KR100990629B1 - Method of manufacturing piezoelectric ceramic - Google Patents
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Abstract
압전자기(압전체층(2))의 제조방법은, TiO2 원료, ZrO2 원료 및 PbO 원료를 주성분으로서 포함하는 압전 재료를 소성하여 압전자기를 제작하는 압전자기의 제조방법으로서, TiO2 원료 및 ZrO2 원료에 포함되는 P2O5를 40ppm 이상 350ppm 이하의 범위로 압전 재료에 혼입시킨다. 발명자들은 압전자기에 사용되는 압전 재료에 P가 함유되어 있고, 당해 P가 P2O5로서, 압전 재료중의 TiO2 원료 및 ZrO2 원료로부터 상기 범위의 양만큼 혼입되는 경우에, 압전 왜곡 특성이 유의적으로 향상되는 것을 밝혀냈다.A piezoelectric ceramic (piezoelectric body layer 2) The process for producing a is, TiO 2 raw material, ZrO 2 raw material and manufacturing method of the piezoelectric ceramic by firing a piezoelectric material containing as a main component PbO raw material to produce a piezoelectric ceramic, TiO 2 material, and P 2 O 5 contained in the ZrO 2 raw material is mixed into the piezoelectric material in a range of 40 ppm or more and 350 ppm or less. The inventors have found that piezoelectric distortion characteristics are obtained when P is contained in a piezoelectric material used in a piezoelectric device, and P is mixed with TiO 2 raw material and ZrO 2 raw material in the piezoelectric material as P 2 O 5 . It was found that this significantly improved.
압전자기, 압전 왜곡 특성, 인, 소성, 압전 소자. Piezoelectric elements, piezoelectric distortion characteristics, phosphorus, plasticity, piezoelectric elements.
Description
본 발명은 압전자기의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric device.
종래부터, 예를 들면, 발음체, 센서, 액츄에이터 등의 여러 가지 용도에, 압전 소자가 이용되고 있다. 그리고, 압전 소자로서는, 단판 압전 소자나 적층형 압전 소자가 공지되어 있다. 단판 압전 소자는, 한 쌍의 전극층 사이에 압전자기로 이루어진 압전체층을 구비한 구조를 갖고 있다. 또한, 적층형 압전 소자는, 압전체층과 내부 전극이 교대로 적층된 구조의 소체를 갖고 있다. 당해 적층형 압전 소자에 있어서, 소체는 이의 적층 방향의 양 말단면이 복수의 압전체층으로 이루어진 보호층에 의해 피복되어 있는 것이 일반적이다.Conventionally, piezoelectric elements are used for various uses, such as a sounding body, a sensor, and an actuator, for example. And as a piezoelectric element, a single plate piezoelectric element and a laminated piezoelectric element are known. The single plate piezoelectric element has a structure including a piezoelectric layer made of a piezoelectric group between a pair of electrode layers. In addition, the stacked piezoelectric element has a body having a structure in which a piezoelectric layer and internal electrodes are alternately laminated. In the laminated piezoelectric element, it is common that the body is covered with a protective layer composed of a plurality of piezoelectric layers on both end faces thereof in the stacking direction thereof.
이와 같은 압전 소자에 이용되는 압전자기의 재료는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)5-24917호에 개시되어 있다.The material of the piezoelectric device used for such a piezoelectric element is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 5-24917, for example.
최근, 상술한 바와 같은 압전자기의 압전체층에 있어서는, 한층 더 압전 왜곡 특성의 향상이 요망되고 있었다. 그리고, 발명자들은 예의연구 끝에, 압전 왜곡 특성을 유의적으로 향상시킬 수 있는 기술을 새롭게 밝혀냈다.In recent years, further improvement of piezoelectric distortion characteristics has been desired in piezoelectric layers of piezoelectric elements as described above. And the inventors discovered the technique which can significantly improve the piezoelectric distortion characteristic after careful study.
즉, 본 발명은 압전 왜곡 특성의 향상이 도모된 압전자기의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric electronic device, in which piezoelectric distortion characteristics are improved.
