DE1771697C2 - Piezoelektrische Keramik - Google Patents

Description

Pb(Zn₁Z₃Nb₂^Ti₅Zr₂O₃

. · ι λλι λ ,,.

besteht, worin x+y+z=\ ist, χ zwischen 0,01 und 0,500, y zwischen 0,125 und 0,750 und ζ zwischen 0,125 und 0,865 liegt, dadurch g e k e ηη-ζ e i c h η e t, daß sie zusätzlich eine Kombination von 0,1 bis 5 Gew-% NiO und 0,1 bis 5 Gew.-% MnO₂ enthält, mit der Maßgabe, daß die Summe ihrer Anteile maximal 7% beträgt.

2. Verwendung der piezoelektrischen Keramik nach Anspruch 1 als aktives Element für einen elektromechanischen Wandler.

Andererseits ist es bei Anwendung der piezoelek-Keramiken als Filter wünschenswert, daß das _{Wert fQr den mecham}-_schen

und einen hohen elektromechanischen uMJ _{Fmer müssen die}

^ eine große Beständigkeit mit

^ _{Temperatur un}d der Zeit hinsichtlich der Resonanz- ^enz und andere elektrischer Eigenschaften auf-

Ale viplversDrechende Keramik im Hinblick auf Als ^™^^eC . _Bleititanat-Bleizirkonat in et worden. Es ist jedoch ^ _{hohen mech}anischen Gütefaktor

g, nianaren Konnlun«

zusammen neben «™^m ^ütoit^SkoÄeS" koeffizienten bei den Ble.titanat Ble.znkonat Kera-

^miSodektSche Keramiken der Grundzusammen-PiczoeleKtriscne jvciam

Setzung

Pb(Zn₁J₃Nb₂Z₃)O₃-PbTiO₃-PbZrOs

Die Erfindung betrifft piezoelektrische Keramiken, im speziellen neue ferroelektrische Keramiken, die polykristalline Aggregate bestimmter Komponenten darstellen. Diese piezoelektrischen Keramiken werden durch an sich bekannte Keramiktechniken gesintert und dann durch Anlegen einer Gleichspannung zwisehen den Elektroden polarisiert, wodurch elektromechanische Wandlereigenschaften entsprechend dem bekannten piezoelektrischen Effekt verliehen werden. Die Erfindung betrifft ferner dit Verwendung der piezoelektrischen Keramiken in elektromechanischen ^WDi?'erfindünesgemäße Keramik besteht hauptsächlieh aus einer fistln Lösung des ternären Systems ohne weitere Zusätze sind bekannt (DT-AS 16 46 698, GB-PS 11 16 510); derartige Keramiken zeigen auch nicht annähernd eine gute Kombination von hohem Güte'aktor und hohem planaren Kopplungskoeffizienten. . .

A_US der DT-AS 1116 742 ist ein keramisches Material ruf Basis des Systems

PhZrO PbTiO PbSnO₃-PbZrO₃-PbHO₃

mit Zusätzen von E««o«d. Ngdox^d und KobaU-oxid von 0,01 bis 1,0G^·".* «tonnt, eine Mod 1-

zierung mit emer ^^^^^^f^ plus Manganoxid ist nicht vorgesehen Aus J. Amer. Ceram. Soc 49, S. 577 b ^ 582! (1961Ust es bekannt, das ternäre System der Zusammensetzung

Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ - Pb 11U₃ —

PWZn , Nb , 10 —
Pb^n_1/3Nb_2/3jU₃

PbZrO₃,

das mit kombinierten MnO₂- und NiO-Zusätzen bis zu maximal 7 Gew.-% modifiziert worden ist.

