• 제목/요약/키워드: Nb substitution

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PZT 세라믹스이 압전 및 기계적 특성에 미치는 어닐링 분위기의 영향 (Effect of annealing Atmosphere on the Piezoelectric and Mechanical Properties of PZT Ceramics)

  • 임진호;손준호;김진호;조상희
    • 한국세라믹학회지
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    • 제31권9호
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    • pp.1037-1043
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    • 1994
  • The effects of annealing atmosphere and temperature on piezoelectricity (k33) and the mechanical strength of machined PZT was studied. Morphotropic Nb-doped PZT was sintered, machined to a rod and then annealed between 80$0^{\circ}C$ and 100$0^{\circ}C$ in air, PbZrO3, and CuO atmospheres respectively. In air or PbZrO3 atmosphere, the compressive strength of Nb-doped PZT increased by 12% with little change in k33 irrespective of annealing temperature. In CuO atmosphere, on the other hand, the compressive strength increased by 20% with little change in k33 at 80$0^{\circ}C$ but both turned to significant decrease above 90$0^{\circ}C$. The examination of the phase distribution and microstructure beneath the surface of CuO-treated PZT revealed that the changes in compressive strength and k33 are closely related to the reaction between PZT and vaporized CuO:liquid PbO precipitated in shallow surface region by the substitution of Cu to Pb sites enhances the decrease in microcracks and the surface roughness at 80$0^{\circ}C$ ; rapid evaporation of precipitated PbO expands a porous region of changed composition into the bulk above 90$0^{\circ}C$.

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Y 치환에 따른 Pb(Ni1/3Nb2/3)-PbZrO3-PbTiO3 세라믹의 압전특성 및 적층형 압전 액츄에이터 응용 (Piezoelectric Properties of Y-Substituted Pb(Ni1/3Nb2/3)-PbZrO3-PbTiO3 Ceramics and Their Application to Multilayer Piezoelectric Actuators)

  • 권정호;최문석;이대수;정연학;김일원;송재성;정순종;이재신
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제17권2호
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    • pp.184-189
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    • 2004
  • The effects of $Y_2$ $O_3$-substitution on the piezoelectric properties of Pb[(N $i_{1}$3/N $b_{2}$3/)$_{0.15}$(Z $r_{1}$2/ $Ti_{1}$2/)$_{0.85}$] $O_3$ceramics were investigated. It was found that $Y^{3+}$ ions incorporate into Pb-sites of the ceramics, resulting in a increased lattice anisotropy and formation of Pb-vacancies. As a result, an orthorhombic-tetragonal phase transition was induced when $\chi$>0.005. At the morphotropic phase boundary of x=0.005, piezoelectric constants( $k_{p}$, $k_{33}$, and $d_{33}$) showed maximum values of 0.53, 0.58, and 350pC/N, respectively. A 30-layer actuator fabricated with the above material showed a maximum strain of 0.12% under 100V DC bias.

PZN 치환에 따른 적층 압전변압기용 PMN-PZT 세라믹의 압전 및 유전 특성 (Piezoelectric and dielectric properties of PMN-PZN ceramics for multilayer piezoelectric transformer with PZN substitution)

  • 이창배;류주현;백동수;임인호
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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    • pp.59-61
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    • 2005
  • In this paper, in order to develop the low temperature sintering ceramics for multilayer piezoelectric transformer, $Pb[(Mn_{1/3},Nb_{2/3})_{0.07}(Zn_{1/3}Nb_{2/3})_a(Zr_{0.48}Ti_{0.52})_{1-0.07-a}O_3]$ ceramics were manufactured with the variations of PZN from 2 to 14mol% and their dielectric and piezoelectric properties were investigated. Sintering temperature was varied from 910 to $1000^{\circ}C$. At 8mol% PZN substituted specimen sintered at $970^{\circ}C$, electromechanical coupling factor(kp), mechanical quality factor(Qm), dielectric constant and peizoelectric constant($d_{33}$) showed the optimal values of 0.536, 1803, 1551 and 328[pC/N), respectively, for multilayer piezoelectric transformer application.

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CeMnO3가 치환된 저온소결 PMW-PNN-PZT 세라믹스의 유전 및 압전 특성 (Dielectric and Piezoelectric Properties of Low Temperature Sintering PMW-PNN-PZT Substituted with CeMnO3)

  • 김용진;류주현
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제28권3호
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    • pp.160-164
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    • 2015
  • In this study, $(1-x)Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3+xCeMnO_3$ (x= 0~0.02) ceramics were prepared by Columbite precursor method. The phase structure, ferroelectric and piezoelectric properties were systematically investigated. It was found that PMW-PNN-PZT possessed superior electrical properties due to its composition close to the MPB (morphotropic phase boundary). Coercive electric field of 10.05 [kV/cm] and density of 7.88 [$g/cm^3$] were obtained when the substitution amount of $CeMnO_3$ is x=0.02. In contrast, specimens with x=0.01 showed the mechanical quality factor($Q_m$) of 1,091 and the electromechanical coupling factor($k_p$) of 0.613.