발명자들은 압전자기에 사용되는 압전 재료에 P가 함유되어 있고, 당해 P가 P2O5로서, 압전 재료중의 TiO2 원료 및 ZrO2 원료로부터 소정 범위의 양만큼 혼입되는 경우에, 압전 왜곡 특성이 유의적으로 향상되는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors have found that piezoelectric distortion characteristics are obtained when P is contained in a piezoelectric material used in a piezoelectric device, and P is mixed with TiO 2 raw material and ZrO 2 raw material in the piezoelectric material as P 2 O 5 . This significant improvement was found and the present invention was completed.
즉, 본 발명에 따르는 압전자기의 제조방법은, TiO2 원료, ZrO2 원료 및 PbO 원료를 주성분으로 하여 포함하는 압전 재료를 소성하여 압전자기를 제작하는 압전자기의 제조방법으로서, TiO2 원료 및 ZrO2 원료에 포함되는 P2O5를 40ppm 이상 350ppm 이하의 범위로 압전 재료에 혼입시킴을 특징으로 한다.That is, a method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the invention, TiO 2 raw material, ZrO 2 raw material and manufacturing method of the piezoelectric ceramic by firing a piezoelectric material containing by mainly composed of PbO raw material to produce a piezoelectric ceramic, TiO 2 material, and It is characterized by mixing P 2 O 5 contained in the ZrO 2 raw material into the piezoelectric material in a range of 40 ppm or more and 350 ppm or less.
본 발명에 의하면, 압전 왜곡 특성의 향상이 도모된 압전자기의 제조방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric electronic device, in which piezoelectric distortion characteristics are improved.
본 발명의 압전자기의 제조방법은 압전 왜곡 특성을 유의적으로 향상시킨다.The manufacturing method of the piezoelectric device of the present invention significantly improves the piezoelectric distortion characteristics.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시함에 있어서, 최선이라고 생각되는 형태에 관해서 상세하게 설명한다. 또한, 동일 또는 동등한 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명이 중복되는 경우에는 이의 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, the form considered best is demonstrated in detail. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description is duplicated.
우선, 본 발명의 실시형태에 따르는 제조방법에 의해서 제작되는 압전 소자에 관해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 압전 소자를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시한 압전 소자(1)는 단판 압전 소자이고, 압전자기의 압전체층(2)과, 당해 압전체층(2)을 끼우도록 배치된 한 쌍의 전극층(3A 및 3B)을 구비한다. 당해 압전 소자(1)에 있어서는, 전극(3A 및 3B) 사이에 전압이 인가되면 이들에 끼워진 압전체층(2)에 전계가 생기고, 당해 압전체층(2)이 변위(신축 동작)된다. First, the piezoelectric element manufactured by the manufacturing method which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. The
압전체층(2)은 주로 PZT계 압전체 세라믹의 압전 재료로 구성되는 층이다. 또한, 압전체층(2)의 압전 재료중에는 인 원소가 포함되어 있다. 압전 재료에 있어서, 인 원소는 원자, 산화물 또는 압전체층(2)에 포함되어 있는 다른 금속 등과의 화합물의 형태로 포함된다. 인 원소는 압전체층(2) 중에 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다.The
전극층(3A, 3B)은 주로 금속으로 구성되는 도전성의 층이다. 전극층(3A, 3B)에 포함되는 금속으로서는, Ag, Au, Cu, Ni, Pd나 이들의 합금(예를 들면, Ag-Pd 합금) 등을 들 수 있다.The
다음에, 상기 압전 소자를 제작하는 순서에 관해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따르는 압전 소자의 제조방법을 도시한 플로우챠트이다.Next, the procedure for producing the piezoelectric element will be described with reference to FIG. 2. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
압전 소자(1)를 제작할 때는, 우선, 출발 원료를 준비한다(스텝 11). 당해 출발 원료에는, 주성분으로서 PZT계 압전 재료가 포함되어 있다. 당해 압전 재료로서는, PbO, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5 등의 분체 원료를 들 수 있으며, 이들의 분말 원료가 소정의 조성비가 되도록 각각의 원료를 칭량한다.When producing the
다음에, 안정화 지르코니아 볼을 메디아에 사용한 볼 밀에 의해서, 상기의 복수 종류의 출발 원료의 습식 혼합을 24시간 정도 실시한다(스텝 S12). 계속해서, 혼합된 원료를 건조시킨다(스텝 S13). 그리고, 혼합된 원료에 대하여, 예를 들면 850℃ 정도의 온도에서 2시간 정도의 가열 처리를 실시하는 가소성을 실시한다(스텝 S14). 이것에 의해, 주로 Pb, Zr, Ti 원소를 함유한 페로브스카이트 구조를 갖는 복합형 산화물 압전 재료의 원료 조성물이 수득된다. Next, by the ball mill which used the stabilized zirconia ball for the media, wet mixing of the said several types of starting raw material is performed about 24 hours (step S12). Then, the mixed raw material is dried (step S13). And the plasticity which heat-processes about 2 hours is performed about the mixed raw material at the temperature of about 850 degreeC, for example (step S14). Thereby, the raw material composition of the composite oxide piezoelectric material which has a perovskite structure mainly containing Pb, Zr, and Ti elements is obtained.
