフリットはまず、
モルタル粉砕機（グレンミル（Glen Mill）RM−０）を
用いて粉砕され、次いで、１〜４μｍの粒子サイズが得
られるまで36〜48時間手段としてのZrO2ボールを用いて
振動ミル（スウェコ（Sweco））により製粉された。好
ましい態様は、組成物において約1.5〜2.0μｍの粒子サ
イズを有するべきである。
電気的試験測定のためのPZTペレットの調製
適切な量の主要組成物および添加剤（表1A〜1Gによ
る）が振動ミルで12〜16時間湿潤粉砕され、次いで、オ
ーブン中で乾燥された。乾燥された粉末は１〜３重量％
のポリビニルアルコール（PVA）および0.5〜1.5重量％
のポリエチレングリコール（PEG）と混合された。PZTペ
レットが略10000PSIで１軸乾燥プレスを用いて組成物か
ら形成された。グリーン（焼成されていない）ペレット
が900℃で３〜６時間焼結された。
る）が振動ミルで12〜16時間湿潤粉砕され、次いで、オ
ーブン中で乾燥された。乾燥された粉末は１〜３重量％
のポリビニルアルコール（PVA）および0.5〜1.5重量％
のポリエチレングリコール（PEG）と混合された。PZTペ
レットが略10000PSIで１軸乾燥プレスを用いて組成物か
ら形成された。グリーン（焼成されていない）ペレット
が900℃で３〜６時間焼結された。
焼結されたペレットの密度がアルキメデス法により定
量された。焼成されたペレットは厚さ略0.4mmにスライ
スされ、その上に電極を形成するように金でスパッタリ
ングされた（エドワーズ（Edwards）S150B）。電極を付
されたディスクは次いで、120℃で電界25〜40kV/cmにお
いて５〜10分間極形成された（poled）。試料が適切に
極形成されたことを保証するためにベルリンクール（Be
rlincourt）メーターを用いて結合係数（d33）が測定さ
れた。
量された。焼成されたペレットは厚さ略0.4mmにスライ
スされ、その上に電極を形成するように金でスパッタリ
ングされた（エドワーズ（Edwards）S150B）。電極を付
されたディスクは次いで、120℃で電界25〜40kV/cmにお
いて５〜10分間極形成された（poled）。試料が適切に
極形成されたことを保証するためにベルリンクール（Be
rlincourt）メーターを用いて結合係数（d33）が測定さ
れた。
測定は、コンピュータで制御されたヒューレット・パ
ッカード4194Aインピーダンス／ゲインフェーズ・アナ
ライザーで実施された。測定されたパラメーターは、誘
電率（kl）、誘電損失係数（tanδ）、機械的性質係数
（Qm）、厚さ結合係数（Kt）、平面結合係数（Kp）、並
びに密度（g/cm3で測定される）であった。これらの実
験結果は以下に示される表1Aから1Gにおいて与えられ
る。
ッカード4194Aインピーダンス／ゲインフェーズ・アナ
ライザーで実施された。測定されたパラメーターは、誘
電率（kl）、誘電損失係数（tanδ）、機械的性質係数
（Qm）、厚さ結合係数（Kt）、平面結合係数（Kp）、並
びに密度（g/cm3で測定される）であった。これらの実
験結果は以下に示される表1Aから1Gにおいて与えられ
る。
製造された93試料組成物から、ある種の組成物は、低
い焼結温度で銀とともに加熱可能である低損失組成物と
して有用であることがわかった。組成物のあるものは、
圧電セラミック電子部材のための潜在的な材料としての
徴候を示した。所望の特性には、低損失、高誘電率
（kl）および高結合係数が含まれる。選択基準としてそ
れらの特性を用いて、圧電設計者のために有用な組成物
が実現する。さまざまな組成物が、以下に示される例
（１）から（７）において分析される。なされた研究
は、（例１から７で検討される）ある種の試料が（依然
検討された）主要組成物および添加剤の組成物としての
要求にもまた合致する一方で、上記所望の電気機械的特
性（低損失、高kl、高KP、およびKt）を示すことを明ら
かにした。それらの試料は本発明の好ましい態様を表
し、以下のものとして特許請求される。
い焼結温度で銀とともに加熱可能である低損失組成物と
して有用であることがわかった。組成物のあるものは、
圧電セラミック電子部材のための潜在的な材料としての
徴候を示した。所望の特性には、低損失、高誘電率
（kl）および高結合係数が含まれる。選択基準としてそ
れらの特性を用いて、圧電設計者のために有用な組成物
が実現する。さまざまな組成物が、以下に示される例
（１）から（７）において分析される。なされた研究
は、（例１から７で検討される）ある種の試料が（依然
検討された）主要組成物および添加剤の組成物としての
要求にもまた合致する一方で、上記所望の電気機械的特
