DE10025575A1 - Piezoelektrische Keramikzusammensetzung und dieselbe verwendendes piezoelektrisches Keramikelement - Google Patents

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, mit welcher eine piezoelektrische Keramik erhalten werden kann, die bei einer Temperatur von 1100 DEG C oder darunter gebrannt werden kann und einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, welcher ausreicht, um das piezoelektrische Keramikelement für praktische Anwendungen bereitzustellen, und eines piezoelektrischen Keramikelements unter Verwendung derselben, wobei die piezoelektrische Keramikzusammensetzung eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel CaBi¶4¶(Ti¶1-y¶Si¶y¶)¶4¶O¶16¶ umfaßt, wobei y innerhalb eines Bereichs von 0 < y 0,5 liegt und wobei ein piezoelektrisches Keramikelement, in welchem Elektroden auf beiden Hauptflächen der piezoelektrischen Keramik gebildet werden, unter gleichzeitiger Bildung einer inneren Elektrode innerhalb der piezoelektrischen Keramik unter Verwendung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung gebildet werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung und ein dieselbe verwendendes piezoelektrisches Keramikelement. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, welche für Materialien beispielsweise für piezoelektrische Keramikfilter, piezoelek­ trische Oszillatoren und piezoelektrische Vibratoren verwendet wird, sowie ein die­ selbe verwendendes piezoelektrisches Keramikelement.

Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, welche beispielsweise Bleizirkonat­ titanat (Pb(Ti_xZr_1-x)O₃) oder Bleititanat (PbTiO₃) als Hauptkomponente enthalten, wurden in breitem Umfang für piezoelektrische Keramikzusammensetzungen zur Verwendung in piezoelektrischen Keramikelementen, wie piezoelektrischen Kera­ mikfiltern, piezoelektrischen Keramikoszillatoren und piezoelektrischen Keramikvi­ bratoren, verwendet.

Allerdings wird Bleioxid in der Regel in dem Herstellungsverfahren der piezoelektri­ schen Keramikzusammensetzung, die hauptsächlich aus Bleititanatzirkonat und Bleititanat aufgebaut ist, verwendet. Folglich sollten Einrichtungen wie Filter zur Entfernung von Bleistäuben vorgesehen werden, um eine durch die Verdampfung von Bleioxid verursachte Verschmutzung zu vermeiden, was somit zu hohen Her­ stellungskosten führt. Die Gleichförmigkeit des Produkts wird auch infolge der Ver­ dampfung von Bleioxid verringert.

Zur Lösung der obenstehend beschriebenen Probleme wurden piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die hauptsächlich aus Bismuth-Schichtverbindungen aufgebaut sind, wie (Ca_1-xM_x)Bi₄Ti₄O₁₅, oder unter Zugabe von Mn hergestellte Verbindungen verwendet. Eine derartige piezoelektrische Keramikzusammenset­ zung verursacht keine Probleme wie obenstehend beschrieben, da sie kein Bleioxid enthält.

Jedoch sollte die herkömmliche piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die hauptsächlich aus (Ca_1-xM_x)Bi₄Ti₄O₁₅ aufgebaut ist, bei einer Temperatur von gar 1150°C oder höher gebrannt werden, um eine Keramik zu erhalten, welche einen für praktische Zwecke ausreichenden elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt (10% oder mehr als) aufweist. Demzufolge sollte ein Elektrodenmaterial mit ei­ nem höheren Schmelzpunkt als der Brenntemperatur für piezoelektrische Kerami­ kelemente verwendet werden, welche innere Elektroden umfassen, was die Ver­ wendung teurer Materialien, wie Platin und Palladium, zwingend erfordert. Es ist ein Problem, daß die Herstellungskosten des piezoelektrischen Keramikelements durch die Verwendung teurer Elektrodenmaterialien zunehmen.