당해 원료 조성물을 볼 밀에 의해 습식 분쇄한 후(스텝 S15), 이를 건조시켜(스텝 S16) 원료 조성물의 분체(압전자기 분체)를 수득한다. 계속해서, 압전자기 분체에 폴리비닐알콜계 등의 바인더를 가하여 조립을 하고(스텝 Sl7), 이를 프레스 성형 등에 의해 각판상(角板狀)으로 성형한다(스텝 S18). 이것에 의해, 압전 자기가 되는 압전체 그린 시트가 수득된다.The raw material composition is wet-pulverized by a ball mill (step S15), and then dried (step S16) to obtain powder (piezoelectric powder) of the raw material composition. Subsequently, a binder such as a polyvinyl alcohol-based powder is added to the piezoelectric powder to granulate it (step Sl7), and this is molded into a rectangular plate shape by press molding or the like (step S18). Thereby, the piezoelectric green sheet which becomes a piezoelectric magnet is obtained.
수득한 압전체 그린 시트를, 안정화 지르코니아 셋터 등에 재치한 후, 대기 분위기 중에서 가열함으로써, 압전체 그린 시트 중에 포함되는 바인더 등을 제거하는 탈지 처리를 실시한다(스텝 S19; 탈바인더). 그리고, 압전체 그린 시트에 대하여, 밀폐된 용기 중에서, 예를 들면 1050 내지 1200℃, 2시간 정도의 가열을 실시하는 소성 처리(본 소성)를 실시한다(스텝 S20). The obtained piezoelectric green sheet is placed on a stabilized zirconia setter or the like, and then degreased to remove binders and the like contained in the piezoelectric green sheet by heating in an air atmosphere (step S19; debinder). And about the piezoelectric green sheet, the baking process (main baking) which heats about 1050-1200 degreeC for about 2 hours is performed in a sealed container (step S20).
마지막으로, 수득한 소성체의 양면에 은 페이스트를 소결하여 전극층(3A, 3B)을 형성한다(스텝 S21). 이것에 의해, 소성된 압전자기인 압전체층(2)과, 이의 양면에 소결된 전극층(3A, 3B)으로 구성되는 도 1의 압전 소자(1)가 수득된다.Finally, silver paste is sintered on both surfaces of the obtained fired body to form
이상에서 설명한 바와 같이, 압전 재료에 P를 첨가하기 위해서, 압전 재료중의 TiO2 원료 및 ZrO2 원료로부터 P2O5로서 혼입시키는 경우에는, 압전 재료중에 직접 P를 첨가하는 경우와 비교하여, 우수한 압전 왜곡 특성(d31)을 갖는 압전자기가 수득되는 것을 발명자들은 밝혀냈다.As described above, in order to add P to the piezoelectric material, when it is mixed as P 2 O 5 from the TiO 2 raw material and ZrO 2 raw material in the piezoelectric material, as compared with the case where P is directly added to the piezoelectric material, The inventors have found that a piezoelectric group having excellent piezoelectric distortion property d31 is obtained.
