DE1646699B1

DE1646699B1 - Piezoelektrische keramik

Info

Publication number: DE1646699B1
Application number: DE19661646699
Authority: DE
Inventors: Masamitsu Nishida; Hiromu Ouchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1965-08-16
Filing date: 1966-04-14
Publication date: 1972-05-31
Also published as: US3424686A; GB1116283A

Description

3 4

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung den Elektroden 2 und 3 verbunden, wie z. B. durch

besteht die piezoelektrische Keramik gemäß der Erfin- Lötungen 4, befinden sich Drahtleitungen 5 und 6, die

dung aus einer festen Lösung gemäß der Formel den Wandler mit dem zu verwendenden, nicht ge-

ρτ,/άλίτ MK λ τ; 7r α zeigten elektrischen bzw. elektronischen Schaltungs-

Fb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃Mi₂^r₂U₃, _{5 kreis verb}i_nden. Ein elektromechanischer Wandler

und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 und 0,625, dient bekanntlich zur Umwandlung von elektrischer

für y zwischen 0,125 und 0,625 und für ζ zwischen Energie in mechanische Energie, und umgekehrt.

0 und 0,75, wobei etwa 1 bis 20 Atomprozent Blei Wenn der Keramikkörper daher mechanischen Span-

durch Strontium, Barium und/oder Calcium ersetzt nungen unterworfen wird, führt die erhaltene Dehnung

sind. ίο bzw. Kompression zur Erzeugung eines elektrischen

Nach noch einer weiteren besonderen Ausführungs- Ausstoßes in Form eines Spannungspotentials zwischen

form der Erfindung besteht die piezoelektrische Kera- den Leitungen 5 und 6. Umgekehrt für ein zwischen

mik gemäß der Erfindung aus der festen Lösung der den Leitungen angelegtes Potential zu einer Dehnung

vorstehend angegebenen Formel, wobei die Werte bzw. Kompression oder — allgemein ausgedrückt —

für χ zwischen 0,0625 und 0,5, für y zwischen 0,25 15 einer mechanischen Verformung des Keramikkör-

und 0,5 und für ζ zwischen 0,125 und 0,625 liegen pers 1.

und ebenfalls etwa 1 bis 20 Atomprozent Blei durch Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß GeStrontium, Barium und/oder Calcium ersetzt sind. mische aus Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ und PbTiO₃ in allen

Das Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen Mengenverhältnissen feste Lösungen in einer Struktur

Keramik gemäß der Erfindung wird in der folgenden ao vom Perowskit-Typ bilden. Die feste Lösung hat eine

Beschreibung und den Zeichnungen erläutert, in morphotrope Phasengrenze bei einer Zusammen-

denen Setzung von 59,0 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ und

F i g. 1 ein Querschnitt durch einen elektromecha- 41,0 Molprozent PbTiO₃. Der planare Kopplungsnischen Wandler ist, der unter Verwendung der neuen koeffizient ist am höchsten in der Nähe der morphopiezoelektrischen Keramik hergestellt worden ist, as tropen Zusammensetzung und wird geringer, wenn

F i g. 2 ein Dreieckdiagramm ist, das die Zusammen- sich die Zusammensetzung von der morphotropen setzung der neuen piezoelektrischen Keramik er- Zusammensetzung entfernt. Weiterhin wurde festläutert, gestellt, daß das aus Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, PbTiO₃ und

F i g. 3 bis 5 graphische Darstellungen sind, die den PbZrO₃ bestehende ternäre System ebenfalls in allen

Effekt, die Änderungen in der Zusammensetzung auf 30 Mengenverhältnissen als feste Lösung vorliegt. Die

die relative Dielektrizitätskonstante (ε), den planaren feste Lösung des in einer Perovskitstruktur vorliegen-

Kopplungskoeffizienten (Ar₂,) und den Resonanzwider- den ternären Systems wird modifiziert, wenn man den

stand (R) haben, für die Keramik gemäß der Erfin- Anteil (Mg₁Z₃Nb₂Z₃) teilweise durch Ti und/oder Zr

dung im Vergleich zu einer Keramik gleicher Zusam- ersetzt. Die piezoelektrischen Eigenschaften werden

mensetzung, die aber kein Strontium, Barium oder 35 bei dem ternären System viel stärker als bei dem

Calcium enthält, bei 20⁰C und 1 kHz erläutern, obengenannten binären System verbessert und sind in

F i g. 6 bis 8 graphische Darstellungen sind, die an der Nähe der morphotropen Zusammensetzung ausHand von Beispielen erläutern, welchen Einfluß der gezeichnet. Die Änderung der Eigenschaften mit der teilweise Austausch des Bleianteils durch Strontium, Zusammensetzung wird in den F i g. 3 bis 4 für eine Barium bzw. Calcium auf die relative Dielektrizitäts- 40 beispielhafte ternäre Zusammensetzung einer Keramik konstante (ε), den planaren Kopplungskoeffizienten erläutert, die kein Erdalkalimetall als Austausch- (kp) und den Resonanzwiderstand (R) der piezoelek- bestandteil enthält. Weiterhin wurde eine Verbesserung irischen Keramik hat; der dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften

F i g. 9 ist ferner eine graphische Darstellung des erreicht, wenn ein Teil .des Bleis in dem ternären

Einflusses einer Änderung in der Zusammensetzung 45 System ersetzt wurde.

der Keramik auf die Dielektrizitätskonstante (ε) und In Zirkonium ist bekanntlich Hafnium als Verun-

den planaren Kopplungskoeffizienten (Ar₃,) bei 20°C reinigung in verschiedener Menge enthalten. Für die

und 1 kc für eine Keramik mit einer Zusammen- Zwecke der Erfindung ist das Hafnium dem Zirkonium

setzung nahe der morphotropen Phasengrenze; praktisch gleichwertig, so daß das Hafnium entweder

F i g. 10 veranschaulicht in Form einer graphischen 50 als Verunreinigung oder als Ersatz für das Zirkonium

