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가장 널리 사용되는 압전 세라믹스는 산화납이 기반인 강유전체(PZT)이다. 그러나, 산화납의 독성과 그것은 공정과정에서 높은 증기 압력을 사용하므로 무연 압전 재료로의 대체가 요구된다. 0.96(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.04SrZrO₃+x mol% ZrO₂ [KNN-SZ xZrO₂, x=0∼0.10]의 무연 압전 세라믹에 MnO₂ 0.1 wt%MnO₂ 첨가하여 일반전인 고상합성법으로 합성하였다. 내부 전극을 니켈과 같은 금속으로 갖는 다층 압전 세라믹스의 가능성을 평가하기 위해 환원분위기에서 디스크 시편으로 소결하여 압전 특성과 미세구조를 조사하였다. 1140℃에서 3%H₂-97%N₂ 분위기에서 소결한 모든 KNN-SZ 시편은 ZrO₂의 함유량에 관계없이 페로브스카이트 구조를 나타내었다. 한편, KNN-SZ 시편의 소결밀도와 및 K_p, Q_m ,d_33 와 같은 압전특성은 ZrO₂의 함유량에 x가 0.04에서 최대치(k_p=28.07%, Q_m=101.34, d_33=156 pC/N)를 보이고, KNN-SZ+xZrO₂ 조성에서 MPB (morphotropic phase boundary)를 보였다. 이러한 결과는 이 세라믹 조성은 무연 압전 다층 압전 세라믹의 응용에 유망한대체 물질임을 나타낸다.


The most widely used piezoelectric ceramics are lead oxide based ferroelectrics (PZT). However, the toxicity of lead oxide and its high vapor pressure during processing have led to a demand for alternative lead-free piezoelectric materials. We synthesized Lead-free piezoelectric ceramics of 0.96(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.04SrZrO₃+x mol% ZrO₂ [KNN-SZ xZrO₂, x=0∼0.10] doped with 0.1 wt% MnO₂ by a conventional solid state method. We investigated the piezoelectric properties and microstructures of these disk samples sintered in reduced atmosphere in order to evaluate the possibility of the multilayered piezoelectric ceramics having the base metal such as Ni as a internal electrode. All of these KNN-SZ samples sintered in 3%H2-97%N2 atmosphere at 1,140℃ exhibit pure perovskite structure irrespective of the content of ZrO₂. Meanwhile, the sintering denisty and piezoelectric properties such as K_p, Q_m and d_33 of KNN-SZ samples as a function of ZrO₂content show the maxima (k_p=28.07%, Q_m= 101.34, d_33= 156 pC/N) at x= 0.04 and it is likely that there is some morphotropic phase boundary(MPB) in this KNN-SZ+ZrO₂composition system. These results indicate that the ceramic composition is a promising candidate material for applications in lead free multilayer piezoelectric ceramics.