단, 압전 재료중의 TiO2 분말 원료 및 ZrO2 분말 원료의 인 원소의 함유량은, P2O5로 환산하여 mol 기준으로 40ppm 이상 350ppm 이하의 범위로 조정되어 있다. 즉, 이 양의 인 원소가 압전 재료에 혼입되어 있다. 이러한 인 원소의 함유량이 40ppm 미만이면, 소성에 의한 압전 재료의 소결이 불충분해져 압전체층(2)의 밀도가 저하되어 충분한 변위가 수득되기 어려워지는 경우가 있다. 한편, 인 원소의 함유량이 350ppm을 초과하면 압전 왜곡 상수(d31)의 값이 실용적인 레벨을 하회 하여 버린다.However, TiO 2 content of the elements of the raw material powder and ZrO 2 powder in the raw material is a piezoelectric material, and in terms of P 2 O 5 is adjusted to a range of less than 40ppm 350ppm by mol based. That is, this amount of phosphorus element is mixed in the piezoelectric material. If the content of such phosphorus element is less than 40 ppm, the sintering of the piezoelectric material by firing may be insufficient, so that the density of the
또한, 상술한 방법이 아니라, 전극층(3A, 3B)이 되는 전극 페이스트(예를 들면, Ag-Pd 합금을 포함하는 페이스트)를 압전체 그린 시트에 도포한 후, 탈바인더 처리(스텝 S19) 및 본 소성(스텝 S20)을 실시하는 것으로도, 도 1의 압전 소자(1)와 동일한 소자를 수득할 수 있다. 이 경우에는, 전극 페이스트층에 포함되는 금속이, 본 소성시에 압전체 그린 시트중에 확산되기 쉬워지지만, 압전체 그린 시트중에 금속과 반응하기 쉬운 인 원소가 분산되어 있기 때문에, 금속의 확산은 압전체 그린 시트 중에서 균일하게 발생되게 된다. 그 결과, 압전체 그린 시트가 인 원소를 포함하지 않는 경우에 비해, 소결에 의한 압전체 그린 시트(압전체층(2))의 수축이 균일하게 발생하게 된다. 그 결과, 압전체층(2)은 왜곡이 적은 형상을 갖게 되고, 압전 소자(1) 전체도 왜곡이 적은 것이 된다.In addition to the method described above, after applying the electrode paste (for example, a paste containing Ag-Pd alloy) to be the
실시예Example
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, an Example demonstrates this invention further in detail.
실시예Example
우선, 도 2에 도시한 스텝 S11 내지 S16을 실시하여, 압전 재료의 원료 조성물의 분체(출발 원료)를 수득하였다. 당해 출발 원료에는, P2O5를 함유하는 TiO2 및 ZrO2과, PbO, ZnO, Nb2O5가 포함되어 있다. 그리고, 이러한 출발 원료를, 소성후에 Pb0.99[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.44Zr0.46]O3의 조성을 갖는 압전자기가 수득되도록 칭량하여 배합하였다.First, steps S11 to S16 shown in FIG. 2 were performed to obtain powder (starting raw material) of the raw material composition of the piezoelectric material. The starting materials include TiO 2 and ZrO 2 containing P 2 O 5 , and PbO, ZnO, and Nb 2 O 5 . This starting material was weighed and blended after firing so that a piezoelectric group having a composition of Pb 0.99 [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.44 Zr 0.46 ] O 3 was obtained.
다음에, 스텝 S17에 도시한 바와 같이, 이의 압전 재료의 원료 조성물의 분체에, 폴리비닐알콜계의 바인더를 가하여 조립한 후, 스텝 S18에 도시한 프레스 성형을 약 196MPa에서 실시하여, 한변이 약 20mm, 두께 1.5mm의 사이즈를 갖는 각판상의 압전체 그린 시트를 수득하였다.Next, as shown in step S17, a polyvinyl alcohol-based binder is added to the powder of the raw material composition of the piezoelectric material and granulated, and then press molding shown in step S18 is performed at about 196 MPa, and the one side is about one side. A plate-shaped piezoelectric green sheet having a size of 20 mm and a thickness of 1.5 mm was obtained.