性（低損失、高kl、高KP、およびKt）を示すことを明ら
かにした。それらの試料は本発明の好ましい態様を表
し、以下のものとして特許請求される。
本発明は、上記表1A〜1Gから選択される組成物の幾つ
かを詳細に記載する以下の例（１）から（７）を参照し
てより容易に理解されるであろう。それらの例は、発明
を単に例示することを意図し、発明の範囲を限定すると
解されるべきではない。
かを詳細に記載する以下の例（１）から（７）を参照し
てより容易に理解されるであろう。それらの例は、発明
を単に例示することを意図し、発明の範囲を限定すると
解されるべきではない。
例１
wB2O3・xBi2O3・zCuO添加剤を有するPZT52/48
例１は表1Aを分析した。一般的に、高焼結密度が比較
的少量のwB2O3・xBi2O3・zCuO添加剤を用いて達成され
得る。添加剤BBiCu5については、0.5重量％でさえPZTを
＞7.8g/cm3に高密度化し得る（試料18）。BBiCu1からBB
iCu5までのB2O3の含有量を試験することにより、誘電率
（kl）における減少は、この添加剤系における他の特性
に有意に影響を与えることなく誘電損失を減少させるこ
とが分かる。CuO含有量の変化は、誘電特性および電気
機械的特性を実質的に変化させず、しかしながら、添加
剤におけるより少ないCuOは、試料２において見られる
焼結された密度を減少させない。このことはまた、PZT
組成物の高密度化のための湿潤剤としてのCuOの重要性
を例証する。
的少量のwB2O3・xBi2O3・zCuO添加剤を用いて達成され
得る。添加剤BBiCu5については、0.5重量％でさえPZTを
＞7.8g/cm3に高密度化し得る（試料18）。BBiCu1からBB
iCu5までのB2O3の含有量を試験することにより、誘電率
（kl）における減少は、この添加剤系における他の特性
に有意に影響を与えることなく誘電損失を減少させるこ
とが分かる。CuO含有量の変化は、誘電特性および電気
機械的特性を実質的に変化させず、しかしながら、添加
剤におけるより少ないCuOは、試料２において見られる
焼結された密度を減少させない。このことはまた、PZT
組成物の高密度化のための湿潤剤としてのCuOの重要性
を例証する。
表1Aにおける幾つかの組成物は、圧電変圧器用途にと
って適切である。例えば、試料＃９、＃11、＃21および
＃22の全ては、所望の電気的および機械的特性の組合わ
せを示す。試料＃９は、比較的低い誘電損失係数0.57％
および473のQm値を有する。加えて、結合係数は、圧電
変圧器用途のために十分に高い。試料＃９に比較して、
試料＃11はより低い270のQmを有するが、しかしより高
い結合係数を有する。加えて、試料＃11の誘電率は、試
料＃９のそれよりはるかに高い。試料＃21および＃22
は、試料＃11のそれと同様の電気機械的特性を有する。
試料＃21および＃22は、試料＃11より低い誘電率を有す
るけれども、３つすべての試料は、圧電変圧器用途につ
いて許容可能である値を有する。
って適切である。例えば、試料＃９、＃11、＃21および
＃22の全ては、所望の電気的および機械的特性の組合わ
せを示す。試料＃９は、比較的低い誘電損失係数0.57％
および473のQm値を有する。加えて、結合係数は、圧電
変圧器用途のために十分に高い。試料＃９に比較して、
試料＃11はより低い270のQmを有するが、しかしより高
い結合係数を有する。加えて、試料＃11の誘電率は、試
料＃９のそれよりはるかに高い。試料＃21および＃22
は、試料＃11のそれと同様の電気機械的特性を有する。
試料＃21および＃22は、試料＃11より低い誘電率を有す
るけれども、３つすべての試料は、圧電変圧器用途につ
いて許容可能である値を有する。
例２
wB2O3・yBaO・zCuO添加剤を有するPZT52/48
表1Bを参照すると、wB2O3・yBaO・zCuO添加物形状に
おいて、CuO対Bi2O3の比は極めて重要である。高CuO/Bi
2O3比（BBaCu1）はPZT組成物をよりよく高密度化し、並
びに低誘電損失組成物とし得る。加えて、機械的性質係
数は、CuO/Bi2O3比が増加するときに改善を示す。高い
機械的性質係数（Qm）は、BBaCu1添加剤を有するPZT組
成物で達成される（試料＃24から＃26）。
おいて、CuO対Bi2O3の比は極めて重要である。高CuO/Bi
2O3比（BBaCu1）はPZT組成物をよりよく高密度化し、並
びに低誘電損失組成物とし得る。加えて、機械的性質係
数は、CuO/Bi2O3比が増加するときに改善を示す。高い
機械的性質係数（Qm）は、BBaCu1添加剤を有するPZT組