Demzufolge ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, welche bei einer Temperatur von nur 1100°C oder darunter gebrannt werden kann, mit welcher man ferner eine piezo­ elektrische Keramik erhalten kann, die einen elektromechanischen Kopplungs­ koeffizienten kt in einer Größenordnung zeigt, die für praktische Verwendungs­ zwecke ausreichend ist, und eines piezoelektrischen Keramikelements, in welchem die piezoelektrische Keramikzusammensetzung zur Anwendung kommt.

Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine piezoelektrische Kera­ mikzusammensetzung bereit, welche eine Hauptkomponente der allgemeinen For­ mel CaBi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₆ enthält, worin y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine piezoelektrische Keramikzusammenset­ zung bereit, welche eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel (Ca_{1- x}M1_x)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅ enthält, in welcher M1 ein von Ca verschiedenes zweiwertiges metallisches Element oder ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element ist, worin y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

Vorzugsweise liegt x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,5, wenn M1 in der Hauptkomponente ein zweiwertiges metallisches Element ist und liegt x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,3 liegt, wenn M1 ein dreiwertiges metallisches Ele­ ment ist, in der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung, die das zweiwertige oder dreiwertige metallische Element M1 enthält.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß M1 in der Hauptkomponente mindestens eines der Elemente von Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y in der pie­ zoelektrischen Keramikzusammensetzung ist, welche das zweiwertige oder drei­ wertige metallische Element M1 enthält.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine piezoelektrische Keramikzusammenset­ zung bereit, welche eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel (Ca_{1- x}M2_2x/3)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅ enthält, in welcher M2 ein von Bi verschiedenes dreiwerti­ ges metallisches Element bedeutet, wobei x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,45 liegt und y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

Es ist bevorzugt, daß M2 in der Hauptkomponente mindestens eines der Elemente von La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y in der piezoelektrischen Kera­ mikzusammensetzung ist, welche das dreiwertige metallische Element M2 enthält.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine piezoelektrische Keramikzusammenset­ zung bereit, welche eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel CaBi₄Ti₄O₁₅ umfaßt, die 0,5 Mol oder weniger (0 ausgenommen) an Si, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkomponente der obenstehend beschriebenen allgemeinen Formel, und 0,125 Mol oder weniger (ausgenommen 0) eines von Ca verschiedenen zweiwerti­ gen metallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkomponente der wie obenstehend beschriebenen allgemeinen Formel, oder 0,075 Mol oder weniger (ausgenommen 0) eines von Bi verschiedenen dreiwertigen metallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkomponente der wie obenstehend beschriebe­ nen allgemeinen Formel, enthält.

In der das zweiwertige metallische Element oder das dreiwertige metallische Ele­ ment enthaltenden piezoelektrischen Keramikzusammensetzung sind diese metalli­ schen Elemente vorzugsweise mindestens eines der Elemente von Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y.

Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung kann 5,0 Gew.-% oder weniger an Mangan, wie zu MnCO₃ umgewandelt, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Haupt­ komponente, enthalten.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein piezoelektrisches Keramikelement bereit, welches auf der piezoelektrischen Keramik gebildete Elektroden unter Verwendung einer der wie obenstehend beschriebenen piezolektrischen Keramikzusammenset­ zungen umfaßt.

Eine piezoelektrische Keramik mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizi­ enten von 10% oder mehr kann durch Brennen der piezoelektrischen Keramikzu­ sammensetzung wie obenstehend beschrieben bei einer Temperatur von 1100°C oder weniger erhalten werden.

Das piezoelektrische Keramikelement, in welchem Elektroden auf der piezoelektri­ schen Keramik unter Verwendung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung wie zuvor beschrieben gebildet werden, besitzt gute elektrische Charakteristi­ ka, während gleichzeitig eine Herabsetzung der Herstellungskosten ermöglicht wird.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie zu­ vor beschrieben werden anhand der ausführlichen Beschreibungen der Ausfüh­ rungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen offensichtlich.

Die Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, welche das piezoelektrische Kerami­ kelement unter Verwendung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und

die Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung, welche die elektrischen Verbindungen in dem in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Keramikelement zeigt.

Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel CaBi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅, in wel­ cher y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

Alternativ enthält die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vor­ liegenden Erfindung eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel (Ca_{1- x}M1_x)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅, in welcher M1 für ein von Ca verschiedenes zweiwertiges metallisches Element oder ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element steht, worin y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt. Es ist bevor­ zugt, daß x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,5 beträgt, wenn M1 ein zweiwer­ tiges metallisches Element ist, und x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,3 liegt, wenn M1 ein dreiwertiges metallisches Element ist. Elemente, wie Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y, können als zweiwertiges oder dreiwerti­ ges metallisches Element M1 in der Hauptkomponente wie obenstehend beschrie­ ben verwendet werden. Diese Elemente können allein oder als Kombination von einigen davon verwendet werden.

Außerdem enthält die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vor­ liegenden Erfindung eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel (Ca_{1- x} M2_2x/3)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅ in welcher M2 für ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element steht, worin x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,45 liegt und y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt. Elemente, wie La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y werden für das dreiwertige metallische Element M2 in der Hauptkomponente verwendet. Diese Elemente können allein oder in Kombi­ nation von einigen davon verwendet werden.

Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt auch eine Hauptkomponente der allgemeinen Formel CaBi₄Ti₄O₁₅, die 0,5 Mol oder weniger (0 ausgenommen) an Si, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkom­ ponente der allgemeinen Formel enthält und 0,125 Mol oder weniger (ausgenom­ men 0) eines von Ca verschiedenen zweiwertigen metallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkomponente der allgemeinen Formel, enthält oder 0,075 Mol oder weniger (ausgenommen 0) eines von Bi verschiedenen dreiwertigen me­ tallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi, in der Hauptkomponente der allgemei­ nen Formel enthält. Metallische Elemente, wie Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y werden in der diese zweiwertigen metallischen Elemente oder die dreiwertigen metallischen Elemente enthaltenden piezoelektrischen Keramik verwendet. Diese Elemente können allein oder in Kombination von einigen davon verwendet werden.

Mangan kann in einem Anteil von 5 Gew.-%, wie zu MnCO₃ umgewandelt, bezogen auf 100 Gew.-% der Hauptkomponente wie obenstehend beschrieben, enthalten sein.

Das piezoelektrische Keramikelement, wie in Fig. 1 gezeigt, kann unter Verwen­ dung der piezoelektrischen Keramikzusammensetzung wie obenstehend beschrie­ ben gebildet werden. Das piezoelektrische Keramikelement 10 umfaßt beispiels­ weise ein rechteckiges, parallel- piezoelektrisches Keramik-Parallelepiped 12. Die Elektroden 14 und 16 werden jeweils in den Mittelbereichen der beiden Hauptflä­ chen der piezoelektrischen Keramik 12 gebildet. Die Elektroden 14 und 16 werden beispielsweise zu Kreisen geformt und werden an denselben Seitenkanten der pie­ zoelektrischen Keramik 12 ausgezogen. Eine kreisförmige innere Elektrode 18 wird auch innerhalb der piezoelektrischen Keramik 12 gebildet, um so den Elektroden 14 und 16 gegenüber zu liegen. Diese innere Elektrode 18 wird an der anderen Sei­ tenfläche der piezoelektrischen Keramik 12 ausgezogen, welche der Seitenfläche gegenüberliegt, wo die Elektroden 14 und 16 ausgezogen werden.

Bei dem piezoelektrischen Keramikelement 10 wie obenstehend beschrieben wird die piezoelektrische Keramik 12 beispielsweise von der Elektrodenseite 14 in Richtung der Elektrodenseite 16, wie in Fig. 2 gezeigt, polarisiert. Die Elektroden 14 und 16 sind miteinander verbunden, und Signale werden zwischen diesen verbun­ denen Bereichen und der inneren Elektrode 18 eingeführt. Das piezoelektrische Keramikelement 10 dient als ein piezoelektrischer Vibrator beim Eingang der Si­ gnale. Die piezoelektrische Keramik 12 kann durch Brennen der vorgenannten pie­ zoelektrischen Keramikzusammensetzung bei einer Temperatur von 1100°C oder weniger in dem piezoelektrischen Keramikelement 10 erhalten werden. Folglich können Metalle, wie Silber, mit einem niedrigen Schmelzpunkt zur Bildung der inne­ ren Elektrode 18 verwendet werden, wodurch es möglich wird, billig ein piezoelek­ trisches Keramikelement 10 zu erhalten. Ferner kann man bei der piezoelektrischen Keramik 12 unter Verwendung des piezoelektrischen Keramikelements 10 einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von 10% oder mehr erzielen.