Die Anwendung piezoelektrischer Materialien auf den verschiedenen Einsatzgebieten für Wandler bei Herstellung, Messung und Richlungssinnbestimmung eines Tons, eines Stoßes, einer Vibration, eines Drucks usw. nimmt ständig zu. Es werden sowohl Kristall-als auch Keramikwandlertypen weit verbreitet angewendet. Wegen der geringeren Kosten und leichten Herstellung in verschiedenen Formen und Größen und ihrer Kroßeren Beständigkeit gegenüber hoher Temperatur und/oder Feuchtigkeit im Vergleich zu kristallinen Materialien wie dem Rochelle-Salz erlangten piezoelektrische Keramiken auf zahlreichen Einsatzgebieten für Wandler zunehmend an Bedeutung.

Die Anforderungen an die piezoelektrischen Eigenschäften von Keramiken wechseln je nach den Anwendungsarren. Zum Beispiel erfordern elektromechanische Umwandler, wie ein Tonabnehmer und ein Mikrophon, piezoelektrische Keramiken, die durch einen recht hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine recht hohe Dielektrizitätskonstante ausgezeichnet sind.

_4J.

50 mit Zusätzen aus NK), Cr₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂ und CoO zu modifizieren. Offen..chthch ist es be. dieser bekannten Keramik sehr schwierig, bei niedrigen Brenn-Temperaturen sowohl hohe planare Kopplungskoeffi- ^_{6n aIs auch} hohe mechanische Gütefaktoren zu erreichen. Die besten Ergebnisse bei einer Brenntemperatur von 1260 C sind ein Kopplungskoeffiz.ent von 0,553 und mechanischer Gutefaktor von 2OM. Keramiken auf Basis des ternaren Systems

Pb(Mg₁Z₃Nb_{2 3})O₃ — Pb 11U₃ - 1 bz,ru₃

werden des weiteren in J. Amcr Ceram ooe 48 (1965), S. 630 bis 635, sowie Bd. 4SI (1966; S. 5 /7 bis 582 der GB-PS 10 66 752 und der US-PS 32 68 4d3 beschrieben.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue ver-

besserte piezoelektrische Keramiken zu entwickeln, welche sich durch eine vorteilhafte Kombination eines hohen mechanischen Gütefaktors und eines hohen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten auszeichnen sollten, womit gleichzeitig piezoelektrische Keramiken angestrebt wurden, bei welchen bestimmte Eigenschäften den verschiedenen Anwendungen angepaßt werden können. Erfindungsziel war schließlich auch die Verwendung der neuen Keramiken als aktive Bestandteile in elektromechanischen Wandlern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wurde gelöst mit der neuen piezoelektrischen Keramik, welche

hauptsächlich aus einer festen Lösung von drei Komponenten gemäß der Formel

besteht, worin χ + y -τ ζ — I ist, χ zwischen 0,01 und OpOO, y zwischen 0,125 und 0,750 und ζ zwischen 0,125 und 0,865 liegt, welche dadurch gekenazeichnet ist, daß sie zusätzlich eine Kombination von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent NiO und 0,1 bis 5 Gew.-% MnO₂ enthält, mit der Maßgabe, daß die Summe ihrer Anteile maximal 7 % beträgt.

Der durch die neue Keramik erzielbare Fortschritt gegenüber Keramiken der gleichen Grundzusammensetzung (DT-AS 16 46 698) bzw. Keramiken, wie sie durch die DT-AS 11 16 742 beschrieben sind, ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich.

Zusatz

Brenntemperatur

(⁰C)

Bemerkung

Kein

0,5 Gew.-% NiO
0,5 Gew.- % MnO₂
0,1 Gew.-% NiO

98 0,481 1240
2124 0,67 1210
— 0,56 1270

S Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen ert lästert, worin
% F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines elektro-

■„! mechanischen Wandlers zeigt,

^l*J F i g. 2 ein dreiseitig zusammengesetztes Diagramm ,, von Materialien ist, die nach der vorliegenden Erlindung angewendet werden können,

■ *> F i g. 3 und 4 graphische Darstellungen der Wirkung

^Li von Zusatzmengen auf den mechanischen Gütefaktor \ (Q_m) und den planaren Kopplungskoeffizienten (K _p)

>" von Keramiken der Erfindung bei 20⁰C und 1 KiIo-

\ hertz sind.

