JPH11171643A

JPH11171643A - Piezoelectric ceramic composition

Info

Publication number: JPH11171643A
Application number: JP9361880A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sasaki; 淳佐々木
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-06-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ceramic composition containing no lead component and having excellent piezoelectric characteristics by specifying the contents of Bi, Na, K, Ti and O. SOLUTION: This composition has a composition ratio represented by the chemical formula; [Bi0.5 (Na1- XKX)0.5 ]TiO3 and the molar ratio (x) is <=1.0 (not including 0). The composition is obtained by blending chemically highly pure bismuth oxide (Bi2 O3 ), sodium carbonate (Na2 CO3 ), titanium oxide (TiO2 ) and potassium carbonate (K2 CO3 ) regulated so as to have a prescribed composition ratio, mixing the blended product in ethanol by a ball mill for 10 hr, sintering the mixed product at 800 deg.C for 1 hr, milling the sintered product for 20 hr, adding a polyvinyl alcohol as a binder to the obtained powder, granulating the obtained product, and pressurizing the obtained granules so as to be compacted, and firing the obtained compact at 1,100 deg.C for 2 hr. The composition is composed of a readily available raw materials without using a lead component, provides no fear of the lead even if the composition is left and is readily handle when being produced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[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に使用
される圧電性磁器組成物の組成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composition of a piezoelectric porcelain composition used for a piezoelectric material used for a wave device, a sensor, an actuator or the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、圧電セラミックス材料としては、
二つの主成分で構成されるＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ₃−Ｐｂ
ＺｒＯ₃）系セラミックスや、三つの主成分で構成され
るＰＣＭ［ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃−Ｐｂ（Ｍｇ_0.5
Ｎｂ_0.5）ＴｉＯ₃］系セラミックスが、主に用いられて
きた。その理由は、上記の材料が大きな圧電性を示すこ
とである。2. Description of the Related Art Conventionally, piezoelectric ceramic materials include:
PZT (PbTiO ₃ -Pb) composed of two main components
ZrO ₃₎ based ceramics and, PCM consists of three principal components _{_{[PbTiO 3 -PbZrO 3 -Pb (Mg}} 0.5
Nb _0.5 ) TiO ₃ ] -based ceramics have been mainly used. The reason is that the above-mentioned materials exhibit large piezoelectric properties.

【０００３】更に、圧電材の用途は、センサー、アクチ
ュエーター、フィルター等、多種あり、各用途に要求さ
れる特性も様々であるが、上記材料では、各成分量の割
合を調整することにより、要求に対応した特性に適宜、
操作できることである。[0003] Further, there are many kinds of uses of piezoelectric materials, such as sensors, actuators, filters, etc., and the characteristics required for each use are also various. As appropriate for the characteristics corresponding to
It can be operated.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの材料
の主成分は、どれも鉛を主成分としている。原料比でい
うと、酸化鉛にして６０ｗｔ％以上も含まれている。酸
化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮焼、焼結等の製造時
に大気中に飛散しやすい。また、これらの材料が使用さ
れた産業廃棄物中から鉛成分が溶出することも考えら
れ、この対策をするにも、設備設置等のため、膨大な費
用が必要と考えられる。環境保護の面からみると、この
鉛の使用を減少させることは重要である。従って、鉛原
料を使用しない圧電性磁器組成物を供することは、産業
上、極めて有用である。However, all of these materials are mainly composed of lead. In terms of the raw material ratio, it contains more than 60 wt% of lead oxide. Lead oxide has high volatility even at a low temperature, and is easily scattered in the air during production such as calcination and sintering. In addition, it is considered that the lead component is eluted from the industrial waste in which these materials are used, and it is considered that enormous costs are required for this measure because of the installation of facilities and the like. From an environmental point of view, it is important to reduce the use of this lead. Therefore, providing a piezoelectric porcelain composition that does not use a lead material is extremely useful industrially.

【０００５】即ち、本発明の課題は、鉛成分を含有しな
い安価な材料で、しかも、優れた圧電特性を有する圧電
性磁器組成物を供することである。That is, an object of the present invention is to provide a piezoelectric porcelain composition which is an inexpensive material containing no lead component and has excellent piezoelectric properties.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、これらを解決
するため、組成比が、化学式［Ｂｉ_0.5（Ｎａ_1-xＫ_x）
_0.5］ＴｉＯ₃で表され、モル比ｘが、１.０以下（０を
含まず）の範囲にある圧電性磁器組成物を提供するもの
である。According to the present invention, in order to solve these problems, a composition ratio is represented by a chemical formula [Bi _0.5 (Na _1-x K _x )].
_The present invention provides a piezoelectric porcelain composition represented by _0.5 ] TiO ₃ and having a molar ratio x of 1.0 or less (not including 0).

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】本発明者は、Ｂｉ−Ｎａ−Ｔｉ系
の材料において、圧電特性に優れた材料を見い出し、更
に、ナトリウム（Ｎａ）の一部をカリウム（Ｋ）で置き
換えることにより、更に圧電的特性、誘電的特性を改善
でき、特に、カリウム（Ｋ）の置換量が１.０以下（０
を含まず）とすることにより、実用的な圧電性磁器組成
物を得た。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have found a Bi-Na-Ti-based material having excellent piezoelectric properties, and further, by replacing part of sodium (Na) with potassium (K). Further, the piezoelectric characteristics and the dielectric characteristics can be improved. In particular, the substitution amount of potassium (K) is 1.0 or less (0
) To obtain a practical piezoelectric porcelain composition.