Die vorliegende Erfindung kann für die Elementkonstruktion, wie bei dem vorge­ nannten piezoelektrischen Keramikvibrator 10 gezeigt, sowie für andere piezoelek­ trische Keramikelemente, wie den piezoelektrischen Keramikvibrator, piezoelektri­ schen Keramikfilter und piezoelektrischen Keramikoszillator, angewandt werden, wobei man sich die Oszillationsmodi, die mit der vorgenannten Elementkonstruktion oszillieren (zum Beispiel eine Längsoszillation und eine tertiäre harmonische Längswelle) zunutze macht.

Beispiel

CaCO₃, Bi₂CO₃, TiO₂, MgCO₃, SrCO₃, BaCO₃, La₂O₃, Nd₂O₃, Sm₂O₃, Y₂O₃, SiO₂ und MnCO₃ wurden als Ausgangsmaterialien hergestellt. Diese Materialien wurden eingegewogen für Zusammensetzungen von (Ca_1-xM1_x)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅ + z Gew.-% MnCO₃ (M1 steht für ein von Ca verschiedenes zweiwertiges metallisches Element, wobei x, y und z innerhalb der Bereiche 0 ≦ x ≦ 0,6, 0 ≦ y ≦ 0,6 und 0 ≦ z ≦ 6,0 lie­ gen), oder (Ca_1-xM2_x)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅ + z Gew.-% MnCO₃ (M2 steht für ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element, wobei x, y und z innerhalb der Bereiche 0 ≦ x ≦ 0,4, 0 ≦ y ≦ 0,6 und 0 ≦ z ≦ 6,0 liegen), oder (Ca_1-xM3_2x/3)Bi₄(Ti_{1- y}Si_y)₄O₁₅ + z Gew.-% MnCO₃ (M3 steht für ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element, wobei x, y und z innerhalb der Bereiche 0 ≦ x ≦ 0,5, 0 ≦ y ≦ 0,6 und 0 ≦ z ≦ 6,0 liegen). Eine Mischung wurde durch Naßmischen jedes der ge­ wogenen Materialien 4 Stunden lang unter Einsatz einer Kugelmühle erhalten. Die erhaltene Mischung wurde getrocknet und kalziniert bei einer Temperatur von 700°C bis 900°C, wodurch ein Kalzinierungsprodukt erhalten wurde. Dieses Kalzi­ nierungsprodukt wurde mit einer Kugelmühle unter Zugabe einer geeigneten Men­ ge eines organischen Bindemittels naßgemahlen, gefolgt von einer Anpassung der Korngröße durch ein 40-Mesh-Sieb.

