DE2741890A1 - Piezoelektrische keramik - Google Patents
Piezoelektrische keramikInfo
- Publication number
- DE2741890A1 DE2741890A1 DE19772741890 DE2741890A DE2741890A1 DE 2741890 A1 DE2741890 A1 DE 2741890A1 DE 19772741890 DE19772741890 DE 19772741890 DE 2741890 A DE2741890 A DE 2741890A DE 2741890 A1 DE2741890 A1 DE 2741890A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- deep
- resonance frequency
- equal
- less
- samples
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 21
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100513612 Microdochium nivale MnCO gene Proteins 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
- C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
- C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
- C04B35/493—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT containing also other lead compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische keramische Keramik auf der Basis von Blei-Zirkonat/Titanat/Niobat, die insbesondere für keramische elektromechanische Resonatoren und Filter geeignet ist.
Diese piezoelektrischen Keramiken werden dadurch hergestellt, daß die keramischen Massen nach auf dem Gebiet der Keramik üblichen Techniken aufbereitet, geformt, gesintert, metallisiert und durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen Elektroden polarisiert werden.
Piezoelektrische Keramiken haben sich vor allem wegen ihrer preiswerten Herstellung und ihrer hohen piezoelektrischen Aktivität im Vergleich zu Einkristallen für verschiedene Anwendungszwecke als Werkstoff für elektronische Bauelemente durchgesetzt.
Nachteilig wirken sich gegenüber Einkristallen die den Keramiken innewohnenden Instabilitätseffekte aus, wofür die Alterung in Form zeitlich sich verändernder Stoffparameter das bekannteste Beispiel ist.
Aus der DT-AS 20 40 573 sind piezoelektrische keramische Massen auf der Basis des quaternären Systems mit der Grundformel
A.Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+B.Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+C.PbTiO[tief 3]+D.PbZrO[tief 3]
bekannt, denen Dotierungen von MnO, CoO und Cr[tief 2]O[tief 3] zugegeben sind. Diese Keramiken werden u.a. auch für keramische Filter eingesetzt.
Es hat sich gezeigt, daß bei Zusammensetzungen dieser Art die Werte für den mechanischen Gütefaktor Q für Resonatoranwendungen z.T. nicht groß genug und die Werte für den Temperaturgang der Resonanzfrequenz T.G. zu groß sind.
Aus der DT-OS 22 06 045 sind piezoelektrische Keramiken mit Zusammensetzungen innerhalb des quaternären Systems
Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3]O[tief 3]+Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+PbTiO[tief 3]+PbZrO[tief 3] bekannt.
Diese Keramikmaterialien sollen zwar u.a. für keramische Filter verwendet werden, sie sind aber neben mechanischen Eigenschaften in erster Linie auf Stoffparameter ausgelegt, die für Filteranwendungen z.T. nicht vorrangig sind, nämlich die piezoelektrische Aktivität, ausgedrückt durch elektromechanischen Kopplungsfaktor k und die Dielektrizitätskonstante Epsilon. Für Filter- und Resonatoranwendungen sind hingegen in erster Linie die Stoffparameter Alterung und Temperaturgang der Resonanzfrequenz neben der mechanischen Güte von Bedeutung.
Aus der DT-OS 23 14 152 sind piezoelektrische keramische Massen auf der Basis von quaternären Systemen der Zusammensetzung
PbTiO[tief 3]+PbZrO[tief 3]+Pb(W[tief 1/2]Mg[tief 1/2])O[tief 3]+Pb(Nb[tief 2/3]Mn[tief 1/3])O[tief 3] oder
PbTiO[tief 3]+PbZrO[tief 3]+Pb(Nb[tief 2/3]Co[tief 1/3])O[tief 3]+Pb(Nb[tief 2/3]Mn[tief 1/3])O[tief 3] oder
PbTiO[tief 3]+PbZrO[tief 3]+Pb[Nb[tief 2/3]Zn[tief 1/3])O[tief 3]+Pb(Nb[tief 2/3]Mn[tief 1/3])O[tief 3]
für die Anwendung in Filtern bekannt, sie zeigen aber ebenfalls nicht die für die Praxis optimalen stofflichen Eigenschaften für
diesen Anwendungszweck.
Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß neben geringen Alterungsraten für Resonator- und Filteranwendungen hohe mechanische Güten und ein niedriger Temperaturgang der Resonanzfrequenz von gleichrangiger Bedeutung sind.
