DE102005027928A1 - Kornorientierte Keramiken und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Abstract

Zum Vorsehen einer kornorientierten Keramik, die ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften zeigen kann, eines Herstellungsverfahrens dafür sowie eines piezoelektrischen Materials, eines dielektrischen Materials, eines thermoelektrischen Energiewandlungselements und einen Ionenleitungselements, die jeweils die kornorientierte Keramik verwenden, ist eine kornorientierte Keramik vorgesehen, die als Hauptphase eine isotrope Perowskit-Verbindung aufweist, die durch Formel (1): DOLLAR A {Li¶x¶(K¶1-y¶Na)¶1-x¶}(Nb¶1-z-w¶Ta¶z¶Sb¶w¶)O¶3¶ dargestellt ist, in welcher x, y, z und w in jeweiligen Zusammensetzungsbereichen von 0 x 0,2, 0 y 1, 0 z 0,4, 0 w 0,2 und x + z + w > 0 liegen. Die Hauptphase weist einen polykristallinen Körper mit 0,0001 bis 0,15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente, ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung auf. Eine spezielle Kristallebene jedes den polykristallinen Körper bildenden Kristallkorns ist orientiert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft kornorientierte Keramiken, die in der Zusammensetzung kein Blei enthalten, ein Herstellungsverfahren dafür, ein piezoelektrisches Element, ein dielektrisches Element, ein thermoelektrisches Energiewandlungselement und ein Ionenleitungselement.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Die piezoelektrischen Materialien mit einem piezoelektrischen Effekt sind in Einkristall, Keramik, Dünnfilm, Polymer und Verbundwerkstoff klassifiziert. Von diesen wird eine piezoelektrische Keramik allgemein für verschiedene Sensoren, Energiewandlungselemente, Kondensatoren und dergleichen auf dem Gebiet der Elektronik oder Mechatronik benutzt, weil Keramik eine hohe Nutzleistung und einen hohen Freiheitsgrad in der Form hat und die Gestaltung von Materialien relativ einfach ist.
  • Die piezoelektrische Keramik erhält man durch Unterziehen einer ferroelektrischen Keramik einem so genannten Polungsprozess des Anlegens eines elektrischen Feldes, um die Polarisationsrichtung des ferroelektrischen Materials auf eine feste Richtung auszurichten. Um eine spontane Polarisation durch einen Polungsprozess in der piezoelektrischen Keramik auf eine feste Richtung auszurichten, ist eine isotrope Perowskit-Kristallstruktur vorteilhaft, die eine dreidimensional gerichtete spontane Polarisation ergibt. Deshalb sind die meisten piezoelektrischen Keramiken in der Praxis isotrope, ferroelektrische Keramiken des Perowskittyps.
  • Hinsichtlich der isotropen, ferroelektrischen Perowskit-Keramik wurden zum Beispiel Blei enthaltende Keramiken auf der Basis einer PZT-Komponente (PbTiO3-PbZrO3) verwendet. Die piezoelektrische Keramik mit PZT hat im Vergleich zu anderen piezoelektrischen Keramiken gute piezoelektrische Eigenschaften. Jedoch enthält die piezoelektrische Keramik mit PZT oder dergleichen Blei in ihren Bauelementen und trägt ein Risiko, dass sich das schädliche Blei aus dem Industrieabfall oder der gleichen auslöst, um eine Umweltverschmutzung zu verursachen. Auch mit dem zuletzt steigenden Bewusstsein von Umweltfolgen gibt es eine Tendenz, die Herstellung von Produkten zu vermeiden, die eine höhere Umweltverschmutzung ergeben, wie beispielsweise PZT. Deshalb besteht ein Bedarf an piezoelektrischen Keramiken ohne Blei in der Zusammensetzung und mit piezoelektrischen Eigenschaften gleich jenen von PZT.
  • Bezüglich der bleifreien piezoelektrischen Keramik ohne Blei sind zum Beispiel solche mit BaTiO3 bekannt. Die piezoelektrische Keramik mit BaTiO3 kann relativ gute piezoelektrische Eigenschaften zeigen und wird in Sonargeräten und dergleichen verwendet, aber ihre piezoelektrischen Eigenschaften sind im Vergleich zu PZT sehr gering und haben nur eine unzureichend geringe Nutzleistung.
  • Um die piezoelektrischen Eigenschaften der bleifreien piezoelektrischen Keramik zu verbessern, wurden bisher verschiedene Techniken entwickelt.
  • Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 11-180769 ein piezoelektrisches Keramikmaterial mit einer Grundzusammensetzung von (1-x)BNT-BaTiO3 (mit x = 0,06 bis 0,12) und mit 0,5 bis 1,5 Gew.-% eines Seltenerdelementoxids.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2000-272962 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die durch die Formel {Bi0,5(Na1-xKx)0,5}TiO3 (mit 0,2<x≤0,3) dargestellt ist, und eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die man durch Integrieren von 2 Gew.-% oder weniger eines Zusatzstoffes (z.B. Fe2O3, Cr2O3, MnO2, NiO, Nb2O5) in die oben beschriebene Zusammensetzung erhält.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2000-281443 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung hauptsächlich mit einem Wolfram-Bronze-Mischoxid, dargestellt durch die Formel xNaNbO3-yBaNb2O6-zBiNb2O9 (wobei x + y + z = 1 und (x, y, z) in einem vorbestimmten Bereich eines Dreikomponenten-Zusammensetzungsdiagramms vorhanden sind), und mit Bi in einem Anteil von 3 bis 6 Gew.-% in Form von Metall basierend auf dem Gesamtgewicht.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2000-313664 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung auf der Basis eines ein Alkalimetall enthaltenes Nioboxid, die man durch Zugeben einer Verbindung mit einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus Cu, Li und Ta zu einer festen Lösung dargestellt durch die Formel K1-xNaxNbO3 (mit x = 0 bis 0,8) erhält.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-137966 offenbart eine piezoelektrische Keramik, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel (1-x)NaNbO3-xMnTiO3 (mit 0,014≤x≤0,08), und eine piezoelektrische Keramik, die man durch Integrieren von 0,5 bis 10 Mol-% KNbO3 oder NaNbO3 als eine Subkomponente in die durch die oben beschriebene Zusammensetzungsformel dargestellte Zusammensetzung erhält.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2001-240471 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung mit einer Hauptkomponente dargestellt durch NaxNbO3 (mit 0,95≤x≤1) und einer Subkomponenten dargestellt durch die Zusammensetzungsformel AyBOf (wobei A Bi und wenigstens ein Element von K, Na und Li ist, B wenigstens ein Element von Li, Ti, Nb, Ta und Sb ist, 0,2≤y≤1,5 gilt und f beliebig ist), wobei der Subkomponentengehalt 8 Mol-% oder weniger beträgt und wenigstens ein Element ausgewählt aus Übergangsmetallelementen der ersten Gruppe von Sc der Ordnungszahl 21 bis Zn der Ordnungszahl 30 in einer Menge von 0,01 bis 3 Gew.-% in Form des Oxids enthalten ist.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-300776 offenbart ein Herstellungsverfahren einer piezoelektrischen Keramik, die als erstes Element Na, K und Li und als zweites Element ein Perowskit-Oxid mit Nb und Ta und ein Wolfram-Bronze-Oxid aufweist.
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-306379 offenbart eine piezoelektrische Keramik mit einem Perowskit-Oxid (Na1-x-yKxLiy) (Nb1-zTaz)O3 und ein Pyrochlor-Oxid M2(Nb1-wTaw)2O7 (wobei M ein Element der Gruppe 2 des Periodensystems ist).
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-327472 offenbart eine piezoelektrische Keramik mit einem Perowskit-Oxid (Na1-x-yKxLiY) (Nb1-zTaz)O3 (mit 0,1≤x≤0,9 und 0<y≤0,2) und einem Wolfram-Bronze-Oxid M(Nb1-vTav)2O6 (wobei M ein Element der Gruppe 2 des Periodensystems ist).
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-342069 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, dargestellt durch die Formel {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-zSbz)O3, wobei für x, y und z 0≤x≤0,2, 0≤y≤1,0 und 0≤z≤0,2 gelten (vorausgesetzt, dass x = z = 0 ausgeschlossen ist).
  • Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-342071 offenbart eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, dargestellt durch die Formel {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-nTaz(Mn0,5W0,5)n)O3, wobei für x, y, z und n 0≤x≤0,2, 0≤y≤1,0, 0≤z≤0,4 und 0<n≤0,1 gelten.
  • Ferner offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2004-7406 ein piezoelektrisches Element mit einer piezoelektrischen Keramik, wobei die piezoelektrische Keramik Keramikkristallkörner mit einer Formanisotropie und einer spontanen Polarisation, vorzugsweise in einer Ebene orientiert, enthält.
  • Wie in den elf Patentveröffentlichungen beschrieben, ist es bekannt, dass, wenn verschiedene Zusatzstoffe zu einer bleifreien ferroelektrischen Substanz zugegeben werden, die Sinterbarkeit und die piezoelektrischen Eigenschaften verbessert werden. Jedoch sind die piezoelektrischen Eigenschaften allein durch Zugeben von Zusatzstoffen nicht zufriedenstellend verbessert. Der Grund hierfür wird wie folgt angenommen. Das heißt, wenn eine isotrope Perowskit-Verbindung durch einen Herstellungsprozess für normale Keramiken, d.h. einen Herstellungsprozess des Verwendens einer einfachen Verbindung mit Komponentenelementen als Ausgangsmaterial und Durchführen eines Brennens, Formens und Sinterns, hergestellt wird, ist jedes Kristallkorn in dem erhaltenen gesinterten Körper zufällig orientiert. Deshalb kann selbst im Fall einer Zusammensetzung, die intrinsisch hohe piezoelektrische Eigenschaften und dergleichen besitzt, der erhaltene gesinterte Körper tatsächlich unzufriedenstellend gering in den piezoelektrischen Eigenschaften und dergleichen sein.
  • Für die piezoelektrischen Eigenschaften und dergleichen der isotropen Perowskit-Verbindung ist es allgemein bekannt, dass sie gemäß der Richtung der kristallografischen Achse variieren. Wenn die kristallografische Achse für hohe piezoelektrische Eigenschaften und dergleichen in eine feste Richtung orientiert werden kann, können deshalb die Anisotropie der piezoelektrischen Eigenschaften und dergleichen maximal genutzt werden und es wird erwartet, dass dies gehobene Eigenschaften der piezoelektrischen Keramiken mit sich bringt. Tatsächlich ist es für einige Einkristalle mit einem bleifreien ferroelektrischen Material bekannt, dass sie ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften und dergleichen zeigen.
  • Jedoch hat der Einkristall ein Problem, dass die Herstellungskosten hoch sind. Außerdem tritt im Fall eines Einkristalls einer festen Lösung mit einer komplizierten Zusammensetzung eine Abweichung der Zusammensetzung während der Herstellung einfach auf und der hergestellte Einkristall ist als praktisches Material ungeeignet. Ferner ist der Einkristall von schlechter Bruchzähigkeit und kann kaum unter hohen Belastungen verwendet werden, und deshalb ist sein Anwendungsbereich unvorteilhafterweise beschränkt.
  • Anderseits kann, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-7406 offenbart, entsprechend einem Verfahren des Orientierens einer speziellen Kristallebene durch Verwenden eines plattenartigen Pulvers mit einer vorbestimmten Zusammensetzung als reaktive Nachformschablone eine kornorientierte Keramik, bei der eine spezielle Kristallebene mit einem hohen Orientierungsgrad orientiert ist, einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Jedoch bleiben bei dem Verfahren, wenn ein plattenartiges Pulver mit Ba6Ti17O40, Bi4Ti4O12oder dergleichen als eine reaktive Nachformschablone verwendet wird, das A-Stellenelement (Ba oder Bi) und das B-Stellenelement (Ti), die in dem plattenartigen Pulver enthalten sind, in der resultierenden kornorientierten Keramik. Deshalb kann, wenn dieses Verfahren auf ein isotropes Kaliumnatriumniobat des Perowskit-Typs angewendet wird, das relativ guten Eigenschaften von den bleifreien Materialien zeigt, oder einer feste Lösung davon angewendet wird, eine gewünschte Zusammensetzung nicht realisiert werden und die piezoelektrischen Eigenschaften und dergleichen können durch das unvermeidbar enthaltene A-Stellenelement und/oder B-Stellenelement verschlechtert werden.
  • Auf diese Weise sind herkömmliche piezoelektrische Materialien nach wie vor von unzufriedenstellend geringen piezoelektrischen Eigenschaften im Vergleich zu piezoelektrischen Materialen auf Bleibasis, wie beispielsweise PZT, und es sind mehr Verbesserungen erforderlich.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, kornorientierte Keramiken, die ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften vorsehen können, ein Herstellungsverfahren dafür und ein piezoelektrisches Material, ein dielektrisches Material, ein thermoelektrisches Energiewandlungselement und ein Ionenleitungselement, die jeweils die kornorientierte Keramik verwenden, vorzusehen.
  • (Maßnahmen zum Lösen der Probleme)
  • Eine erste Erfindung ist eine kornorientierte Keramik mit einer isotropen Perowskit-Verbindung, die durch die Formel (1): {Lix(K1-yNaY)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt ist, in welcher x, y, z und w in jeweiligen Zusammensetzungsbereichen von 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w>0 liegen, als Hauptphase, wobei die Hauptphase einen polykristallinen Körper aufweist, der je Mol der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung 0,0001 bis 0,15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente enthält, die ausgewählt sind aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 5 des Periodensystems, und eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns, die den polykristallinen Körper bilden, orientiert ist (Anspruch 1).
  • In der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung wird als Hauptphase die isotrope Perowskit-Verbindung verwendet, die durch die Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x} (Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt wird. Die durch Formel (1) dargestellte Verbindung entspricht einer isotropen Perowskit-Verbindung, die durch die Formel ABO3 dargestellt ist, wobei das A-Stellenelement K, Na und/oder Li ist und das B-Stellenelement Nb, Sb und/oder Ta ist. Mit anderen Worten ist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung ein isotropes Perowskit-Kaliumnatriumniobat (KNaNbO3), wobei eine gewisse Menge der A-Stellenelemente durch eine bestimmte Menge von Li ersetzt ist, und eine gewisse Menge des B-Stellenelements durch eine bestimmte Menge von Ta und/oder Sb ersetzt ist. Deshalb kann diese piezoelektrische Keramikzusammensetzung im Vergleich zu solchen mit einer Zusammensetzung ohne Li, Ta, Sb und dergleichen ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften zeigen.
  • Die Hauptphase weist einen polykristallinen Sinterkörper mit 0,0001 bis 0,15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung auf, die ausgewählt sind aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems.
  • Deshalb hat diese kornorientierte Keramik exzellentere piezoelektrische Eigenschaften, wie beispielsweise eine piezoelektrische d31-Konstante, einen elektromechanischen Kopplungsfaktor Kp und eine piezoelektrische g31-Konstante, im Vergleich zu solchen mit der gleichen Zusammensetzung, aber ohne das oben beschriebene Zusatzelement.
  • In der oben beschriebenen kornorientierten Keramik kann das Zusatzelement durch Substitution in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugeben werden, oder kann auch extern zugegeben werden und im Korn der durch Formel (1) dargestellten Verbindung und/oder an der Korngrenze vorhanden sein. Außerdem kann das Zusatzelement als zusätzliches einfaches Element oder als ein Oxid oder eine Verbindung mit dem Zusatzelement integriert werden.
  • In der oben beschriebenen kornorientierten Keramik ist eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns, die den polykristallinen Körper bilden, orientiert.
  • Deshalb zeigt diese kornorientierte Keramik im Vergleich zu einer nicht-orientierten Form mit der gleichen Zusammensetzung ausgezeichneter piezoelektrischer Eigenschaften, wie beispielsweise eine piezoelektrische d31-Konstante, einen elektromechanischen Kopplungsfaktor Kp und eine piezoelektrische g31-Kontante.
  • Auf diese Weise ist die kornorientierte Keramik der ersten Erfindung wegen der Abwesenheit von Blei für die Umwelt sicher und kann aufgrund seiner ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaften als piezoelektrisches Hochleistungselement verwendet werden.
  • Außerdem ist die oben beschriebene kornorientierte Keramik zusätzlich zu diesen piezoelektrischen Eigenschaften auch in den dielektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise einer relativen Dielektrizitätskonstante und einem dielektrischen Verlust ausgezeichnet, und deshalb kann diese kornorientierte Keramik auch als dielektrisches Hochleistungselement verwendet werden.
  • Die zweite Erfindung ist ein piezoelektrisches Element mit einem piezoelektrischen Material, das die kornorientierte Keramik der ersten Erfindung aufweist (Anspruch 12). Wegen dieses hohen Nutzeffekts kann diese kornorientierte Keramik der ersten und der zweiten Erfindungen auch für diesen Film ohne Sinterprozess verwendet werden.
  • Das piezoelektrische Element der zweiten Erfindung weist ein piezoelektrisches Material mit der kornorientierten Keramik der ersten Erfindung auf. Demgemäß kann dieses piezoelektrische Element Gebrauch von der Eigenschaft der oben beschriebenen kornorientierten Keramik machen, dass die piezoelektrischen Eigenschaften ausgezeichnet sind, und kann deshalb als Gebrauchskeramikmaterial über einen weiten Bereich, zum Beispiel in Sensoren wie beispielsweise einem Beschleunigungssensor, einem pyroelektrischen Sensor, einem Ultraschallsensor, einem E-Feldsensor, einem Temperatursensor und einem Gassensor; in Energiewandlungselementen wie beispielsweise einem thermoelektrischen Energiewandler und einem piezoelektrischen Transformator; in verlustarmen Stellgliedern und in verlustarmen Resonatoren wie beispielsweise einem piezoelektrischen Stellglied, einem Ultraschallmotor und einem Resonator; in Kondensatoren; und in Ionenleitern verwendet werden.