Darstellung die Änderung der Resonanzfrequenz, des vorliegen kann. Wegen der relativ hohen Kosten von

planaren Kopplungskoeffizienten und der Kapazität Hafnium im Vergleich zu Zirkonium ist jedoch seine

von einer polarisierten Keramik nach der Erfindung Verwendung bei der technischen Herstellung der er-

mit der Zeit, d. h. mit der Alterung. findungsgemäßen Keramik unwirtschaftlich, so daß

Ehe eine ausführliche Beschreibung der erfindungs- 55 in der folgenden Beschreibung das mögliche Vorhangemäß vorgeschlagenen piezoelektrischen Keramik densein von Hafnium außer acht gelassen wird. Das erfolgt, soll ihre Anwendung in elektromechanischen gleiche gilt in bezug auf geringe Mengen Tantal, die Wandlern unter Bezugnahme auf F i g. 1 der Zeich- als Verunreinigung im Niob vorkommen können. Der nungen erläutert werden, in der die Bezugszahl 7 Tantalgehalt kann jedoch auf weniger als 2 °/₀ verrineinen elektromechanischen Wandler als Ganzes be- 60 gert werden, und derartige Mengen beeinträchtigen zeichnet, der als aktives Element einen vorzugsweise die piezoelektrischen Eigenschaften nicht. Erfindungsscheibenförmigen Körper 1 aus einer piezoelektrischen gemäß ist daher Tantal dem Niob als praktisch äqui-Keramik gemäß der Erfindung aufweist. Der Körper 1 valent anzusehen. Alle möglichen Zusammensetzungen, ist in einer im folgenden beschriebenen Weise elektro- die das ternäre System haben kann, werden durch das statisch polarisiert und ist mit einem Paar von Elek- 65 Dreieckdiagramm von F i g. 2 erläutert. Einige der troden 2 und 3 versehen, die in einer geeigneten und an durch das Diagramm wiedergegebenen Zusammensich bekannten Weise mit zwei gegenüberliegenden Setzungen führen jedoch zu keiner Keramik mit hohem Flächen des Körpers 1 verbunden sind. Leitend mit piezoelektrischem Effekt. Die vorliegende Erfindung

befaßt sich nur mit einer solchen Keramik, die einen piezoelektrischen Effekt von merklicher Größe zeigt. Der planare Kopplungskoeffizient k_p von Prüfscheiben wird als Maßstab der piezoelektrischen Aktivität genommen.

Innerhalb der Fläche ABCDEF von Fig. 2, die 87,5 bis 1 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, 81,3 bis O Molprozent PbTiO₃ und 95 bis O Molprozent PbZrO₃ erfaßt, führen sämtliche Zusammensetzungen zu einer Keramik, die polarisiert und geprüft worden ist, mit einem planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 5% oder höher. Innerhalb der Fläche GHIJKLNO, die 62,5 bis 1 Molprozent Pb(Mg_1/3Nb₂,₃)O₃, 62,5 bis 12,5 Molprozent PbTiO₃ und 75 bis O Molprozent PbZrO₃ erfaßt, zeigt eine polarisierte Keramik einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 20 % oder höher. Innerhalb der Fläche PQRSTU, die Zusammensetzungen mit 50,0 bis 6,25 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, 50,0 bis 25,0 Molprozent PbTiO₃ und 62,5 bis 12,5 Molprozent PbZrO₃ umfaßt, zeigt eine polarisierte Keramik einen planaren Kopplungskoeffizienten von etwa 30% oder höher. Weiterhin führen die Zusammensetzungen nahe der morphotropen Phasengrenze, die 37,5 bis 12,5 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ und 37,5 Molprozent PbTiO₃ enthalten und zum Rest aus PbZrO₃ bestehen, zu einer Keramik mit einem planaren Kopplungskoeffizienten von 40% oder höher.

Im folgenden werden die Molenbrüche der drei Bestandteile für die Punkte A bis U von F i g. 2 angegeben:

	Pb(Mg_1/3Nb₂/3)O₃	PbTiO₃	PbZrO₃
A	0,875	0,125	0,000
B	0,875	0,000	0,125
C	0,050	0,000	0,950
D	0,010	0,040	0,950
E	0,010	0,813	0,177
F	0,187	0,813	0,000
G	0,625	0,375	0,000
H	0,625	0,125	0,250
I	0,500	0,125	0,375
J	0,1875	0,1875	0,625
K	0,010	0,240	0,750
L	0,010	0,615	0,375
M	0,125	0,625	0,250
N	0,250	0,625	0,125
O	0,500	0,500	0,000
P	0,500	0,375	0,125
Q	0,500	0,250	0,250
R	0,125	0,250	0,625
S	0,0625	0,3125	0,625
T	0,0625	0,500	0,4375
U	0,375	0,500	0,125

55

In den ternären Zusammensetzungen innerhalb der Fläche ABCDEF, die 87,5 bis 1 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, 81,3 bis O Molprozent PbTiO₃ und 95 bis O Molprozent PbZrO₃ umfaßt, hat die Einverleibung von Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ als Ersatz für einen Teil des PbZrO₃ den Effekt einer fortschreitenden Verringerung der Curietemperatur der Keramik, doch behält die Keramik einen verhältnismäßig hohen planaren Kopplungskoeffizienten, insbesondere in der Fläche PQRSTU von F i g. 2, die 50,0 bis 6,25 Molprozent Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, 50,0 bis 25,0 Molprozent PbTiO₃ und 62,5 bis 12,5 Molprozent PbZrO₃ umfaßt. Wie oben angegeben ist, ist bei der Keramik gemäß der Erfindung ein Teil des Bleis in den festen Lösungen, die durch die Fläche ABCDEF oder vorzugsweise durch die Fläche PQRSTU von F i g. 2 definiert werden, durch Strontium, Barium und/oder Calcium ersetzt, und zwar etwa 1 bis 20 Atomprozent, vorzugsweise aber 3 bis 10 Atomprozent. Der Effekt von Strontium, Barium und Calcium ist qualitativ der gleiche, doch ist bei gleicher Menge Strontium wirksamer.