成物で達成される（試料＃24から＃26）。
すべての電気的および電気機械的特性を考慮すると、
試料＃25の組成物は圧電変圧器用途のための良好な候補
である。
試料＃25の組成物は圧電変圧器用途のための良好な候補
である。
例３
wB2O3・xBi2O3・yBaO・zCuO添加剤を有するPZT52/48
例３は表1Cに関する。wB2O3・xBi2O3・yBaO・zCuO焼
結添加剤を有するPZT組成物の密度は、一般的に低い。
試料＃31は、0.31％の低い誘電損失係数、400のQmおよ
び相対的に高い結合係数（Kp）を示す。しかしながら、
試料＃31の密度は、たった7.30g/cm3である。従って、
圧電変圧器用途にとって適切な高い密度と低い損失を組
み合わせた試料は、この組成物のシリーズにおいては認
定されなかった（表1C）。
結添加剤を有するPZT組成物の密度は、一般的に低い。
試料＃31は、0.31％の低い誘電損失係数、400のQmおよ
び相対的に高い結合係数（Kp）を示す。しかしながら、
試料＃31の密度は、たった7.30g/cm3である。従って、
圧電変圧器用途にとって適切な高い密度と低い損失を組
み合わせた試料は、この組成物のシリーズにおいては認
定されなかった（表1C）。
例４
11wt％B2O3・69wt％Bi2O3・8wt％CaO・12wt％CuO添加剤
を有するPZT52/48 例４は、表1Dに関する。相対的に低い焼結密度がこの
組成物のシリーズにおいて得られた。しかしながら、試
料＃51は高い結合、穏やかなQmおよび低い誘電損失のよ
うな徴候特性をいまだ示す。もし密度が、例えば、出発
粉末の粒子サイズを小さくすることにより特性を低下さ
せることなく増加し得るならば、試料＃51のこの組成物
は、ある種の圧電変圧器用途について適切であり得る。
を有するPZT52/48 例４は、表1Dに関する。相対的に低い焼結密度がこの
組成物のシリーズにおいて得られた。しかしながら、試
料＃51は高い結合、穏やかなQmおよび低い誘電損失のよ
うな徴候特性をいまだ示す。もし密度が、例えば、出発
粉末の粒子サイズを小さくすることにより特性を低下さ
せることなく増加し得るならば、試料＃51のこの組成物
は、ある種の圧電変圧器用途について適切であり得る。
例５
10wt％B2O3・65wt％Bi2O3・14wt％SrO・11wt％CuO添加
剤を有するPZT52/48 例５は表1Eに関する。一般的に、この組成のシリーズ
の特性は、11wt％B2O3・69wt％Bi2O3・8wt％CaO・12wt
％CuO添加剤を有するPZT組成物と同様である（上記例４
を参照されたい）。もしより高い焼結密度が達成され得
るならば、試料55＃は、圧電変圧器用途にとって適切で
あり得る。
剤を有するPZT52/48 例５は表1Eに関する。一般的に、この組成のシリーズ
の特性は、11wt％B2O3・69wt％Bi2O3・8wt％CaO・12wt
％CuO添加剤を有するPZT組成物と同様である（上記例４
を参照されたい）。もしより高い焼結密度が達成され得
るならば、試料55＃は、圧電変圧器用途にとって適切で
あり得る。
例６
wB2O3・xBi2O3・yZnO・zCuO添加剤を有するPZT52/48
例６は表1Fに関する。より高い機械的性質係数Qmは、
例えばBBiZnCu1およびBBiZnCu3のような幾つかのwB2O3
・xBi2O3・yZnO・zCuO添加剤を有する組成物において達
成される。しかしながら、対応する誘電損失もまた大き
い。このガラスのシリーズにおいては、加熱されたPZT
組成物の誘電損失は、CuO含有量の減少とともに減少す
ることが分かる。誘電損失は、焼結添加剤においてCuO
を有さない試料＃78において0.43％の最小限に達する。
他方、組成物の加熱された密度はCuO含有量の減少とと
もに減少する。
例えばBBiZnCu1およびBBiZnCu3のような幾つかのwB2O3
・xBi2O3・yZnO・zCuO添加剤を有する組成物において達
成される。しかしながら、対応する誘電損失もまた大き
い。このガラスのシリーズにおいては、加熱されたPZT
組成物の誘電損失は、CuO含有量の減少とともに減少す
ることが分かる。誘電損失は、焼結添加剤においてCuO
を有さない試料＃78において0.43％の最小限に達する。
他方、組成物の加熱された密度はCuO含有量の減少とと
もに減少する。
例７
BBiCu3焼結添加剤を有するPb（ZrxTi1-x）O3＋0.3wt％M
nO2 例７は表1Gに関する。この組成物のシリーズは、Zr/T
iの範囲全体にわたる（100/0から0/100のZr/Ti）PZT組
成物が本発明の独特の焼結添加剤を用いて高密度化され