Die Brauchbarkeit einer piezoelektrischen Keramik für Resonator- und Filteranwendungen wird also in erster Linie durch die drei Stoffparameter Alterung A und Temperaturgang T.G. der Resonanzfrequenz sowie den mechanischen Gütefaktor Q bestimmt, während erst in zweiter Linie Stoffparameter wie Stärke der piezoelektrischen Aktivität, ausgedrückt durch den elektromechanischen Kopplungsfaktor k, die Dielektrizitätskonstante Epsilon, die dielektrischen Verluste tg Delta u.a. stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, piezoelektrische Keramiken zu schaffen, die sich ganz allgemein durch eine hohe Stabilität der Kleinsignalmeßgrößen auszeichnen und die gegenüber den piezoelektrischen Keramiken des Standes der Technik verbesserte Stoffparameter aufweisen. Im besonderen sind diese Materialien für Resonator- und Filteranwendungen gut geeignet.
Unter Kleinsignalmeßgrößen sind zu verstehen: die bei kleinen Amplituden bestimmten Dielektrizitätskonstanten, elektrische Verluste in Form des Verlustwinkels tg Delta, mechanische Verluste in Form des Gütefaktors
Resonanz- und Antiresonanzfrequenz.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Zusammensetzung der piezoelektrischen Keramik der Formel
v.PbTiO[tief 3]+w.Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+x.Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+y.Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+z.PbZrO[tief 3] entspricht, in welcher die Anteile der Komponenten v,
w, x, y und z in folgendem Bereich liegen
0,300 kleiner/gleich v kleiner/gleich 0,500
0,01 kleiner/gleich w kleiner/gleich 0,250
0,045 kleiner/gleich x kleiner/gleich 0,135
0,01 kleiner/gleich y kleiner/gleich 0,12
0,250 kleiner/gleich z kleiner/gleich 0,450
und v+w+x+y+z = 1 ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die piezoelektrischen Keramiken gemäß der Erfindung sich gegenüber den bekannten piezoelektrischen Keramiken durch eine verbesserte mechanische Güte neben geringen Alterungsraten und einem niedrigen Temperaturgang der Resonanzfrequenz auszeichnen. Mit den Werkstoffen gemäß der Erfindung bekommt der Fachmann Materialien in die Hand, die sich durch eine hohe Stabilität der Kleinsignalmeßgrößen auszeichnen, d.h., er kann diese Werkstoffe mit Vorteil nicht nur für elektromechanische Resonatoren verwenden, sondern z.B. auch für viele Arten elektromechanischer Wandler mit hoher zeitlicher Konstanz und großer Temperaturstabilität.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 graphische Darstellung des Alterungsverhaltens in Abhängigkeit von der Voralterung für eine quinquinäre Probe der Zusammensetzung 0,44 PbTiO[tief 3]+0,085 Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,105 Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,06 Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,31 PbZrO
Für die Herstellung aller Proben der verschiedenen Zusammensetzungen wurden die nachfolgend genannten Ausgangsmaterialien in den genannten Reinheitsgraden verwendet:
PbO pro analysii
TiO2 p. a.
ZrO[tief 2] p. a.
ZnO p. a.
Nb[tief 2]O[tief 5] reinst
MnCO[tief 3] p. a.
NiO reinst
Bei Verwendung von technisch reinen Ausgangsstoffen wurden praktisch identische Ergebnisse erreicht.
Die entsprechend der gewünschten Zusammensetzung eingewogenen Ausgangsmaterialien, denen jeweils ein Mol.% PbO zur Kompensation der beim Sintern auftretenden PbO-Verluste zugegeben wurde, wurden 3 Stunden in Polyvinylchlorid-Trommelmühlen mit ZrO[tief 2]-Mahlkugeln in einem Trockenmahlverfahren innig gemischt.
1. Ausführungsbeispiel
Die auf die oben beschriebene Weise erhaltenen trockenen Pulver wurden anschließend 10 Stunden bei 800°C vorgesintert und nach einem weiteren 1stündigen Trockenmahlvorgang, ebenfalls in Polyvinylchlorid-Trommelmühlen mit ZRO[tief 2]-Kugeln, hydrostatisch ohne Binderzusatz zu Proben mit den Abmessungen 7x7x20 mm[hoch 3] unter einem Druck von 4 kbar verpreßt. Diese Proben wurden anschließend 4 Stunden bei einer Temperatur von 1250°C in Sauerstoffatmosphäre in abgedeckten und mit Platin ausgelegten Al[tief 2]O[tief 3]-Tiegeln gesintert. Um die Verluste an abgedampftem PbO gering zu halten, wurde den Proben jeweils PbZrO[tief 3], dessen Dampfdruck größer ist als der der zu sinternden Proben, in einer Menge von 5 g (entspricht 10 - 20% des Probengewichtes) zugegeben.