  • Die dritte Erfindung ist ein dielektrisches Element, das ein dielektrisches Material mit der kornorientierten Keramik der ersten Erfindung aufweist (Anspruch 13).
  • Das dielektrische Element der dritten Erfindung weist ein dielektrisches Material mit der kornorientierten Keramik der ersten Erfindung auf. Demgemäß kann dieses dielektrische Element Gebrauch von der Eigenschaft der oben beschriebenen kornorientierten Keramik machen, dass die relative Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust ausgezeichnet sind, und kann deshalb zum Beispiel als ein Kondensator mit einer großen elektrostatischen Kapazität verwendet werden.
  • Die vierte Erfindung ist ein thermoelektrisches Energiewandlungselement mit einem thermoelektrischen Energiewandlungsmaterial, das die kornorientierte Keramik der ersten Erfindung aufweist (Anspruch 14).
  • Die fünfte Erfindung ist ein Ionenleitungselement mit einem Ionenleitungsmaterial, das die kornorientierte Keramik der ersten Erfindung aufweist (Anspruch 15).
  • Das thermoelektrische Energiewandlungselement der vierten Erfindung und das Ionenleitungselement der fünften Erfindung weisen ein thermoelektrisches Energiewandlungsmaterial mit der kornorientierten Keramik der ersten Erfindung auf. Demgemäß können dieses thermoelektrische Energiewandlungselement und dieses Ionenleitungselement Gebrauch von den ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaften der oben beschriebenen kornorientierten Keramik machen und können deshalb eine hohe Nutzleistung mit einem sehr kleinen Verlust realisieren.
  • Die sechste Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik, mit
    einem Mischschritt des Mischens (i) eines ersten anisotrop geformten Pulvers mit Orientierungsteilchen, die jeweils eine Orientierungsebene haben, in der eine spezielle Kristallebene orientiert ist, (ii) eines ersten Reaktionsrohmaterials zum Reagieren mit dem ersten anisotrop geformten Pulver, um eine isotrope Perowskit-Verbindung dargestellt durch Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x} (Nb1-z-wTazSbw)O3 (mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w>0) zu erzeugen, und (iii) irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente, ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems, um dadurch ein Roh materialgemisch zu erzeugen,
    einem Formungsschritt des Formens des Rohmaterialgemisches derart, dass die Orientierungsebene des ersten anisotrop geformten Pulvers beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist, und
    einem Wärmebehandlungsschritt des Heizens des geformten Körpers, um das erste anisotrop geformte Pulver und das erste Reaktionsrohmaterial reagieren zu lassen und um dadurch einen polykristallinen Körper zu erzeugen, der die durch Formel (1) dargestellte isotrope Perowskit-Verbindung aufweist und dessen Kristallkörner so orientiert sind, dass sie eine verwachsene Struktur zeigen, wobei
    im Mischschritt das Zusatzelement in einer Menge von 0,0001 bis 0,15 mol je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben wird, und
    die Orientierungsebene der Orientierungsteilchen eine Gitteranpassung zu der speziellen Ebene hat, die in den den polykristallinen Körper, den man im Wärmebehandlungsschritt erhält, bildenden Kristallkörnern orientiert ist (Anspruch 16).
  • Das Herstellungsverfahren einer kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung weist den oben beschriebenen Mischschritt, den Formungsschritt und den Wärmebehandlungsschritt auf.
  • Im Mischschritt werden das erste anisotrop geformte Pulver, das erste Reaktionsrohmaterial und das Zusatzelement gemischt, um ein Rohmaterialgemisch zu erzeugen.
  • Im Formungsschritt wird das oben erhaltene Rohmaterialgemisch so geformt, dass die spezielle Kristallebene des ersten anisotrop geformten Pulvers in eine spezielle Richtung in dem geformten Körper orientiert ist.
  • Im Wärmebehandlungsschritt wird der oben erhaltene geformte Körper erwärmt, um das erste anisotrop geformte Pulver und das erste Reaktionsrohmaterial reagieren zu lassen.
  • Die das erste anisotrop geformte Pulver bildenden Orientierungsteilchen haben eine durch eine orientierte spezielle Kristallebene gebildete Orientierungsebene, und das Rohmaterialgemisch wird so geformt, dass die Orientierungsebene der Orien tierungsteilchen beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist. Insbesondere wird im Formungsschritt das Rohmaterialgemischpulver zum Beispiel durch Wirken einer Kraft auf das erste anisotrop geformte Pulver aus einer Richtung geformt, und als Ergebnis kann das erste anisotrop geformte Pulver in dem geformten Körper durch die Wirkung einer auf das erste anisotrop geformte Pulver wirkenden Scherbeanspruchung orientiert werden. Wenn dieser geformte Körper in dem Wärmebehandlungsschritt geheizt wird, reagieren das erste anisotrop geformte Pulver und das erste Reaktionsrohmaterial, wodurch ein anisotrop geformter kristalliner Körper mit einer isotropen Perowskit-Verbindung, die die Orientierungsrichtung des ersten anisotrop geformten Pulvers übernimmt, erzeugt werden kann, und somit kann die durch Formel (1) dargestellte Verbindung, in welcher eine spezielle Kristallebene orientiert ist, hergestellt werden.
  • Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist eine Gitteranpassung zwischen der Orientierungsebene in dem ersten anisotrop geformten Pulver und der speziellen Kristallebene der durch Formel 11) dargestellten Verbindung vorhanden. Demgemäß funktioniert das erste anisotrop geformte Pulver als eine Nachformschablone oder eine reaktive Nachformschablone, und die Orientierungsebene im ersten anisotrop geformten Pulver wird als die spezielle Kristallebene der durch Formel (1) dargestellten hergestellten Verbindung übernommen. Deshalb kann die durch Formel (1) dargestellte Verbindung in dem Zustand hergestellt werden, dass, wie oben beschrieben, eine spezielle Kristallebene in einer Richtung orientiert ist.
  • In dem Wärmebehandlungsschritt wird die durch Formel (1) dargestellte Verbindung hergestellt und gleichzeitig gesintert, wodurch der polykristalline Sinterkörper vorzugsweise hergestellt werden kann. Auf diese Weise kann man die oben beschriebene kornorientierte Keramik erhalten.
  • Im Mischschritt wird das oben beschriebene Zusatzelement in der oben beschriebenen speziellen Menge zusammen mit dem plattenartigen Pulver und dem das Perowskit erzeugenden Rohmaterial zugegeben. Das Zusatzelement kann durch Substituieren eines oder mehrerer Elemente von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung zugegebenen werden oder kann extern der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben und an der Korngrenze der durch Formel (1) dargestellten Verbindung vorhanden sein.
  • In der so erhaltenen kornorientierten Keramik ist die Hauptphase eine isotrope Perowskit-Verbindung in dem Zusammensetzungsbereich der Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 (mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w > 0). Auch weist die Hauptphase einen polykristallinen Körper mit 0,0001 bis 0,15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung auf, und eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns, die den polykristallinen Körper bilden, ist orientiert. Das heißt, gemäß der sechsten Erfindung kann man die kornorientierte Keramik der ersten Erfindung erhalten.
  • Die in der vorliegenden Erfindung erhaltene kornorientierte Keramik enthält Li, Ta und Sb jeweils in einer speziellen Menge und enthält ferner das oben beschriebene Zusatzelement. Deshalb ist diese kornorientierte Keramik im Vergleich zu piezoelektrischen Keramiken mit einer isotropen Perowskit-Verbindung ohne diese Elemente ausgezeichnet in den piezoelektrischen Eigenschaften (z.B. piezoelektrische d31-Konstante, elektromechanischer Kopplungsfaktor Kp, piezoelektrische g31-Konstante) und den dielektrischen Eigenschaften. Außerdem ist in der kornorientierten Keramik eine spezielle Kristallebene mit einem hohen Orientierungsgrad orientiert. Deshalb ist diese kornorientierte Keramik im Vergleich zu nichtorientierten piezoelektrischen Keramiken mit der gleichen Zusammensetzung ausgezeichnet in den piezoelektrischen Eigenschaften und den dielektrischen Eigenschaften.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E1 gemäß dem Testbeispiel.
  • 2 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E2 gemäß dem Testbeispiel.
  • 3 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E3 gemäß dem Testbeispiel.
  • 4 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E4 gemäß dem Testbeispiel.
  • 5 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E5 gemäß dem Testbeispiel.
  • 6 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E6 gemäß dem Testbeispiel.
  • 7 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E7 gemäß dem Testbeispiel.
  • 8 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E8 gemäß dem Testbeispiel.
  • 9 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E9 gemäß dem Testbeispiel.
  • 10 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe E10 gemäß dem Testbeispiel.
  • 11 ist eine Darstellung der Ergebnisse einer Röntgenbeugung für Probe C2 gemäß dem Testbeispiel.
  • 12 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem dielektrischen Verlust tanδ und einer Temperatur für Probe E11 und Probe C13 gemäß dem Testbeispiel.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSMODI DER ERFINDUNG
  • Es werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die obige kornorientierte Keramik weist als Hauptphase eine isotrope Perowskit-Verbindung auf, die durch Formel (1) dargestellt ist: {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3, in welcher x, y, z und w in jeweiligen Zusammensetzungsbereichen von 05≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w>0 liegen.
  • Die kornorientierte Keramik hat eine Grundzusammensetzung mit Kaliumnatriumniobat (K1-yNay)NbO3, das eine von isotropen Perowskit-Verbindungen ist, wobei ein Teil der A-Stellenelemente (K und Na) durch eine bestimmte Menge von Li ersetzt ist und/oder ein Teil des B-Stellenelements (Nb) durch eine bestimmte Menge von Ta und/oder Sb ersetzt ist.
  • In der Formel (1): {Lix(K-1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 werden, falls x>0,2, z>0,4, w>0,2 oder x + z + w = 0, die piezoelektrischen Eigenschaften (z.B. piezoelektrische d31-Konstante) und die dielektrischen Eigenschaften schlechter und eine kornorientierte Keramik mit den gewünschten Eigenschaften kann nicht erzielt werden.
  • In Formel (1) bedeutet x + z + w>0, dass es ausreichend ist, falls wenigstens ein Element von Li, Ta und Sb als Substitutionselement enthalten ist.
  • Wie oben beschrieben, hat die kornorientierte Keramik eine Hauptphase mit einer Verbindung einer Perowskit-Struktur (ABO3). In der vorliegenden Erfindung entspricht das A-Stellenelement in der Perowskit-Struktur (ABO3) K, Na und Li, und das B-Stellenelement entspricht Nb, Ta und Sb. In der Zusammensetzungsformel dieser Perowskit-Struktur ist, wenn die die A-Stelle bildenden Atome und die die B-Stelle bildenden Atome in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1:1 vorliegen, eine komplette Perowskit-Struktur gebildet. Im Fall der oben beschriebenen kornorientierten Keramik können sich jedoch K, Na, Li und insbesondere Sb durch das Heizen oder dergleichen während der Herstellung um einige Prozent, insbesondere um etwa 3%, verflüchtigen, oder alle Bauelemente können sich durch Mischen/Schleifen, Granulieren oder dergleichen bei der Herstellung um einige Prozent, insbesondere um etwa 3% verändern. Das heißt, eine Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung kann durch eine Schwankung des Herstellungsprozesses auftreten.
  • Um mit einer solchen Schwankung der Zusammensetzung im Herstellungsprozess fertig zu werden, kann die Mischzusammensetzung absichtlich so verändert werden, dass das Zusammensetzungsverhältnis der kornorientierten Keramik nach dem Heizen (Brennen) sich innerhalb ± einiger Prozent, insbesondere in der Größenordnung von ±3 bis 5% verändert. Das Gleiche gilt auch im Fall von herkömmlichen Keramiken, die zum Beispiel Zirkontitanat (PZT) verwenden, und das Mischungsverhältnis kann durch Berücksichtigen der Verdampfung von Blei beim Brennen oder das Vermengen von Zirkon aus einer Zirkonkugel, die ein Schleifmedium ist, eingestellt werden.
  • In der oben beschriebenen kornorientierten Keramik ändern sich die elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise piezoelektrische Eigenschaften, selbst wenn das Mischungszusammensetzungsverhältnis absichtlich wie oben verändert wird, nicht stark.
  • Demgemäß kann die durch Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellte Verbindung in der vorliegenden Erfindung ein solches Zusammensetzungsverhältnis haben, dass, wenn diese Verbindung auf die Zusammensetzungsformel der Perowskit-Struktur ABO3 angewendet wird, das A-Stellenelement und das B-Stellenelement jeweils innerhalb ± 5 Mol-% von dem Zusammensetzungsverhältnis von 1:1 abweichen. Um die Gitterfehler in dem aufgebauten Kristall zu verringern und gute elektrische Eigenschaften zu erzielen ist übrigens eine Zusammensetzung mit einer Abweichung von bis zu etwa ± 3 % bevorzugt.
  • Das heißt, die durch Formel (1) dargestellte Verbindung enthält als Hauptphase der kornorientierten Keramik einen Bereich von [Lix(K1-yNay)1-x]a{(Nb1-Z-wTazSbw)}bO3 (mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤y≤0,4, 0≤w≤0,2, x + z + w>0, 0,95≤a≤1,05 und 0,95≤b≤1,05). Ebenso gilt, wie oben beschrieben, für a und b vorzugsweise 0,97≤a≤1,03 und 0,97≤b≤1,03.
  • In Formel (1) gilt für x vorzugsweise 0<x≤0,2.
  • In diesem Fall weist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung Li als eine wesentliche Komponente auf, und deshalb kann die kornorientierte Keramik bei der Herstellung einfacher gebrannt werden und kann bessere piezoelektrische Eigenschaften und eine höhere Curie-Temperatur (Tc) haben. Dies gilt deshalb, weil, wenn Li als eine wesentliche Komponente im oben beschriebenen Bereich für x enthalten ist, die Brenntemperatur sinkt und gleichzeitig Li als Brennhilfe dient, und als Ergebnis ein Brennen mit weniger Poren erzielt werden kann.
  • Ebenso kann in Formel (1) für x x = 0 gelten.
  • In diesem Fall ist Formel (1) durch (K1-yNay)(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt, und da eine Verbindung mit dem leichtgewichtigsten Li, wie beispielsweise LiCO3, nicht in den Rohmaterialien bei der Herstellung der kornorientierten Keramik enthalten ist, kann die Schwankung der Eigenschaften durch eine Segregation des Rohmaterialpulvers verringert werden, wenn die kornorientierte Keramik durch Mischen der Rohmaterialien hergestellt wird.
  • In Gleichung (1) gilt für y vorzugsweise 0<y≤1.
  • In diesem Fall weist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung Na als eine wesentliche Komponente auf, und deshalb kann die piezoelektrische g31-Konstante der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden.
  • Auch kann in Formel (1) für y 0≤y≤1 gelten.
  • In diesem Fall weist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung K als eine wesentliche Komponente auf, und deshalb können die piezoelektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise die piezoelektrische d31-Konstante der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden. Außerdem kann in diesem Fall, da die Menge des hinzugegebenen K größer ist, das Sintern mit einer geringeren Temperatur durchgeführt werden, sodass die kornorientierte Keramik in einer energiesparenden Weise und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
  • In Formel (1) kann für y y = 0 gelten.
  • In diesem Fall ist die Formel (1) durch (LixK1-x)(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt und die kornorientierte Keramik kann, da Na nicht in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung enthalten ist, bezüglich des dielektrischen Verlusts verbessert werden.
  • In Formel (1) kann für y auch y = 1 gelten.
  • In diesem Fall ist die Formel (1) durch (LixNa1-x) (Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt und, da K nicht in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung enthalten ist, muss K2CO3 oder dergleichen mit Zerfließen nicht als Rohmaterial bei der Herstellung der Verbindung verwendet werden. Außerdem kann die Handhabung der Syntheserohmaterialien und die Einstellung der Komponenten der Verbindung vereinfacht werden, weil eine während der Wärmebehandlung leicht sublimierbare K-Komponente nicht enthalten ist.
  • In Formel (1) {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 gilt für y vorzugsweise 0,05≤y≤0,75, noch bevorzugter 0,20≤y≤0,70. In diesen Fällen können die piezoelektrische d31-Konstante und der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp weiter verbessert werden. Außerdem ist 0,20≤y<0,70 bevorzugt, 0,35≤y≤0,65 ist bevorzugter, 0,35≤y<0,65 ist noch bevorzugter, und 0,42≤y≤0,60 ist am bevorzugtesten.
  • In Formel (1) gilt für z vorzugsweise 0≤z≤0,4.
  • In diesem Fall weist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung Ta als eine wesentliche Komponente auf, und deshalb sinkt die Sintertemperatur und gleichzeitig dient Ta als eine Sinterhilfe, als Ergebnis können Poren in der kornorientierten Keramik verringert werden.
  • In Formel (1) kann für z z = 0 gelten.
  • In diesem Fall ist die Formel (1) durch {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-wSbw)O3 dargestellt und, da Ta nicht in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung enthalten ist, können ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften ohne Verwenden einer teuren Ta- Komponente bei der Herstellung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung erzielt werden.