得ることであろうことを例証する。BBiCu3ガラスがこの
組成物のシリーズにおいて用いられる。いずれかのZr/T
i比を有するPZT組成物が、適切な量の添加剤BBiCu1を用
いて7.6g/cm3を超える密度まで高密度化され得る。Zr/T
i範囲全体においてPZT組成物もまた高密度化し得る発明
されたB2O3・Bi2O3・MeO・CuO（Me＝Ba、Sr、CaまたはZ
n）シリーズの範囲内の多くの他の添加剤が存在する。
一般的に、PZT52/48＋0.3wt％MnO2を高密度化する添加
剤は、他のZr/Ti比を含む他のPZT組成物を高密度化する
ためにもまた用いられ得る。
nO2 例７は表1Gに関する。この組成物のシリーズは、Zr/T
iの範囲全体にわたる（100/0から0/100のZr/Ti）PZT組
成物が本発明の独特の焼結添加剤を用いて高密度化され
得ることであろうことを例証する。BBiCu3ガラスがこの
組成物のシリーズにおいて用いられる。いずれかのZr/T
i比を有するPZT組成物が、適切な量の添加剤BBiCu1を用
いて7.6g/cm3を超える密度まで高密度化され得る。Zr/T
i範囲全体においてPZT組成物もまた高密度化し得る発明
されたB2O3・Bi2O3・MeO・CuO（Me＝Ba、Sr、CaまたはZ
n）シリーズの範囲内の多くの他の添加剤が存在する。
一般的に、PZT52/48＋0.3wt％MnO2を高密度化する添加
剤は、他のZr/Ti比を含む他のPZT組成物を高密度化する
ためにもまた用いられ得る。
52/48のZr/Ti比を有するPZTは圧電変圧器用途にとっ
て適切な唯一の組成物ではないことが見出される。モル
ホトロピックな相境界（Zr/Ti＝52/48）に近い他のZr/T
i比もまたある種の圧電用途にとって適切である。例え
ば、Zr/Ti＝55/45である試料＃81およびZr/Ti＝50/50で
ある試料＃84の両方は、相対的に低い誘電損失値、高い
Qmおよび高い結合係数を有する。試料＃81は斜方面体晶
系構造を有することが知られており、従って、容易に分
極する付加的な利点を有する。従って、試料＃81は、圧
電変圧器用途にとって有用であると判明し得る。
て適切な唯一の組成物ではないことが見出される。モル
ホトロピックな相境界（Zr/Ti＝52/48）に近い他のZr/T
i比もまたある種の圧電用途にとって適切である。例え
ば、Zr/Ti＝55/45である試料＃81およびZr/Ti＝50/50で
ある試料＃84の両方は、相対的に低い誘電損失値、高い
Qmおよび高い結合係数を有する。試料＃81は斜方面体晶
系構造を有することが知られており、従って、容易に分
極する付加的な利点を有する。従って、試料＃81は、圧
電変圧器用途にとって有用であると判明し得る。
モルホトロピック相境界（Zr/Ti＝52/48）からはるか
離れたZr/Ti比を有するPZT組成物、例えば、斜方面体晶
系構造の試料＃80および正方晶系構造の試料＃87〜90も
また極めて大きい機械的性質係数Qmを有することが見出
される。加えて、87から90までの番号を打たれた試料に
ついては、厚さ結合係数Ktは平面結合係数Kpよりはるか
に大きい。それ自体として、それらの組成物は、電圧上
昇または電圧降下スタック（Stack）圧電変圧器用途の
ために特に望ましい。と言うのは、高次平面共鳴モード
から基本厚さ共鳴モードへの干渉は劇的に減少し得るか
らである。
離れたZr/Ti比を有するPZT組成物、例えば、斜方面体晶
系構造の試料＃80および正方晶系構造の試料＃87〜90も
また極めて大きい機械的性質係数Qmを有することが見出
される。加えて、87から90までの番号を打たれた試料に
ついては、厚さ結合係数Ktは平面結合係数Kpよりはるか
に大きい。それ自体として、それらの組成物は、電圧上
昇または電圧降下スタック（Stack）圧電変圧器用途の
ために特に望ましい。と言うのは、高次平面共鳴モード
から基本厚さ共鳴モードへの干渉は劇的に減少し得るか
らである。
本発明は、約900℃の温度で焼結され得る圧電材料を
提供するために液相焼結を利用する。液相焼結において
は、固相焼結とは反対に、ガラスの粘度は、完全な高密
度化が低温および短時間で起こることを可能とする。液
相焼結の有意な試み（challenge）は、高密度化が起こ
る温度をいまだ低くする一方で、所望の電気特性を維持
する。このことは、系に低融点酸化物を導入し、ガラス
の形成を最小化しながら主要組成物へのその拡散を最大
化することにより達成される。
提供するために液相焼結を利用する。液相焼結において
は、固相焼結とは反対に、ガラスの粘度は、完全な高密