Die gesinterten Proben wurden zu Meßzwecken in Scheibchen mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 0,4 mm geschnitten. Die Oberflächen dieser Scheibchen wurden poliert und mit Elektroden in Form von aufgedampften Ni/Cr-Au-Schichten versehen. Die Messwerte in der nachfolgend angegebenen Tabelle 1 wurden aus Mittelwerten von mehreren Proben der entsprechenden Zusammensetzungen ermittelt. Die Polarisierung erfolgte bei einer Temperatur von 120°C bei einer Dauer von 5 min unter einer Spannung von 5 kV/mm, die Spannung blieb während des Abkühlvorganges angeschaltet.
Sämtliche auf derartige Weise hergestellten Proben lagen im Dichtebereich von 8,05 plus/minus 0,05 g/cm [hoch 3] und waren einphasig. Bei einer theoretischen Dichte von ca. 8,10 g/cm [hoch 3] bedeutet dies einen Porositätsanteil von weniger als 1%.
Von allen auf diese Weise hergestellten Proben wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Parameter gemessen. Der spezifische Widerstand p (Ohm cm) wurde bei Polarisierungstemperatur und unter einer Spannung von 2,5 kV/mm gemessen.
Die Dielektrizitätskonstante Epsilon T[tief 33] und die dielektrischen Verluste in Form des Verlustwinkels tg Delta wurden bei 16 kHz und kleinen Feldstärken (<10 V/cm) mit einer Kapazitätsmeßbrücke bestimmt.
Die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen (f[tief r] und f[tief a]) der in der radialen Mode schwingenden Scheibchen wurden unter Berücksichtigung der Spezifikationen des Institute of Radio Engineers gemessen. Daraus wurden entsprechend den IRE-Spezifikationen der planare Kopplungsfaktor k[tief p] und die mechanische Güte Q (Q = f[tief r/großes Delta f[tief r]; großes Delta f[tief r] = Breite der Resonanzkurve 3 dB unterhalb des Maximums der Resonanzkurve) bestimmt.
Die Alterung der Resonanzfrequenz bzw. Antiresonanzfrequenz wurde zwischen dem 1. und 100. Tag nach der Polarisation bestimmt und ist in Form von
A(f[tief r]) = (1/2).(f[tief r 100. Tag]-f[tief r 1.Tag]/f[tief r 1.Tag]) [Promille/Zeitdekade]
bzw.
A(f[tief a]) = (1/2).(f[tief a 100.Tag]-f[tief a 1.Tag]/f[tief a 1.Tag]) [Promille/Zeitdekade]
in der Tabelle 1 angegeben. Die Messung erfolgte ohne Voralterung. Die Messung des Temperaturganges (T.G.) der Resonanzfrequenz erfolgte durch kontinuierliche Bestimmung der Resonanzfrequenz bei gleichmäßiger Temperaturerhöhung (0,2°C/Minute) der Meßprobe zwischen 0° und 62°C. In Tabelle 1 ist T.G. angegeben als
T.G. = f[tief r](62°) - f[tief r](0°)/f[tief r](20°).62 [10[hoch -6]/°C]
Tabelle 1
| a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm |
| b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung |
| c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C |
a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm
b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung
c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C
In der gleichen, wie für das 1. Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise wurde als Vergleich eine Probe der Zusammensetzung
Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])[tief 0,25]Ti[tief 0,44]Zr[tief 0,31]O[tief 3]+3 Mol.% Mn+2 Mol.% Ni
hergestellt und gemessen. Es ergaben sich die in Tabelle 2 aufgeführten Werte. Bei dieser Probe handelt es sich -im Gegensatz zu den Proben der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, bei denen die Bestandteile ein echtes Fünfstoff-Mischkristallsystem bilden, wobei also die Bestandteile der Systeme in einem stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen und damit die Bildung einer einphasigen Perowskitstruktur ermöglichen - um ein Dreistoffsystem, das lediglich mit Mn und Ni dotiert ist. Es zeigt sich aus Tabelle 2, daß besonders die Werte für die für Resonatoranwendungen relevanten Parameter mechanischer Gütefaktor Q und Temperaturgang der Resonanzfrequenz T.G. nicht den Forderungen der Praxis gerecht werden. Der Wert für den mechanischen Gütefaktor Q ist zu niedrig, und der Wert für den Temperaturgang der Resonanzfrequenz T.G. ist entschieden zu hoch. Werden die Werte der nachfolgenden Tabellen 3 und 4 (Proben Nr. 9 und 26) mit den Werten der Tabelle 2 (Probe Nr. 1) verglichen, wird deutlich, daß erst in den Fünfstoffsystemen gemäß der Erfindung optimale Werte insbesondere für den mechanischen Gütefaktor Q und den Temperaturgang der Resonanzfrequenz T.G. reproduzierbar erreicht werden können.