Das erhaltene Material wurde mit einem Druck von 1000 kg/cm² zu einer Scheibe mit einer Abmessung von 12,5 mm Durchmesser und 1 mm Dicke geformt, und die Scheibe wurde bei 1050°C bis 1150°C in der Luft unter Erhalt einer scheibenförmi­ gen Keramik gebrannt. Eine Silberpaste wurde auf beide Hauptflächen der Keramik unter Bildung von Silberelektroden nach dem Brennen aufgetragen. Die Keramik­ scheibe wurde einer Polarisierungsbehandlung unterworfen, indem eine Gleich­ stromspannung von 5 bis 10 kV/mm 10 bis 30 Minuten lang bei 150°C bis 200°C in einem isolierungsöl angelegt wurde, wodurch eine piezoelektrische Keramik (eine Probe) erhalten wurde. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt wurde be­ züglich jeder der erhaltenen Proben gemessen. Die Resultate sind in den Tabellen 1, 2, 3 und 4 aufgeführt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Wie anhand der Tabellen 1 bis 4 deutlich wird, war ein Brennen bei einer Tempe­ ratur von 1100°C oder darunter unter Verwendung der piezoelektrischen Kera­ mikzusammensetzung innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung möglich. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt könnte auch in einen praktikablen Bereich von 10% oder mehr fallen. Die piezoelektrische Keramikzusammenset­ zung enthält vorzugsweise kein zweiwertiges metallisches Element M1, oder der Bereich von x ist vorzugsweise auf einen Bereich innerhalb von 0 < x ≦ 0,5 be­ schränkt, da dann, wenn x größer als 0,5 ist, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt eher abnimmt im Vergleich mit der Zusammensetzung mit x = 0, oder der kein M1 enthaltenden Zusammensetzung, wie bei der Probe Nr. 26 gezeigt, wodurch das Vorliegen von M1 unwirksam gemacht wird.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die piezoelektrische Keramikzusammensetzung nicht das dreiwertige metallische Element M2 enthält oder x auf einen Bereich in­ nerhalb von 0 < x ≦ 0,3 beschränkt ist, da, wenn x größer als 0,3 ist, der elektrome­ chanische Kopplungskoeffizient kt eher abnimmt im Vergleich mit der Zusammen­ setzung mit x = 0, oder der kein M2 enthaltenden Zusammensetzung, wie bei der Probe Nr. 57 gezeigt, wodurch das Vorliegen von M2 unwirksam gemacht wird.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die piezoelektrische Keramikzusammensetzung kein dreiwertiges metallisches Element M3 enthält oder x auf einen Bereich inner­ halb von 0 < x ≦ 0,45 beschränkt ist, da, wenn x größer als 0,45 ist, der elektrome­ chanische Kopplungskoeffizient kt eher abnimmt im Vergleich mit der Zusammen­ setzung mit x = 0, oder der kein M3 enthaltenden Zusammensetzung, wie bei der Probe Nr. 71 gezeigt, wodurch das Vorliegen von M3 unwirksam gemacht wird.

Der Bereich von y wird mit 0 < y ≦ 0,5 festgelegt, da, wenn y null ist, der geformte Körper bei einer Sintertemperatur von 1100°C oder darunter nicht ausreichend gesintert wird, wie bei der Probe Nr. 1 gezeigt, der elektromechanische Kopplungs­ koeffizient kt, welcher für praktischen Anwendungszwecke ausreichend ist, nicht erhalten werden kann, wie bei den Proben Nr. 18, 19, 20 und 21 gezeigt, oder die Polarisierung der Keramik ist unmöglich, wie bei der Probe Nr. 2 gezeigt.

Wenn andererseits y größer als 0,5 ist, kann kein elektromechanischer Kopplungs­ koeffizient kt, welcher für praktische Anwendungszwecke ausreichend ist, erhalten werden, wie bei den Proben Nr. 10, 16, 35, 36, 45, 46, 51, 58, 59, 62, 80 und 87 gezeigt, oder die Polarisierung der Keramik ist unmöglich, wie bei den Proben Nr. 6, 37, 38, 52, 65, 68, 74, 75, 81 und 84 gezeigt.

Die Zugabemenge von Mangan beträgt vorzugsweise 5,0 Gew.-% oder weniger, da, wenn die Zugabemenge größer als 5,0 Gew.-% ist, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt eher abnimmt im Vergleich mit der piezoelektrischen Kera­ mikzusammensetzung mit z = 0, oder die kein Mn enthält, wie bei der Probe Nr. 17 gezeigt, wodurch das Vorliegen von Mn unwirksam gemacht wird.