액츄에이터용 PMW-PNN-PZT 세라믹스의 압전특성 (Piezoelectric Characteristics of PMW-PNN-PZT Ceramics for Actuator Application)

  • 유경진;류주현;윤현상;박창엽;정영호;이형규;강형원
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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    • pp.332-333
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    • 2005
  • In this study, in order to develop low temperature sintering piezoelectric actuator, $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_x(Zr_{0.50},Ti_{0.50})_{1-x-0.03}$ (PMW-PNN-PZT) ceramic systems were fabricated using $CaCO_3-Li_2CO_3$ sintering aid and their dielectric and piezoelectric properties were investigated with the variation of PNN substitution. The piezoelectric actuator requires high piezoelectric constant $d_{33}$ and high electromechanical coupling factor kp. At the PMW-PNN-PZT ceramics with 9mol% PNN substitution sintered at $900^{\circ}C$, the density, electromechanical coupling factor kp, dielectric constant, piezoelectric constant $d_{33}$ and mechanical quality factor Qm showed the excellent values of 7.86 [$g/cm^3$], 0.584, 1881, 485 [pC/N] and 76, respectively for piezoelectric actuator application.

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충주 어래산 일대에서 산출하는 희토류 광물의 광물학적 및 광물화학적 특성 (Mineralogy and Mineral-chemistry of REE Minerals Occurring at Mountain Eorae, Chungju)

  • 유병운;이길재;고상모
    • 자원환경지질
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    • 제45권6호
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    • pp.643-659
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    • 2012
  • 충주 지역은 소위 옥천층군에 해당되는 계명산층이 분포하며, 계명산층내에는 변성화산암 모암과 페그마타이트 모암의 희토류 광체가 배태한다. 변성화산암 모암의 희토류 광체를 구성하는 희토류광물은 갈렴석, 저어콘, 인회석, 스핀이 산출하나 갈렴석이 가장 우세하게 산출한다. 페그마타이트 모암의 희토류 광체를 구성하는 희토류 광물은 퍼구소나이트, 카르나수르타이트, 저어콘, 토륨석이 산출하나 퍼구소나이트가 가장 우세하다. 변성화산암에서 산출하는 갈렴석의 화학식은 (Ca, Y, REE, Th)$_{2.095}$(Mg, Al, Ti, Mn, $Fe^{3+})_{2.770}(SiO_4)_{2.975}(OH)$로서 TREO 23.89-29.12 wt%, $La_2O_3$ 4.71-9.92 wt%, $Ce_2O_3$ 11.30-14.33 wt%, $Y_2O_3$ 0.11-0.29 wt%, $ThO_2$ 0.12-0.94 wt% 이다. A(2) 사이트 에서 $Ca^{2+}$$REE^{3+}$, M(2) 사이트에서 $Al^{3+}$$Fe^{2+}$의 치환이 일어나는데 이는 갈렴석의 화학조성에 밀접한 관련을 갖는 특징이고, Fe의 함량이 일반 갈렴석보다 높은 Ce 계열의 Ferriallanite에 해당된다. 이는 모암인 계명산층을 주로 구성하는 변성화산암(변성조면암)의 원암이 Fe이 풍부한 함철층이기 때문인 것으로 판단된다. 페그마타이트 모암에서 가장 우세하게 산출하는 퍼구소나이트의 화학조성은 A 사이트에서 Y-REE, Y-Th 치환이 우세하게 일어났으며, B 사이트에서는 Nb-Ta-Ti의 치환이 주로 초래되었으며, 계산된 화학식은 $YNbO_4$ 이다. 또한 $Y_2O_3$$Nb_2O_5$만의 비율로 상관도를 확인 한 결과 연구지역에서 산출되는 퍼구소나이트는 Y과 Nb의 이상적인 비율인 1:1 비율과 달리 1:1.5의 비율을 나타내고 있으며, Nb의 함량이 Y 함량보다 높으며, Y 사이트 즉, A 사이트에서 희토류 원소의 치환이 활발하게 초래되었다. 페그마타이트에서 산출하는 카르나수르타이트는 REE 및 Th를 치환하는 조성은 각각 $Ce_2O_3$ 9.16-22.88 wt%, $La_2O_3$ 2.15-9.16 wt%, $ThO_2$ 0.44-10.8 wt%, 화학조성으로 계산된 구조식은 (Y, REE, Th, K, Na, Ca)$_{1.478}$(Ti, Nb)$_{1.304}$(Mg, Al, Mn, $Fe^{+3})_{0.988}$(Si, P)$_{1.431}O_7(OH)_4{\cdot}3H_2O$이다. 870-860 Ma 인 초기 원생대에 로디니아 대륙의 분열기로서 한반도에서 A-1형 화산활동이 초래되어 철, 희토류원소 및 고장력원소(Nb, Zr, Y 등)가 풍부한 변성화산암으로 주로 구성되는 계명산층을 형성 시켰다면 갈렴석은 모암이 형성될 당시 알카리 화산암에서 정출되었거나 변성작용이 초래된 고생대 말(300-280 Ma, Cho et al., 2002) 광역변성작용에 의해 형성 되었을 가능성이 높다. 희토류를 함유하는 페그마타이트에서 산출하는 저어콘 연대가 190 Ma 인 것은 쥬라기에 충주지역에서 광범위하게 초래된 화강암 정치활동과 관련된 가능성이 크다. 따라서 충주지역 계명산층 내 배태된 희토류 광체는 인접한 지역에 배태되어 있지만 매우 차별적 희토류 광화작용이 초래 되어 희토류광물조성과 광체의 산상이 차별적으로 나타나는 것으로 해석된다.