그 후, 스텝 S19에 도시한 바와 같이, 압전체 그린 시트의 탈바인더를 실시하여, 스텝 S20에 도시한 바와 같이, 압전체 그린 시트를 마그네시아(MgO)의 밀폐 용기에 넣고, 1150℃에서 2시간 동안 가열하는 본 소성을 실시하였다. 이것에 의해, 각판상의 압전자기를 수득하였다.Thereafter, as shown in step S19, the binder of the piezoelectric green sheet is removed, and as shown in step S20, the piezoelectric green sheet is placed in a sealed container of magnesia (MgO) and heated at 1150 ° C for 2 hours. This firing was performed. This obtained the piezoelectric group on each plate.
마지막으로, 수득한 압전자기를, 높이 1.0mm로 가공하고, 또한 이의 양면에 은 소결 전극을 형성하여, 도 1에 도시한 압전 소자와 동일한 단판 압전 소자(12mm×3mm)를 제작하였다. 또한, 당해 단판 압전 소자에 120℃의 실리콘유 중에서 분극 처리(처리 조건: 3kV/mm, 15분)를 실시하였다. Finally, the obtained piezoelectric device was processed to a height of 1.0 mm, and silver sintered electrodes were formed on both surfaces thereof to produce a single plate piezoelectric element (12 mm x 3 mm) similar to the piezoelectric element shown in FIG. Further, the single plate piezoelectric element was subjected to polarization treatment (treatment condition: 3 kV / mm, 15 minutes) in a silicon oil at 120 ° C.
이상과 같이 하여 수득한 단판 압전 소자의 압전 왜곡 상수(d31)를 측정하였다. 측정방법으로서는, 임피던스 애널라이저를 사용하여 측정한 소자의 정전 용량, 공진 주파수 및 반공진 주파수로부터, 압전 왜곡 상수를 산출하였다. 또한, 압전자기의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하여, 압전 입자의 평균 입자 직경을 원 상당 직경으로서 화상 처리 소프트(Mac View)를 사용하여 측정하였다.The piezoelectric distortion constant d31 of the single plate piezoelectric element obtained as described above was measured. As a measuring method, the piezoelectric distortion constant was computed from the capacitance, the resonance frequency, and the anti-resonance frequency of the element measured using the impedance analyzer. Moreover, the cross section of the piezoelectric machine was observed with the scanning electron microscope, and the average particle diameter of the piezoelectric particle was measured using image processing software (Mac View) as a circle equivalent diameter.
비교예Comparative example
상술한 실시예와 동일하게, 도 2에 도시한 스텝 S11 내지 S16을 실시하여, 압전 재료의 원료 조성물의 분체를 수득하였다. 이 출발 원료에는, TiO2, ZrO2, PbO, ZnO, Nb2O5가 포함되어 있고, 여기에 P2O5 시약이 첨가되어 있다. 그리고, P2O5가 첨가된 출발 원료를, 소성후에 Pb0 .99[(Zn1 /3Nb2 /3)0.1Ti0 .44Zr0 .46]O3의 조성을 갖는 압전자기가 수득되도록 칭량하여 배합하였다.In the same manner as in the above-described example, steps S11 to S16 shown in FIG. 2 were performed to obtain powder of the raw material composition of the piezoelectric material. This starting material includes TiO 2 , ZrO 2 , PbO, ZnO, and Nb 2 O 5, to which a P 2 O 5 reagent is added. And, such that the starting materials with a P 2 O 5 addition, the piezoelectric ceramic is obtained having Pb 0 .99 [(Zn 1/ 3
다음에, 스텝 S17에 나타낸 바와 같이, 이의 압전 재료의 원료 조성물의 분체에, 폴리비닐알콜계의 바인더를 가하여 조립한 후, 스텝 S18에 나타내는 프레스 성형을 약 196MPa에서 실시하고, 한변이 약 20mm, 두께 1.5mm의 사이즈를 갖는 각판상의 압전체 그린 시트를 수득하였다.Next, as shown in step S17, a polyvinyl alcohol-based binder is added to the powder of the raw material composition of the piezoelectric material and granulated, and press molding shown in step S18 is performed at about 196 MPa, and one side is about 20 mm, A plate-like piezoelectric green sheet having a size of 1.5 mm in thickness was obtained.