  • Ebenso gilt in Formel (1) für w vorzugsweise 0<w≤0,2.
  • In diesem Fall weist die durch Formel (1) dargestellte Verbindung Sb als eine wesentliche Komponente auf, und deshalb sinkt die Sintertemperatur, als Ergebnis können die Sinterbarkeit und die Stabilität des dielektrischen Verlusts tanδ verbessert werden.
  • In Formel (1) kann für w w = 0 gelten.
  • In diesem Fall ist die Formel (1) durch {Lix(K1-yNay}1-x}(Nb1-zTaz)O3 dargestellt und die Verbindung kann, da Sb nicht in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung enthalten ist, eine relativ hohe Curie-Temperatur zeigen.
  • In der oben beschriebenen kornorientierten Keramik ist die Hauptphase eine durch Formel (1) dargestellte isotrope Perowskit-Verbindung. Der Begriff „Hauptphase", wie er hier benutzt wird, bedeutet, dass der Anteil der durch Formel (1) dargestellten Verbindung in der gesamten kornorientierten Keramik 90 Vol.-% oder mehr beträgt. Hinsichtlich der übrigen Komponente von weniger als 10 Vol.-% können andere Phasen enthalten sein, sofern die isotrope Perowskit-Kristallstruktur beibehalten werden kann und verschiedene Eigenschaften, wie beispielsweise Sintereigenschaften und piezoelektrische Eigenschaften, nicht negativ beeinflusst werden. Beispiele der „weiteren Phasen" enthalten Additive, Sinterhilfen, Nebenprodukte und Verunreinigungen (z.B. Bi2O3, CuO, MnO2, NiO), welche dem später beschriebenen Herstellungsverfahren oder den benutzten Rohmaterialien zu eigen sein können.
  • Die oben beschriebene Hauptphase weist eine polykristallinen Körper mit 0,0001 bis 15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente, ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung auf.
  • Falls der Gehalt des Zusatzelements geringer als 0,0001 mol ist oder 0,15 mol übersteigt, können sich die piezoelektrischen Eigenschaften oder dielektrischen Eigenschaften der kornorientierten Keramik vermindern.
  • Der Gehalt des Zusatzelements liegt bevorzugt von 0,0001 bis 0,15 mol, bevorzugter von 0,0001 bis 0,02 mol, noch bevorzugter von 0,0005 bis 0,02 mol je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung.
  • Das Zusatzelement kann eine Form annehmen, dass das Zusatzelement durch Substituieren wenigstens eines Teils von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) {Lix1K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellten Verbindung angeordnet ist. Zum Beispiel neigt das Element, das + 2-wertig werden kann, wie beispielsweise Mg, Ca, Sr und Ba, dazu, so angeordnet zu werden, dass wenigstens ein Teil von Li, K und Na in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung substituiert sind. Das Element, das + 1- oder +2-wertig werden kann, wie beispielsweise Cu, Ni, Fe und Zn, neigt ebenfalls dazu, so angeordnet zu werden, dass es wenigstens einen Teil von Li, K und Na in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung substituiert. Andererseits neigt das Element, das +3- bis +6-wertig werden kann, wie beispielsweise Fe und Mn, dazu, so angeordnet zu werden, dass es wenigstens einen Teil von Na, Ta und Sb in der durch die oben beschriebene Formel dargestellten Verbindung substituiert. Auf diese Weise nimmt das Zusatzelement eine Form einer festen Substitutionslösung in der kornorientierten Keramik an, wodurch Eigenschaften, wie beispielsweise die piezoelektrische d31-konstante weiter verbessert werden können.
  • Das Zusatzelement kann auch eine Form annehmen, dass das zusätzliche einfache Element oder ein Oxid oder eine Verbindung (z.B. Perowskit-Verbindung) mit dem Zusatzelement zum Beispiel im Korn oder an der Korngrenze der kornorientierten Keramik vorhanden ist.
  • Das Zusatzelement ist vorzugsweise in dem den polykristallinen Körper bildenden Kristallkorn und/oder an der Korngrenze enthalten (Anspruch 2). Das heißt, das Zusatzelement ist der durch Formel (1) dargestellten Verbindung vorzugsweise außen zugegeben.
  • In diesem Fall kann das Zusatzelement leicht und einfach der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben werden. Außerdem wird durch Ablagern des zusätzlichen einfachen Elements oder einer Verbindung mit dem Zusatzelement im Kristallkorn oder an der Korngrenze ein Dispersionsverstärkungsmechanismus ausgeübt und die Festigkeit oder Zähigkeit der Keramik kann verbessert werden.
  • Das Zusatzelement wird vorzugsweise in einem Anteil von 0,01 bis 15 Atm.-% durch Substituieren irgendeines oder mehrerer Elemente, ausgewählt von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (11 dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung zugegeben (Anspruch 3).
  • In diesem Fall können die piezoelektrischen Eigenschaften (z.B. piezoelektrische d31-Konstante, elektromechanischer Kopplungsfaktor Kp) und die dielektrischen Eigenschaften (z.B. relative Dielektrizitätskonstante ε33T/ε0) der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden.
  • Falls der Gehalt des Zusatzelements kleiner als 0,01 Atm.-% ist oder 15 Atm.-% übersteigt, können die piezoelektrischen Eigenschaften oder dielektrischen Eigenschaften der kornorientierten Keramik geringer werden.
  • Der Gehalt des Zusatzelements liegt vorzugsweise von 0,01 bis 5 Atm.-%, bevorzugter von 0,01 bis 2 Atm.-%, noch bevorzugter von 0,05 bis 2 Atm.-%, basierend auf irgendeinem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus Li, K, Na, Nb, Ta und Sb, in der durch Formel (1) dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung.
  • „Atm.-%", wie es hier benutzt wird, bedeutet einen Prozentsatz der Anzahl von substituierten Atomen zu der Anzahl von Atomen von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung.
  • Das Zusatzelement ist vorzugsweise eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und Ba (Anspruch 4).
  • In diesem Fall kann das Zusatzelement einfach wenigstens einen Teil von K und/oder Na in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung substituieren, und deshalb kann die durch Formel (1) dargestellte Verbindung eine durch Formel (3) {Lix(K1-yNay)1-x-2uMau}(Nb1-z-wTazSbw)O3 (wobei Ma wenigstens eines oder mehrere Metallelemente, ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und Ba, ist und für x, y, z, w und u 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2, x + z + w > 0 und 0,0001≤u≤0,15 gelten) dargestellte Verbindung sein, als Ergebnis können die piezoelektrischen Eigenschaften (z.B. piezoelektrische d31-konstante, elektromechanischer Kopplungsfaktor Kp) und die dielektrischen Eigenschaften (z.B. relative Dielektrizitätskonstante ε33T/ε0) der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden.
  • Ebenso ist das Zusatzelement vorzugsweise eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Hf, W, und Re (Anspruch 5).
  • In diesem Fall können die piezoelektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise der mechanische Gütefaktor Qm, die piezoelektrische d31-Konstante und der dielektrische Verlust tanδ der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden.
  • Das Zusatzelement ist vorzugsweise eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Pd, Ag, Ru, Rh, Pt, Au, Ir und Os (Anspruch 6).
  • In diesem Fall können die piezoelektrischen Eigenschaften (z.B. piezoelektrische d31-Konstante, piezoelektrische g31-Konstante, elektromechanischer Kopplungsfaktor Kp) und die dielektrischen Eigenschaften (z.B. relative Dielektrizitätskonstante ε33T/ε0, dielektrischer Verlust tanδ) der kornorientierten Keramik weiter verbessert werden.
  • Auch ist das Zusatzelement bevorzugt eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn und Bi (Anspruch 7).
  • In diesem Fall dient das Zusatzelement als Sinterhilfe und beschleunigt eine Verdichtung der kornorientierten Keramik, und deshalb kann die kornorientierte Keramik einfach gesintert werden. Als Ergebnis hat die kornorientierte Keramik eine gute Qualität mit einer hohen Rohdichte und wenig Poren und gewährleistet dafür ausgezeichnete mechanische Festigkeit.
  • In der kornorientierten Keramik ist eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns, die den oben beschriebenen Polykristallinenkörper bilden, orientiert.
  • Der Term „eine spezielle Kristallebene ist orientiert" bedeutet, dass jedes Kristallkorn ausgerichtet ist, um spezielle Kristallebenen der durch Formel (1) dargestellten Verbindungen parallel zueinander laufen zu lassen (nachfolgend wird dieser Zustand als „Ebenenorientierung" bezeichnet), oder jedes Kristallkorn so ausgerichtet ist, dass spezielle Kristallebenen parallel zu einer den geformten Körper durchdringenden Achse laufen (nachfolgend wird dieser Zustand als „Achsenorientierung" bezeichnet).
  • Die Art der orientierten Kristallebene ist nicht besonders eingeschränkt und ist entsprechend der Richtung einer spontanen Polarisation der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, dem Gebrauch der kornorientierten Keramik, den geforderten Eigenschaften und dergleichen ausgewählt. Das heißt, die orientierte Kristallebene ist entsprechend dem Zweck aus einer pseudo-kubischen {100}-Ebene, einer pseudo-kubischen {110}-Ebene, pseudo-kubischen {111}-Ebene und dergleichen ausgewählt.
  • Das „pseudo-kubische {HKL}" bedeutet, dass, obwohl die isotrope Perowskit-Verbindung im Allgemeinen eine von einem kubischen Kristall etwas verzerrte Struktur wie beispielsweise einen tetragonalen Kristall, einen orthorhombischen Kristall oder einen trigonalen Kristall annimmt, die Verzerrung gering ist und deshalb die Struktur als kubischer Kristall angesehen und durch die Millerischen Indizes ausgedrückt wird.
  • Falls eine spezielle Kristallebene ebenenorientiert ist, kann der Grad der Ebenenorientierung durch einen mittleren Orientierungsgrad F(HKL) entsprechend dem durch die folgende mathematische Formel 1 dargestellten Lotgering'schen Verfahren ausgedrückt werden:
    Figure 00230001
  • In der mathematischen Formel 1 ist ΣI(hkl) eine Gesamtsumme von Röntgenbeugungsintensitäten aller für die kornorientierte Keramik gemessenen Kristallebenen (hkl), ΣI0(hkl) ist eine Gesamtsumme von Röntgenbeugungsintensitäten aller für eine nicht-orientierte piezoelektrische Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik gemessenen Kristallebenen (hkl), Σ'I(HKL) ist eine Gesamtsumme von Röntgenbeugungsintensitäten einer zu den für die kornorientierte Keramik gemessenen speziellen Kristallebenen (HKL) äquivalenten Kristallografie, und Σ'I0(HKL) ist eine Gesamtsumme von Röntgenbeugungsintensitäten einer für eine nicht-orientierte Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik gemessenen speziellen Kristallebenen (HKL) äquivalenten Kristallografie.
  • Demgemäß wird, wenn jedes Kristallkorn, das den polykristallinen Körper bildet, nicht orientiert ist, der mittlere Orientierungsgrad F(HKL) zu 0%, während, wenn die (HKL)-Ebene aller den polykristallinen Körper bildenden Kristallkörner parallel zur Messebene orientiert ist, der mittlere Orientierungsgrad F(HKL) zu 100% wird.
  • Da in der kornorientierten Keramik der Anteil von orientierten Kristallkörnern größer ist, erhält man bessere Eigenschaften. Zum Beispiel im Fall einer Ebenenorientierung einer speziellen Kristallebene ist der mittlere Orientierungsgrad F(HKL), gemessen gemäß dem durch die mathematische Formel 1 dargestellten Lotgering'schen Verfahren, vorzugsweise 30% oder mehr, um so bessere piezoelektrische Eigenschaften oder dergleichen zu erhalten (Anspruch 8). Der mittlere Orientierungsgrad beträgt bevorzugter 50% oder mehr. Die zu orientierende spezielle Kristallebene ist vorzugsweise eine Ebene senkrecht zur Polarisationsachse. Falls der Kristalltyp der Perowskit-Verbindung ein tetragonaler Kristall ist, ist die zu orientierende spezielle Kristallebene vorzugsweise eine {100}-Ebene.
  • Im Fall einer Achsenorientierung einer speziellen Kristallebene kann der Orientierungsgrad nicht durch den gleichen Orientierungsgrad (mathematische Formel 1) wie bei der Ebenenorientierung definiert werden, aber der Grad der Achsenorientierung kann mittels eines mittleren Orientierungsgrades gemäß dem Lotgering'schen Verfahren für die (HKL)-Beugung, wenn eine Röntgenbeugung an der Ebene senkrecht zur Orientierungsachse durchgeführt wird, ausgedrückt werden (nachfolgend als ein „Achsenorientierungsgrad" bezeichnet). Der Achsenorientierungsgrad eines geformten Körpers, bei dem eine spezielle Kristallebene beinahe vollständig achsenorientiert ist, wird beinahe gleich dem für einen geformten Körper, wenn eine spezielle Kristallebene beinahe vollständig ebenenorientiert ist, gemessenen Achsenorientierungsgrad.
  • Die kornorientierte Keramik hat vorzugsweise eine piezoelektrische d31-Kontante des 1,1-fachen oder mehr einer nicht-orientierten Keramik, die einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik aufweist und in der die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist oder die Kristallkörner nicht orientiert sind, um eine verwachsene Struktur zu zeigen (Anspruch 9).
  • Die kornorientierte Keramik hat vorzugsweise einen elektromechanischen Kopplungsfaktor Kp des 1,1-fachen oder mehr einer nicht-orientierten Keramik, die einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik besitzt und in der die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist oder die Kristallkörner nicht orientiert sind, um eine verwachsene Struktur zu zeigen (Anspruch 10).
  • Die kornorientierte Keramik hat vorzugsweise eine piezoelektrische g31-Kontante des 1,1-fachen oder mehr einer nicht-orientierten Keramik, die einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik besitzt und in der die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist oder die Kristallkörner nicht orientiert sind, um eine verwachsene Struktur zu zeigen (Anspruch 11).
  • Wenn die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante der kornorientierten Keramik jeweils das 1,1-fache oder mehr der nicht-orientierten Keramik betragen, kann der durch Orientieren der speziellen Kristallebene erzielte Effekt voll ausgeübt werden. Deshalb ist in diesem Fall eine Anwendung auf ein piezoelektrisches Element, wie beispielsweise ein piezoelektrisches Stellglied, ein piezoelektrisches Filter, ein piezoelektrischer Schwinger, einen piezoelektrischen Messwandler, einen piezoelektrischen Ultraschallmotor, einen piezoelektrischen Kreiselsensor, einen Klopfsensor, einen Giergeschwindigkeitssensor, einen Airbagsensor, einen Rücksonar, einen Eckensonar, einen piezoelektrischen Summer, einen piezoelektrischen Lautsprecher und eine piezoelektrische Zündvorrichtung vereinfacht.
  • In der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung können die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante jeweils auf das 1,1-fache oder mehr der nichtorientierten Keramik gemacht werden, indem die Zusammensetzung, der Orientierungsgrad, die Herstellungsbedingungen und dergleichen der durch Formel (1) dargestellten Verbindung optimiert werden. Durch Durchführen einer weiteren Optimierung können die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante jeweils auf das 1,2-fache oder mehr, oder das 1,3-fache oder mehr gemacht werden.
  • In dem Material für Stellglieder wird eine Verschiebung genutzt, die in der Richtung parallel zur Spannungsanlegerichtung unter einem großen elektrischen Feld mit einer elektrischen Feldintensität von 100 V/mm oder mehr erzeugt wird. Beim Verwenden der oben beschriebenen kornorientierten Keramik als Material für Stellglieder kann die Verschiebung, die unter einem großen elektrischen Feld in den Bedingungen der gleichen Temperatur und der gleichen elektrischen Feldstärke erzeugt wird, auf wenigstens das 1,1-fache oder mehr der nicht-orientierten Keramik mit der gleichen Zusammensetzung gemacht sein, indem die Zusammensetzung, der Orientierungsgrad, die Herstellungsbedingungen oder dergleichen der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, die die Hauptphase bildet, optimiert werden. Eine kornorientierte Keramik, die eine Verschiebung des 1,2-fachen oder mehr der nichtorientierten Keramik zeigen kann, kann durch weiteres Optimieren dieser Be dingungen erzielt werden, und die Verschiebung kann auf das 1,3-fache oder mehr der nicht-orientierten Keramik gemacht werden, indem diese Bedingungen noch weiter optimiert werden.
  • Ebenso soll das Material für Stellglieder eine kleine Temperaturabhängigkeit der unter einem großen elektrischen Feld erzeugten Verschiebung haben. Die nicht-orientierte Keramik hat eine große Temperaturabhängigkeit der erzeugten Verschiebung und ist zur Verwendung in Stellgliedern nicht geeignet. Andererseits können in der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung durch Optimieren der Zusammensetzung, des Orientierungsgrades, der Herstellungsbedingungen und dergleichen der durch die oben beschriebene Formel dargestellten Verbindung, die die Hauptphase bildet, ausgezeichnete Temperatureigenschaften mit einem Temperaturbereich, in dem die Schwankungsbreite des Maximalwerts und des Minimalwerts der unter einem großen elektrischen Feld erzeugten Verschiebung zum Mittelwert zumindest innerhalb ±20% über einem beliebigen Temperaturbereich von 100°C oder mehr liegt, erzielt werden. Außerdem kann eine kornorientierte Keramik mit einem Temperaturbereich, in dem die Schwankungsbreite der maximalen Verschiebung und der minimalen Verschiebung vom Mittelwert in einem beliebigen Temperaturbereich von 100°C oder mehr wenigstens innerhalb 10% liegt, durch weiteres Optimieren dieser Bedingungen erzielt werden, und die Schwankungsbreite kann auf 7% gemacht werden, indem diese Bedingungen weiter optimiert werden, und auf 5% durch noch weiteres Optimieren dieser Bedingungen. Um ein großes Verschiebungsmaß zu erhalten, beträgt übrigens die elektrische Feldstärke während des Antreibens vorzugsweise 500 V/mm oder mehr, bevorzugter 1.000 V/mm oder mehr.