In F i g. 1 bezeichnet Ziffer 7 einen elektromechanischen Wandler, der als aktives Bauteil einen vorzugsweise scheibenförmigen Körper 1 aus piezoelektri-

-i schein keramischem Material der Erfindung aufweist.

Der Körper ist elektrostatisch polarisiert und mit einem Elektrodenpaar 2 und 3 ausgestattet, die in einer geeigneten und an sich üblichen Weise auf den entgegengesetzten Oberflächen des Körpers 1 angebracht sind. Die Leitungsdrähte 5 und 6 sind leitend an die Elektroden 2 und 3 mit Hilfe eines Lötmittels 4 angeschlossen. Wenn die Keramik einem Stoß, einer Vibration oder anderen mechanischen Einwirkungen ausgesetzt wird, kann die entstandene elektrische Leitung durch die Leitungsdrähte 5 und 6 aufgenommen werden. Andererseits erzeugt, wie bei anderen piezoelektrischen Wandlern, das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektroden S und 6 eine mechanische Deformation des keramischen Körpers. Es ist selbstverständlich, daß der Ausdruck »elektromechanischer Wandler«, wie er hier gebraucht wird, in seinem breitesten Sinne zu verstehen ist und piezoelektrische Filter, Frequenzsteuerungsgeräte u. dgl. miterfaßt und daß die Erfindung auch auf verschiedenen anderen Anwendungsgebieten angewendet und diesen angepaßt werden kann, die Materialien mit dielektrischen piezo-., elektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften

^ ■' erfordern.

'*'. Es wurde gefunden, daß das ternäre System aus

Pb(Zn₁₁₃Nb₂Z₃)O₃, PbTiO₃ und PbZrO₃

-eine morphotrope Phasengrenze hat und daß die piezoelektrische Eigenschaft in der Nähe der morpho-

?"■■ 'ironischen Keramik ausgezeichnet ist. Die vorliegende DT-AS 16 46 698

vorliegende Patent-Anmeldung, Beispiel 22

DT-AS 11 16 742, Tabelle II, Spalte 10

Erfindung basiert auf der Feststellung, daß innerhalb besonderer Bereiche des ternären Grundsystems die mit gemeinsamen MnO₂- und NiO-Zusätzen modifizierten Proben einen sehr hohen mechanischen Gütefaktor in Verbindung mit einem hohen planaren Kopplungskoeffizienten besitzen.

Die vorliegende Erfindung weist verschiedene Vorteile bei der Herstellung von keramischen Wandlern und Anwendung für keramische Wandler auf. Es ist bekannt, daß das Verdampfen von PbO während des Brennens ein Problem beim Sintern von Bleiverbindungen, wie bei Bleititanatzirkonat, darstellt. Die erfindungsgemäße Keramik weist jedoch einen geringeren Anteil an verdampftem Blei auf als übliches Bleititanatzirkonat. Das ternäre System kann ohne besondere Kontrolle der PbO-Atmosphäre gebrannt werden. Ein gut gesinterter Körper der Erfindung wird durch Brennen in einem keramischen Tiegel mit einer aus Al₂O₃ hergestellten Abdeckung erhalten. Eine hohe Sinterungsdichte ist zur Erzielung von Feuchtigkeitsbeständigkeit und starker piezoelektrischer Ansprechbarkeit erwünscht, wenn der gesinterte Körper als Resonator u. dgl. angewendet werden soll.
Alle möglichen Keramiken, die innerhalb des ter-

nären Systems

Pb(Zn_1/3Nb_{s 3})O₃ — PbTiO₃ — PbZrO₃

liegen, werden durch das dreiseitige Diagramm, das F i g. 2 der Zeichnungen bildet, dargestellt. Einige der durch das Diagramm dargestellten Keramiken weisen jedoch keine hohe Piezoelektrizität auf, und viele sind elektromechanisch nur in einem unbedeutenden Maße aktiv. Die vorliegende Erfindung betrifft nur solche Keramiken, die eine piezoelektrische Ansprechbarkeit von erheblicher Größe aufweisen. Der Einfachheit halber wird der planare Kopplungskoeffizient (K_p) der Testscheiben als Maß für die piezoelektrische Aktivität genommen. So zeigen innerhalb des Bereichs, der durch die die Punkte A BCDE (F i g. 2), welche Bestandteile von O₁OlO bis 0,500 Molprozent