비화학양론적인 (K0.5Na0.5)0.97(Nb0.96-xTaxSb0.04)O3 세라믹스의 유전 및 압전특성 (Piezoelectric and Dielectric Properties of Non-stochiometric(K0.5Na0.5)0.97(Nb0.96-xTaxSb0.04)O3 Ceramics)

  • 신상훈;노정래;류주현
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제25권8호
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    • pp.611-615
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    • 2012
  • In this study non-stoichiometric $(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.97}(Nb_{0.96-x}Ta_xSb_{0.04})O_3$ ceramics were prepared by the conventional soild-state teaction method. The effect of Ta-substitution on the dielectric and piezoelectric properties were investigated. X-ray diffraction analysis of all the specimens less than x= 15 mol% indicated orthorhombic phase. Thereafter, the specimens showed orthorhombic phase near to pseudo-cubic. Sinterablity of all the specimens was improved due to secondary products such as KCT and KCN. The ceramics with x= 5 mol% showed the optimum velues of pizoelectric constant($d_{33}$)= 150 pC/N, electromechanical coupling factor (kp)= 0.45, electromechanical quality factor (Qm)= 418.9 and dielectric constant(${\varepsilon}_r$)= 567. Accordingly, These results indicate that the composition ceramics is a promising candidate for lead-free material.

CeMnO3 치환된 (Na0.5K0.5)0.97NbO3 세라믹스의 유전 및 압전 특성 (Dielectric and Piezoelectric Properties of (Na0.5K0.5)0.97NbO3 Ceramics Substituted with CeMnO3)

  • 오영광;류주현;마석범;정영호
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제24권3호
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    • pp.194-199
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    • 2011
  • In this study, non-stoichiometric 1-x$[(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.97}(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3]$ + x $CeMnO_3$ + 0.8 mol%CuO + 0.2 wt% $Ag_2O$ (x=0, 0.005) ceramics were prepared by a conventional mixed oxide and carbonate method, their dielectric and piezoelectric properties were investigated with the variations of sintering temperature. As $CeMnO_3$ substitution incereased, the density, piezoelectric constant($d_{33}$) and dielectric constant($\varepsilon_r$) were increased and the mechanical quality factor(Qm) was decreased. At the sintering temperature of $1100^{\circ}C$, the density, electromechanical coupling factor($k_p$), dielectric constant($\varepsilon_r$) and piezoelectric constant($d_{33}$) of 0.5mol% $CeMnO_3$ specimen showed the optimun values of 4.475 $g/cm^2$, 0.437, 552 and 166 pC/N, respectively. However, the mechanical quality factor($Q_m$) showed the minimum value of 380.

Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3 세라믹스의 압전특성에 미치는 Al2O3의 영향 (Effects of Al2O3 on the Piezoelectric Properties of Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3 Ceramics)

  • 김미정;김재창;김영민;어순철;김일호
    • 한국재료학회지
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    • 제15권7호
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    • pp.453-457
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    • 2005
  • Piezoelectric properties of $Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrO_3-PbTiO_3$ ceramics were investigated with $Al_2O_3$ content $(0.0-1.0 wt\%)$. The constituent phases, microstructure, electromechanical coupling factor, dielectric constant, piezoelectric charge and voltage constants were analyzed. Diffraction peaks for (002) and (200) planes were identified by X-ray diffractometer for all the specimens doped with $Al_2O_3$, indicating the MPB (morphotropic phase boundary) composition of tetragonal structures. The highest sintered density of $7.8 g/cm^3$ was obtained for $0.2wt\%\;Al_2O_3-doped$ specimen. Grain size increased by doping $Al_2O_3$ up to $0.3 wt\%$, and it decreased by more doping. Electromechanical coupling factor, dielectric constant, piezoelectric charge and voltage constants increased by doping $Al_2O_3$ up to $0.2wt\%$, and it decreased by more doping. This might result from the formation of oxygen vacancies due to defects in $O^{2-}$ ion sites and the substitution of $Al^{3+}$ ions.

