JP4247936B2 - 圧電体磁器組成物 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波動デバイス、センサー、アクチュエーター等に用いられる圧電体材料の組成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電セラミックス材料としては、二成分で構成されるＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）系セラミックスや、三成分で構成されるＰＣＭ[ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｇ０．５Ｎｂ０．５）ＴｉＯ３] 系セラミックスが主に用いられてきた。
【０００３】
その理由としては、上記の材料が大きな圧電性を示すこと、更に、それら材料の各成分量の割合を調整することにより、センサー、アクチュエーター、フィルター等、各種用途の要求特性に応えることができるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの材料は、どれも鉛を主成分とするもので、重量比で約２／３が酸化鉛である。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮焼、焼結等の製造時に大気中に洩れることや、産業廃棄物中から溶出することが考えられ、環境を汚染する有害物質として、十分注意する必要がある。また、公害防止設備の設置には、膨大な費用を投じなければならず、経済性の面からも無鉛材料開発の要望は大きい。
【０００５】
また、既存の無鉛圧電材料 組成式（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３では、機械的品質係数Ｑｍの値が低く、高Ｑｍが必要とされるフィルター、振動子等の用途を考慮すると、この材料を適用することは困難である。
【０００６】
即ち、本発明の課題は、酸化鉛を含まず、かつ、フィルター、振動子等の用途に実用可能な、高い機械的品質係数Ｑｍを持つ圧電体磁器組成物を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、組成式（１−Ｘ）（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＸＢｉＦｅＯ3（０.１＜Ｘ≦０.５）であって、鉛を含まず、高い機械的品質係数Ｑｍを有する圧電性磁器組成物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【０００９】
主成分原料として、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を用いた。これらを所定量秤量し、ジルコニアボールを用いたボールミルにより、エタノール中で２０時間混合した。これを８００℃で１時間保持して仮焼し、更に、ボールミルで１０時間粉砕を行った。
【００１０】
バインダーとしてポリビニールアルコールを用い造粒し、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２で、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成形した。成形した試料は、１０５０〜１１５０℃の温度で２時間焼成を行った。
【００１１】
この焼結体の両面に銀電極を設け、１００℃シリコンオイル中で直流電圧４ｋＶ／ｍｍを電極間に加え、厚み方向に分極した。
【００１２】
そして、これらの試料について、圧電的、誘電的性質の測定を行った。圧電測定は、ＬＦインピーダンスアナライザーを用い、共振−***振法により、電気機械結合係数、機械的品質係数を算出した。また、誘電特性は、ＬＣＲメータを用いて、測定周波数１ＭＨｚで測定を行った。
【００１３】
表１に、組成式が（１−Ｘ）（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３−ＸＢｉＦｅＯ３であって、０≦Ｘ≦０.６の範囲の圧電性磁器組成物における、電気機械結合係数ｋ３３，ｋｐ，ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、および比誘電率ε３３ ｔ／ε０を示す。
【００１４】
【表１】
Figure 0004247936
【００１５】
表１より、機械的品質係数Ｑｍは、Ｘ＝０.３で最大値８６１を得ており、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３に対しＱｍの改善が計られている。
【００１６】
しかし、Ｘが０.１未満及び０.５を超える範囲では、Ｑｍが３００以下と非常に小さく実用化は難しい。また、Ｘが０.１〜０.５の範囲では、電気機械結合係数も減少しておらず、実用に適している事が判った。
【００１７】
以上より、組成式（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３にＢｉＦｅＯ３を１０〜５０％固溶させることにより、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３の電気機械結合係数を劣化させることなく、機械的品質係数Ｑｍを向上させることができる。これにより、フィルター、振動子等の用途への適用が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、組成式が（１−Ｘ）（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＸＢｉＦｅＯ3であって、Ｘが０.１＜Ｘ≦０.５の範囲である無鉛の圧電体磁器組成物を提供することで、酸化鉛による大気汚染がない材料によるフィルター、振動子等の用途への適用が期待できる。

Claims (1)

  1. 組成式が（１−Ｘ）（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＸＢｉＦｅＯ3であって、Ｘが０.１＜Ｘ≦０.５の範囲であることを特徴とする圧電性磁器組成物。
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