  • Das System zum Steuern der unter einem großen elektrischen Feld erzeugten Verschiebung kann klassifiziert werden in (a) ein Spannungssteuerverfahren des Steuerns der Verschiebung mittels einer Spannung als Parameter, (b) ein Energiesteuerverfahren des Steuerns der Verschiebung mittels der injizierten Energie als Parameter, und (c) ein elektrisches Ladungssteuerverfahren des Steuerns der Verschiebung mittels der Injizierten elektrischen Ladung als Parameter.
  • Im Fall des (a) Spannungssteuerverfahrens ist die Temperaturabhängigkeit der erzeugten Verschiebung mit einer konstanten Spannung vorzugsweise klein.
  • Im Fall des (b) Energiesteuerverfahrens ist die Temperaturabhängigkeit der erzeugten Verschiebung mit einer konstanten injizierten Energie vorzugsweise klein.
  • Im Fall des (c) elektrischen Ladungssteuerverfahrens ist die Temperaturabhängigkeit der erzeugten Verschiebung mit einer konstanten injizierten konstanten elektrischen Ladung vorzugsweise klein.
  • Im Fall einer Energiesteuerung und elektrischen Ladungssteuerung schwankt die an das Stellglied und die Antriebsschaltung geladene Anschlussspannung durch eine Temperaturabhängigkeit der elektrostatischen Kapazität unter einem großen elektrischen Feld, und deshalb muss die Schaltung basierend auf der oberen Grenze der Schwankungsbreite der Anschlussspannung konstruiert werden. Abhängig von der Temperaturabhängigkeit der elektrostatischen Kapazität kann ein teures Schaltungselement mit einer hohen Durchbruchspannung erforderlich sein. Deshalb ist die Temperatureigenschaft der elektrostatischen Kapazität vorzugsweise klein. Dies kann man leicht aus den folgenden Gleichungen A3 und A4 verstehen: W = ½ × C × V2 A3 Q = C × V A4mit W: Energie (J), C: elektrostatische Kapazität (F), V: angelegte Spannung (V) und Q: elektrische Ladung (C).
  • Außerdem ist die Verschiebung (Maß der durch ein elektrisches Feld induzierten Verschiebung, ΔL) des Stellglieds proportional zur angelegten Spannung, und deshalb ist die Verschiebung bei einem Antrieb mit konstantem elektrischen Feld (EF, konstant) proportional zu D33large, wie aus der folgenden Formel A5 verständlich ist: ΔL = D33large × EFmax × L A5mit D33large: dynamische Verformung (m/V), EFmax: maximale elektrische Feldstärke (V/m) und L: Ausgangslänge (m) vor dem Anlegen der Spannung. D33large ist eine in der Richtung parallel zur Spannungsanlegerichtung erzeugte Verschiebung, wenn eine hohe Spannung mit der elektrischen Feldstärke von 0 bis 2.000 V/mm bei einer konstanten Amplitude angelegt wird, und wird als eine dynamische Verformung entsprechend der folgenden Gleichung A6 bestimmt: D33large = Smax/EFmax = (ΔL/L)/(V/L) A6
  • Die Verschiebung (ΔL) bei einem Antrieb mit geringer Energie (W, konstant) ist proportional zu D33large/(E33large)1/2, wie aus den folgenden Gleichungen A7 und A8 verständlich: ΔL = D33large × (2 × W/C)1/2 A7 C = E33large × ε0 × A/L A8mit ΔL: Maß (m) der durch ein elektrisches Feld induzierten Verschiebung, E33large: dynamische Dielektrizitätskonstante, A: Elektrodenfläche (m2) und ε0: Dielektrizitätskonstante (F/m) im Vakuum.
  • E33large wird wie folgt bestimmt. Das Polarisierungsmaß, wenn das Stellglied durch Anlegen einer hohen Spannung mit einer elektrischen Feldstärke von 0 bis 2.000 V/mm bei einer konstanten Amplitude angetrieben wird, wird entsprechend der folgenden Gleichung A9 aus einer Polarisation/E-Feld-Hystereseschleife gemessen, und basierend auf dem Messwert wird das Maß der beim Antreiben in einem hohen elektrischen Feld injizierten elektrischen Ladung als relative Dielektrizitätskonstante (dynamische Dielektrizitätskonstante) berechnet: E33large = Pmax/(EFmax × ε0) = (Qmax/A)/((V/L) × ε0) A9mit Pmax: maximale elektrische Ladungsdichte (C/m2) und Qmax: maximale elektrische Ladung (C).
  • Ferner ist die Verschiebung (Maß der durch ein elektrisches Feld induzierte Verschiebung: ΔL) bei einem Antrieb mit konstanter elektrischer Ladung (Q, konstant) proportional zu D33large/E33large, wie aus der folgenden Formel A10 und Formel A8 verständlich: ΔL = D33large × Q/C A10
  • Die nicht-orientierte Keramik ist nicht zur Verwendung in Stellgliedern geeignet, weil die Temperaturabhängigkeit von D33large Und E33large groß ist und die Temperaturabhängigkeit von D33large/E33large 1/2 Und D33large/E33large ebenfalls groß ist.
  • Andererseits können in der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung durch Optimieren der Zusammensetzung, des Orientierungsgrades, der Herstellungsbedingungen und dergleichen der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, die die Hauptphase bildet, ausgezeichnete Temperatureigenschaften mit einem Temperaturbereich erzielt werden, in dem von D33large/E33large 1/2, D33large/E33large und E33large, die unter einem großen elektrischen Feld erzeugt werden, irgendeine oder mehrere Schwankungsbreiten des Maximalwerts und des Minimalwerts vom Mittelwert wenigstens innerhalb ±20% über einem willkürlichen Temperaturbereich von 100°C oder mehr liegen.
  • Wenn diese Bedingungen weiter optimiert werden, kann eine kornorientierte Keramik mit einem Temperaturbereich, in dem die Schwankungsbreite der maximalen Verschiebung und der minimalen Verschiebung vom Mittelwert in einem beliebigen Temperaturbereich von 100°C oder mehr innerhalb ±15% liegt, erzielt werden. Die Schwankungsbreite kann durch mehr Optimieren der Bedingungen auf innerhalb ±10% gemacht werden, auf innerhalb 8% durch noch mehr Optimieren der Bedingungen, und auf innerhalb 5% durch noch weiteres Optimieren der Bedingungen.
  • Die Keramik mit einer komplizierten Zusammensetzung, wie in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, wird üblicherweise durch ein Verfahren hergestellt, in dem einfache Verbindungen mit Komponentenelementen gemischt werden, um ein stöchiometrisches Verhältnis zu ergeben, das resultierende Gemisch geformt, gebrannt und geschliffen wird, und das geschliffene Pulver umgeformt und gesintert wird. Die oben beschriebene kornorientierte Keramik, in der eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns in einer speziellen Richtung orientiert ist, kann jedoch kaum durch ein solches Verfahren hergestellt werden.
  • In der sechsten Erfindung (Anspruch 16) wird, wie oben beschrieben, ein erstes anisotrop geformtes Pulver, das spezielle Bedingungen erfüllt, in dem geformten Körper orientiert, und die durch Formel (1) dargestellte Verbindung wird mittels des ersten anisotrop geformten Pulvers als eine Nachformschablone oder eine reaktive Nachformschablone synthetisiert und gesintert, wodurch eine spezielle Kristallebene jedes Kristallkorns, die den polykristallinen Körper bilden, in einer Richtung orientiert ist.
  • Es wird nun das erste anisotrop geformte Pulver beschrieben.
  • Das erste anisotrop geformte Pulver weist Orientierungsteilchen (Ausrichtungsteilchen) mit einer Orientierungsebene, in der eine spezielle Kristallebene orientiert ist (oder eine Orientierungsebene (eine Ausrichtungsebene), die durch eine orientierte spezielle Kristallebene gebildet ist) auf.
  • Die Orientierungsteilchen (Ausrichtungsteilchen) haben vorzugsweise eine Form, die im später beschriebenen Formungsschritt eine Orientierung (Ausrichtung) in einer festen Richtung vereinfacht. Zu diesem Zweck haben die Orientierungsteilchen (Ausrichtungsteilchen) vorzugsweise ein mittleres Längenverhältnis von 3 oder mehr. Falls das mittlere Längenverhältnis kleiner als 3 ist, kann das erste anisotrop geformte Pulver im später beschriebenen Formungsschritt kaum in einer Richtung orientiert (ausgerichtet) werden. Um eine kornorientierte Keramik mit einem höheren Orientierungsgrad zu erzielen, beträgt das Längenverhältnis der Orientierungsteilchen (Ausrichtungsteilchen) vorzugsweise 5 oder mehr. Das mittlere Längenverhältnis ist ein Mittelwert einer maximalen Ausdehnung und einer minimalen Ausdehnung der Orientierungsteilchen.
  • Wenn das mittlere Längenverhältnis der Orientierungsteilchen größer ist, neigen die Orientierungsteilchen dazu, in dem später beschriebenen Formungsschritt einfacher orientiert zu werden. Falls jedoch das mittlere Längenverhältnis übermäßig groß ist, können die Orientierungsteilchen im Mischschritt brechen, und dadurch kann ein geformter Körper, in dem die Orientierungsteilchen orientiert sind, im Formungsschritt nicht erzielt werden. Demgemäß ist das mittlere Längenverhältnis der Orientierungsteilchen vorzugsweise 100 oder kleiner.
  • Der mittlere Teilchendurchmesser (Mittelwert der Ausdehnung in der Längsrichtung) der Orientierungsteilchen ist vorzugsweise 0,05 μm oder mehr. Falls der mittlere Teilchendurchmesser kleiner als 0,05 μm ist, können die Orientierungsteilchen zum Beispiel durch eine Scherbelastung im Formungsschritt kaum in einer festen Richtung orientiert werden. Außerdem wird der Verstärkungsfaktor einer Zwischenflächenenergie klein, und wenn die Orientierungsteilchen als eine reaktive Nachformschablone für die Herstellung der kornorientierten Keramik verwendet werden, kann das Epitaxiewachstum an den Schablonenteilchen nicht einfach fortschreiten.
  • Der mittlere Korndurchmesser der Orientierungsteilchen beträgt vorzugsweise 20 μm oder weniger. Falls der mittlere Teilchendurchmesser der Orientierungsteilchen 20 μm überschreitet, sinkt die Sinterbarkeit, und eine kornorientierte Keramik mit einer hohen Sinterkörperdichte kann nicht erzielt werden.
  • Der mittlere Teilchendurchmesser der Orientierungsteilchen beträgt bevorzugter 0,1 bis 10 μm.
  • Die Orientierungsebene der Orientierungsteilchen hat eine Gitteranpassung zu einer bestimmten Ebene, die in den Kristallkörnern orientiert ist, die den im Wärmebehandlungsschritt erhaltenen polykristallinen Körper bilden.
  • Falls die Orientierungsebene keine Gitteranpassung zu der in den Kristallkörnern orientierten bestimmten Ebene hat, können die Orientierungsteilchen nicht als reaktive Nachformschablone für die Herstellung der kornorientierten Keramik funktionieren.
  • In den Orientierungsteilchen ist die Orientierungsebene vorzugsweise eine entwickelte Ebene, die eine Ebene ist, die den größten Bereich in den Orientierungsteilchen belegt.
  • In diesem Fall können die Orientierungsteilchen eine ausgezeichnetere reaktive Nachformschablone für die Herstellung der kornorientierten Keramik sein.
  • Ob die Gitteranpassung gut oder schlecht ist, kann durch einen Wert ausgedrückt werden, den man durch Teilen eines Absolutwerts des Unterschieds zwischen der Gittergrößere der Orientierungsebene in den Orientierungsteilchen und der Gittergröße der speziellen Kristallebene, die in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung orientiert ist, durch die Gittergrößer der Orientierungsebene in den Orientierungsteilchen erhält (nachfolgend wird dieser Wert als ein „Gitteranpassungsverhältnis" bezeichnet). Das Gitteranpassungsverhältnis kann in Abhängigkeit von der Richtung des verwendeten Gitters etwas variieren. Wenn das mittlere Gitteranpassungsverhältnis (Mittelwert des für jede Richtung berechneten Gitteranpassungsverhältnisses) kleiner ist, bedeutet dies im Allgemeinen, dass die Orientierungsteilchen als eine bessere Nachformschablone funktionieren. Um eine kornorientierte Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad zu erzielen, beträgt das mittlere Gitteranpassungsverhältnis der Orientierungsteilchen vorzugsweise 20% oder weniger, bevorzugter 10% oder weniger.
  • Die Orientierungsteilchen müssen nicht notwendigerweise die gleiche Zusammensetzung wie die durch Formel (1) dargestellte Verbindung haben, und es kann ausreichend sein, wenn sie mit einem später beschriebenen ersten Reaktionsrohmaterial reagieren, um die durch Formel (1) dargestellte gegenständliche Verbindung zu erzeugen. Demgemäß können die Orientierungsteilchen aus Verbindungen oder festen Lösungen ausgewählt werden, die ein oder mehrere Elemente aus kationischen Elementen enthalten, die in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, die hergestellt werden soll, enthalten sind.
  • „Anisotrop geformt", wie es hier benutzt wird, bedeutet, dass die Ausdehnung in der Längsrichtung im Vergleich zur Ausdehnung in der Breiten- oder Dickenrichtung groß ist. Spezielle bevorzugte Beispiele der Form enthalten eine Platte, eine Säule, eine Schuppe und eine Nadel. Die die Orientierungsebene bildende Kristallebene ist in ihrer Art nicht besonders eingeschränkt und kann aus verschiedenen Kristallebenen entsprechend dem Zweck ausgewählt werden.
  • Bezüglich des ersten anisotrop geformten Pulvers mit einem Orientierungsteilchen, das die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt, können zum Beispiel solche verwendet werden, die eine durch die folgende Formel (2) dargestellte Verbindung aufweisen, die eine Art einer Perowskit-Verbindung ist, wie beispielsweise NaNbO3 (nachfolgend als „NN" bezeichnet), KNbO3 (nachfolgend als „KN" bezeichnet) oder K1-yNayNbO3(0<y<1) oder eine aus einer Substituierung einer festen Lösung einer vorbestimmten Menge Li, Ta und/oder Sb in diese Verbindungen resultierende Verbindung ist: {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 (2)(wobei für x, y, z und w 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 und 0≤w≤1 gilt).
  • Die durch Formel (2) dargestellte Verbindung hat natürlich eine gute Gitteranpassung zu der durch Formel (1) dargestellten Verbindung. Deshalb funktioniert das anisotrop geformte Pulver mit den durch Formel (2) dargestellten Orientierungsteilchen, bei dem eine spezielle Kristallebene die Orientierungsebene ist (nachfolgend wird dieses Pulver besonders als ein „anisotrop geformtes Pulver A" bezeichnet), als eine reaktive Nachformschablone für die Herstellung der kornorientierten Keramik. Außerdem ist das anisotrop geformte Pulver A hauptsächlich durch kationische Elemente gebildet, die in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung enthalten sind, und deshalb kann eine kornorientierte Keramik hergestellt werden, die in Verunreinigungselementen deutlich reduziert ist. Von diesen Teilchen sind als Orientierungsteilchen bevorzugt plattenartige Teilchen mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung und mit einer pseudokubischen {100}-Ebene als Orientierungsebene, und bevorzugter plattenartige Teilchen mit NN oder KN und mit einer pseudokubischen {100}-Ebene als Orientierungsebene.
  • Das erste anisotrop geformte Pulver ist vorzugsweise ein anisotrop geformtes Pulver, das eine geschichtete Perowskit-Verbindung aufweist, und in dem eine Kristallebene mit einer kleinen Oberflächenenergie eine Gitteranpassung zur oben beschriebenen bestimmten Ebene der durch Formel (1) dargestellten Verbindung besitzt. Die geschichtete Perowskit-Verbindung hat eine große Kristallgitteranisotropie, und deshalb kann ein anisotrop geformtes Pulver, bei dem die Orientierungsebene eine Kristallebene mit einer kleinen Oberflächenenergie ist (nachfolgend wird dieses Pulver besonders als ein „zweites anisotrop geformtes Pulver" bezeichnet), relativ einfach synthetisiert werden.
  • Ein erstes Beispiel der als Material des zweiten anisotrop geformten Pulvers geeigneten geschichteten Perowskit-Verbindung enthält eine Wismut-geschichtete Perowskit-Verbindung, die durch die folgende Formel (4) dargestellte ist: (Bi2O2)2+(Bi0,5AMm-1,5NbmO3m+1)2– (4)wobei m eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und AM wenigstens ein Alkalimetallelement ausgewählt aus Li, K und Na ist.