그 후, 스텝 S19에 나타내는 바와 같이, 압전체 그린 시트의 탈바인더를 실시하여, 스텝 S20에 나타내는 바와 같이, 압전체 그린 시트를 마그네시아(MgO)의 밀폐 용기에 넣고, 1150℃에서 2시간 동안 가열하는 본 소성을 실시하였다. 이것에 의해, 각판상의 압전자기를 수득하였다.Thereafter, as shown in step S19, the binder of the piezoelectric green sheet is removed, and as shown in step S20, the piezoelectric green sheet is placed in a sealed container of magnesia (MgO) and heated at 1150 ° C for 2 hours. Firing was carried out. This obtained the piezoelectric group on each plate.
마지막에, 수득한 압전자기를, 높이 1.0mm로 가공하고, 추가로 이의 양면에 은 소결 전극을 형성하여, 도 1에 도시한 압전 소자와 동일한 단판 압전 소자(12mm×3mm)를 제작하였다. 또한, 당해 단판 압전 소자에 120℃의 실리콘유 중에서 분극 처리(처리 조건: 3kV/mm, 15분)를 실시하였다.Finally, the obtained piezoelectric device was processed to a height of 1.0 mm, and further, silver sintered electrodes were formed on both surfaces thereof to produce a single plate piezoelectric element (12 mm x 3 mm) similar to the piezoelectric element shown in FIG. Further, the single plate piezoelectric element was subjected to polarization treatment (treatment condition: 3 kV / mm, 15 minutes) in a silicon oil at 120 ° C.
이상과 같이 하여 수득된 단판 압전 소자의 압전 왜곡 상수를, 실시예와 동일하게 측정하였다. 또한, 압전자기의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하여, 압전 입자의 평균 입자 직경을 원 상당 직경으로서 화상 처리 소프트(Mac View)를 사용하여 측정하였다.The piezoelectric distortion constant of the single plate piezoelectric element obtained as described above was measured in the same manner as in Example. Moreover, the cross section of the piezoelectric machine was observed with the scanning electron microscope, and the average particle diameter of the piezoelectric particle was measured using image processing software (Mac View) as a circle equivalent diameter.
상기 실시예 및 비교예에 의해 측정한 압전 왜곡 상수는, 이하의 표 1 및 도 3의 그래프에 도시한 바와 같았다. 여기에서, 도 3의 그래프의 횡축은, 압전 재료중의 P2O5 함유량(ppm)을 나타내고 있고, 종축은 압전 왜곡 상수(pC/N)를 나타내고 있다.The piezoelectric distortion constants measured by the said Example and the comparative example were as showing in the following Table 1 and the graph of FIG. Here, the horizontal axis of the graph of Figure 3, and shows a P 2 O 5 content (ppm) of a piezoelectric material, and the vertical axis represents the piezoelectric strain constant (pC / N).
이러한 측정 결과(표 1 및 도 3의 그래프)로부터, 압전 재료중에 P2O5를 직접 첨가한 비교예와 비교하여, 압전 재료에 TiO2 분말 원료 및 ZrO2 분말 원료로부터 P2O5를 혼입시킨 실시예 쪽이, 압전 왜곡 상수의 값이 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 압전 재료중의 TiO2 분말 원료 및 ZrO2 분말 원료의 인 원소의 함유량이, P2O5로 환산하여 mol 기준으로 350ppm 이하인 경우에는, 압전 왜곡 상수가 실용상 충분한 값(200pC/N 이상)이 되었다. 한편, P2O5가 350ppm을 초과하자, 압전 왜곡 상수가 200pC/N을 하회하여 버렸다. 이로 인해, 압전 재료에 TiO2 원료 및 ZrO2 원료로부터 혼입시키는 P2O5는 350ppm 이하인 것이 바람직하다.From these measurement results (Table 1 and the graph of FIG. 3), P 2 O 5 is mixed from the TiO 2 powder raw material and the ZrO 2 powder raw material in the piezoelectric material as compared with the comparative example in which P 2 O 5 was directly added to the piezoelectric material. It turned out that the value of the piezoelectric distortion constant becomes high in the Example made. In addition, when the content of phosphorus elements of the TiO 2 powder raw material and the ZrO 2 powder raw material in the piezoelectric material is 350 ppm or less on a mol basis in terms of P 2 O 5 , the piezoelectric distortion constant is a practically sufficient value (200 pC / N or more). ) On the other hand, P 2 O 5 Let exceeds 350ppm, discarded by the piezoelectric strain constant is smaller than the 200pC / N. Accordingly, the piezoelectric material P 2 O 5 from the incorporation of TiO 2 and ZrO 2 raw material is preferably not more than 350ppm.