Pb(Zn₁₃Nb₂₁₃)O₃,

0,125 bis 0,750 Molprozent PbTiO₃ und 0,125 bi: 0,865 Moiprozent PbZiO₃ einschließt, verbindender Linien begrenzt wird, alle polarisierten und getesteter

Keramiken einen planaren Koppiungskoeffizienten von etwa 0,1 cder höher. Besonders zeigen die Keramiken in dem Bereich des Diagramms, der durch die Punkte FGHIJK (F i g. 2), welche Bestandteile von 0,010 bis 0,375 Molprozent von Pb(Zn₁Z₃Nb₂Z₃)Os, 0,250 bis O_s625 Molprozent von PbTiO₃ und 0,250 bis 0,625 Molprozent von PbZrO₃ einschließt, verbindenden Linien begrenzt wird, (!inen planaren Kopplungskoeffizienten von annähernd 0,3 oder höher. Die Molprozente der drei Komponenten der Keramiken ABCDEFGHIJK sind wie folgt:

	Pb(Zn1^Nb8Z3)	O3 PbTiO3	PbZrO3
A	1,0	62,5	36,5
B	12,5	75,0	12,5
C	50,0	37,5	12,5
D	50,0	12,5	37,5
E	1,0	12,5	86,5
F	1,0	50,0	49,0
G	12,5	62,5	25,0
H	37,5	37,5	25,0
I	37,5	25,0	37,5
J	12,5	25,0	62,5
K	1,0	36,5	62,5

Ferner ergeben die Zusammensetzungen nahe der morphotropen Phasengrenze, insbesondere

Pb(Zn,_/3Nb₂,₃)₀,3,₅Ti₀,:₁₃Zr_0>295O₃,
Pb(Zni_/3Nb₂/₃)_0>i,Ti_0i36Zr_0i44O₃ und
Pb(Zn₁₁₃Nb₂Z₃)O₁₀₇Ti_0-11Zr_0-49O₃

keramische Produkte mit einem planaren Kopplungskoeffizienten von 0,56 und höher.

Es ist gefunden worden, daß die Zugabe von gemeinsamen Zusätzen von Nickeloxid und Manganoxid den Q_m und den K_p der ternären festen Lösung, definiert durch den polygonalen Bereich in Fig. 2, welche aus drei Bestandteilen besteht, gemäß der Formel

worin ν '■ y \ ζ \ ist,.χ zwischen 0,010 und 0.500, ν zwischen 0,125 und 0,750 und ζ zwischen 0,125 und 0.o(S5 ist, stärker vergrößert als eine einzelne Zugabe von Nickeloxid und Msnganoxid. Eine wirksame Kombination der Zusätze enthält 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Nickeloxid (NiOi und O₁I bis 5 Gewichtsprozent Manganoxid (MnO₂).

/ur Imcluig eines hohrn Q_m und eines hohen λ_ρ ; : ·.'■ _■; u r :·.::;:·_■,, ü,;l· u.··. genannte Kombination der *>° /lisät/c am Nickeloxid und Manganoxid ein Gewichtsverhältnis von 0.2 bis 10 aufweist. Wirksame Gewichtspiivcnic der genannten Kombination betragen nicht mehr ;i!s dⁿ„ 1 in Zusatz von der genannten Kombination \on mehr al*. 7 (icuichtsprozent vermindert Ick iii (ten K₁, und deutlich den Q_m der ternären festen I i'Minp. I ine vorteilhafte Verbeserung des K_p und Q_n, Jer ;crn;iren festen 1 osunp. die durch den polygonalen Bereich FGHIJK in F i g. 2, welche aus drei Bestandteilen besteht gemäß der Formel