Tabelle 2
a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm
b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung
c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C
Fig. 1 zeigt das Alterungsverhalten, bestimmt als die relative Änderung der Resonanzfrequenz f[tief r] im Verhältnis zur Resonanzfrequenz am ersten Tag nach der Polarisierung f[tief r] 1.T., einer ausgewählten Probe innerhalb des 1. Ausführungsbeispiels mit der Zusammensetzung
0,44.PbTiO[tief 3]+0,085 Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,105 Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,06 Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,31 PbZrO[tief 3], die 5 min. lang bei 120°C polarisiert wurde unter einer Spannung von 5 kV/mm bei verschiedenen Nachbehandlungsbedingungen. Es ist zu erkennen, daß die Alterungsrate abnimmt, wenn eine Voralterung, ohne elektrisches Feld bei Temperaturen zwischen 60 und 150°C während einer Stunde kurz nach dem Polarisierungsvorgang eingeschoben wird. Dieses Verhalten hat sich als charakteristisch für alle Materialien erwiesen, die im Rahmen der Ausführungsbeispiele untersucht wurden.
2. Ausführungsbeispiel
Als 2. Gruppe wurden Proben der quinquinären Zusammensetzung (0,835-z-w).PbTiO[tief 3]+w.Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,105.Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+0,06.Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+z.PbZrO[tief 3] mit konstantem Mn-Gehalt, konstantem Ni-Gehalt und variablem Ti/Zn/Zr-Verhältnis untersucht.
3. Ausführungsbeispiel
Als 3. Gruppe wurden Proben der quinquinären Zusammensetzung 0,44.PbTiO[tief 3]+0,31 PbZrO[tief 3]+(0,25-x-y).Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+x.Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+y.Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3] mit konstantem Ti-Gehalt, konstantem Zr-Gehalt sowie variablem Zn/Ni/Mn-Verhältnis mit w+x+y=0,25 untersucht.
Die Proben des 2. und 3. Ausführungsbeispiels wurden aus den gleichen Rohstoffen wie die Proben zum 1. Ausführungsbeispiel in gleicher Weise aufbereitet und weiterbehandelt, der Vorsinterungsprozeß wurde bei den Proben zum 2. und 3. Ausführungsbeispiel jedoch bei 950°C und der Sinterprozeß wurde bei diesen Proben in Sauerstoffatmosphäre bei 1200°C durchgeführt.
Die Dichte dieser Proben lag ebenfalls im Dichtebereich von 8,05 plus/minus 0,05 g/cm[hoch 3]. Bei einer theoretischen Dichte von ca. 8,10 g/cm[hoch 3] bedeutet dies ebenfalls einen Porositätsanteil von weniger als 1 %.
Aus den gesinterten Proben zum 2. und 3. Ausführungsbeispiel wurden Scheibchen mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 0,4 mm hergestellt. Die Oberflächen dieser Scheibchen wurden poliert und mit Elektroden in Form von aufgedampften Ni/Cr-Au-Schichten versehen. Die Polarisierung erfolgte bei 150°C bei einer Dauer von 5 min. unter einer Spannung von 3kV/mm, wobei die Spannung während des Abkühlvorganges angeschaltet blieb.
Des weiteren wurden die Proben zur Verringerung der Alterungswerte vorgealtert, d.h., sie wurden unmittelbar nach dem Polarisieren, jedoch noch vor dem Messen, 1 Stunde bei 120°C feldfrei gelagert.
Von allen auf diese Weise hergestellten Proben gemäß dem 2. und 3. Ausführungsbeispiel wurden die in den Tabellen 3 und 4 aufgeführten Parameter gemessen, wobei die Messungen unter gleichen Bedingungen erfolgten wie für die Proben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Werte der Tabelle 3 entsprechen den Proben zum 2. Ausführungsbeispiel, die Werte der Tabelle 4 entsprechen den Proben zum 3. Ausführungsbeispiel.