度化が低温および短時間で起こることを可能とする。液
相焼結の有意な試み（challenge）は、高密度化が起こ
る温度をいまだ低くする一方で、所望の電気特性を維持
する。このことは、系に低融点酸化物を導入し、ガラス
の形成を最小化しながら主要組成物へのその拡散を最大
化することにより達成される。
圧電セラミック材料は、ペロブスカイト結晶格子構造
を有することが知られている。包括的なペロブスカイト
結晶構造は、一般式A2+B4+O3により示される。これらの
組成物の処方におけるある種の材料の選択は、焼結の間
の結晶構造への変化となる。例えば、Biの含有は、ペロ
ブスカイト構造のPZTのＡ部位上のBi3+イオンおよびＢ
部位上のBi3+およびBi5+イオンとなる。このことは、焼
結の間の向上した特性となる。
を有することが知られている。包括的なペロブスカイト
結晶構造は、一般式A2+B4+O3により示される。これらの
組成物の処方におけるある種の材料の選択は、焼結の間
の結晶構造への変化となる。例えば、Biの含有は、ペロ
ブスカイト構造のPZTのＡ部位上のBi3+イオンおよびＢ
部位上のBi3+およびBi5+イオンとなる。このことは、焼
結の間の向上した特性となる。
本発明の組成物のもう１つの重要な特徴は、焼結添加
剤はPZT組成物のある種の電気的および圧電特性を高め
るためにPZT格子に直接組み込まれ得ることである。例
えば、比較的高い誘電率、高い機械的性質係数（Qm）、
比較的高い結合係数および低い誘電損失特性はすべて圧
電変圧器のような用途のために望ましいかもしれない。
剤はPZT組成物のある種の電気的および圧電特性を高め
るためにPZT格子に直接組み込まれ得ることである。例
えば、比較的高い誘電率、高い機械的性質係数（Qm）、
比較的高い結合係数および低い誘電損失特性はすべて圧
電変圧器のような用途のために望ましいかもしれない。
本発明の組成物は、通常の混合酸化物法により達成さ
れ得る。当業者は、このことが、さまざまな酸化物粉末
が混合され、焼成され、所望の特性を有する組成物に達
するまで加熱されることを意味すると理解するであろ
う。
れ得る。当業者は、このことが、さまざまな酸化物粉末
が混合され、焼成され、所望の特性を有する組成物に達
するまで加熱されることを意味すると理解するであろ
う。
典型的な高温加熱多層圧電デバイスの内部電極は、典
型的には銀パラジウム合金を含み、最も好ましくは70％
銀/30％パラジウム合金または90％銀/10％パラジウム合
金を含む。本発明の組成物の重要な特徴は、それが純粋
な銀ペーストとともに用いられ得るように注文に応じて
処方されることである。低温で純粋な銀ペーストととも
にPZT組成物を共加熱する能力は、本発明の重要な側面
である。
型的には銀パラジウム合金を含み、最も好ましくは70％
銀/30％パラジウム合金または90％銀/10％パラジウム合
金を含む。本発明の組成物の重要な特徴は、それが純粋
な銀ペーストとともに用いられ得るように注文に応じて
処方されることである。低温で純粋な銀ペーストととも
にPZT組成物を共加熱する能力は、本発明の重要な側面
である。
要約として、本発明は、900℃以下の低い焼結温度で
銀とともに加熱可能であり、それとともに加熱されると
き銀電極層と反応しないPZTセラミック組成物を提供す
る。本発明は、低温で完全に高密度化し得るものであ
り、大規模製造プロセスに適用可能である一方で低損失
PZTの所望の電気特性を維持し得る。
銀とともに加熱可能であり、それとともに加熱されると
き銀電極層と反応しないPZTセラミック組成物を提供す
る。本発明は、低温で完全に高密度化し得るものであ
り、大規模製造プロセスに適用可能である一方で低損失
PZTの所望の電気特性を維持し得る。
本発明のさまざまな態様が示され記載されてきたけれ
ども、これまでの態様のさまざまの修正および置換並び
に再配置および組み合わせが、本発明の新規の精神およ
び範囲から逸脱すること無く当業者によりなされ得るこ
とが理解されるべきである。
ども、これまでの態様のさまざまの修正および置換並び
に再配置および組み合わせが、本発明の新規の精神およ
び範囲から逸脱すること無く当業者によりなされ得るこ
とが理解されるべきである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−124859（ＪＰ，Ａ)
米国特許5116643（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/42 - 35/50
ＣＡ（ＳＴＮ)
ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (8)
