| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2005년 봄 (05/26 ~ 05/27, 무주리조트) |
| 권호 | 11권 1호 |
| 발표분야 | 전자재료 |
| 제목 | Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3 세라믹스의 압전특성에 미치는 Al2O3의 영향 |
| 초록 | 순수한 PZT는 소결과 분극이 어렵고 전기적인 특성도 불안정하기 때문에 첨가물(도펀트)에 의해 성능을 개선하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 페로브스카이트 구조의 B-site(Zr 또는 Ti)를 2+, 3+, 5+ 및 6+가의 금속이온을 조합시켜 4+가에 상당하도록 유도하여, PZT의 일부를 복합 페로브스카이트 구조 화합물로 치환한 재료가 연구되고 있다. 이러한 첨가물들은 정방정계 PbTiO3와 사방정계 PbZrO3가 완전 고용체를 이루며 유전성, 압전성 그리고 전기기계 결합계수의 변화 등이 최대가 되는 결정구조의 상경계(MPB: morphotropic phase boundary)를 형성할 수 있는 (반)강유전체가 되고, 또한 계의 큐리점이 저하되지 않도록 가능한 한 전이점이 높은 페로브스카이트 화합물을 형성한다. 이러한 압전 세라믹스는 순수 PZT계에 비해 PbO의 휘발이 작아 소결하기 쉽고, 주성분에 각종 첨가제를 첨가함으로써 유전 및 압전 특성이 크게 개선될 뿐만 아니라, 상경계 영역이 확대되므로 용도에 적합한 재료 선택의 폭이 넓어지는 장점이 있다. 본 연구에서는 기계적 품질계수와 항전계가 크고 큐리온도가 높으며 유전손실이 적은 경질 압전 진동자로의 응용을 목표로, 전기기계 결합계수 및 상경계 영역의 PZT계 세라믹스와 기계적 품질계수를 향상시키기 위해 Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3계 세라믹스를 선택하여 페로브스카이트 상의 합성률을 향상 시키기 위한 시도를 하였다. 또한 소결 후의 밀도 향상과 저온소결을 위하여 Al2O3를 첨가제로 선정하였고, 첨가량에 따른 전기기계 결합계수 및 기계적 품질계수, 비유전율, 압전전하상수 그리고 압전전압상수 등 압전특성의 변화를 조사하였다. 1.0 wt%까지 Al2O3가 첨가된 모든 조성에서 회절각 2θ=42-46° 범위에 (002)면과 (200)면이 공존하는 것을 확인하였다. 이것은 본 조성이 정방정구조의 상경계 조성임을 의미한다. 소결시 Al2O3와 PbO의 공정반응에 의해 소결밀도가 급증하였고, 0.2 wt% Al2O3 첨가시 최대 7.8g/㎤를 나타내었다. Al2O3의 첨가량이 증가함에 따라 입자성장이 점차적으로 증가하여 0.3 wt%에서 최대를 나타내었고, 그 이상 첨가할 경우 입자크기가 감소하였다. 이것은 부분적으로 치환되지 못한 Al3+ 이온이 입계에 존재하여 입자성장을 억제시킨 것으로 판단된다. Al2O3의 첨가량이 증가됨에 따라 유전 및 압전특성이 점차 증가하여 0.2 wt%를 첨가한 조성에서 최대값을 나타낸 후, 그 이상 첨가하면 다시 감소하였다. 이것은 PMN-PZT에서 Al3+의 고용한계라고 추측되는 0.2-0.3 wt% 범위에서 최대값을 나타내고, 그 이상 첨가하면 전하 중성도에 의해서 O2- 자리에 결함이 발생하여 산소공공이 생성되었기 때문이라고 사료된다. Acknowledgement: 본 연구는 산업자원부의 지역전략산업 석ㆍ박사연구인력 양성사업 및 지역협력연구센터 육성사업의 지원에 의해 수행되었습니다. |
| 저자 | 김미정1, 김재창2, 김영민2, 어순철1, 김일호1 |
| 소속 | 1충주대, 2고려전자(주) 소재개발과 |
| 키워드 | PZT; piezoelectric |