Aus den diskutierten Werten für die Proben-Gruppen der drei Ausführungsbeispiele zeigt sich, daß die Materialien gemäß der Erfindung einen deutlichen Fortschritt insbesondere in den für Resonatoranwendungen wesentlichen elektromechanischen Parametern erbringen. Während bisher nur minimale Temperaturgänge der Resonanzfrequenz T.G. von ca. 50 10[hoch -6]/°C bekannt sind, sind mit den Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung Temperaturgänge von 10 10[hoch -6]/°C erzielbar. Ebenso zeigen die Werte für den mechanischen Qualitätsfaktor Q gegenüber den bekannten Werten von etwa 1000 bis 1500 deutlich erhöhte Werte über 2500. Die niedrigen Alterungswerte der Resonanzfrequenz bzw. der Antiresonanzfrequenz von 0,2 Promille/Zeitdekade, die nur vereinzelt in Ausnahmezusammensetzungen bekannt waren, sind bei den Materialien gemäß der Erfindung in breiten Zusammensetzungsgebieten in reproduzierbarer Weise erzielbar.
Tabelle 3
a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm
b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung
c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C
Tabelle 4
| a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm |
| b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung |
| c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C |
| <Tabelle Fortsetzung> |
| a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm |
| b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung |
| c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C |
a) Gemessen bei der Polarisierungstemperatur und bei 2.5 kV/mm
b) Alterung von Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz zwischen 1. und 100. Tag nach Polarisierung
c) T.G. = Temperaturgang der Resonanzfrequenz in 10[hoch -6]/°C
Claims (2)
1. Piezoelektrische Keramik auf der Basis von Blei-Zirkonat/Titanat/Niobat, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Zusammensetzung der Formel
v.PbTiO[tief 3]+w.Pb(Zn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+x.Pb(Mn[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O[tief 3]+y.Pb(Ni[tief 1/3]Nb[tief 2/3])O +z.PbZrO[tief 3] entspricht, in welcher die Anteile der Komponenten v, w, x, y und z in folgendem Bereich liegen
0,300 kleiner/gleich v kleiner/gleich 0,500
0,01 kleiner/gleich w kleiner/gleich 0,250
0,045 kleiner/gleich x kleiner/gleich 0,135
0,01 kleiner/gleich y kleiner/gleich 0,12
0,250 kleiner/gleich z kleiner/gleich 0,450
und v+w+x+y+z = 1 ist.
2. Verwendung der piezoelektrischen Keramik gemäß Anspruch 1 für elektromechanische Resonatoren und Filter.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2741890A DE2741890C2 (de) | 1977-09-17 | 1977-09-17 | Piezoelektrische Keramik |
| NL7809261A NL7809261A (nl) | 1977-09-17 | 1978-09-12 | Pieezo-elektrisch keramisch materiaal ... |
| SE7809677A SE431322B (sv) | 1977-09-17 | 1978-09-14 | Keramiskt piezoelektriskt material samt en anvendning av materialet |
| GB7836858A GB2004268A (en) | 1977-09-17 | 1978-09-14 | Piezoelectric material |
| FR7826413A FR2403316B1 (de) | 1977-09-17 | 1978-09-14 | |
| JP11401778A JPS5454115A (en) | 1977-09-17 | 1978-09-16 | Ceramic piezoelectric material* resonator using same and filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2741890A DE2741890C2 (de) | 1977-09-17 | 1977-09-17 | Piezoelektrische Keramik |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2741890A1 true DE2741890A1 (de) | 1979-07-05 |
| DE2741890C2 DE2741890C2 (de) | 1983-03-17 |
Family
ID=6019185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2741890A Expired DE2741890C2 (de) | 1977-09-17 | 1977-09-17 | Piezoelektrische Keramik |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5454115A (de) |
| DE (1) | DE2741890C2 (de) |
| FR (1) | FR2403316B1 (de) |
| GB (1) | GB2004268A (de) |
| NL (1) | NL7809261A (de) |
| SE (1) | SE431322B (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3718486A1 (de) * | 1987-06-02 | 1988-12-15 | Siemens Ag | Piezokeramik und elektroakustischer wandler unter verwendung einer piezokeramikfolie aus der piezokeramik |
| DE4041993A1 (de) * | 1990-12-27 | 1992-07-02 | Gesemann Hans Juergen Dr | Heterogener dielektrischer keramischer werkstoff |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4753905A (en) * | 1985-07-31 | 1988-06-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Dielectric ceramic composition |