Zur leichteren und eindeutigeren Definition kann die erfindungsgemäße Keramik durch die folgende allgemeine empirische Formel wiedergegeben werden:

Dabei bedeuten die Indizes a, b, c, d, x, y und ζ die Molenbrüche bzw. die Atomprozentwerte der jeweiligen Bestandteile und haben die folgenden numerischen Werte:

a = 0,99 bis 0,80
b = 0,01 bis 0,20
c = 0,01 bis 0,20
d = 0,01 bis 0,20
b + c + d = 0,01 bis 0,20
χ = 0,01 bis 0,875
y = 0 bis 0,813
z= 0 bis 0,950 und
a + b+ c + d=

35

40

45 Die piezoelektrische Keramik nach der Erfindung besitzt eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen hohen planaren Kopplungskoeffizienten zusammen mit einem geringen Resonanzwiderstand. So zeigt die piezoelektrische Keramik nach der Erfindung z. B. eine Dielektrizitätskonstante von 3510, einen piezoelektrischen planaren Kopplungskoeffizienten von 0,64 zusammen mit einem geringen Resonanzwiderstand von 8 Ohm, was gegenüber einer Dielektrizitätskonstante von 1609 und einem radialen Kopplungskoeffizienten von 0,564 von der oben erörterten bekannten piezoelektrischen Keramik technisch sehr vorteilhaft ist. Diese vorteilhaften Eigenschaften können nur mit einer Keramik erzielt werden, die ein ternäres System

Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ - PbTiO₃ - PbZrO₃

und eine teilweise Substitution von Pb durch Ba, Sr oder Ca aufweist. Der Effekt einer solchen Substitution in einem solchen ternären System in bezug auf die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften der polarisierten Keramik war nach dem Stand der Technik nicht vorauszusehen gewesen.

Beispiele

Zur Herstellung der Keramik gemäß der Erfindung werden die Ausgangsmaterialien, wie z. B. reines PbO oder Pb₃O₄, MgO oder MgCO₃, Nb₂O₅ oder Nb(OH)₅, TiO₂ und ZrO₂ sowie reaktionsfähige Verbindungen von Strontium, Barium und Calcium (wie z. B. die Oxyde, Hydroxyde oder Carbonate) in einer mit Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliertem Wasser vermischt. Jeder Ansatz wird so abgewogen, daß etwa 100 g Gemisch vorliegen. Die Gemische werden nach dem Trocknen unter einem Druck von 400 kg/cm² zu der gewünschten Form gepreßt. Die Blöcke werden 2 Stunden bei 85O⁰C kalziniert, in der Kugelmühle naßpulverisiert und die Pulver getrocknet. Die trockenen Produkte, die eine

7 8

kleine Menge destilliertes Wasser enthalten (organische nähme des Äquivalentresonanzwiderstandes (R) von Bindemittel und Gleitmittel werden vermieden), wer- 28,1 auf 23,7 bzw. 12,7 Ohm zeigt,
den unter einem Druck von 700 kg/cm ^a zu Scheiben Die gleichen Ergebnisse sind mit einer Keramik der von 20 mm Durchmesser und 2 mm Dicke verformt. Formeln (2) und (3) erhältlich [Beispiele 66 und 69 Die Scheiben werden bei einer gewünschten Tempera- 5 von Tabelle I], bei der ein Teil des Bleis durch Barium tür, die sich nach der jeweiligen Zusammensetzung und Calcium ersetzt ist und die relative Dielektrizitätsrichtet, 45 Minuten gebrannt. Erfindungsgemäß be- konstanten von 1215 bzw. 1198 aufweist. Gleichzeitig steht keine Notwendigkeit, die Massen in einer PbO- wird eine Zunahme bei dem planaren Kopplungs-Atmosphäre zu brennen, und auch im Hinblick auf koeffizienten (von 0,458 auf 0,496 bzw. 0,494) und eine den Temperaturgradienten im Ofen ist keine beson- io Abnahme des Resonanzwiderstandes (von 28,1 auf 23,2 dere Sorgfalt erforderlich. So kann die erfindungs- bzw. 21,7 Ohm) gefunden. Eine Keramik mit den gemäße piezoelektrische Keramik in gleichmäßiger Formeln (5) und (6) [Beispiele 33 und 30 von Tabelle I] und ausgezeichneter Weise leicht durch einfaches hat viel höhere relative Dielektrizitätskonstanten Bedecken der Proben mit einem Tonerdetiegel erhalten (ε = 2320 bzw. 3693) und geringere Resonanzwiderwerden. Die gesinterte Keramik wird auf beiden Ober- 15 stände (R = 16,7 bzw. 16,1 Ohm) als eine Keramik flächen auf eine Dicke von 1 mm poliert. Die polierte mit den Grundzusammensetzungen. Diese hohen Di-Scheibe wird auf beiden Seiten mit Silberfarbe über- elektrizitätskonstanten werden auf Kosten einer zogen und bei 800° C gebrannt, um Elektroden herzu- schwachen Verringerung der planaren Kopplung erstellen. Der Prüfkörper mit dem auf ihm erzeugten reicht, doch kann diese Verringerung in Anbetracht Elektrodenpaar wird auf seine Dielektrizitätskonstante ao der hohen Dielektrizitätskonstanten in Kauf genom- und auf seinen dielektrischen Verlustfaktor bei 20° C, men werden.

einer relativen Feuchte von 50 % und einer Frequenz Die F i g. 3 bis 5 erläutern die Veränderung der von 1 kHz geprüft. Zur Polarisation werden die Prüf- relativen Dielektrizitätskonstante (ε), des planaren körper in ein Siliconölbad bei 100° C eingetaucht, Kopplungskoeffizienten (k_v) und des Resonanzwider-1 Stunde mit einer Gleichstromspannung von 4 kV/mm as Standes (R) einer beispielhaften Keramik als Funktion beladen und unter Aufrechterhaltung des Feldes in des Molverhältnisses von PbTiO₃ zu PbZrO₃ bei 30 Minuten auf Raumtemperatur (etwa 20 bis 30°C) konstantem Mol-Anteil (25 Molprozent) von abgekühlt. Die dielektrischen und piezoelektrischen Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃, das 5 Molprozent Strontium entEigenschaften der polarisierten Prüfkörper sind ge- hält, im Vergleich zu der entsprechenden nichtmodimessen worden, und bevorzugte Zusammensetzungen 3° fizierten Keramik. Aus diesen graphischen Darstellunder piezoelektrischen Keramik gemäß der Erfindung gen ist eindeutig ersichtlich, daß sowohl bei der erbei 20° C sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Mes- findungsgemäßen Keramik als auch bei der nichtsung der piezoelektrischen Eigenschaften erfolgte modifizierten Keramik in der Nähe der morphotropen unter Verwendung der IRE-Standard-Übertragungs- Übergangsgrenze die höchsten relativen Dielektrizischaltung, und der planare Kopplungskoeffizient 35 tätskonstanten, die höchsten planaren Kopplungswurde nach dem Resonanz-Antiresonanz-Frequenz- koeffizienten und die niedrigsten Resonanzwiderstände verfahren bestimmt. Innerhalb der obengenannten vorliegen. Weiterhin ist eindeutig ersichtlich, daß der allgemeinen Mengenverhältnisse haben die vom Stand- Ersatz eines Teils des Bleis durch die genannten Erdpunkt eines hohen piezoelektrischen Effektes, ver- alkalimetalle eine Zunahme der Dielektrizitätskonbunden mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante, 40 stanten und der planaren Kopplungskoeffizienten und aus gesehen bevorzugten Zusammensetzungen der eine Abnahme der Resonanzwiderstände bewirkt,
piezoelektrischen Keramik gemäß der Erfindung die Die F i g. 6 bis 9 sind graphische Darstellungen, die folgenden Formeln: den Effekt der zum Modifizieren verwendeten Menge m ην. c xi\x XTi, τ· ύ in ^an Erdalkalimetall auf die relative Dielektrizitäts-

(1) Pbo,97Sr_0j03[(Mg_l/3Nb₂/3)_0jl25Ti_0f405Zr₀₍₄₇JO, _4g k_onstante (_ε)_; den _pl_anaren Kopplungskoeffizienten

(2) Pb_o>95Bao,o5 [(Mg₁Z₃Nb₂/₃)o,i25Tio,405Zro,47]0₃ (^) und den Resonanzwiderstand (R) bei einer Kera-

(3) PbC₉₅Ca₀₁O₅KMg₁Z₃Nb₂Z₃)C₁₂₅Ti₀₁₄OsZrO^Y]O₃ mik zeigen, bei der ein Teil des Bleianteils durch

(4) Pb₀,₉₀Sr₀,₁₀i(Mg_l/3Nb₂z₃)o,₁₂₅Tic₄₀₅Zr₀,₄,]0₃ ^Str°^ntiu™> ^{Barium bzw}· Calcium ersetzt ist.

(K\ Ph Ra ΓΓΜσ , Nh , ϊ Ti 7r in ^F ¹S-10 i^st eine graphische Darstellung des Em-

(5 Pb₀,₉₅Ba₀,₀₅[(Mg_l/3Nb_2/3)₀,₃₇₅Ti₀,₃₇₅Zr₀,₂₅]O₃ ^ ^^ ^ _{SubstitutioQ auf die Altenmgs}ti_genSchaf-

(6) i^Jb₀,₉₀br_o,₁₀KMg₁/3Nb_2/3)_0>375li_O(375Zr_0>25)U_{3 ten der} Keramik gemäß der Erfindung, bei der die

Wie aus der weiter unten folgenden Tabelle I er- Stellung, in der sich das Blei befindet, teilweise durch

sichtlich ist, hat eine piezoelektrische Keramik mit Strontium bzw. Barium besetzt ist, in bezug auf die den obengenannten Formeln (1) und (4) [Beispiele 62 Resonanzfrequenz, den planaren Kopplungskoeffi- und 64] relative Dielektrizitätskonstanten (ε) von 55 zienten und die Kapazität.

1150 bzw. 2328 im Vergleich zu 1090 für eine Keramik Aus diesen graphischen Darstellungen ist ersichtlich,

aus einer Grundzusammensetzung mit dem gleichen daß die Keramik, die Erdalkalielemente enthält, im

Molverhältnis Vergleich zu einer nichtmodifizierten Keramik mit der

Ms Nb 'Ti¹Zr Grundzusammensetzung eine merkliche Verbesserung

ta u-auM -Kxu τ· ύ \r, ^6o ^^{er re}l^ati^ven Dielektrizitätskonstante, des planaren

[d.h. Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)C₁₂₅IIc₄₀₅ZrC₄₇)O₃]. Kopplungskoeffizienten und des Resonanzwiderstan-

Diese bemerkenswerte Vergrößerung der Dielektri- des zeigt. Bei einer weiteren Zunahme des prozentualen

zitätskonstante ist von einer Zunahme in bezug auf Anteils an Erdalkalielement werden diese Verbesserun-

die elektromechanische Ansprechbarkeit begleitet, gen jedoch nur auf Kosten einer Verschlechterung was sich an einer Vergrößerung des planaren Kopp- 65 anderer Eigenschaften, wie z. B. eines etwas geringeren

lungskoeffizienten (k_p) von 0,458 auf 0,502 bzw. 0,581 planaren Kopplungskoeffizienten und einer Zunahme

zeigt, und ist weiterhin von einer Abnahme in der des Resonanzwiderstandes, erzielt. Aus der folgenden

Resonanzimpedanz begleitet, was sich an einer Ab- Tabelle und den Figuren ist ersichtlich, daß die bevor-

zugte Menge an Erdalkalimetall etwa 3 bis 10 Atomprozent beträgt.

Zusätzlich zu den obengenannten verbesserten Eigenschaften besitzt die erfindungsgemäße Keramik gute physikalische Eigenschaften und läßt sich gut polarisieren. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die ternäre feste Lösung

Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ - PbTiO₃ - PbZrO₃,

bei der ein Teil des Bleis durch Strontium, Barium oder Calcium ersetzt ist, zu einer ausgezeichneten piezoelektrischen Keramik führt.

Bei spiel	Zusammensetzung
1	Pb(Mg_l/3Nb₂,s)_0i50Ti_0i50Os
2	Pb₀₁₉₇Sr₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₅₀Ti₀₁₅₀O₃
3	Pb₀₁₉₅Sr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Za)₀₁₅₀Ti₀₁S₀O₃
4	Pb₀₁₉₀Sr₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₅₀TiO₁₅₀Os
5	Pb₀₁S₀Sr₀₁₂₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₅₀Ti₀₁₅₀O₃
6	Pb₀₁₉₇BaO₁O₃(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₅₀Ti₀₁₀₅O₃
7	PbO₁₉₅Ba₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁S₀Ti₀₁₅₀O₃
8	PbC₉₀BaO₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)CSoTiO₁SoO₃
9	Pb_0i80Ba₀,₂₀(Mg_1/3Nb₂z₃)_0i50Ti_0i50O₃
10	Pb₀₁₉₇Ca₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₅₀Ti₀₁₅₀O₃
11	Pb₀₁₉₅Ca₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₅₀Ti₀₁₅₀O₃
12	Pb₀₁₉₀Ca₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁S₀Ti₀₁₅₀O₃
13	PbO₁₈OCa₀₁₂₀(Mg₁ZsNb₂Z₃)O₁SoTiO₁SoOs
14	Pb(Mg_l/3Nb₂/₃)o_i5oTio,3₇Zr₀,₁₃0₃
15	Pb₀₁₉₇Sr₀₁O₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁S₀Ti₀₁₃₇Zr₀₁₁₃O₃
16	PbO]₉OSr₀₁₁₀(Mg₁ZsNb₂Zs)₀₁S₀TiO₁₃₇ZrO₁₁₃O₃
17	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁S₀Zr₀₁₅₀O₃
18	Pb₀₁₉₇Sr₀₁₀₃(Mg₁ZsNb₂Zs)₀₁₅₀ZrO₁₅₀O₃
19	Pb₀₁₉₅Sr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Zs)O₁₅₀Zr₀₁SoO₃
20	Ph ^It C\Äo ι "NTh ι Λ 7v O ^{x l}"M),90^lJ1-0»10v^l-"^J-ol/3^JL^^u2/3./0»50 ¹OjSO 3
21	Pb₀₁₉₇Ba_0-03(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₅₀Zr₀₁₅₀O₃
22	PbO₁₉₅BaO₁Os(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁S₀ZrO₁₅₀O₃
23	Pb₀₁₉₀Ba₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁S₀Zr₀₁S₀O₃
24	Pb₀₁₉₇Ca₀₁₀₃(Mg₁ZsNb₂Z₃)O₁₅₀Zr₀₁₅₀O₃
25	PbO]₉₅Ca₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₅₀Zr₀₁S₀O₃
26	·■ 0, 90^'"Ό#10\λ"'&1/3^· ^2/3/0,50^M), 50^ 3
27	Pbriviffi/Q^^bo/Q) rrTln fjK.J-jTn* osOq
28	Pb_0-97Sr₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₃₇₅Ti₀₁S₇₅Zr₀₁₂₅O₃
29	Pb₀₁₉₅Sr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₃₇₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
30	Pb₀₁₉₀Sr₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₃₇₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
31	Pb₀₁₈₀Sr₀₁₂₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₃₇STi₀₁₃₇₅ZrO₁₂₅O₃
32	Pb₀₁₉₇Ba₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₃₇₅Ti₀₁S₇₅ZrO₁₂₅O₃
33	PbO]₉₅Ba₀₁₀₅(Mg₁ZsNb₂Z₃)O₁₃₇₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
34	PbolgoBacioiMgi/sNba/^olsreTiolsreZro^ggOa
35	Pb₀₁₈₀Ba₀₁₂₀(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁S₇₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
36	PbO]₉₇Ca₀]O₃(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁S₇₅TiO]₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
37	Pb₀₁₉₅Ca₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₃₇₅Ti₀₁S₇₅Zr₀₁₂₅O₃
38	PbC₉₀CaC₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O]₃₇₅TiC₃₇₅ZrC₂₅Os
39	Pb₀₁₈₀Ca₀₁₂₀(Mg₁ZaNb₂Za)₀₁S₇₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₂₅O₃
40	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₃₇₅Ti₀₁₃₄₅Zr₀₁₂₈O₃
41	Pb₀₁₉₇Sr_0-03(Mg₁Z₃Nb₂Za)₀₁₃₇₅Ti₀₁S₄₅Zr₀₁₂₈O₃
42	Pb₀₁₉₀Sr₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₃₇₅Ti₀₁₃₄₅Zr₀₁₂₈O₃

	Bei spiel	Zusammensetzung
	43	Pb(Mg₁ZsNb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁S₇₅O₃
0	44	Pb₀₁₉₇Sr₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₃₇₅O₃
	45	Pb₀₁₉₅Sr₀₁O₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁S₇₅Zr₀₁₃₇₅O₃
	46	Pbo]₉oSro]₁o(Mg₁/3Nb₂/s)o]₂sTio]₃₇sZr₀]₃₇₅Os
	47	PbO₁SoSr₀₁₂O(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂STi₀₁S₇₅Zr₀₁₃₇₅Os
10	48	Pb₀₁₉₇BaO₁O₃(Mg₁Z₃Nb₂Zs)O₁₂₅TiO₁S₇₅Zr₀₁S₇₅Os
	49	PbO₁₉₅BaO₁Os(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₃₇₅O₃
	50	Pb₀₁₉₀Ba₀₁₁O(Mg₁ZsNb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₃₇₅O₃
	51	Pb₀₁₈₀BaO]₂₀(Mg₁ZaNb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀^₇SZr₀₁₃₇₅O₃
15	52	Pb₀₁₉₇Ca₀₁Oa(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁₃₇₅O₃
	53	Pb₀₁₉₅Ca₀₁₀S(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁₃₇₅Zr₀₁S₇₅O₃
	54	Pb₀₁₉₀CaO]₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂₅TiO]₃₇₅ZrO]₃₇₅O₃
	55	Pb₀₁₈₀Ca₀₁₂O(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₂₅TiO₁S₇₅Zr₀₁S₇₅O,
20	56	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₁₂₅Ti₀₁₄₃₅Zr₀₁₄₄O₃
	57	Pb₀₁₉₇Sr₀₁₀₃(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₃₅Zr₀₁₄₄O₃
	58	PbC₉₅SrC₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)C₁₂₅Ti₀₁₄₃₅Zr₀₁₄₄O₃
	59	Pb₀₁S₅Sr₀₁₁₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₃₅Zr₀₁₄₄O₃
«5	60	Pb₀₁₈₀Sr₀₁₂₀(Mg₁ZsNb₂Zs)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₃₅Zr₀₁₄₄O₃
	61	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₁₂₅Ti₀₁₄₀₅Zr₀₁₄₇O₃
	62	Pb₀^₇Sr₀₁O₃(Mg₁Zi₁Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄OsZr₀₁₄₇Oi,
	63	Pb₀₁₉₅Sr₀₁O₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₀₅Zr₀₁₄₇O₃
30	64	PbO₁₉OSrO₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₀₅Zs₀₁₄₇O₃
	65	PbC₈OSrC₂₀(Mg₁Z₃M)₂Zs)C₁₂₅TiC₄₀₅ZrC₄₇Os
	66	Pb₀₁₉₅Ba₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₁₂₅Ti₀₁₄₀₅Zr₀₁₄₇O₃
	67	Pb₀₁₈₅Ba₀₁₁₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄₀₅Zr₀₁₄₇O₃
	68	Pb₀₁₈₀Ba₀₁₂₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅TiO₁₄O₅Zr₀₁₄₇O₃
35	69	Pb₀₁₉₅Ca₀₁O₅(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅Ti₀₁₄O₅Zr₀₁₄₇O₃
	70	Pb₀₁₉₀Ca₀₁₁₀(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₁₁₂₅TiO₁₄OsZr₀₁₄₇O₃
	71	" 0»85^ 0#15ν^·§ΐ/3"^' ^2/3/0125 ^- ^0,405^^0,47^3
	72	-t D()»80^"'*O,20v^'^-&L/3·^' ^2/3/0,125 -^^0»405^Μ),47^3
40	73	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₇₅O₃
	74	Pb₀₁₉SS₀₁Os(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₇₅O₃
	75	Pb(Mg_l/3Nb₂zs)_0i25Ti_0i625Zr_0il25O₃
	76	Pb₀₁₉₅Sr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Zs)O₁₂₅Ti₀₁₆₂₅ZrO₁₁₂₅O₃
45	77	Pb(Mg_l/3Nb₂,₃)o_l2sTi_Oi5OZr_Oi250₃
	78	Pb₀₁₉₅Sr₀₁₀S(Mg₁Z₃Nb₂Zs)O₁₂₅TiO₁₅₀ZrO₁₂₅Os
	79	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₄₃Zr₀₁₃₂O₃
	80	Pb₀₁₉₅Sr₀₁O₅(Mg₁ZaNb₂Z₃)O₁₂₅Ti₀₁₄₃Zr₀₁S₂O₃
50	81	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₄₀Zr₀₁₃₅O₃
	82	Pb_0i95Sr_0i05(Mgj/₃Nb₂/s)_0i25Ti_0i40Zr_0i35O₃
	83	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₃₇Zr₀₁₃₈O₃
	84	Pb₀₁₉₅Sr₀₁O₅(Mg₁Z₃Nb₂Za)₀₁₂₅Ti₀₁₃₇Zr₀₁₃₈Os
55	85	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Za)₀₁₂₅Ti₀₁S₄Zr₀₁₄₁O₃
	86	0,95 0,05ν,01/3 2/3/0»25 OjSa¹^ 0»41^"^3
	87	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₃₁Zr₀₁₄₄O₃
	88	Pb₀₁₉₅Sr₀₁O₅(Mg₁Z₃Nb₂Zs)O₁₂₅TiO₁S₁Zr₀₁₄₄O₃
6o	89	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₂₁Zr₀₁₄₇O₃
	90	PbO₁₉SSr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂-S)₀₁₂₅Ti₀₁₂₈Zr₀₁₄₇Oa
	91	Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)C₂₅Ti₀₁₂₅Zr₀₁₅₀O₃
	92	"Pn ν»t* ι ~\Λο* ι Nn / ι Ti 7t (~}* 0,95 0»05V öl/3 2/3/0,25 0»25^^ 0,50^·^?
65	93 94	Pb(Mg₁Zi₁Nb₂Zs)₀₁₂₅Ti₀₁₁₂₅Zr₀₁₆₂₅O₃
	95	JT D^JVL^j^gJN D2/3J0 25^0» 75 3
	96	Pb₀,95Sr₀₁₀₅(Mg₁Z₃Nb₂Za)₀₁₂₅Zr₀,₇₅O₃

Tabelle la

Beispiel	Brenntemperatur	Relative Dielektrizitäts	Planarer Kopplungs-	Resonanzwiderstand	Dielektrischer Verlustfaktor D
	(⁰C)	konstante ε bei 1 kHz	Kucmzicnt Kp \ la)	Ri )	(in %) bei 1 kHz
1	1270	915	19,1	80,4	1,22
2	1250	990	24,5	54,0	1,15
3	1250	1093	25,6	47,9	1,29
4	1250	1880	20,3	50,7	1,74
5	1250	4135	7,0	75,2	1,12
6	1250	985	27,3	47,9	1,05
7	1250	1020	26,6	44,3	1,24
8	1250	1066	22,7	40,2	1,34
9	1250	2330	14,0	50,7	2,13
10	1250	697	20,9	78,0	0,87
11	1250	699	20,6	78,3	0,86
12	1250	750	20,3	76,3	0,95
13	1250	1178	14,4	80,2	2,41
14	1270	1433	30,1	38,4	1,85
15	1260	2330	28,7	26,0	1,68
16	1250	4823	15,4	92,5	3,93
17	1300	332	7,5	814,0	1,90
18	1290	1024	8,3	474,7	2,55
19	1290	3976	12,0	106,3	3,95
20	1290	4287	9,0	86,8	0,22
21	1290	1186	8,6	366,7	3,00
22	1290	3915	8,5	98,1	2,53
23	1290	6054	7,0	65,4	0,92
24	1290	509	11,0	420,8	1,89
25	1290	1326	9,5	253,0	3,81
26	1290	1403	7,1	136,7	2,24
27	1280	1671	48,0	18,9	2,28
28	1250	1988	49,1	17,2	2,11
29	1250	2533	50,0	15,4	2,39
30	1250	3693	42,5	16,1	3,10
31	1250	6750	14,6	18,0	0,70
32	1250	1866	48,3	18,1	2,08
33	1250	2320	47,0	16,7	2,41
34	1250	3267	38,2	17,9	3,20
35	1250	5012	12,3	18,6	5,15
36	1250	1781	47,4	18,3	1,95
37	1250	1850	43,7	17,4	1,64
38	1250	2108	32,8	16,2	1,91
39	1250	2887	11,8	18,1	5,62
40	1280	1247	30,2	55,4	2,07
41	1260	2209	39,7	22,2	2,72
42	1260	5329	26,5	46,1	4,90
43	1300	976	49,8	27,0	2,52
44	1290	1242	50,2	24,5	2,15
45	1290	1671	49,0	23,7	2,09
46	1290	2647	35,2	24,2	2,66
47	1290	4975	12,3	26,5	2,68
48	1290	1224	48,7	26,1	2,09
49	1290	1472	46,2	23,8	2,26
50	1290	1975	37,4	25,4	2,59
51	1290	4108	15,7	26,8	5,40
52	1290	1212	51,1	25,4	2,11
53	1290	1590	48,3	24,7	2,01
54	1290	2872	36,6	26,8	2,50
55	1290	3721	14,1	27,5	7,39
56	1310	1246	49,2	20,6	1,65
57	1290	1355	41,1	27,6	1,72
58	1290	1432	38,8	27,9	1,73
59	1310	2347	39,8	17,1	1,60
60	1310	3700	21,8	47,7	3,70
61	1310	1090	45,8	28,1	1,50
62	1290	1150	50,2	23,7	2,51

Tabelle la (Fortsetzung)

Beispiel	Brenntemperatur (⁰C)	Relative Dielektrizitäts konstante ε bei 1 kHz	Planarer Kopplungs koeffizient kp (%)	Resonanzwiderstand R(ß)	Dielektrischer Verlustfaktor D (in "/„) bei IkHz
63	1310	1347	53,0	19,0	2,21
64	1290	2328	58,1	12,7	2,00
65	1290	5245	30,5	41,2	5,15
66	1290	1215	49,6	23,2	2,13
67	1290	1668	34,5	36,4	2,45
68	1310	1723	20,2	84,2	3,11
69	1310	1198	49,4	21,7	1,65
70	1290	1351	42,2	51,6	1,77
71	1290	1589	25,1	114,0	4,00
72	1290	1684	13,1	262,0	4,35
73	1230	263	5,9	1394,0	1,60
74	1210	473	8,4	517,0	1,63
75	1250	487	24,6	72,0	1,64
76	1270	591	25,5	60,6	1,80
77	1300	920	29,0	66,7	1,43
78	1280	1186	37,6	26,3	1,10
79	1300	1254	30,3	33,0	1,67
80	1280	1992	39,6	20,5	1,50
81	1300	1274	46,3	25,5	2,05
82	1280	2098	47,0	19,5	1,93
83	1300	1061	47,5	26,2	2,49
84	1300	1622	48,0	23,0	2,39
85	1300	1049	39,9	36,0	2,26
86	1280	1522	43,3	22,5	2,83
87	1300	675	30,1	70,2	3,19
88	1280	1447	35,4	26,1	2,91
89	1300	630	29,7	62,8	3,55
90	1280	1360	34,8	30,7	3,02
91	1300	566	29,5	64,1	3,32
92	1280	1321	33,7	42,9	3,29
93	1300	493	20,7	80,0	2,97
94	1280	1228	22,1	71,6	3,64
95	1300	533	7,3	384,0	3,27
96	1280	1606	10,1	318,0	4,20

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Patentansorüche* anderen Seite soll (2) die piezoelektrische Keramik " für elektrische Wellenfilter einen ganz speziellen

1. Piezoelektrische Keramik, dadurch ge- Kopplungskoeffizienten, einen niedrigen Resonanzkennzeichnet, daß sie aus einer festen widerstand und einen hohen mechanischen Qualitäts-Lösung gemäß der Formel 5 faktor aufweisen. Weiterhin muß die Keramik in bezug Our\x_n μι, ιτ;7,.λ auf die Resonanzfrequenz und andere elektrische Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃Mi₂ZZr₂O₃ Eigenschaften eine hohe Temperatur- und Zeitbestänbesteht, und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 digkeit haben.

und 0,875, für y zwischen 0 und 0,813 und für ζ Aus der USA.-Patentschrift 3 268 453, J. Am.

zwischen 0 und 0,95, wobei etwa 1 bis 20 Atom- io Ceram. Soc, 48 [12], S. 630 bis 635 (1965), und J. Am.

prozent Blei durch Strontium, Barium und/oder Ceram. Soc, 49 [11], S. 577 bis 582(1966), ist eine piezo-

Calcium ersetzt sind. elektrische Keramik bekannt, die aus dem System

2 Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- Pb(M_gl,₃Nb_2/3)O₃ - PbTiO₃ - PbZrO₃
zeichnet, daß sie aus einer festen Losung gemäß

der Formel 15 besteht und mit bestimmten Zusätzen modifiziert ist.

Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)ZTi^Zr₂O₃ Eine Bleititanat-Bleizirkonat-Keramik, die mit bestimmten Zusätzen, wie z. B. Ta₂O₅, Nb₂O₅, Fe₂O₃,

besteht, und zwar mit Werten für χ zwischen 0,01 NiO, CoO, Bi₂O₃ und WO₃, modifiziert ist,

und 0,625, für y zwischen 0,125 und 0,625 und wird in der deutschen Patentschrift 1 009 431, der

für ζ zwischen 0 und 0,75, wobei etwa 1 bis 20 20 deutschen Auslegeschrift 1116 742 und der britischen

Atomprozent Blei durch Strontium, Barium und/ Patentschrift 1 010 508 beschrieben. Die dort beschrie-

oder Calcium ersetzt sind. bene Keramik besitzt jedoch eine relativ niedrige Di-

3. Piezoelektrische Keramik, dadurch gekenn- elektrizitätskonstante und einen niedrigen elektro-

zeichnet, daß sie aus einer festen Lösung gemäß mechanischen Kopplungskoeffizienten. So hat z. B.

der Formel 25 die nach dieser Literatur bekannte Keramik eine Di-

Nb₂Z₃)ZTi^Zr₂O₃ elektrizitätskonstante von 1609 zusammen mit einem

radialen Kopplungskoeffizienten von 0,564 gezeigt,

besteht, und zwar mit Werten für χ zwischen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

0,0625 und 0,5, für y zwischen 0,25 und 0,5 und gründe, eine piezoelektrische Keramik mit sehr ver-

für ζ zwischen 0,125 und 0,625, wobei etwa 1 bis 30 besserten piezoelektrischen und dielektrischen Eigen-

20 Atomprozent Blei durch Strontium, Barium schäften zur Verfügung zu stellen. Derart verbesserte

und/oder Calcium ersetzt sind. Eigenschaft wird nicht bei der herkömmlichen

Keramik aus Bleititanat-Bleizirkonat oder Bleimagne-

siumniobat, das in Ivs. Akad., Nauk, USSR., 1960,

35 S. 1276, beschrieben ist, erzielt. Die Curie-Temperatur

Die Erfindung betrifft eine neue piezoelektrische von Bleimagnesiumniobat der Formel
Keramik. Bei dem Keramikgrundmaterial dieser Pb(Me Nb )O
piezoelektrischen Keramik handelt es sich um poly- ^{1/3 2 3 3}
kristalline Aggregate bestimmter, im nachfolgenden liegt bei-12⁰C, also sehr unter der Raumtemperatur, beschriebener Konstitution. Die piezoelektrische Kera- 40 was als Grund dafür anzunehmen ist, daß der genannmik gemäß der Erfindung kann für elektromechanische ten Literatur über die Piezoelektrizität dieser Verbin-Wandler verwendet werden. dung nichts zu entnehmen ist. Der Stand der Technik Wegen der im Vergleich zu kristallinen Substanzen, gibt daher keine Lehre, wie eine piezoelektrische wie z. B. dem Rochellesalz, geringeren Kosten und Keramik zusammengesetzt sein muß, damit sie eine der leichten Herstellbarkeit von Keramikerzeugnissen 45 sehr hohe Dielektrizitätskonstante, einen hohen piaverschiedenster Gestalt und Größe und der größeren naren Kopplungskoeffizienten und einen geringen Beständigkeit dieser Erzeugnisse bei hohen Tempera- Resonanzwiderstand aufweist.

türen und/oder Feuchtigkeit hat die piezoelektrische Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verKeramik in letzter Zeit für verschiedene Energie- besserten piezoelektrischen Keramik, die durch eine umwandlungszwecke Bedeutung erlangt. Sowohl bei 50 hohe relative Dielektrizitätskonstante, einen hohen der Entwicklung neuer Anwendungen für eine schon elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und bekannte Keramik als auch bei der Entwicklung einen niedrigen Resonanzwiderstand ausgezeichnet ist. einer neuen oder verbesserten piezoelektrischen Kera- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung mik für elektromechanische Wandler sind beträcht- einer neuen piezoelektrischen Keramik, bei der beliche Anstrengungen unternommen worden. Die piezo- 55 stimmte Eigenschaften in der gewünschten Weise eingeelektrischen Eigenschaften der Keramik variieren stellt werden können, um sie bestimmten elektromechanatürlich mit dem jeweiligen Anwendungszweck. nischen Energieumwandlungszwecken anzupassen.
Zum Beispiel erfordern elektromechanische Wandler, Es wurde nun eine piezoelektrische Keramik gewie (1) Schallplattenaufnahmegeräte und Mikro- funden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus phone, eine hohe Ausstoßspannung und ein unscharfes 60 einer festen Lösung gemäß der Formel
Ansprechen auf Frequenzänderungen. Die piezo- _Λ . .
elektrische Keramik muß daher einen sehr hohen Pb(Mg₁Z₂Nb₂Z₃)ZIi₂ZZr₃O₃
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine besteht, und zwar mit den Werten für χ zwischen 0,01 sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Bei und 0,875, für y zwischen 0 und 0,813 und für ζ zwi-Hochleistungsresonatoren für Ultraschallwaschgeräte 65 sehen 0 und 0,95, wobei etwa 1 bis 20 Atomprozent oder ähnlichen Anwendungszwecken ist es erwünscht, Blei durch Strontium, Barium und/oder Calcium einen niedrigen Resonanzwiderstand zu haben, um ersetzt sind. Eine solche piezoelektrische Keramik die inneren Betriebsverluste zu vermindern. Auf der zeigt hohe elektromechanische Wandlereigenschaften.