또한, 실시예 및 비교예에 있어서의 현미경 사진은 도 4에 도시한 바와 같았다. 이 사진으로부터, 압전 입자의 평균 입자 직경을 측정한 결과, 도 5에 도시한 그래프가 수득되었다. 여기에서, 도 5의 그래프의 횡축은, 압전 재료의 P2O5 함유량(ppm)을 나타내고 있고, 종축은 압전 입자의 평균 입자 직경(㎛)을 나타내고 있다. In addition, the micrograph in an Example and a comparative example was as showing in FIG. From this photograph, as a result of measuring the average particle diameter of the piezoelectric particles, the graph shown in FIG. 5 was obtained. Here, the horizontal axis of the graph of Figure 5, and shows the piezoelectric material of P 2 O 5 content (ppm), and the vertical axis represents the average particle size (㎛) of the piezoelectric particles.
이러한 측정 결과(도 4의 사진 및 도 5의 그래프)로부터, 동일한 농도의 P2O5를 압전 재료중에 함유시킬 때, 압전 재료중에 P2O5를 직접 첨가한 경우(비교예)에 비해, 압전 재료에 TiO2 분말 원료 및 ZrO2 분말 원료로부터 P2O5를 혼입시킨 경우(실시예) 쪽이, 압전자기가, 큰 평균 입자 직경의 압전 입자로 구성되는 것을 알 수 있다. 즉, 소정의 P2O5 함유량 범위(40ppm 이상 350ppm 이하)에 있어서, 임의의 함유량으로 비교한 경우, 비교예에 따르는 평균 입자 직경보다도 실시예에 따르는 평균 입자 직경의 쪽이 커진다. 이와 같이 실시예에서는 비교예와 비교하여 평균 입자 직경이 커지기 때문에, 실시예에 따르는 압전자기 쪽이 보다 높은 소결성을 실현할 수 있다.From these measurement results (photograph of FIG. 4 and graph of FIG. 5), when P 2 O 5 having the same concentration is contained in the piezoelectric material, compared with the case where P 2 O 5 was directly added to the piezoelectric material (Comparative Example), When P 2 O 5 is mixed in the piezoelectric material from the TiO 2 powder raw material and the ZrO 2 powder raw material (Example), it can be seen that the piezoelectric group is composed of piezoelectric particles having a large average particle diameter. That is, in the predetermined P 2 O 5 content range (40 ppm or more and 350 ppm or less), when comparing with arbitrary content, the average particle diameter according to an Example becomes larger than the average particle diameter according to a comparative example. Thus, since an average particle diameter becomes large in an Example compared with a comparative example, the piezoelectric element which concerns on an Example can implement | achieve higher sinterability.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 압전 소자로서, 단판 압전 소자를 예로 설명하였지만, 적절하게 적층형 압전 소자에도 적용할 수 있다.This invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, although the single-plate piezoelectric element was demonstrated as an example as a piezoelectric element, it can be applied also to a laminated piezoelectric element suitably.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 압전 소자를 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시한 압전 소자의 제조방법을 도시한 플로우챠트이다. FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the piezoelectric element shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 측정 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing a measurement result according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 측정 결과를 도시한 현미경 사진이다. 4 is a micrograph showing the measurement results according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 측정 결과를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing a measurement result according to an embodiment of the present invention.
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