【０００８】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。以下によ
り、実施例及び比較例の試料を作製した。原料として、
化学的に高純度である酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、炭酸
ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、
炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）を用いた。これらを所定の組
成比となるように配合し、エタノール中でボールミルに
より１０時間、混合した。これを８００℃で１時間保持
して仮焼し、次に、２０時間粉砕を行った。Embodiments of the present invention will be described below. The samples of the example and the comparative example were prepared as follows. As a raw material,
Bismuth oxide (Bi ₂ O ₃ ), sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ), titanium oxide (TiO ₂ ),
Potassium carbonate (K ₂ CO ₃ ) was used. These were blended so as to have a predetermined composition ratio, and were mixed in ethanol by a ball mill for 10 hours. This was held at 800 ° C. for 1 hour and calcined, and then ground for 20 hours.

【０００９】この粉末に、バインダーとして、ポリビニ
ルアルコールを加え、造粒し、圧力１ｔｏｎ／ｃｍ
²で、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成形し
た。焼成は、温度１１００℃で２時間保持して行った。To this powder, polyvinyl alcohol is added as a binder, and the mixture is granulated, and the pressure is 1 ton / cm.
^{In 2} , a pressure was formed into a disk having a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm. The firing was performed at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours.

【００１０】この焼結体の両面に、銀により電極を設
け、１００℃のシリコンオイル中で直流電圧５ｋＶ／ｍ
ｍを電極間に加え、厚み方向に分極した。Electrodes made of silver are provided on both surfaces of the sintered body, and a DC voltage of 5 kV / m is applied in silicon oil at 100 ° C.
m was applied between the electrodes and polarized in the thickness direction.

【００１１】そして、これらの試料について、圧電的特
性、誘電的特性を測定した。圧電的特性の測定は、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（Ｋ33，Ｋｐ，Ｋｔ）、周波数定
数（Ｎｐ，Ｎｔ）を算出した。また、誘電的特性は、Ｌ
ＣＲメータを用いて測定周波数１ＭＨｚで比誘電率（ε
₃₃ｔ／ε₀）の測定を行った。その結果を表１に示す。Then, the piezoelectric characteristics and the dielectric characteristics of these samples were measured. For the measurement of the piezoelectric characteristics, an impedance analyzer was used to calculate an electromechanical coupling coefficient (K33, Kp, Kt) and a frequency constant (Np, Nt) by a resonance-antiresonance method. Further, the dielectric property is L
Using a CR meter, the relative dielectric constant (ε
₃₃ t / ε ₀ ) was measured. Table 1 shows the results.

【００１２】 [0012]

【００１３】ここで、表１は、ｘ＝０，０＜ｘ＜１.
０、及びｘ＝１.０の組成の試料について測定した結果
である。Here, Table 1 shows that x = 0, 0 <x <1.
It is the result measured about the sample of the composition of 0 and x = 1.0.

【００１４】まず、表１で、カリウム（Ｋ）添加量を示
すｘの値の増加に対して、電気機械結合係数では、ｋ3
3，Ｋｐ，Ｋｔ共に、増加の傾向にある。特に、ｋ33の
改善は著しい。しかし、ｘが０.６近辺より下降の傾向
を示しているが、１.０以下では、無添加に比べ改善さ
れている。この範囲では、周波数定数のＮｐ，Ｎｔは、
若干の下降傾向にある。比誘電率ε₃₃ｔ／ε₀は、ｘが
０.１までは、ほぼ横這いであるが、０.１を越えると、
上昇の傾向を示してる。First, in Table 1, as the value of x indicating the amount of potassium (K) added increases, the electromechanical coupling coefficient is k3
3, Kp and Kt all tend to increase. In particular, the improvement of k33 is remarkable. However, although x tends to decrease from around 0.6, it is improved as compared with no addition when it is 1.0 or less. In this range, the frequency constants Np and Nt are
There is a slight downward trend. The relative dielectric constant ε ₃₃ t / ε ₀ is almost flat until x is 0.1, but when x exceeds 0.1,
It is showing a rising trend.

【００１５】以上のように、Ｂｉ−Ｎａ−Ｔｉ系の圧電
性磁器組成物において、Ｎａの一部をＫに置き換えるこ
とにより、圧電的特性、誘電的特性が、改善されている
ことがわかる。As described above, in the Bi-Na-Ti based piezoelectric ceramic composition, it is found that the piezoelectric properties and the dielectric properties are improved by replacing a part of Na with K.

【００１６】しかし、本発明において、ｘの値が１.０
を越えると、損失特性等に低下が見られ、圧電性磁器組
成物として不適当なので、ｘを１.０以下に限定した。However, in the present invention, the value of x is 1.0.
When x exceeds 1.0, the loss characteristics and the like are deteriorated and are unsuitable as a piezoelectric porcelain composition. Therefore, x was limited to 1.0 or less.

【００１７】[0017]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、鉛成分を使用することなく、入手が容易な原材料で
構成され、放置されても、鉛の心配のない、又、製造
上、扱い易い圧電性磁器組成物が得られる。As described above, according to the present invention, according to the present invention, it is composed of easily available raw materials without using a lead component, and there is no fear of lead even when left unattended. Thus, a piezoelectric porcelain composition which is easy to handle is obtained.

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項１】組成比が、化学式［Ｂｉ_0.5（Ｎａ_1-xＫ
_x）_0.5］ＴｉＯ₃で表され、モル比ｘが、１.０以下（０
を含まず）であることを特徴とする圧電性磁器組成物。The composition ratio is represented by a chemical formula [Bi _0.5 (Na _1-x K
_x ) _0.5 ] TiO ₃ and the molar ratio x is 1.0 or less (0
Is not included).