Pb(Zn₁Z₃Nb₂₁₃)^Ti₁₁Zr₂O₃,
5

worin χ + y + ζ = 1 ist, χ zwischen 0,010 und 0,375, y zwischen 0,250 und 0,625 und ζ zwischen 0,250 und 0,625 ist, definiert und darin enthalten ist, kann durch Verwendung von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent von der

ίο zuzusetzenden Kombination von NiO und MnO₂ in einem Gewichtsverhältnis von 0,5 bis 2 erzielt werden. Vorteilhafte Wirkungen von Zusätzen sind der umstehenden Tabelle zu entnehmen.

Die piezoelektrischen Keramiken können nach verschiedenen, an sich bekannten Keramikverfahren hergestellt werden. Ein vorteilhaftes Verfahren besteht in der Verwendung von PbO oder Pb₃O₄, ZnO, Nb₂O₆, TiO₂, MnO₂ und NiO.

Die Ausgangsstoffe, nämlich Bleioxid (PbO), Zink-

»0 oxid (ZnO), Niobpentoxid (Nb₂O₆), Titandioxid (TiO₂), Zirkondioxid (ZrO₂), MnO₂ und NiO₁, alle von relativem Reinheitsgrad (z. B. vom Grad: chemisch rein), werden in einer mit Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle innig mit destilliertem Wasser gemischt.

Beim Vermählen der Mischung muß einige Sorgfalt angewendet werden, um eine Verunreinigung durch Abnutzung der Mahlkugeln oder -steine zu vermeiden, es sei denn, die Anteile an den Bestandteilen werden so verändert, daß eine Verunreinigung kompensiert

wird.

Nach dem Naßmahlen wird die Mischung getrocknet und durchmischt, um sicherzustellen, daß die Mischung so homogen wie möglich ist. Danach wird die Mischung in geeigneter Weise durch einen Druck von 400 kg/cm² in die gewünschten Formen gebracht. Die Preßlinge werden unter Kalzinieren bei einer Temperatur von etwa 85O^C 2 Stunden lang vorerhitzt.

Nach dem Kalzinieren läßt man das umgesetzte Material abkühlen und vermählt es dann zu einer kleinen Teilchengröße. Hierbei muß wiederum sorgfältig vorgegangen werden, um eine Verunreinigung durch Abnutzung der Mahlkugeln oder -steine zu vermeiden, es sei denn, die Anteile an den Bestandteilen werden so verändert, daß eine Verunreinigung kom-

pensiert wird. In Abhängigkeit unter anderem von den gewünschten Formen kann aus dem Material eine Mischung oder ein Schlamm gebildet werden, der bzw. die für das Pressen, Gleitgießen oder Strangpressen, je nach dem einzelnen Fall, nach für sich bekannten keramischen Verfahren geeignet ist. Die Beispiele, die nachfolgend die Daten angeben werden, wurden durch Mischen von 200 g der gemahlenen, vorgesinterten Mischung mit 10 cm³ destilliertem Wasser hergestellt. Die Mischung wurde dann zu Scheiben

von 20 mm Durchmesser und 2 mm Dicke mit einem Druck von 700 kg/cm² zusammengepreßt. Die gepreßten Scheiben wurden bei einer Temperatur, die in der Tabelle angegeben ist, bei einer Erhitzungsdauer von 45 Minuten gebrannt. Nach der vorliegen-

— ...—v._i£. uv v,j !!!,.in tiluiuti 11t.11, uic gepreuier

Scheiben in einer PbO-Atmosphäre zu brennen, und ist keine besondere Beaufsichtigung des Temperaturanstiegs in dem Ofen im Vergleich zu dem Stand dei Technik erforderlich. So können nach der vorliegender

Erfindung einheitliche und ausgezeichnete "piezoelektrische keramische Produkte in bequemer Weise durch einfaches Abdecken der Proben mit einem Ton erdetiegel erhalten werden.