  • Die durch Formel (4) dargestellte Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie der {001}-Ebene niedriger als die Oberflächenenergie der anderen Kristallebenen ist, und deshalb kann das zweite anisotrop geformte Pulver mit der {001}-Ebene als die Orientierungsebene einfach mittels der durch Formel (4) dargestellten Verbindung synthetisiert werden. Die „{001}-Ebene", wie sie hier benutzt wird, ist eine Ebene parallel zur (Bi2O2)2+-Schicht der geschichteten Wismut-Perowskit-Verbindung. Ferner hat die {001}-Ebene der durch Formel (4) dargestellten Verbindung eine sehr ausgezeichnete Gitteranpassung zur pseudo-kubischen {001}-Ebene der durch Formel (1) dargestellten Verbindung.
  • Deshalb ist das zweite anisotrop geformte Pulver mit der durch Formel (4) dargestellten Verbindung und mit der {001}-Ebene als Orientierungsebene als reaktive Nachformschablone für die Herstellung einer kornorientierten Keramik mit der {100}-Ebene als der Orientierungsebene geeignet. Außerdem kann, wenn die durch Formel (4) dargestellte Verbindung verwendet wird und die Zusammensetzung eines später beschriebenen ersten Reaktionsrohmaterials optimiert wird, eine kornorientierte Keramik mit der durch Formel (4) dargestellten Verbindung als der Hauptphase und im Wesentlichen ohne Bi als das A-Stellenelement hergestellt werden.
  • Ein zweites Beispiel der geschichteten Perowskit-Verbindung, die als Material des zweiten anisotrop geformten Pulvers geeignet ist, enthält Sr2Nb2O7. Die {010}-Ebene von Sr2Nb2O7 hat eine Oberflächenenergie niedriger als die Oberflächenenergie anderer Kristallebenen und hat eine sehr ausgezeichnete Gitteranpassung zur pseudo-kubischen {110}-Ebene der durch Formel (1) dargestellten Verbindung. Deshalb ist ein anisotrop geformtes Pulver mit Sr2Nb2O7 und mit der {010}-Ebene als der Orientierungsebene als eine reaktive Nachformschablone zur Herstellung einer kornorientierten Keramik mit der {110}-Ebene als der Orientierungsebene geeignet.
  • Ein drittes Beispiel der geschichteten Perowskit-Verbindung, die als Material des zweiten anisotrop geformten Pulvers geeignet ist, enthält Na1,5Bi2,5Nb3O12, Na2,5Bi2,5Nb4O15, Bi3TiNbO9, Bi3TiTaO9, K0,5Bi2,5Nb2O9, CaBi2Nb2O9, SrBi2Nb2O9, BaBi2Nb2O9, BaBi3Ti2NbO12, CaBi2Ta2O9, SrBi2Ta2O9, BaBi2Ta2O9, Na0,5Bi2,5Ta2O9, Bi7Ti4NbO21 und Bi5Nb3O15. Die {001}-Ebene dieser Verbindungen hat eine gute Gitteranpassung zur pseudo-kubischen {100}-Ebene der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, und deshalb ist ein anisotrop geformtes Pulver mit einer solchen Verbindung und mit der {001}-Ebene als der Orientierungsebene als eine reaktive Nachformschablone für die Herstellung einer kornorientierten Keramik mit der {100}-Ebene als der Orientierungsebene geeignet.
  • Ein viertes Beispiel der geschichteten Perowskit-Verbindung, die als Material des zweiten anisotrop geformten Pulvers geeignet ist, enthält Ca2Nb2O7 und Sr2Ta2O7. Die {010}-Ebene dieser Verbindungen hat eine gute Gitteranpassung zur pseudokubischen {110}-Ebene der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, und deshalb ist ein anisotrop geformtes Pulver mit einer solchen Verbindung und mit der {010}-Verbindung als der Orientierungsebene als eine reaktive Nachformschablone für die Herstellung einer kornorientierten Keramik mit der {110}-Ebene als der Orientierungsebene geeignet.
  • Das Herstellungsverfahren des ersten anisotrop geformten Pulvers wird nun beschrieben. Das erste anisotrop geformte Pulver mit einer geschichteten Perowskit-Verbindung mit vorbestimmter/m Zusammensetzung, mittlerem Teilchendurchmesser und/oder Längenverhältnis (d.h. das zweite anisotrop geformte Pulver) kann mittels eines Oxids, Karbonats, Nitrats oder dergleichen mit den Komponenten als Rohmaterial (nachfolgend als ein „Rohmaterial zur Herstellung des anisotrop geformten Pulvers" bezeichnet) und durch Heizen des Rohmaterials zur Herstellung des anisotrop geformten Pulvers zusammen mit einer Flüssigkeit oder einer Substanz, die unter Wärme zu einer Flüssigkeit wird, hergestellt werden.
  • Wenn das Rohmaterial zur Herstellung des anisotrop geformten Pulvers in einer Flüssigphase, die eine leichte Diffusion der Atome erlaubt, erwärmt wird, kann das zweite anisotrop geformte Pulver, in dem bevorzugt eine Ebene mit einer kleinen Oberflächenenergie (zum Beispiel die {1001}-Ebene im Fall der durch Formel (4) dargestellten Verbindung) gewachsen wird, einfach synthetisiert werden. In diesem Fall können das mittlere Längenverhältnis und der mittlere Teilchendurchmesser des zweiten anisotrop geformten Pulvers durch geeignete Auswahl der Synthesebedingungen gesteuert werden.
  • Geeignete Beispiele des Herstellungsverfahren für das zweite anisotrop geformte Pulver enthalten ein Verfahren des Zugebens eines geeigneten Flussmittels (zum Beispiel NaCl, KCl, ein Gemisch aus NaCl und KCl, BaCl2 oder KF) zu dem Rohmaterial zur Herstellung des anisotrop geformten Pulvers und Heizen davon bei einer vorbestimmten Temperatur (Flussmittelverfahren) und ein Verfahren des Heizens eines amorphen Pulvers mit der gleichen Zusammensetzung wie das herzustellende zweite anisotrop geformte Pulver zusammen mit einer wässrigen Alkalilösung in einer Autoklave (Hydrothermalsyntheseverfahren).
  • Dagegen hat die durch Formel (2) dargestellte Verbindung eine sehr kleine Gitterkristallanisotropie, und es ist deshalb schwierig, das erste anisotrop geformte Pulver mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung und mit einer speziellen Kristallebene als der Orientierungsebene (d.h. das anisotrop geformte Pulver A) direkt zu synthetisieren. Das anisotrop geformte Pulver A kann jedoch unter Verwendung des zweiten anisotrop geformten Pulvers als eine reaktive Nachformschablone und durch Heizen dieses Pulvers und des zweiten Reaktionsmaterials, das vorbestimmte Bedingungen erfüllt, in einem Flussmittel erzeugt werden.
  • Im Fall des Synthetisierens des anisotrop geformten Pulvers A unter Verwendung des zweiten anisotrop geformten Pulvers als eine Reaktionsschablone, findet, wenn die Reaktionsbedingungen optimiert sind, nur eine Änderung in der Kristallstruktur statt und eine Änderung in der Pulverform tritt kaum auf. Auch werden der mittlere Teilchendurchmesser und/oder das mittlere Längenverhältnis des zweiten anisotrop geformten Pulvers üblicherweise vor und nach der Reaktion beibehalten, aber wenn die Reaktionsbedingungen optimiert werden, können die mittlere Korngröße und/oder das mittlere Längenverhältnis des erhaltenen anisotrop geformten Pulvers A auch vergrößert oder verkleinert werden.
  • Um jedoch das anisotrop geformte Pulver A, das beim Formen einfach in eine Richtung orientiert werden kann, einfach zu synthetisieren, hat das für die Synthese benutzte zweite anisotrop geformte Pulver vorzugsweise auch eine Form, um eine einfache Orientierung in einer Richtung beim Formen zu erlauben.
  • Das heißt, auch im Fall des Synthetisierens des anisotrop geformten Pulvers unter Verwendung des zweiten anisotrop geformten Pulvers als eine Reaktionsschablone beträgt das mittlere Längenverhältnis des zweiten anisotrop geformten Pulvers vorzugsweise wenigstens 3 oder mehr, bevorzugter 5 oder mehr, noch bevorzugter 10 oder mehr. Andererseits beträgt, um ein Brechen in späteren Schritten zu verhindern, das mittlere Längenverhältnis vorzugsweise 100 oder weniger. Der mittlere Teilchendurchmesser des zweiten anisotrop geformten Pulvers beträgt vorzugsweise 0,05 bis 20 μm, bevorzugter 0,1 bis 10 μm.
  • Das „zweite Reaktionsrohmaterial" bedeutet ein Material zum Reagieren mit dem zweiten anisotrop geformten Pulver, um das anisotrop geformte Pulver A mit wenigstens der durch Formel (2) dargestellten Verbindung zu erzeugen. In diesem Fall kann das zweite Reaktionsrohmaterial ein Material des Erzeugens nur der durch Formel (2) dargestellten Verbindung durch die Reaktion mit dem zweiten anisotrop geformten Pulver sein oder kann ein Material des Herstellens sowohl der durch Formel (2) dargestellten Verbindung als auch einer Überschusskomponente sein. Die „Überschusskomponente", wie sie hier benutzt wird, bedeutet ein Material außer für die durch Formel (2) dargestellte gegenständliche Verbindung. Falls eine Überschusskomponente aus dem zweiten anisotrop geformten Pulver und dem zweiten Reaktionsrohmaterial erzeugt wird, weist die Überschusskomponente vorzugsweise ein Material auf, das thermisch oder chemisch einfach zu entfernen ist.
  • Bezüglich der Form des zweiten Reaktionsrohmaterials können zum Beispiel ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Salz wie beispielsweise Carbonat, Nitrat und Oxalat, und ein Alkoxid verwendet werden. Auch kann die Zusammensetzung des zweiten Reaktionsrohmaterials entsprechend der Zusammensetzung der durch Formel (2) dargestellten, zu erzeugenden Verbindung und der Zusammensetzung des zweiten anisotrop geformten Pulvers bestimmt sein.
  • Falls zum Beispiel ein anisotrop geformtes Pulver A mit NN, das eine Art der durch Formel (2) dargestellten Verbindung ist, unter Verwendung eines zweiten anisotrop geformten Pulvers mit Bi2,5Na0,5Nb2O9 (nachfolgend als „BINN2" bezeichnet), das eine Art der durch Formel (4) dargestellten geschichteten Wismut-Perowskit-Verbindung ist, synthetisiert wird, kann als zweites Reaktionsrohmaterial eine Na-enthaltende Verbindung (z.B. Oxid, Hydroxid, Carbonat, Nitrat) benutzt werden. In diesem Fall kann eine Na-enthaltende Verbindung entsprechend 1,5 mol Na-Atome basierend auf 1 mol von BINN2 als das zweite Reaktionsmaterial zugegeben werden.
  • Wenn 1 bis 500 Gew.-% eines geeigneten Flussmittels (zum Beispiel NaCl, KCl, eine Mischung aus NaCl und KCl, BaCl2 oder KF) zu dem zweiten anisotrop geformten Pulver und dem zweiten Reaktionsrohmaterial jeweils mit der oben beschriebenen Zusammensetzung zugegeben und auf einen eutektischen Schmelzpunkt geheizt wird, werden NN und eine Überschusskomponente hauptsächlich mit Bi2O3 erzeugt. Bi2O3 hat einen niedrigen Schmelzpunkt und ist schwach sauer, und deshalb kann man, wenn das erhaltene Reaktionsprodukt nach dem Entfernen des Flussmittels daraus durch Waschen mit heißem Wasser oder dergleichen auf eine hohe Temperatur geheizt wird oder mit einer Säure gewaschen wird, ein anisotrop geformtes Pulver A mit NN mit der {100}-Ebene als der Orientierungsebene erhalten.
  • Falls zum Beispiel ein anisotrop geformtes Pulver A mit K0,5Na0,5NbO3 (nachfolgend als „KNN" bezeichnet), das eine Art der durch Formel (2) dargestellten Verbindung ist, mittels des zweiten anisotrop geformten Pulvers mit BINN2 synthetisiert wird, können ferner eine Na-enthaltende Verbindung (z.B. Oxid, Hydroxid, Carbonat, Nitrat) und eine K-enthaltende Verbindung (z.B. Oxid, Hydroxid, Carbonat, Nitrat) oder eine Verbindung mit sowohl Na und K als das zweite Reaktionsrohmaterial verwendet werden. In diesem Fall kann ein Na-enthaltende Verbindung entsprechend 0,5 mol Na-Atome und eine K-enthaltende Verbindung entsprechend 1 mol K-Atome basierend auf 1 mol BINN2 als zweites Reaktionsmaterial zugegeben werden.
  • Wenn 1 bis 500 Gew.-% eines geeigneten Flussmittels dem zweiten anisotrop geformten Pulver und dem zweiten Reaktionsrohmaterial jeweils mit der oben beschriebenen Zusammensetzung zugegeben und auf einen eutektischen Schmelz punkt geheizt wird, werden KNN und eine Überschusskomponente hauptsächliche mit Bi2O3 erzeugt, und deshalb kann ein anisotrop geformtes Pulvers A mit KNN mit der {100}-Ebene als der Orientierungsebene durch Entfernen des Flussmittels und von Bi2O3 aus dem erhaltenen Reaktionsprodukt erzielt werden.
  • Das gleiche gilt für den Fall des Herstellens nur der durch Formel (2) dargestellten Verbindung durch eine Reaktion des zweiten anisotrop geformten Pulvers mit dem zweiten Reaktionsrohmaterial, und das zweite anisotrop geformte Pulver mit einer vorbestimmten Zusammensetzung und das zweite Reaktionsrohmaterial mit einer vorbestimmten Zusammensetzung können in einem geeigneten Flussmittel erwärmt werden, wodurch eine durch Formel (2) dargestellte Verbindung mit einer gegenständlichen Zusammensetzung in dem Flussmittel erzeugt werden kann. Wenn das Flussmittel von dem erhaltenen Reaktionsprodukt entfernt wird, kann ein anisotrop geformtes Pulver A mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung mit einer bestimmten Ebene als der Orientierungsebene erzielt werden.
  • Die durch Formel (2) dargestellte Verbindung hat eine kleine Kristallgitteranisotropie, und es ist deshalb schwierig, ein anisotrop geformtes Pulver A direkt zu erzeugen und auch ein anisotrop geformtes Pulver A mit einer beliebigen Kristallebene als der Orientierungsebene direkt zu erzeugen.
  • Andererseits hat die geschichtete Perowskit-Verbindung eine große Kristallgitteranisotropie, und deshalb kann ein anisotrop geformtes Pulver einfach direkt synthetisiert werden. Auch hat in vielen Fällen die Orientierungsebene eines anisotrop geformten Pulvers mit einer geschichteten Perowskit-Verbindung eine Gitteranpassung zu einer bestimmten Kristallebene der durch Formel (2) dargestellten Verbindung. Ferner ist die durch Formel (2) dargestellte Verbindung im Vergleich zu der geschichteten Perowskit-Verbindung thermodynamisch stabil.
  • Deshalb kann, wenn das zweite anisotrop geformte Pulver, das eine geschichtete Perowskit-Verbindung aufweist und in dem die Orientierungsebene eine Gitteranpassung zu einer bestimmten Kristallebene der durch Formel (2) dargestellten Verbindung besitzt, mit dem zweiten Reaktionsrohmaterial in einem geeigneten Flussmittel reagiert, das zweite anisotrop geformte Pulver als eine reaktive Nach formschablone funktionieren, und als Ergebnis kann ein anisotrop geformtes Pulvers A mit der durch Formel (2) dargestellte Verbindung, das die Orientierungsrichtung des zweiten anisotrop geformten Pulvers annimmt, einfach synthetisiert werden.
  • Außerdem wird, wenn die Zusammensetzungen des zweiten anisotrop geformten Pulvers und des zweiten Reaktionsrohmaterials optimiert werden, das in dem zweiten anisotrop geformten Pulver enthalte A-Stellenelement (nachfolgend wird dieses Element als eine „Überschuss-A-Stellenelement" bezeichnet) als eine Überschusskomponente ausgegeben, und gleichzeitig wird ein anisotrop geformtes Pulver A mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung und ohne ein Überschuss-A-Stellenelement hergestellt.
  • Insbesondere falls das zweite anisotrop geformte Pulver eine durch Formel (4) dargestellte geschichtete Wismut-Perowskit-Verbindung aufweist, wird Bi als ein Überschuss-A-Stellenelement ausgegeben, um eine Überschusskomponente hauptsächlich mit Bi2O3 zu erzeugen. Deshalb kann man, wenn die Überschusskomponente thermisch oder chemisch entfernt wird, ein anisotrop geformtes Pulver A im Wesentlichen ohne Bi und mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung mit einer bestimmten Kristallebene als der Orientierungsebene erzielt werden.
  • Es wird nun das Herstellungsverfahren der kornorientierten Keramik beschrieben.
  • In dem Herstellungsverfahren der kornorientierten Keramik werden der oben beschriebene Mischschritt, ein Formungsschritt und ein Wärmebehandlungsschritt durchgeführt, um die kornorientierte Keramik herzustellen.
  • Der Mischschritt ist ein Schritt des Mischens (i) eines ersten anisotrop geformten Pulvers mit Orientierungsteilchen mit einer Orientierungsebene, bei dem eine bestimmte Kristallebene orientiert ist, (ii) eines ersten Reaktionsrohmaterials zum Reagieren mit dem ersten anisotrop geformten Pulver, um eine durch Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 (mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w > 0) dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung herzustellen, und (iii) irgendeines oder mehrerer zusätzlicher Elemente, ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erd alkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems, um dadurch ein Rohmaterialgemisch herzustellen.
  • Im ersten anisotrop geformten Pulver hat die Orientierungsebene des Orientierungsteilchens eine Gitteranpassung zur speziellen Kristallebene in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung. Hinsichtlich des ersten anisotrop geformten Pulvers können das oben beschriebene anisotrop geformte Pulver A, ein zweites anisotrop geformtes Pulver oder dergleichen verwendet werden.
  • Das erste Reaktionsrohmaterial reagiert mit dem ersten anisotrop geformten Pulver, um wenigstens die durch Formel (1) dargestellte Verbindung herzustellen. In diesem Fall kann das erste Reaktionsrohmaterial ein Material sein, das durch die Reaktion mit dem ersten anisotrop geformten Pulver nur die durch Formel (1) dargestellte Verbindung erzeugt, oder kann ein Material sein, das sowohl die durch Formel (1) dargestellte Verbindung als auch eine Überschusskomponente erzeugt. Falls eine Überschusskomponente durch die Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers und des ersten Reaktionsrohmaterials erzeugt wird, ist die Überschusskomponente vorzugsweise ein thermisch oder chemisch einfach zu entfernendes Material.
  • Die Zusammensetzung des ersten Reaktionsrohmaterials kann entsprechend der Zusammensetzung des ersten anisotrop geformten Pulvers und der durch Formel (1) dargestellten, herzustellenden Verbindung bestimmt werden. Auch können als erstes Reaktionsrohmaterial zum Beispiel ein Oxidpulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver, ein Salz wie beispielsweise Karbonat, Nitrat und Oxalat, oder ein Alkoxid verwendet werden.
  • Falls insbesondere zum Beispiel eine kornorientierte Keramik mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung unter Verwendung eines anisotrop geformten Pulvers A mit einer KNN- oder NN-Zusammensetzung als dem ersten anisotrop geformten Pulver hergestellt wird, kann dies erreicht werden, wenn eine Mischung von Verbindungen mit wenigstens einem Element von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb als erstes Reaktionsrohmaterial benutzt wird und das anisotrop geformte Pulver A und das ersten Reaktionsmaterial in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Erlauben der Herstellung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung mit einer gegenständlichen Zusammensetzung vermischt werden.
  • Ferner kann, falls zum Beispiel eine kornorientierte Keramik mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung unter Verwendung des zweiten anisotrop geformten Pulvers mit einer durch Formel (4) dargestellten Zusammensetzung als dem ersten anisotrop geformten Pulver hergestellt wird, dies erreicht werden, wenn ein Gemisch von Verbindungen mit wenigstens einem Element von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb als erstes Reaktionsrohmaterial benutzt wird und das zweite anisotrop geformte Pulver und das ersten Reaktionsrohmaterial in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Erlauben der Herstellung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung mit einer gegenständlichen Zusammensetzung vermischt werden. Das gleiche gilt für den Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik mit einer anderen Zusammensetzung.
  • Das Orientierungsteilchen hat bevorzugt eine plattenartige Form (Anspruch 17).
  • In diesem Fall wird es einfach, einen geformten Körper in dem später beschriebenen Formungsschritt derart herzustellen, dass die Orientierungsebene des ersten anisotrop geformten Pulvers beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist.
  • Die Orientierungsteilchen weisen vorzugsweise eine durch Formel (2): {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 (mit 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 und 0≤w≤1) dargestellte Verbindung auf (Anspruch 18).
  • In diesem Fall kann eine kornorientierte Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad hergestellt werden.
  • Das heißt, wie oben beschrieben, die durch Formel (2) dargestellte Verbindung besitzt eine gute Gitteranpassung zu der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, und deshalb kann das anisotrop geformte Pulver mit den durch Formel (2) dargestellten Orientierungsteilchen mit einer bestimmten Ebene als der Orientierungs ebene als eine gute reaktive Nachformschablone für die Herstellung der kornorientierten Keramik funktionieren.
  • Die Orientierungsebene des Orientierungsteilchens ist vorzugsweise eine pseudokubische {100}-Ebene (Anspruch 19).
  • In diesem Fall kann die Temperaturabhängigkeit einer unter einem großen elektrischen Feld erzeugten Verschiebung in dem tetragonalen Kristallbereich, wo die Orientierungsachse und die Polarisationsachse übereinstimmen, verbessert werden.
  • Im Mischschritt werden irgendein oder mehrere zusätzliche Elemente, ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems zu dem ersten anisotrop geformten Pulver und dem ersten Reaktionsrohmaterial, die in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt sind, zugegeben.
  • Das Zusatzelement kann in einer Menge von 0,0001 bis 0,15 mol pro Mol der durch Formel (1) dargestellten, herzustellenden Verbindung zugegeben werden.
  • Falls die Menge des zugegebenen Zusatzelements geringer als 0,0001 mol ist oder 0,15 mol übersteigt, können die piezoelektronischen Eigenschaften oder dielektrischen Eigenschaften der kornorientierten Keramik geringer werden.
  • Das Zusatzelement kann als Zusatzelement als solches zugegeben werden, aber es kann auch in der Form einer das Zusatzelement enthaltenden Verbindung zugegeben werden.
  • Ferner kann das Zusatzelement so zugegeben werden, dass das Zusatzelement durch Substituieren wenigstens eines Teils von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung angeordnet wird. Um das Zusatzelement durch Substitution anzuordnen, können zum Beispiel die Rohmaterialien in einem stöchiometrischen Verhältnis in Erwartung des Substituierens durch das Zusatzelement vermischt werden.
  • Insbesondere wird, wenn zum Beispiel Li der durch Formel (1) dargestellten Verbindung durch das Zusatzelement substituiert wird, die Menge der Li enthaltenden Verbindung in dem ersten anisotrop geformten Pulver oder dem ersten Reaktionsrohmaterial kleiner, und das Zusatzelement oder eine das Zusatzelement enthaltende Verbindung wird in einer Menge zum Kompensieren des Abfalls und gleichzeitig zum Ergeben insgesamt eines stöchiometrischen Verhältnisses zum Erlauben einer Herstellung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben und gemischt, wodurch das Substituieren realisiert werden kann. Auch im Fall des Substituierens anderer Atome, wie beispielsweise K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung wird die Menge der ein solches Atom enthaltenden Verbindung in dem ersten anisotrop geformten Pulver oder dem ersten Reaktionsrohmaterial geringer, und das Zusatzelement, das das Atom ersetzen soll, oder eine Verbindung mit dem Zusatzelement wird in einer Menge zum Kompensieren des Abfalls zugegeben, wodurch das Substituieren realisiert werden kann.
  • Das Zusatzelement kann auch extern zugegeben werden. Das extern zugegebene Zusatzelement ist in dem Kristallkorn mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung oder an der Korngrenze in der Form des einfachen Zusatzelements als solches oder einer das Zusatzelement enthaltenden Verbindung positioniert.
  • Das Zusatzelement ist vorzugsweise eines oder mehrere Element, ausgewählt aus Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, W, Re, Pt, Au, Ir, Os, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn und Bi.
  • In diesem Fall können die piezoelektronischen Eigenschaften oder die dielektrischen Eigenschaften der erhaltenden kornorientierten Keramik verbessert werden.
  • Im Mischschritt können zusätzlich zu dem ersten anisotrop geformten Pulver, dem ersten Reaktionsrohmaterial und dem Zusatzelement, die in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt sind, auch ein amorphes feines Pulver mit einer Verbindung mit der gleichen Zusammensetzung wie die durch Formel (1) dargestellte Verbindung, das man durch die Reaktion jener Substanzen erhält (nachfolgend wird dieses feine Pulver als ein „feines Verbindungspulver" bezeichnet) und/oder eine Sinterhilfe wie beispielsweise Cu zugegeben werden. Die Zugabe des feinen Verbindungspulvers oder der Sinterhilfe ist dahingehend vorteilhaft, dass ein Anstieg in der Dichte des gesinterten Körpers vereinfacht wird.
  • Im Fall des Mischens des feinen Verbindungspulvers wird, falls das Mischungsverhältnis des feinen Verbindungspulvers übermäßig groß ist, das Mischungsverhältnis des im gesamten Rohmaterial enthaltenen ersten anisotrop geformten Pulvers unvermeidbar kleiner und der Orientierungsgrad der speziellen Kristallebene kann kleiner werden. Deshalb wird ein optimales Mischungsverhältnis des feinen Verbindungspulvers vorzugsweise entsprechend der erforderlichen Dichte des gesinterten Körpers und dem Orientierungsgrad ausgewählt.
  • Das Mischungsverhältnis des ersten anisotrop geformten Pulvers ist vorzugsweise so eingestellt, dass in der Verbindung der durch ABO3 dargestellten Formel (1) das Verhältnis, in dem die A-Stelle durch ein Komponentenelement oder mehrere Komponentenelemente im ersten anisotrop geformten Pulver belegt ist, zwischen 0,01 bis 70 Atm.-%, bevorzugter von 0,01 bis 50 Atm.-%, noch bevorzugter von 1 bis 10 Atm.-% ist.
  • Das Mischen des ersten anisotrop geformten Pulvers, des ersten Reaktionsrohmaterials und des Zusatzelements sowie des feinen Verbindungspulvers und der Sinterhilfe, die erforderlichenfalls zugemischt sind, kann durch einen Trockenprozess oder durch einen Nassprozess des Zugebens eines geeigneten Dispersionsmediums wie beispielsweise Wasser oder Alkohol durchgeführt werden. Hierbei kann, falls erwünscht, auch ein Bindemittel oder ein Weichmacher zugegeben werden.
  • Es wird nun der Formungsschritt beschrieben.
  • Der Formungsschritt ist ein Schritt des Formens der Rohmaterialmischung derart, dass die Orientierungsebene des ersten anisotrop geformten Pulvers beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist.
  • In diesem Fall kann das Formen durchgeführt werden, um eine Ebenenorientierung des ersten anisotrop geformten Pulvers oder eine Achsenorientierung des ersten anisotrop geformten Pulvers zu erzielen.
  • Das Formungsverfahren ist ausreichend, falls es ein Verfahren ist, das das erste anisotrop geformte Pulver orientieren kann. Bezüglich des bevorzugten Formungsverfahrens für eine Ebenenorientierung des ersten anisotrop geformten Pulvers enthalten spezielle Beispiele davon ein Rakelstreichverfahren, ein Pressformverfahren und ein Walzformverfahren. Ebenso enthalten spezielle Beispiele hinsichtlich des bevorzugten Formungsverfahrens zur Achsenorientierung des ersten anisotrop geformten Pulvers ein Extrusionsformverfahren und ein Zentrifugalformverfahren.
  • Der geformte Körper, bei dem das erste anisotrop geformte Pulver ebenenorientiert ist (nachfolgend als ein „ebenenorientiert geformter Körper" bezeichnet) kann ferner einer Behandlung wie beispielsweise einer Laminierkompression, einem Pressen oder Walzpressen unterzogen werden (nachfolgend als eine „Ebenenorientierungsbehandlung" bezeichnet, um so die Dicke zu erhöhen oder den Orientierungsgrad des geformten Körpers anzuheben.
  • In diesem Fall kann irgendeine Ebenenorientierungsbehandlung auf den ebenenorientiert geformten Körper angewendet werden, aber es können auch zwei oder mehr Ebenenorientierungsbehandlungen angewendet werden. Außerdem kann eine Ebenenorientierungsbehandlung wiederholt auf den ebenenorientiert geformten Körper angewendet werden, oder zwei mehr Ebenenorientierungsbehandlungen können einzeln mehrfach wiederholt werden.
  • Es wird nun der Wärmebehandlungsschritt beschrieben.
  • Der Wärmebehandlungsschritt ist ein Schritt des Erwärmens des geformten Körpers, um das erste anisotrop geformte Pulver und das erste Reaktionsrohmaterial reagieren zu lassen, um dadurch einen polykristallinen Körper zu erzeugen, der die durch Formel (1) dargestellte isotrope Perowskit-Verbindung aufweist und in dem eine bestimmte Ebene des Kristallkorns orientiert ist.
  • In dem Wärmebehandlungsschritt wird der geformte Körper erwärmt, und als Ergebnis wird die durch Formel (1) dargestellte isotrope Perowskit-Verbindung hergestellt. Gleichzeitig schreitet ein Sintern der isotropen Perowskit-Verbindung fort. Gleichzeitig wird das Zusatzelement durch Ersetzen wenigstens eines Teils von Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben oder im Kristallkorn und/oder an der Korngrenze des Polykristalls mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung angeordnet.
  • Ferner wird in dem Wärmebehandlungsschritt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des ersten anisotrop geformten Pulvers und/oder des ersten Reaktionsrohmaterials gleichzeitig eine Überschusskomponente erzeugt.
  • Hinsichtlich der Erwärmungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt kann eine optimale Temperatur zum Beispiel entsprechend der Zusammensetzung des ersten anisotrop geformten Pulvers oder des ersten Reaktionsrohmaterials, die verwendet werden, und der Zusammensetzung der zu erzeugenden kornorientierten Keramik ausgewählt werden, sodass die Reaktion und/oder das Sintern effektiv fortschreiten und ein Reaktionsprodukt mit einer gegenständlichen Zusammensetzung hergestellt werden kann.
  • Falls zum Beispiel eine kornorientierte Keramik mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers A mit einer KNN-Zusammensetzung hergestellt wird, kann die Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 900 bis 1.300°C durchgeführt werden. In diesem Temperaturbereich kann eine weiter optimierte Erwärmungstemperatur entsprechend der Zusammensetzung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, die eine gegenständliche Substanz ist, entschieden werden. Bezüglich der Erwärmungszeit kann eine optimale Zeit entsprechend der Erwärmungstemperatur ausgewählt werden, sodass eine gewünschte Dichte des gesinterten Körpers erzielt werden kann.
  • Außerdem kann, falls durch die Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers und des ersten Reaktionsrohmaterials eine Überschusskomponente erzeugt wird, bewirkt werden, dass die Überschusskomponente als eine Unterphase in dem gesinterten Körper bleibt, oder die Überschusskomponente kann aus dem gesinterten Körper entfernt werden. Im Fall des Entfernens der Überschuss komponente enthalten Beispiele des Verfahrens dafür ein thermisches Entfernungsverfahren und ein chemisches Entfernungsverfahren.
  • Das thermische Entfernungsverfahren enthält zum Beispiel ein Verfahren des Verdampfens der Überschusskomponente durch Heizen eines gesinterten Körpers, in dem die durch Formel (1) dargestellte Verbindung und eine Überschusskomponente erzeugt sind (nachfolgend als ein „Zwischensinterkörper" bezeichnet), bei einer bestimmten Temperatur. Insbesondere ist ein Verfahren des Heizens des Zwischensinterkörpers unter reduziertem Druck oder in Sauerstoff für eine lange Zeit bei einer Temperatur zur Verdampfung der Überschusskomponente bevorzugt.
  • Hinsichtlich der Heiztemperatur zur Zeit des thermischen Entfernens der Überschusskomponente kann eine optimale Temperatur entsprechend der Zusammensetzung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung und/oder der Überschusskomponente ausgewählt werden, sodass ein Verdampfen der Überschusskomponente effektiv fortschreiten kann und eine Herstellung eines Nebenprodukts unterdrückt werden kann. Falls zum Beispiel die Überschusskomponente eine Wismutoxid-Einphase ist, beträgt die Heiztemperatur vorzugsweise 800 bis 1 300°C, bevorzugter 1 000 bis 1 200°C.
  • Dagegen enthalten Beispiele des Verfahrens des chemischen Entfernens der Überschusskomponente ein Verfahren des Eintauchens des Zwischensinterkörpers in eine Behandlungslösung mit einer Eigenschaft des Erodierens nur der Überschusskomponente und des Ausbleichens der Überschusskomponente. Hinsichtlich der benutzten Behandlungslösung kann hier eine optimale Behandlungslösung entsprechend der Zusammensetzung der durch Formel (1) dargestellten Verbindung und/oder der Überschusskomponente ausgewählt werden. Falls zum Beispiel die Überschusskomponente eine Wismutoxid-Einphase ist, kann eine Säure wie beispielsweise Salpetersäure oder Salzsäure als Behandlungslösung verwendet werden. Insbesondere Salpetersäure ist als Behandlungslösung zum chemischen Extrahieren der Überschusskomponente hauptsächlich mit Wismutoxid geeignet.
  • Die Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers mit dem ersten Reaktionsrohmaterial und das Entfernen der Überschusskomponente können in irgendeiner zeitlichen Abstimmung, d.h. gleichzeitig, nacheinander oder einzeln durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Entfernen einer Überschusskomponente gleichzeitig mit der Reaktion durchgeführt werden, indem der geformte Körper unter reduziertem Druck oder in einem Vakuum gesetzt und er direkt auf eine Temperatur, bei der sowohl die Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers mit dem ersten Reaktionsrohmaterial als auch das Verdampfen der Überschusskomponente effektiv fortschreiten, geheizt wird. Übrigens wird bei der Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers mit dem ersten Reaktionsrohmaterial das Zusatzelement in die durch Formel (1) dargestellte Verbindung, die eine gegenständliche Substanz ist, substituiert oder kann in dem Kristallkorn oder/und an der Korngrenze angeordnet werden, wie oben beschrieben.