순경(順鏡) 페그마타이트에서 산출(産出)되는 석석(錫石), 콜럼바이트, 탄탈라이트 및 수반광물(隨伴鑛物)에 대한 광물화학(鑛物化學) (Mineral Chemistry of Cassiterite, Columbite, Tantalite and Associated Minerals from Soonkyoung Tin-bearing Pegmatite)

  • 김수영;문희수;박노영
    • 자원환경지질
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    • 제22권4호
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    • pp.327-339
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    • 1989
  • 상동지역(上東地域), 순경(順鏡) 함광석(含鑛石) 페그마타이트에서는 석석(錫石)을 비롯하여 탄탈라이트-콜롬바이트, 그리고 함(含)Ta-금홍석(金紅石) 등(等)이 산출(産出)된다. 석석(錫石)은 산포상(散布狀)의 미정질(微晶質)에서부터 거정질(巨晶質)에 이르기까지 다양(多樣)하며, 일반적(一般的)으로 탄탈라이트-콜롬바이트, 함(含)Ta-금홍석(金紅石)과 공존(共存)하고 있다. 탄탈라이트-콜롬바이트는 미세맥(微細脈) 혹은 용리상능(溶離狀能)로서 석석결정(錫石結晶)에 배태(胚胎)되며 간혹 독립광물(獨立鑛物)로서 석영(石英)에 수반(隨伴)되는 경우가 있다. 함(含)Ta-금홍석(金紅石)은 상기(上記)한 광물(鑛物) 중 최후기상(最後期相)으로서 석영(石英)을 수반(隨伴)하는 세맥상(細脈狀)으로 산출(産出)된다. 석석(錫石)에서 ${\Sigma}Ta^{+5}$, $Nb^{+4}$, $Ti^{+4}$ 및 Fe*은 $Sn^{+4}$과 부(負)의 상관관계(相關關係)로 치환(置換)에 전적(全的)으로 관계(關係)하고 있으며, 0.01-0.15mol.% 까지 치환(置換)하고 있다. $Ta^{+5}$$Nb^{+5}$는 Fe* 쌍치환관계(雙置換關係)이며 $Ta^{+5}$$Ti^{+4}$와 화학적(化學的) 친화관계(親化關係)로서 밀접(密接)히 수반(隨伴)된다. 이상구조(異常構造)가 발달(發達)된 석석(錫石)은 결정(結晶)의 내핵(內核)에서부터, 외각(外殼)으로 갈수록 Ta/Nb 비(比)가 증가(增加)하며, 이는 온도(溫度)의 하강(下降)에 따른 Ta의 참여효과(參與效果) 가 높아지는데 기인(起因)된다. 함(含)Ta-금홍석(金紅石)은 $TiO_2$:57.41-86.00wt.%, $Ta_2O_5$:5.08-21.51 wt.%, $Nb_2O_5$:1.60-6.81 wt.%, FeO*:2.06-5.85 wt.% 그리고 $SnO_2$:1.74-10.35 wt.%의 화학조성(化學造成)으로 구성(構成)되어 있다. 본 광물(鑛物)은 탄탈라이트-콜롬바이트에 비(比)하여 Ta/Ta+Nb의 비(比)가 높다. 탄탈라이트-콜롬바이트의 화학조성(化學造成)에 의하면, Ta/Ta+Nb가 증가(增加)하고, Mn/Mn+Fe*는 감소(減少)하는 분결경향(分結傾向)을 보여 주고 있다. 이것은 분결작용(分結作用)이 진행(進行)되는 동안 Ta의 활동도(活動度)가 증가(增加)되는 것으로 Li과 F가 고갈(枯渴)되고, Be과 P가 풍부(豊富)한 환경(環境)을 지시(指示)하는 것이다. 이와같은 환경(環境)은 순경(順鏡) 페그마타이트에 Li과 F 운모(雲母)의 부재(否在)와 탄탈라이트와 녹주석(綠柱石)이 석석(錫石) 광화작용(鑛化作用)과 밀접(密接)히 수반(隨伴)되는 것과 일치(一致)하는 것이다. 본 페그마타이트는 Ta-Be 복합형(複合型)의 페그마타이트로서 석석(錫石)은 탄탈라이트-콜룸바이트, 녹주석(綠柱石) 등(等)의 분결작용(分結作用)을 수반(隨伴)하며 형성(形成)되었다.

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