- 【請求項１】一般式 Pb（ZrjTi1-j）O3＋kMnO2 （式中、０≦ｊ≦1.0および0.1≦ｋ≦1.0重量％）によ
り表される系の95.0〜99.5重量パーセントを特徴とする
主要組成物、および 一般式 wB2O3・xBi2O3・yMeO・zCuO （式中、ｗ、ｘ、ｙおよびｚは当該添加剤におけるそれ
ぞれの成分の重量分率であり、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であ
り、ｗはゼロでなく、ｘ、ｙ、およびｚのうち２つはゼ
ロでなく、MeはCa、Sr、Ba、Znからなる群より選択され
る金属の１つであり、0.01≦ｗ≦0.15、０≦ｘ≦0.80、
０≦ｙ≦0.60および０≦ｚ≦0.55である）により表され
る添加剤0.5〜5.0重量パーセントからなる２元圧電セラ
ミック組成物であって、約900℃の焼結温度で銀電極層
とともに焼成されるとき銀電極層と反応しない圧電セラ
ミック組成物。 - 【請求項２】該組成物にはカドミウムが存在しない請求
項１記載の圧電セラミック組成物。 - 【請求項３】ｊ＝0.52である請求項１記載の圧電セラミ
ック組成物。 - 【請求項４】一般式 Pb（ZrjTi1-j）O3＋kMnO2 （式中、０≦ｊ≦1.0および0.1≦ｋ≦1.0重量％）によ
り表される系の95.0〜99.5重量パーセントを特徴とする
主要組成物、および 一般式 wB2O3・xBi2O3・yMeO・zCuO （式中、ｗ、ｘ、ｙおよびｚは当該添加剤におけるそれ
ぞれの成分の重量分率であり、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であ
り、ｗはゼロでなく、ｘ、ｙ、およびｚのうち２つはゼ
ロでなく、MeはCa、Sr、Ba、Znからなる群より選択され
る金属の１つであり、0.01≦ｗ≦0.15、ｐ≦ｘ≦0.80、
０≦ｙ≦0.60および０≦ｚ≦0.55である）により表され
る0.5〜5.0重量パーセントの添加剤からなる圧電セラミ
ック組成物を製造する方法であって、 まず原料酸化物材料を混合し、 12時間ボールミルで湿潤製粉し、 オーブン中で乾燥し、 40メッシュふるいでふるいわけし、 850〜900℃で２〜４時間焼成し、 粉末が100メッシュふるいを通過し得る粒子サイズを有
するように粉末を微粉砕する ことにより主要組成物を調製する工程と、 まず原材料を混合し、 1000〜1100℃に１〜２時間加熱し、 ガラスフリットを形成するように水中で急冷し、 モルタル粉砕機を用いてフリットを粉砕し、 １〜４μｍの粒子サイズが得られるまで、36〜48時間、
手段としてZrO2ボールを有する振動ミルを用いてフリッ
トを製粉する ことにより添加剤を調製する工程と、 12〜16時間湿潤製粉振動ミル中で主要組成物および添加
剤を調合する工程と、 所望の組成物を形成するように製粉された材料を乾燥す
る工程と を具備する方法。 - 【請求項５】系の99重量パーセントが式 Pb（Zr0.52Ti0.48）O3＋0.3重量％MnO2 により表され、系の１重量パーセントが式 0.03B2O3・0.51Bi2O3・0.46CuO により表される添加剤である請求項１記載の圧電セラミ
ック組成物。 - 【請求項６】系の99重量％が式 Pb（Zr0.55Ti0.45）O3＋0.3wt％MnO2 により表され、系の１重量％が式 0.03B2O3・0.51Bi2O3・0.46CuO により表される添加剤である請求項１記載の圧電セラミ
ック組成物。 - 【請求項７】系の98重量パーセントが式 Pb（Zr0.52Ti0.48）O30.3重量％MnO2 により表され、系の２重量パーセントが式 0.15B2O3・0.33BaO・0.52CuO により表される添加剤である請求項１記載の圧電セラミ
ック組成物。 - 【請求項８】系の99重量パーセントが式 Pb（Zr0.9Ti0.1）O3＋0.3wt％MnO2 により表され、系の１重量パーセントが式 0.03B2O3・0.51Bi2O3・0.46CuO により表される添加剤である請求項１記載の圧電セラミ
ック組成物。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/825,074 | 1997-03-27 | ||
| US08/825,074 US5792379A (en) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Low-loss PZT ceramic composition cofirable with silver at a reduced sintering temperature and process for producing same |