| JPH0265186A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-05 | Taiyo Yuden Co Ltd | 圧電性磁器組成物 |
| JP3296640B2 (ja) * | 1993-11-04 | 2002-07-02 | 三井化学株式会社 | 圧電セラミックス |
| EP1519427B1 (de) * | 2003-09-24 | 2009-12-16 | TDK Corporation | Piezoelektrische keramische Zusammenstellung und Herstellung derselben, und piezoelektrisches Element |
| JP6445372B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2018-12-26 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪材料、圧電／電歪体及び共振駆動デバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2456050A1 (de) * | 1973-11-24 | 1975-05-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramiken |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3594321A (en) * | 1968-11-05 | 1971-07-20 | Nippon Electric Co | Piezoelectric ceramic |
| GB1313670A (en) | 1969-08-15 | 1973-04-18 | Sumitomo Spec Metals | Piezo electric ceramic composition |
| JPS517317B1 (de) | 1971-02-08 | 1976-03-06 | ||
| DD103764A1 (de) | 1972-03-21 | 1974-02-05 | Rostovsky G Uni | Piezokeramischer stoff |
| JPS4949198A (de) * | 1972-09-19 | 1974-05-13 |
-
1977
- 1977-09-17 DE DE2741890A patent/DE2741890C2/de not_active Expired
-
1978
- 1978-09-12 NL NL7809261A patent/NL7809261A/xx not_active Application Discontinuation
- 1978-09-14 GB GB7836858A patent/GB2004268A/en not_active Withdrawn
- 1978-09-14 FR FR7826413A patent/FR2403316B1/fr not_active Expired
- 1978-09-14 SE SE7809677A patent/SE431322B/sv not_active IP Right Cessation
- 1978-09-16 JP JP11401778A patent/JPS5454115A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2456050A1 (de) * | 1973-11-24 | 1975-05-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Verfahren zur herstellung ferroelektrischer keramiken |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3718486A1 (de) * | 1987-06-02 | 1988-12-15 | Siemens Ag | Piezokeramik und elektroakustischer wandler unter verwendung einer piezokeramikfolie aus der piezokeramik |
| DE4041993A1 (de) * | 1990-12-27 | 1992-07-02 | Gesemann Hans Juergen Dr | Heterogener dielektrischer keramischer werkstoff |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2403316B1 (de) | 1983-06-17 |
| JPS5731549B2 (de) | 1982-07-05 |
| GB2004268A (en) | 1979-03-28 |
| NL7809261A (nl) | 1979-03-20 |
| JPS5454115A (en) | 1979-04-28 |
| SE431322B (sv) | 1984-01-30 |
| DE2741890C2 (de) | 1983-03-17 |
| FR2403316A1 (de) | 1979-04-13 |
| SE7809677L (sv) | 1979-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2932918C2 (de) | ||
| DE2741890C2 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2512401C3 (de) | Thermische Detektionsvorrichtung | |
| DE3135041C2 (de) | ||
| DE1646698B1 (de) | Piezoelektrische keramik | |
| DE1796233C2 (de) | Piezoelektrische Keramiken | |
| DE1940974C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2048320B2 (de) | Elektromechanischer Resonator, der aus einem keramischen piezoelektrischen Körper besteht | |
| DE1950317C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE69605966T2 (de) | Piezoelektrische Keramiken | |
| DE10123608A1 (de) | Piezoelektrischer keramischer Pulverpressling und piezoelektrisches keramisches Bauelement unter Verwendung desselben | |
| DE2008775A1 (de) | Piezoelektrisches Oxidmaterial | |
| DE1802234C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2200787A1 (de) | Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen | |
| DE2206045C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE1922265C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE1646690C2 (de) | Verbesserte piezoelektrische Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2040573B2 (de) | Piezoelektrische keramik | |
| DE1771697C2 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE2164403C3 (de) | Ferroelektrische keramische Zusammensetzungen | |
| DE3200339A1 (de) | Ferroelektrische keramik | |
| DE1646753B2 (de) | Piezoelektrische keramik | |
| DE1796146B1 (de) | Verwendung eines piezoelektrischen Keramikmaterials fuer piezoelektrische Resonanzfilter | |
| DE1646691C2 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE1646753C (de) | Piezoelektrische Keramik |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |