KR19990056604A - 압전 자기 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Pb(Sb2/3W1/3)O3- PbTiO3- PbZrO3로 표시되는 삼성분계를 기본식으로 가지며, A site에 Sr, La를 치환시키고, MnO2를 소량 첨가하여, 기계적 품질계수(Qm)와 전기기계 결합계수(Kp)가 높은 값을 가지게 하고 저온에서 소결이 가능하게 하며, 이로 인하여 압전 변압기(Transformer), 액튜에이터, 초음파 진동자 등에 폭넓게 사용될 수 있는 압전 자기 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 압전 자기 조성물에 관한 것으로서, 압전 변압기에 사용될 수 있는 높은 기계적 품질계수(Qm)와 높은 전기기계결합계수(Kp)를 갖는 압접 자기 조성물에 관한 것이다.
종래의 압전 자기 조성물로서 티탄산지르콘산납(PZT)이 널리 알려져 있으나 이는 각종 전자제품에 만족되는 제 특성을 완벽히 나타내지 못하였다. 이와 같은 이유로, 티탄산지르콘산납(PZT)의 A site 또는 B site에 여러 가지 원소를 치환하여 특성을 구현하거나, 제 3 성분인 마그네슘네오븀산납(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3), 망간네오븀산납(Pb(Mn1/2Nb2/3)O3), 아연네오븀산납(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3), 니켈네오븀산납(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3)을 첨가시킨 조성물이 사용되었다. 그러나 이들은 공통적으로 소결온도가 높아 적층형 소자를 제작하는 데에는 난점이 있으며, 산화납(PbO)의 휘발로 인하여 안정된 특성의 구현이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로서, Pb(Sb2/3W1/3)O3- PbTiO3- PbZrO3로 표시되는 삼성분계의 A site에 Sr, La를 치환시키고, MnO2를 소량 첨가하여, 높은 기계적 품질계수(Qm)와 전기기계 결합계수(Kp)를 가지는 압전 자기 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 αPb1-xAx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(0.01≤α≤0.10mol%, 0.01≤x≤0.05mol%, 0.4≤y≤0.5mol%, 0.3≤k≤1.0wt%, A=Sr,La)로 조성된 압전 자기 조성물을 특징으로 한다.
상기의 압전 자기 조성물은 Pb(Sb2/3W1/3)O3- PbTiO3- PbZrO3로 표시되는 삼성분계의 A site에 Sr, La를 치환시키고, MnO2를 소량 첨가하여 압전 변압기에서 요구되는 특성을 구현한 것이다.
통상적으로 티탄산지르콘산납(PZT)에 Pb(Sb2/3W1/3)O3를 첨가한 경우 소결온도가 낮을 뿐만 아니라 전기기계 결합계수가높아진다는 장점을 가지고 있어, 시간경과에 따른 경시변화의 폭이 작은 쟤료를 만들 수 있다.여기에 산화망간(MnO2)을 첨가할 경우 기계적 품질계수가 향상될 뿐만 아니라, 소결 후 입경이 작고 치밀해져 밀도가 향상되어 기계적 강도가 높아지는 이점을 가지고 있다. 또한, Sr을 A site에 치환할 경우 정전용량값과 기계적품질계수가 상승된다. 만일 A site에 La를 치환할 경우 전기기계 결합계수가 높아진다.
본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
산화납(PbO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화티탄(TiO2), Sb2O3, WO3, 산화망간(MnO2), SrCO3(또는 La2O3)을 다음의 각각의 실시예의 조성이 되도록 평량하여 습식혼합과 건조과정을 거친 다음 800 ~ 1,000℃에서 2시간 하소시키고 분쇄한다. 분쇄된 재료에 PVA(Poly Vinyl Alcohol)결합제를 첨가한 다음 직경 24㎜, 두께 1.5㎜의 원판형 펠렛(Pellet)으로 성형하여 1100℃에서 2시간 소결 시킨다. 이와 같이 소결된 소체의 양면에 은(Ag) 전극을 형성시키고, 실리콘 오일 중에서 2∼3kV㎜의 직류전압을 10 ~ 30분간 인가한 다음 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법으로 각 실시 예의 밀도, 전기기계 결합계수(Kp), 기계적 품질계수(Qm), 정전용량을 각각 측정하여 그 결과를 얻었다. 다음의 <실시예 2>, <실시예 3>, <실시예 7>와 <실시예 8>에서 알 수 있듯이 상기의 압전자기조성물은 압전변압기에서 요구되는 특성을 만족하므로 적용이 가능하다.
<실시예 1>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.01mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.30wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.63g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 56%, 기계적 품질계수(Qm)는 895, 유전상수(εr)는 1250인 특성을 나타냈다.
<실시예 2>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.02mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.50wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.79g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 62%, 기계적 품질계수(Qm)는 1300, 유전상수(εr)는 1430인 특성을 나타냈다.
<실시예 3>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.04mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.70wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.83g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 58%, 기계적 품질계수(Qm)는 1430, 유전상수(εr)는 1720인 특성을 나타냈다.
<실시예 4>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.05mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=1.00wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.89g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 48%, 기계적 품질계수(Qm)는 1050, 유전상수(εr)는 1690인 특성을 나타냈다.
<실시예 5>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.10mol%, x=0.01mol%, y=0.45mol%, z= 0.45mol%, k=0.50wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.78g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 51%, 기계적 품질계수(Qm)는 1270, 유전상수(εr)는 980인 특성을 나타냈다.
<실시예 6>
αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.10mol%, x=0.02mol%, y=0.45mol%, z= 0.45mol%, k=1.00wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.85g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 53%, 기계적 품질계수(Qm)는 1100, 유전상수(εr)는 1050인 특성을 나타냈다.
<실시예 7>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.01mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.50wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.75g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 62%, 기계적 품질계수(Qm)는 1450, 유전상수(εr)는 1300인 특성을 나타냈다.
<실시예 8>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.02mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.50wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.70g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 59%, 기계적 품질계수(Qm)는 1430, 유전상수(εr)는 1545인 특성을 나타냈다.
<실시예 9>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.04mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=0.70wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.91g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 53%, 기계적 품질계수(Qm)는 1200, 유전상수(εr)는 1320인 특성을 나타냈다.
<실시예 10>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.05mol%, x=0.05mol%, y=0.45mol%, z= 0.50mol%, k=1.00wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.85g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 45%, 기계적 품질계수(Qm)는 1000, 유전상수(εr)는 1150인 특성을 나타냈다.
<실시예 11>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.10mol%, x=0.02mol%, y=0.45mol%, z= 0.45mol%, k=0.50wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.74g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 52%, 기계적 품질계수(Qm)는 1370, 유전상수(εr)는 1060인 특성을 나타냈다.
<실시예 12>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.10mol%, x=0.04mol%, y=0.45mol%, z= 0.45mol%, k=0.70wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.82g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 49%, 기계적 품질계수(Qm)는 1100, 유전상수(εr)는 1100인 특성을 나타냈다.
<실시예 13>
αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2(α=0.10mol%, x=0.05mol%, y=0.45mol%, z= 0.45mol%, k=1.00wt%)로 조성된 압전 자기 조성물을 갖도록 상기의 방법으로 제조한 결과, 밀도는 7.78g/cm3, 전기기계 결합계수(Kp)는 45%, 기계적 품질계수(Qm)는 975, 유전상수(εr)는 1125인 특성을 나타냈다.
| 실시예 | mol% | k(wt%) | 밀도(g/cm3) | 전기기계결합계수Kp(%) | 기계적품질계수Qm | εr | |||
| α | x | y | z | ||||||
| 1 | 0.05 | 0.01 | 0.45 | 0.50 | 0.30 | 7.63 | 66 | 895 | 1250 |
| 2 | 0.05 | 0.02 | 0.45 | 0.50 | 0.50 | 7.79 | 62 | 1300 | 1430 |
| 3 | 0.05 | 0.04 | 0.45 | 0.50 | 0.70 | 7.83 | 58 | 1400 | 1720 |
| 4 | 0.05 | 0.05 | 0.45 | 0.50 | 1.00 | 7.89 | 48 | 1050 | 1690 |
| 5 | 0.10 | 0.01 | 0.45 | 0.45 | 0.50 | 7.78 | 51 | 1270 | 980 |
| 6 | 0.10 | 0.02 | 0.45 | 0.45 | 1.00 | 7.85 | 53 | 1100 | 1050 |
| 7 | 0.05 | 0.01 | 0.45 | 0.50 | 0.50 | 7.75 | 62 | 1450 | 1300 |
| 8 | 0.05 | 0.02 | 0.45 | 0.50 | 0.50 | 7.70 | 59 | 1430 | 1545 |
| 9 | 0.05 | 0.04 | 0.45 | 0.50 | 0.70 | 7.91 | 53 | 1200 | 1320 |
| 10 | 0.05 | 0.05 | 0.45 | 0.50 | 1.00 | 7.85 | 45 | 1000 | 1150 |
| 11 | 0.10 | 0.02 | 0.455 | 0.45 | 0.50 | 7.74 | 52 | 1370 | 1060 |
| 12 | 0.10 | 0.04 | 0.45 | 0.45 | 0.70 | 7.82 | 49 | 1100 | 1100 |
| 13 | 0.10 | 0.05 | 0.45 | 0.45 | 1.00 | 7.78 | 45 | 975 | 1125 |
본 발명에 의한 상기 압전자기 조성물은 높은 전기기계 결합계수(Kp)와 기계적 품질계수(Qm)를 갖고 있으며, 저온에서 소결이 가능하기 때문에 압전 변압기(Transformer), 액튜에이터, 초음파 진동자 등의 응용이 가능하다.
Claims (2)
- 조성성분과 비율이 아래 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 압전 자기 조성물.αPb1-xSrx(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2상기에서, 0.01≤α≤0.10mol%, 0.01≤x≤0.05mol%, 0.4≤y≤0.5mol%, 0.3≤k≤1.0wt%임.
- 조성성분과 비율이 아래 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 압전 자기 조성물.αPb1-xLax(Sb2/3W1/3)O3- yPbTiO3- zPbZrO3+ kMnO2상기에서, 0.01≤α≤0.10mol%, 0.01≤x≤0.05mol%, 0.4≤y≤0.5mol%, 0.3≤k≤1.0wt%임.
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