| PCT/US1998/002454 WO1998043925A1 (en) | 1997-03-27 | 1998-02-06 | Low-loss pzt ceramic composition cofirable with silver at a reduced sintering temperature and process for producing same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001508753A JP2001508753A (ja) | 2001-07-03 |
| JP3406611B2 true JP3406611B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=25243052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54161498A Expired - Fee Related JP3406611B2 (ja) | 1997-03-27 | 1998-02-06 | 低い焼結温度で銀とともに焼成し得る低損失ｐｚｔセラミック組成物およびそれを製造するための方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5792379A (ja) |
| EP (1) | EP1021386B1 (ja) |
| JP (1) | JP3406611B2 (ja) |
| KR (1) | KR100312270B1 (ja) |
| CN (1) | CN1116247C (ja) |
| AT (1) | ATE243668T1 (ja) |
| DE (1) | DE69815876T2 (ja) |
| WO (1) | WO1998043925A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007238376A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電セラミックス用焼結助剤、ｂｎｔ−ｂｔ系圧電セラミックス、積層型圧電デバイスおよびｂｎｔ−ｂｔ系圧電セラミックスの製造方法 |
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| US6592696B1 (en) | 1998-10-09 | 2003-07-15 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a multilayered structure and the structures formed by the method |
| JP2001002469A (ja) | 1999-04-22 | 2001-01-09 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電体ペーストならびにこれを用いた圧電体膜および圧電体部品 |
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| US6322718B1 (en) | 1999-09-21 | 2001-11-27 | Cts Corporation | Piezoelectric ceramic compositions and methods for production thereof |
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| US6277254B1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-08-21 | Honeywell International Inc. | Ceramic compositions, physical vapor deposition targets and methods of forming ceramic compositions |
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| US6559083B2 (en) | 2001-04-17 | 2003-05-06 | Cts Corporation | Dielectric ceramic composition |
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