Die Wirkung der vorliegenden Erfindung zeigt sich deutlich, wenn M1 in der allge­ meinen Formel mindestens eines der Elemente von Mg, Ba und Sr ist oder wenn M2 oder M3 in der allgemeinen Formel mindestens eines der Elemente von La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y ist, wie in den Tabellen 1 bis 4 gezeigt. Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung ist nicht auf die in diesem Beispiel ge­ zeigten beschränkt, doch es sind jegliche Zusammensetzungen wirksam, voraus­ gesetzt, daß sie innerhalb des Wesens der vorliegenden Erfindung liegen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich eine piezoelektrische Keramikzusam­ mensetzung, welche bei einer Temperatur von 1100°C oder darunter gesintert wer­ den kann, erhalten. Die unter Verwendung der piezoelektrischen Keramikzusam­ mensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene piezoelektrische Keramik kann einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt von 10% oder mehr gewährleisten, welches ein Wert ist, der für praktische Anwendungen des piezo­ elektrischen Keramikelements ausreichend ist. Demzufolge können innere Elektro­ den unter Verwendung solcher Elektrodenmaterialien wie Silber mit einem niedri­ gen Schmelzpunkt gebildet werden, wodurch es möglich wird, die piezoelektrischen Keramiken billig zu erhalten. Es ist überflüssig, darauf hinzuweisen, daß eine Ver­ schmutzung mit Bleistäuben verhindert werden kann, da die piezoelektrische Ke­ ramikzusammensetzung kein Blei enthält, wodurch es möglich wird, spezielle Ein­ richtungen, wie Filter zum Entfernen von Bleistäuben auszuschließen, um mögli­ cherweise die Herstellungskosten zu senken.

Claims (10)

1. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, enthaltend eine Hauptkompo­ nente der allgemeinen Formel CaBi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₆, worin y innerhalb eines Be­ reichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

2. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, enthaltend eine Hauptkompo­ nente der allgemeinen Formel (Ca_1-xM1_x)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅, in welcher M1 ein von Ca verschiedenes zweiwertiges metallisches Element oder ein von Bi verschie­ denes dreiwertiges metallisches Element ist, worin y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

3. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 2, wobei x in­ nerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,5 liegt, wenn M1 in der Hauptkomponente ein zweiwertiges metallisches Element ist und worin x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,3 ist, wenn M1 ein dreiwertiges metallisches Element ist.

4. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei M1 in der Hauptkomponente mindestens eines der Elemente aus Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y ist.

5. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, enthaltend eine Hauptkompo­ nente der allgemeinen Formel (Ca_1-xM2_2x/3)Bi₄(Ti_1-ySi_y)₄O₁₅, in welcher M2 ein von Bi verschiedenes dreiwertiges metallisches Element ist, worin x innerhalb eines Bereichs von 0 < x ≦ 0,45 liegt und y innerhalb eines Bereichs von 0 < y ≦ 0,5 liegt.

6. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 5, wobei M2 in der Hauptkomponente mindestens eines der Elemente von La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y ist.

7. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, umfassend eine Hauptkompo­ nente der allgemeinen Formel CaBi₄Ti₄O₁₅, enthaltend 0,5 Mol oder weniger (0 ausgenommen) an Si, bezogen auf 1 Mol Bi in der Hauptkomponente der ge­ nannten allgemeinen Formel, und enthaltend 0,125 Mol oder weniger (0 ausge­ nommen) eines von Ca verschiedenen zweiwertigen metallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi in der Hauptkomponente der genannten allgemeinen Formel, oder 0,075 Mol oder weniger (ausgenommen 0) eines von Bi verschie­ denen dreiwertigen metallischen Elements, bezogen auf 1 Mol Bi in der Haupt­ komponente der genannten allgemeinen Formel.

8. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei das zweiwertige metallische Element oder das in der Hauptkomponente enthaltene dreiwertige metallische Element mindestens ein Element von Mg, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Sc und Y ist.

9. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 8, enthaltend 5,0 Gew.-% oder weniger Mangan, wie zu MnCO₃ umgewandelt, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Hauptkomponente.

10. Piezoelektrisches Keramikelement, umfassend auf der piezoelektrischen Ke­ ramik gebildete Elektroden unter Verwendung der piezoelektrischen Kera­ mikzusammensetzung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.