Firing of Pb-free Piezoelectric Ceramic BNT in reduced atmosphere

초록

본 연구에서는 무연계 압전세라믹 (Bi0.5Na0.5)TiO3 (BNT)의 소 결분위기에 따른 상합성 및 압전특성에 대해 조사하였다. 최근 휴 대폰 등의 디지털기기의 센싱 및 자동차 산업 응용을 위하여 적층 엑츄에이터에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존의 적층 actuator는 PZT계의 세라믹소체에 내부전극으로 고가의 귀금속인 Ag-Pd 등 이 사용되어 왔으나, 환경문제 등으로 인하여 무연계 세라믹 압전 소재에 대한 요구가 거세지고 있다. 또한, 고가의 Ag-Pd 등을 대 체할 수 있는 내부전극 소재로써 Cu, Ni 등의 적용 연구도 진행되 고 있다. 본 연구에서는 무연계 압전세라믹스 BNT의 환원분위기 소결에 따른 상합성 및 미세구조에 대해 연구하고, Bi의 휘발에 따 른 결정구조의 깨짐을 억제하기 위해 Excess Bi2O3의 첨가 및 Bi2O3 분위기 분말의 적용실험을 실시하였다. 시편의 조성은 BNT, BNT+0.05 mole Bi2O3, BNT+0.1 mole Bi2O3 3종류이며, 820oC에 서 3시간 공기 중에서 하소하여 상합성을 XRD로 분석하였다. 하 소된 시편을 직경 10 mm의 몰드에서 800 kg의 압력으로 일축 성 형하여 디스크 시편을 얻었다. 이들 성형 시편을 1000~1200oC에 서 공기 및 환원분위기 (10%H2-90%N2, 3%H2-97%N2)에서 2시간 동안 소결한 후, Ag 전극을 표면에 도포하여 700oC에서 30분 열 처리하여 측정 시편을 제작하였으며, 이들 시편의 압전특성을 측 정하고, 미세구조 및 성분원소 함량을 분석하였다.