Bei	Gewünschte Zusammensetzung	Zusätze	in	NiO	Brenn	24 Stunden nach	dem P<
spiel	Grundzusammensetzung		Gewichtsprozent	kein	temperatur	Mechanischer	Planar
		MnO2	1,0		Gütefaktor	Koppl koeffa
		kein	—	(0C)	Qn,
■1	Pb(Znl/3Nb2/3)o.2Ti0i36Zr0>4403	—	1,0	1220	253	0,56
%2	desgl.	0,1	—	1190	259	0,67
3	desgl.	0,1	1,0	1210	712	0,57
4	desgl.	0,2	—	1210	1150	0,68
5	desgl.	0,2	1,0	1210	1100	0,59
6	desgl.	0,5	—	1190	1632	0,69
7	desgl.	0,5	1,0	1210	1797	0,60
8	desgl.	1,0	—	1190	1998	0,66
9	desgl.	1,0	1,0	1210	1605	0,57
10	desgl.	3,0	—	1190	1802	0,63
11	desgl.	3,0	1,0	1190	950	0,45
12	desgl.	5,0	—	1190	1163	0,49
13	desgl.	5,0	1,0	1170	504	0,42
14	desgl.	7,0	0,1	1190	652	0,45
15	desrl.	7,0	0,1	1150	298	0,39
16	desgl.	—	0,2	1170	335	0,40
17	desgl.	0,5	0,2	1210	258	0,60
18	desgl.	—	0,5	1210	1870	0,63
19	desgl.	0,5	0,5	1210	260	0,62
20	desgl.	—	1,0	1210	1996	0,64
21	desgl.	0,5	3,0	1210	265	0,69
22	desgl.	0,5	3,0	1210	2124	0,67
23	desgl.	—	5,0	1190	2002	0,66
24	desgl.	0,5	5,0	1190	270	0,63
25	desgl.	—	7,0	1190	1915	0,62
26	desgl.	0,5	7,0	1190	281	0,59
27	desgl.	—	kein	1190	1870	0,57
28	desgl.	0,5	0,5	1190	288	0,55
29	desgl.	kein	0,5	1190	1540	0,53
30	Pb(Zni;3Nb2/3)o.375Ti0i33Zr0i2e503	—	0,5	1200	135	0,60
31	desgl.	0,5	1,0	1200	139	0,66
32	desgl.	1,0	1,0	1200	1698	0,65
33	desgl.	—	kein	1200	1860	0,61
34	desgl.	0,5	—	1200	127	0,68
35	desgl.	kein	0,5	1200	1625	0,66
36	Pb(Zn13Nb2Za)0107Ti0144Zr0149O3	0.5	—	1220	143	0,61
37	desgl.	0,5	0,5	1220	1190	0,58
38	desgl.	1.0	1220	1352	0,60
39	desgl.	1,0	1220	1304	0.53
40	desgl.	1220	1493	0,55

ίο

Die gesinterten Keramiken werden auf beiden Oberflächen bis zu einer Stärke von einem Millimeter geschliffen. Die geschliffenen Scheibenoberflächen können dann mit Silberfarbe überzogen und unter Bildung von Silberelektroden gebrannt werden. Schließlich werden die Scheiben polarisiert, während sie in ein Bad aus Siliconöl von 100° C eingetaucht werden. Ein Gleichslromspannungsgradient von 4 Kilovolt je Millimeter wird 1 Stunde lang aufrechterhalten, und die Scheiben werden in 30 Minuten auf Raumtemperatur durch ein Feld abgekühlt (field-cooled).

Die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften der polarisierten Proben werden bei 20 C in einer relativen Feuchtigkeit von 50°₀ und bei einer Frequenz von 1 Kilohertz gemessen. Die Messung der piezoelektrischen Eigenschaften wurden mit der IRE-Standardanlage vorgenommen, und der planare Kopplungskoeffizient wurde durch die Resonanzfrequenz- und Antiresonanzfrequenzmethode bestimmt. Beispiele für spezielle Keramiken nach der Erfindung und verschiedene geeignete und elektromechanische und dielektrische Eigenschaften dieser Zusammensetzungen werden in der Tabelle angegeben, und einige dieser Werte sind in F i g. 3 und 4 dargestellt, um die Veränderungen durch die Zusätze zu veranschaulichen. Piezoelektrische Keramiken ohne Zusätze und mit nur einem Zusatz werden ebenfalls in der Tabelle und in F i g. 3 und 4 zum Vergleich angegeben. Aus der Tabelle ist leicht ersichtlich, daß alle beispielhaften Keramiken, die mit einem Zusatz von sowohl 0.1 bis 5 Gewichtsprozent Nickeloxyd als auch mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Manganoxyd modifiziert worden sind, durch einen sehr hohen mechanischen Gütefaktor, eine hohe planare Kopplung, eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Dämpfungsfaktor ausgezeichnet sind, wobei alle diese Eigenschaften für die Benutzung von piezoelektrischen Keramiken bei Filteranwendungen bedeutungsvoll sind. Die Beispiele 1 bis 29, Beispiele 30 bis 35 und Beispiele 36 bis 40, die in der Tabelle aufgeführt sind, entsprechen den Keramiken, die in F i g. 2 durch X, Y und Z definiert sind. F i g. 3 zeigt den Effekt der MnOj-Zusatzanteile auf dem mechanischen Gütefaktor (Qm) und den planaren Kopplungskoeffizienten (Kp) von den als Beispiele angegebenen Grundkeramiken mit 1,0 Gewichtsprozent NiO-Zusatz. Aus dieser Figur der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Keramiken, die mit gemeinsamen NiO- und MnO₂-Zusätzen modifiziert sind, eine bemerkenswerte Verbesserung des mechanischen Gütefaktors und des planaren Kopplungskoeffizienten im Vergleich mit einer Keramik mit einem einfachen Zusatz von MnO₂ aufweisen.

ίο F i g. 4 zeigt den Effekt der NiO-Zusatzanteile auf den mechanischen Gütefaktor (Q_m) und den planaren Kopplungskoeffizienten (K_p) von den als Beispiele angegebenen Grundkeramiken mit 0,5 Gewichtsprozent MnOj-Zusatz. Aus dieser Figur der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Keramiken, die mit gemeinsamen MnO₂- und NiO-Zusätzen modifiziert sind, eine bemerkenswerte Verbesserung des mechanischen Gütefaktors im Vergleich mit einer Zusammensetzung mit einem einfachen Zusatz von NiO aufweisen. Der planare Kopplungskoeffizient der Keramiken, die mit gemeinsamen MnO₂- und NiO-Zusätzen modifiziert sind, weist einen etwas geringeren Wert auf, aber dieser Wert ist noch höher als der der Grundkeramik ohne Zusatz. Verbesserungen hinsichtlich des mechanischen Gütefaktors für eine andere Grundkeramik sind ebenfalls aus den Beispielen 32, 33, 35, 38 und 40 in der Tabelle zu ersehen. Aus der vorstehend erörterten Tabelle und den Kurven können die Werte für den mechanischen Gütefaktor, den planaren Kopplungskoeffizienten und die Dielektrizitätskonstante durch Auswahl der Grundkeramik und der Anteile an gemeinsamen Zusätzen eingestellt werden, so daß diese für die verschiedenen Anwendungen geeignet sind. Bei Keramiken, die die gemeinsamen Zusätze in einem Anteil von mehr als 7 Gewichtsprozent enthalten, ist eine Verbesserung des mechanischen Gütefaktors kaum feststellbar und ist der entsprechende planare Koppiungskoeffizient niedrig. Aus diesem Grunde sind diese Keramiken außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

Außer den oben dargelegten überraschenden Eigenschaften ergeben die Keramiken nach der vorliegenden Erfindung Keramiken von guter physikalischer Qualität und guter Polarisierbarkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

17 71 6S7 ... Patentansprüche:

1. Piezoelektrische Keramik, welche hauptsachlieh aus einer festen Lösung von drei Komponenten gemäß der Formel