Li 치환에 따른 (K,Na)NbO₃ 세라믹스의 압전 특성 및 온도안정성

Abstract

압전 부품에 많이 사용되고 있는 PZT계 압전 세라믹은 유해물질인 납을 60% 이상 포함하고 있어 친환경 무연 압전 소재 개발이 요구되고 있다. PZT계 대체 조성중의 하나인 (K,Na)NbO₃계 세라믹은 우수한 압전특성과 높은 상전이 온도로 무연 압전 세라믹으로 주목 받고 있다. 하지만 소결시 K₂O의 휘발과 수분과의 민감한 반응으로 인해 치밀한 소결체를 얻지 못하고 공정간의 취급이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 (K,Na)NbO₃계 세라믹스에 A 또는 B site를 치환하여 높은 압전 특성을 보이는 많은 연구들이 진행되고 있다. 그 중에서도 (K,Na)NbO₃-LiNbO₃ 세라믹스는 좋은 압전 특성을 나타낸다고 보고 되고 있다. 다양한 압전소재 응용에 있어서 중요한 것 중의 하나가 바로 온도변화에 대한 안정성이다. PZT계와는 다르게 Tc 온도 이하에서 상전이가 일어나는 특징으로 인하여 1차 상전이의 온도에 따라서 압전 소재의 응용이 제한되어 있고, PZT계에 비해 (K,Na)NbO₃계의 온도안정성에 대한 연구보고가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 (K,Na)NbO₃ 세라믹을 기본조성으로 하여 A site에 Li을 치환하여 이에 따른 압전 특성과 온도변화에 따른 압전 특성 변화를 관찰하였다.; Pb(Zr,Ti)O₃ ceramics have been widely used as sensors, actuators, filter, resonator and other piezoelectric devices because of outstanding piezoelectric and dielectric properties. However, they contain 60 weight percent PbO and it raises the environmental problems. Good candidates to replace to lead based piezoelectric ceramics are compositions based on (K,Na)NbO₃. It has been reported that KNN ceramics have a high curie temperature above 400℃ and show excellent piezoelectric properties. However, the major drawback of KNN ceramics is the need for special handling of the K₂O powders, sensitivity of properties to non-stoichiometry, and complex densification process. Various strategies have been used to overcome this problem. Although hot pressing, hot forging and SPS(Spark Plasma Sintering) has been used to for make up for the demerit, the piezoelectric properties of KNN ceramics are inferior to those of PZT ceramics. Recently, modified KNN ceramics, obtained by replacing the A and/or B site cation of the ABO₃ perovskite structure, have shown to exhibit properties comparable to those of PZT ceramics. In particularly (1-x)KNN-xLiNbO₃ ceramics showed good piezoelectric properties. KNN ceramics application is limited because of TO-T phase transition temperature. An issue of particular interest for various applications is the temperature stability of the piezoelectric properties. However the study on temperature stability of KNN ceramics is not enough. Therefore the effect of their phase transition and temperature stability on the piezoelectric property of Lix(K,Na)1-xNbO₃ ceramics was investigated.