  • Die Überschusskomponente kann zum Beispiel auch durch ein Verfahren entfernt werden, bei dem ein Zwischensinterkörper durch Heizen des geformten Körpers in Luft oder in Sauerstoff auf eine Temperatur, die ein effektives Fortschreiten der Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers mit dem ersten Reaktionsrohmaterial erlaubt, erzeugt wird und der Zwischensinterkörper anschließend unter reduzierten Druck oder im Vakuum bei einer Temperatur, die ein effektives Fortschreiten der Verdampfung der Überschusskomponente erlaubt, geheizt wird, oder durch ein Verfahren, bei dem nach der Herstellung eines Zwischensinterkörpers der Zwischensinterkörper anschließend in Luft oder in Sauerstoff für eine lange Zeit bei einer Temperatur, die ein effektives Fortschreiten der Verdampfung der Überschusskomponente erlaubt, geheizt wird.
  • Ferner kann die Überschusskomponente chemisch zum Beispiel durch Herstellen des Zwischensinterkörpers, Kühlen des Sinterkörpers auf Raumtemperatur und Eintauchen des Zwischensinterkörpers in eine Behandlungslösung entfernt werden, oder die Überschusskomponente kann thermisch durch Herstellen des Zwischensinterköpers, Abkühlen auf Raumtemperatur und wieder Heizen des Zwischensinterköpers in einer bestimmten Atmosphäre auf eine bestimmte Temperatur entfernt werden.
  • Falls der im Formungsschritt erhaltene geformte Körper ein Bindemittel enthält, kann eine Wärmebehandlung hauptsächlich zum Entfettungszweck vor dem Wärme behandlungszweck durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Entfettungstemperatur auf eine Temperatur gesetzt werden, die hoch genug ist, um das Bindemittel thermisch zu spalten. Wenn jedoch das Rohmaterial eine leicht flüchtige Substanz (zum Beispiel eine Na-Verbindung) enthält, wird das Entfetten vorzugsweise bei 500°C oder weniger durchgeführt.
  • Auch kann, wenn der geformte Körper entfettet wird, der Orientierungsgrad des ersten anisotrop geformten Pulvers in dem geformten Körper geringer werden oder eine kubische Expansion des geformten Körpers kann auftreten. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine kaltisostatische Pressbehandlung CIP an dem entfetteten geformten Körper vor dem Durchführen des Wärmebehandlungsschritts ausgeübt. Diese Behandlung kann eine Verringerung des Orientierungsgrades, die aus dem Entfetten resultiert, oder eine Verringerung der Dichte des Sinterkörpers, die einer kubischen Expansion des geformten Körpers zuzuschreiben ist, verhindern.
  • Außerdem kann, falls eine Überschusskomponente durch die Reaktion des ersten anisotrop geformten Pulvers mit dem ersten Reaktionsmaterial erzeugt wird und die Überschusskomponente entfernt wird, der Zwischensinterkörper, von dem die Überschusskomponente entfernt ist, einer kaltisostatischen Pressbehandlung unterzogen und dann wieder gebrannt werden. Ebenso kann, um die Sinterkörperdichte und den Orientierungsgrad zu erhöhen, der Sinterkörper nach dem Wärmebehandlungsprozess weiter einer Heißpressung unterzogen werden. Zusätzlich können das Verfahren des Zugebens des feinen Verbindungspulvers, die CIP-Behandlung, das Heißpressen und dergleichen in Kombination benutzt werden.
  • Im Herstellungsverfahren der sechsten Erfindung ist es auch möglich, das anisotrop geformte Pulver A mit der durch Formel (2) dargestellten Verbindung unter Verwendung des zweiten anisotrop geformten Pulvers mit einer geschichteten Perowskit-Verbindung, die eine einfache Synthese des anisotrop geformten Pulvers erlaubt, als eine reaktive Nachformschablone zu synthetisieren und dann die kornorientierte Keramik unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers A als eine reaktive Nachformschablone zu erzeugen. Gemäß diesem Verfahren kann, selbst im Fall einer durch Formel (1) dargestellten Verbindung mit einer kleinen Kristallgitter anisotropie die kornorientierte Keramik, in welcher eine willkürliche Kristallebene orientiert ist, einfach bei geringen Kosten hergestellt werden.
  • Außerdem kann, wenn die Zusammensetzungen des zweiten anisotrop geformten Pulvers und des zweiten Reaktionsrohmaterials optimiert werden, selbst ein anisotrop geformtes Pulver A ohne ein Überschuss-A-Stellenelement synthetisiert werden. Deshalb kann die Zusammensetzung des A-Stellenelements einfach gesteuert werden und eine kornorientierte Keramik mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung mit einer nicht durch herkömmliche Verfahren erzielbaren Zusammensetzung als Hauptphase kann erzeugt werden.
  • Auch kann das oben beschriebene zweite anisotrop geformte Pulver mit einer geschichteten Perowskit-Verbindung als das erste anisotrop geformte Pulver verwendet werden. In diesem Fall kann die durch Formel (1) dargestellte Verbindung gleichzeitig mit dem Sintern in dem Wärmebehandlungsschritt synthetisiert werden. Ferner kann, wenn die Zusammensetzung des in dem geformten Körper orientierten, zweiten anisotrop geformten Pulvers und die Zusammensetzung des damit reagierenden ersten Reaktionsrohmaterials optimiert werden, nicht nur die gegenständliche durch Formel (1) dargestellte Verbindung synthetisiert werden, sondern das Überschuss-A-Stellenelement kann ebenfalls als eine Überschusskomponente aus dem zweiten anisotrop geformten Pulver ausgegeben werden.
  • Zusätzlich kann, wenn das zweite anisotrop geformte Pulver zum Herstellen einer thermisch oder chemisch einfach zu entfernenden Überschusskomponente als das erste anisotrop geformte Pulver verwendet wird, eine kornorientierte Keramik im Wesentliche ohne Überschuss-A-Stellenelelement und mit der durch Formel (1) dargestellten Verbindung, bei dem eine spezielle Kristallebene orientiert ist, erzielt werden.
    •
  • (Beispiel 1)
  • Beispiele der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
  • Die kornorientierte Keramik dieses Beispiels weist als Hauptphase einen polykristallinen Körper mit 0,01 mol Pd als ein Zusatzelement je Mol einer durch {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung auf.
  • In der kornorientierten Keramik der vorliegenden Erfindung ist eine spezielle Kristallebene jedes den polykristallinen Körper bildenden Kristallkorns orientiert.
  • Bei dem Herstellungsverfahren der kornorientierten Keramik dieses Beispiels werden ein Mischschritt, ein Formungsschritt und ein Wärmebehandlungsschritt durchgeführt.
  • Im Mischschritt werden ein erstes anisotrop geformtes Pulver mit Orientierungsteilchen mit einer orientierten Platte, in der eine spezielle Kristallebene orientiert ist, ein erstes Reaktionsrohmaterial, das mit dem ersten anisotrop geformten Pulver reagiert, um {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 zu erzeugen, und eine Verbindung mit Pd, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, gemischt, um ein Rohmaterialgemisch zu erzeugen.
  • Im Formungsschritt wird das Rohmaterialgemisch so geformt, dass die Orientierungsebene des ersten anisotrop geformten Pulvers beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist.
  • Im Wärmebehandlungsschritt wird der geformte Körper erwärmt, damit das erste anisotrop geformte Pulver mit dem ersten Reaktionsrohmaterial reagiert, um einen polykristallinen Sinterkörper zu erzeugen, der {Li0,03(K0,5Na0,5}(Nb0,80Ta0,20)O3 aufweist und in dem eine bestimmte Ebene der Kristallkörner orientiert ist.
  • Weiter wird im Mischschritt das Zusatzelement in einer Menge von 0,01 mol je Mol von {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 zugegeben.
  • Im Orientierungsteilchen ist die Orientierungsebene eine entwickelte Ebene, die eine Ebene ist, die einen größten Bereich in dem Orientierungsteilchen belegt. Die Orientierungsebene des Orientierungsteilchens hat eine Gitteranpassung zu der bestimmten Ebene, die in dem den polykristallinen Sinterkörper, den man nach dem Wärmebehandlungsschritt erhält, bildenden Kristallkorn orientiert ist.
  • Es wird nun das Herstellungsverfahren der kornorientierten Keramik dieses Beispiels im Detail beschrieben.
  • (1) Synthese des plattenartigen NN-Pulvers
  • Ein Bi2O3-Pulver, ein Na2CO3-Pulver und ein Nb2O3-Pulver, jeweils mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, wurden gewichtet, um eine Bi2,5Na3,5Nb5O18 (nachfolgend als „BINN5" bezeichnet) – Zusammensetzung mit einem stöchiometrischen Verhältnis zu ergeben, und dann nassgemischt, und diesem Rohmaterial wurden 50 Gew.-% als Flussmittel zugegeben, gefolgt durch ein Trockenmischen für 1 Stunde.
  • Das erhaltene Gemisch wurde in einen Platintiegel geladen, für eine Stunde bei einer Temperatur von 850°C geheizt und nach einem vollständigen Schmelzen des Flussmittels weiter für 2 Stunden bei 1.100°C geheizt, wodurch BINN5 synthetisiert wurde. Hierbei betrugen sowohl die Heizrate als auch die Kühlrate 200°C/h. Nach dem Kühlen wurde das Flussmittel aus dem Reaktionsprodukt durch Heißwasserwaschen entfernt, um ein BINN5-Pulver zu erhalten. Das erhaltene BINN5-Pulver war ein plattenartiges Pulver mit der {001}-Ebene als der Entwicklungsebene.
  • Anschließend wurde ein Na2CO3-Pulver in einer für die Synthese von NN (NaNbO3) notwendigen Menge zu dem plattenartigen Pulver mit BINN5 gegeben, und diese Pulver wurden gemischt und dann bei einer Temperatur von 950°C für 8 Stunden in einem Platintiegel unter Verwendung von NaCl als Flussmittel wärmebehandelt.
  • In dem enthaltenen Reaktionsprodukt war zusätzlich zu dem NN-Pulver Bi2O3 enthalten. Deshalb wurde das Reaktionsprodukt nach dem Entfernen des Flussmittels daraus in HNO3 (1N) getaucht, um das als Überschusskomponente erzeugte Bi2O3 zu lösen, und das NN-Pulver wurde durch Filtern der resultierenden Lösung getrennt und dann mit Ionenaustauschwasser bei 80°C gewaschen. Das erhaltene NN-Pulver war ein plattenartiges Pulver (plattenartiges NN-Pulver) mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 bis 20 μm und einem Längenverhältnis von etwa 10 bis 20, wobei die Entwicklungsebene eine pseudo-kubische {100}-Ebene war. Nachfolgend wurde dieses plattenartige NN-Pulver als das erste anisotrop geformte Pulver (Nachformschablone) benutzt.
  • (2) Synthese der kornorientierten Keramik mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 – Zusammensetzung
  • Das oben erzeugte plattenartige NN-Pulver, ein nicht-plattenartiges NN-Pulver, ein KN-Pulver, ein KT (KTaO3) – Pulver und ein LT (LiTaO3) – Pulver als erste Reaktionspulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 gemischt, und nachdem eine Pd (PdO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr) enthaltende Verbindung, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,01 mol je Mol von {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Dem resultierenden Schlamm wurden ein Bindemittel (Eslec® BH-3 von Sekisui Chemical Co., Ltd.) und ein Weichmacher (Butylphthalat) jeweils in einer Menge von 10,35 g pro Mol von {Li0,03(K0,05Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, das aus den Startmaterialien synthetisiert wurde, zugegeben, gefolgt durch ein Mischen für 2 Stunden.
  • Hierbei wurde das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) in einer solchen Menge gemischt, dass Na in einer Menge entsprechend 5 Atm.-% der die A-Stelle von {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, das aus den Startmaterialien synthetisiert wurde, belegenden Elemente aus dem plattenartigen NN-Pulver zugeführt wurde.
  • Auch das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver wurden durch einen Festphasen-Reaktionsprozess erzeugt, bei dem ein Gemisch mit einem K2CO3-Pulver, einem Na2CO3-Pulver, einem Nb2O5-Pulver, einem Ta2O5-Pulver und einem Li2CO3-Pulver jeweils in einer vorbestimmten Menge und jeweils mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr bei einer Temperatur von 750°C für 5 Stunden erwärmt und das Reaktionsprodukt in einer Kugelmühle zerkleinert wurde.
  • Der Schlamm wurde nach dem obigen Mischen mittels einer Streichmesservorrichtung in ein Band mit einer Dicke von 100 μm geformt (Bandgießverfahren), und diese Bänder wurden gestapelt, druckverbunden und walzgepresst, um einen 1,5 mm dicken, plattenartigen geformten Körper zu erhalten. Der erhaltene plattenartige geformte Körper wurde dann in Luft erwärmt, um einen Grünkörper zu entfetten. Das Entfetten wurde in Luft unter der Temperatursteuerung durchgeführt, dass die Temperatur auf 600°C bei einer Heizrate von 50°C/h erhöht wurde und nach dem Halten und dadurch Heizen des geformten Körpers auf dieser Temperatur von 600°C für 2 Stunden mit einer Ofenkühlrate abgesenkt wurde.
  • Anschließend wurde der entfettete Körper einer CIP-Behandlung bei einem Druck von 300 MPa unterzogen und dann durch Heizen des geformten Körpers in Sauerstoff gesintert. Das Sintern wurde durch Atmosphärendrucksintern oder Heißpresssintern (ausgeübte Belastung: 35 kg/cm2) unter der Temperatursteuerung durchgeführt, dass die Temperatur auf eine Temperatur von 1.000 bis 1.200°C mit einer Heizrate von 200°C/h erhöht wurde und nach dem Heizen (Brennen) des geformten Körpers für 1 bis 5 Stunden mit einer Kühlrate von 200°C/h verringert wurde. Hierbei wurden bezüglich der Brenntemperatur und der Brennzeit die Brennbedingungen derart ausgewählt, dass die Dichte des Sinterkörpers zwischen 1.000 und 1.200°C für 1 bis 5 Stunden maximal wurde, und ein dichter Sinterkörper mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr wurde erzeugt.
  • Auf diese Weise wurde eine kornorientierte Keramik erzeugt. Diese kornorientierte Keramik wurde als Probe E1 bezeichnet.
  • In Probe E1 wurde Pd als ein Zusatzelement extern in der Form einer Pd enthaltenden Verbindung PdO zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Pd in Probe E1 in dem Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 2)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik mit Ni als ein Zusatzelement.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 1 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, gemischt, und nachdem ein NiO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Verbindung mit Ni ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,01 mol je Mol {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Dies wird als Probe E2 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe E2 wurde in der gleichen Weise wie Probe E1 von Beispiel 1 erzeugt, außer dass Ni als ein Zusatzelement zugemischt wurde.
  • In Beispiel E2 wurde das Ni als ein Zusatzelement extern in der Form einer Ni enthaltenden Verbindung NiO zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Ni in Probe E2 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 3)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, in welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit In ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 1 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver und das KT-Pulver vorbereitet. Auch wurde ein LS (LiSbO3) – Pulver vorbereitet. Das LS-Pulver wurde ähnlich dem NN-Pulver, dem KN-Pulver und dem Kt-Pulver durch einen Festphasen-Reaktionsprozess hergestellt, bei dem ein Gemisch mit einem Li2CO3-Pulver und einem Sb2CO5-Pulver jeweils in einer vorbestimmten Menge auf einer Temperatur von 750°C für 5 Stunden erwärmt und das Reaktionsprodukt in einer Kugelmühle zerkleinert wurde.
  • Dieses plattenartige NN-Pulver, nicht-plattenartige NN-Pulver, KN-Pulver, KT-Pulver, LS-Pulver und NS-Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, vermischt, und nachdem ein In2O3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine In enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,005 mol je Mol in {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt. Übrigens wurde durch Mischen von 0,005 mol In2O3 je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 auf diese Weise 0,01 mol In zugemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Dies wird als Probe E3 bezeichnet.
  • In Probe E3 wurde das In als ein Zusatzelement extern in der Form einer In enthaltenden Verbindung In2O3 zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement In in Probe E3 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 4)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, in welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 ist, dem Ca zugegeben ist, um einen Teil von K und Na zu substituieren.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet. Ebenso wurde ein CaCO3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Ca enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben einer Zusammensetzung, d.h. {Li0,04(K0,5Na0,5)0,94Ca0,01}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, die aus einer Zugabe von Ca zum Substituieren eines Teils von K und Na von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 resultiert, und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E4 bezeichnet.
  • In Probe E4 wurde das Zusatzelement Ca zugegeben, um so einen Teil von K und Na, welche A-Stellenelemente in {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 sind, zu substituieren. Das Zusatzelement Ca wurde so zugegeben, dass es 1 Atm.-% in der gesamten A-Stellenmenge von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 belegt.
  • (Beispiel 5)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, bei welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Si ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis des Ergebens der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04) O3 vermischt, und nachdem ein SiO2-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, welches eine Si enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,01 mol je Mol von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E5 bezeichnet.
  • In Probe E5 war das Si als Zusatzelement extern in der Form einer Si enthaltenden Verbindung SiO2 zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Si in Probe E5 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 6)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, in welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Ag ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis des Ergebens der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04) O3 vermischt, und nachdem ein Ag2O-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, welches eine Ag enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,005 mol je Mol von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt. Übrigens wurde durch Mischen von 0,005 mol von Ag2O je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,10Ta0,10Sb0,04)O3 auf diese Weise 0,01 mol Ag zugemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 ein Zugeben eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E6 bezeichnet.
  • In Probe E6 war das Ag als ein Zusatzelement extern in der Form einer Ag enthaltenden Verbindung Ag2O zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Ag in Probe E6 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 7)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik mit einem polykristallinen Sinterkörper mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 6 als der Hauptphase durch Reagieren des plattenartigen Pulvers mit (Li0,0421K0,5053Na0,4526) (Nb0,8526Ta0,1053Sb0,421)O3.
  • Ein plattenartiges NN-Pulver wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
  • Anschließend wurde ein (Li0,0421K0,5053Na0,4526)(Nb0,8526Ta0,1053Sb0,421)O3-Pulver durch einen Festphasen-Prozess erzeugt, bei dem ein Gemisch mit einem K2CO3-Pulver, einem Na2CO3-Pulver, einem Nb2O5-Pulver, einem Ta2O5-Pulver, einem Li2CO3-Pulver und einem Sb2O3-Pulver jeweils in einer vorbestimmten Menge und jeweils mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr auf einer Temperatur von 750°C für 5 Stunden geheizt und das Reaktionsprodukt in einer Kugelmühle zerkleinert wurde.
  • Danach wurden das plattenartige NN-Pulver und das (Li0,0421K0,5053Na0,4526) (Nb0,8526Ta0,1053Sb0,421)O3-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und nachdem Ag2O, das eine Ag enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,005 mol je Mol von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Hier wurde das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) ähnlich Beispiel 1 in einer solchen Menge zugemischt, dass Na in einer Menge entsprechend 5 Atm.-% der die A-Stelle von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, das aus den Startmaterialien synthetisiert wurde, belegenden Elemente von dem plattenartigen NN-Pulver zugeführt wurde.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich wie bei Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E7 bezeichnet.
  • In Probe E7 war das Ag als ein Zusatzelement extern in der Form eines Ag2O-Pulvers mit einer von 99,99%, welches eine Ag enthaltende Verbindung ist, zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Ag in Probe E7 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 8)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, bei welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 ist, dem Sr durch Substituieren eines Teils von K und Na zugegeben worden ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 1 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet. Auch wurde ein SrCO3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Sr enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben einer Zusammensetzung von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,94Sr0,01}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, das aus der Zugabe von Sr zum Substituieren eines Teils von K und Na von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 resultiert, vermischt und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich bei Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E8 bezeichnet.
  • In Probe E8 war das ein Zusatzelement Sr so zugegeben, dass es einen Teil von K und Na, welches A-Stellenelemente in E4 sind, substituiert. Das Zusatzelement Sr wurde zugegeben, um 1 Atm.-% in der gesamten A-Stellenmenge von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zu belegen.
  • (Beispiel 9)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, bei welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Pd ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, vermischt, und nachdem ein PdO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, welches eine Pd enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, ferner in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich bei Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Beispiel E9 bezeichnet.
  • In Beispiel E9 war das Pd als ein Zusatzelement extern in der Form einer Pd enthaltenden Verbindung PdO zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Pd in Probe E9 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 10)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, in welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,46Na0,54)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Pd ist.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Rohmaterialien wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,46Na0,54)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, vermischt, und nachdem ein PdO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Pd enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {Li0,04(K0,48Na0,54)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E10 bezeichnet.
  • In Probe E10 war das Pd als ein Zusatzelement extern in der Form einer Pd enthaltenden Verbindung PdO zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Pd in Probe E10 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,04(K0,46Na0,54)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vorhanden.
  • (Beispiel 11)
  • Dieses Beispiel ist ein Fall des Herstellens einer kornorientierten Keramik, in welcher die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {L10,075(K0,45Na0,55)0,925} (Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3 ist, dem Mn extern zugegeben worden ist.
  • Ein plattenartiges NN-Pulver wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
  • Anschließend wurde ein Na2CO3-Pulver, ein K2CO3-Pulver, ein Li2CO3-Pulver, ein Nb2O5-Pulver, ein Ta2O5-Pulver und ein Sb2O5-Pulver jeweils in einer vorbestimmten Menge und jeweils mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben von (Li0,079(K0,438Na0,483)(Nb0,821Ta0,100Sb0,079)O3 vermischt, und ein MnO2-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, welches eine Mn enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, wurde ferner in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {L10,075(K0,45Na0,55)0,925} (Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3 zugemischt.
  • Danach wurde ein (Li0,079(K0,438Na0,483)(Nb0,821Ta0,100Sb0,079)O3-Pulver, dem eine vorbestimmte Menge von Mn zugegeben worden ist, durch einen Festphasenprozess hergestellt, bei dem das oben vorbereitete Gemisch bei einer Temperatur von 750°C für 5 Stunden geheizt und das Reaktionsprodukt in einer Kugelmühle zerkleinert wurde.
  • Danach wurden das plattenartige NN-Pulver und das (Li0,079(K0,438Na0,483) (Nb0,821Ta0,100Sb0,079)O3-Pulver, dem eine vorbestimmte Menge Mn zugemischt worden ist, in einem Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. um Mn 0,001 mol je Mol {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925}(Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3 belegen zu lassen, vermischt, und dann wurden diese Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Hierbei wurde das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) ähnlich Beispiel 1 in einer solchen Menge zugemischt, dass Na in einer Menge entsprechend 5 Atm.-% dieser die A-Stelle von {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925}(Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3, das aus den Startelementen synthetisiert wurde, belegenden Elemente von dem plattenartigen NN-Pulver zugeführt wurde.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte kornorientierte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe E11 bezeichnet.
  • In Probe E11 war das Mn als ein Zusatzelement extern in der Form von MnO2, das eine Mn enthaltenden Verbindung ist, zugegeben. Demgemäß war das Zusatzelement Mn in Probe E11 im Korn oder an der Korngrenze des polykristallinen Sinterkörpers mit {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925}(Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3 vorhanden.
  • In diesem Beispiel war die zum Zuführen von Mn als ein Zusatzelement benutzte Mn enthaltende Verbindung MnO2, aber Verbindungen außer MnO2, wie beispielsweise Mn-Metall, MnO, Mn2O3, Mn2O4, Mn3O4 und MnCO3, können ebenfalls benutzt werden.
  • Um die ausgezeichneten Eigenschaften der in Beispielen 1 bis 11 hergestellten kornorientierten Keramiken zu verifizieren, wurden in Vergleichsbeispielen 1 bis 13 unten Vergleichskeramiken (Proben C1 bis C13) hergestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 ähnlich Proben E1 und E2, die in Beispielen 1 und 2 hergestellt wurden. Die Keramik dieses Beispiels wird weder unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) noch durch Zugeben eines Zusatzelements hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {L10,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, vermischt, und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C1 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C1 wurde in der gleichen Weise wie Probe E1 von Beispiel 1 erzeugt, außer dass das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) bei der Synthese nicht verwendet wurde und das Zusatzelement nicht zugegeben wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 ähnlich Proben E1 und E2 und mit Pd als ein Zusatzelement. Die Keramik dieses Beispiels wird nicht unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,03K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 vermischt, und nachdem ein PdO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Pd enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20) O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C2 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C2 wurde in der gleichen Weise wie Probe E1 von Beispiel 1 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E2 von Beispiel 2, mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 und mit Ni als ein Zusatzelement. Die Keramik dieses Beispiels wird nicht unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, vermischt, und nachdem ein NiO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr das eine Ni enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C3 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C3 wurde in der gleichen Weise wie Probe E2 von Beispiel 2 erzeugt, außer dass das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3 ähnlich Proben E1 und E2. Die Keramik dieses Beispiels enthält kein Zusatzelement.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 1 das plattenartige NN-Pulver, das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,03(K0,5Na0,5)0,97}(Nb0,80Ta0,20)O3, vermischt und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C4 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C4 wurde in der gleichen Weise wie Probe E1 von Beispiel 1 hergestellt, außer dass kein Zusatzelement zugemischt wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 5)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 ähnlich Proben E3 bis E9, die in Beispielen 3 bis 9 hergestellt wurden. Die Keramik dieses Beispiels wird weder unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) noch durch Zugeben eines Zusatzelements hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C5 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C5 wurde in der gleichen Weise wie Proben E3 bis E9 hergestellt, außer dass kein Zusatzelement zugemischt wurde und kein plattenartiges NN-Pulver verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 6)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E3 von Beispiel 3 mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit In. Die Keramik dieses Beispiels wird nicht unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LT-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und nachdem ein In2O3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, welches eine In enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,005 mol je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C6 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C3 wurde in der gleichen Weise wie Probe E3 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 7)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 ähnlich Probe E4 von Beispiel 4, dem Ca so zugegeben worden ist, dass es einen Teil von K und Ca substituiert. Die Keramik dieses Beispiels wird nicht unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet. Auch wurde ein CaCO3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Ca enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben einer Zusammensetzung von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,94Ca0,01}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, das aus der Zugabe von Ca zum Substituieren eines Teils von K und Na von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 resultiert, vermischt und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C7 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C7 wurde in der gleichen Weise wie Probe E4 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 8)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E5 von Beispiel 5 mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Si. Die Keramik dieses Beispiels wird ohne Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und nachdem ein SiO2-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Si enthaltende Verbindung ist, welche sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Verhältnis von 0,01 mol je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C8 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C8 wurde in der gleichen Weise wie Probe E5 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 9)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E6 von Beispiel 6 mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Ag. Die Keramik dieses Beispiels wird ohne Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und nachdem ein Ag2O-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Ag enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,05 mol je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C9 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C9 wurde in der gleichen Weise wie Probe E6 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 10)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E8 von Beispiel 8 mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, dem Sr zugegeben worden ist, um einen Teil von K und Na zu substituieren. Die Keramik dieses Beispiels wird ohne Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet. Auch wurde ein SrCO3-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr vorbereitet, das eine Sr enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben einer Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,94Sr0,01}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3, die aus der Zugabe von Sr zum Substituieren eines Teils von K und Na von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 resultiert, vermischt und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C10 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C10 wurde in der gleichen Weise wie Probe E8 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 11)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich Probe E9 von Beispiel 9 mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und mit Pd. Die Keramik dieses Beispiels wird ohne Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers (Nachformschablone) hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden das nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und nachdem ein PdO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, das eine Pd enthaltende Verbindung ist, die sich zu einem Zusatzelement entwickelt, weiter in einem Anteil von 0,01 mol je Mol {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 zugemischt wurde, wurden die Pulver für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C11 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C11 wurde in der gleichen Weise wie Probe E9 hergestellt, außer dass das plattenartige NN-Pulver nicht verwendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 12)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper mit {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 ähnlich Proben E3 bis E9, die in Beispielen 3 bis 9 hergestellt wurden. Die Keramik dieses Beispiels wird nicht durch Zugeben eines Zusatzelements hergestellt.
  • In diesem Beispiel wurden ähnlich Beispiel 3 das plattenartige NN-Pulver, nicht-plattenartige NN-Pulver, das KN-Pulver, das KT-Pulver und das LS-Pulver vorbereitet.
  • Diese Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,04(K0,5Na0,5)0,96}(Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 vermischt, und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine Keramik zu erzeugen. Diese wird als Probe C12 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C12 wurde in der gleichen Weise wie Proben E3 bis E9 hergestellt, außer dass kein Zusatzelement zugemischt wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 13)
  • In der Keramik dieses Beispiels ist die Hauptphase ein polykristalliner Sinterkörper ähnlich der in Beispiel 11 hergestellten Probe E11 mit {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925} (Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3. Die Keramik dieses Beispiels enthält kein Zusatzelement.
  • In diesem Beispiel wurde ein plattenartiges NN-Pulver in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
  • Anschließend wurde ein (Li0,079K0,438Na0,483)(Nb0,821Ta0,100Sb0,079)O3-Pulver durch einen Festphasen-Reaktionsprozess hergestellt, bei dem ein Gemisch mit einem Na2CO3-Pulver, einem K2CO3-Pulver, einem Li2CO3-Pulver, einem Nb2O5-Pulver, einem Ta2O5-Pulver und einem Sb2O5-Pulver jeweils in einer vorbestimmten Menge und jeweils mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr bei einer Temperatur von 750°C für 5 Stunden geheizt wurde und das Reaktionsprodukt in einer Kugelmühle zerkleinert wurde.
  • Danach wurden das plattenartige NN-Pulver und das (Li0,079K0,438Na0,483) (Nb0,821Ta0,100Sb0,079)O3-Pulver in einem stöchiometrischen Verhältnis zum Ergeben der gegenständlichen Zusammensetzung, d.h. von {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925} (Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3, vermischt, und dann für 20 Stunden nassgemischt.
  • Hier wurde das plattenartige NN-Pulver (Nachformschablone) ähnlich Beispiel 1 in einer solchen Menge zugemischt, dass Na in einer Menge entsprechend 5 Atm.-% der die A-Stelle von {Li0,075(K0,45Na0,55)0,925}(Nb0,83Ta0,095Sb0,075)O3, das aus den Startelementen synthetisiert wurde, belegenden Elemente aus dem plattenartigen NN-Pulver zugeführt wurde.
  • Der resultierende Schlamm durchlief ähnlich Beispiel 1 eine Zugabe eines Bindemittels und eines Weichmachers, ein Mischen, ein Formen, ein Entfetten und ein Heizen (Brennen), um eine dichte Keramik mit einer relativen Dichte von 95% oder mehr zu erzeugen. Diese wird als Probe C13 bezeichnet.
  • Das heißt, Probe C13 wurde in der gleichen Weise wie Probe E11 hergestellt, außer dass kein Zusatzelement zugemischt wurde.
  • (Testbeispiel)
  • In diesem Beispiel wurden Proben E1 bis E10 und Probe C2 einer Röntgenbeugungsmessung unterzogen. 1 bis 11 zeigen ein Röntgenbeugungsmuster, das für eine Ebene parallel zur Bandgießebene jeder Probe gemessen wurde.
  • Wie aus 1 bis 11 zu sehen, ist in Proben E1 bis E10, die unter Verwendung des plattenartigen NN-Pulvers als Nachformschablone hergestellt wurden, die pseudokubische {100}-Ebene in einem bemerkenswert hohen Orientierungsgrad im Vergleich zu Probe C2 orientiert.
  • Dann wurden der Orientierungsgrad der {100}-Ebene und die piezoelektrischen Eigenschaften der Proben E1 bis E10 und der Proben C1 bis C12, die in Beispielen 1 bis 10 bzw. Vergleichsbeispielen 1 bis 12 hergestellt wurden, wie folgt ausgewertet.
  • [Orientierungsgrad]
  • Der mittlere Orientierungsgrad F(100) der {100}-Ebene durch das Lotgering'sche Verfahren wurde für die Ebene parallel zur Bandgießebene jeder polykristallinen Sinterebene gemessen.
  • Der mittlere Orientierungsgrad F(100) wurde entsprechend der mathematischen Formel (1) berechnet. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabellen 1 und 2 unten dargestellt.
  • [Piezoelektrische Eigenschaften]
  • Hinsichtlich der piezoelektrischen Eigenschaften wurden die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die elektromechanische g31-Konstante der Proben E1 bis E10 und der Proben C1 bis C12 gemessen.
  • Hinsichtlich des Messverfahrens wurde aus jeder polykristallinen Sinterprobe durch Schneiden, Polieren und maschinelle Bearbeitung eine scheibenartige Probe mit einer Dicke von 0,7 mm und einem Durchmesser von 11 mm, deren obere und untere Ebene parallel zur Bandgießebene sind, hergestellt. Die obere und die untere Ebene jeder scheibenartigen Probe wurden mit einer Au-Elektrode durch Sputtern und danach Ausüben eines Polungsprozesses in der vertikalen Richtung der scheibenartigen Probe beschichtet, die piezoelektrischen Eigenschaften wurden bei Raumtemperatur durch ein Resonanz/Antiresonanz-Verfahren unter der Bedingung gemessen, dass die elektrische Feldstärke 1 V/mm betrug. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabellen 1 und 2 unten dargestellt.
  • Ebenso wurden die piezoelektrischen Eigenschaften von Probe E11 und Probe C13 wie folgt untersucht.
  • Eine scheibenartige Probe mit einer Dicke von 0,485 mm und einem Durchmesser von 8,5 mm, deren obere und untere Ebene parallel zur Bandgießebene waren, wurde aus jeder polykristallinen Sinterprobe der Probe E11 und der Probe C13 durch Schneiden, Polieren und maschinelle Bearbeitung hergestellt. Anschließend wurden die obere und die untere Ebene jeder scheibenartigen Probe mit einer Au-Elektrodenpaste (ALP3057, von Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) bedruckt und dann unter Erwärmung bei einer Temperatur von 850°C für 10 Minuten in einem Maschendurchlaufofen gebrannt, um eine Elektrode mit einer Dicke von 0,01 mm zu bilden. Nach dem Ausüben eines Polungsprozesses in der vertikalen Richtung der scheibenartigen Probe wurden die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp, die piezoelektrische g31-Konstante und der dielektrische Verlust tanδ als piezoelektrische Eigenschaften durch ein Resonanz/Antiresonanz-Verfahren unter der Bedingung gemessen, dass die elektrische Feldstärke 1 V/mm betrug.
  • Bei der Messung des dielektrischen Verlusts tanδ wurde der dielektrische Verlust tanδ durch Verändern der Temperatur gemessen, um die Temperaturabhängigkeit des dielektrischen Verlusts tanδ zu untersuchen.
  • Hinsichtlich Probe E11 und Probe C13 sind die Ergebnisse der piezoelektrischen d31-Konstante, des elektromechanischen Kopplungsfaktors Kp und der piezoelektrische d31-Konstante in Tabellen 1 und 2 unten gezeigt, und die Ergebnisse des dielektrischen Verlusts tanδ sind in 12 gezeigt.
  • Figure 00770001
  • Figure 00780001
  • Wie man aus Tabelle 1 sehen kann, war in der kornorientierten Keramik der Proben E1 bis E10 die pseudo-kubische {100}-Ebene parallel zur Bandebene orientiert. Hinsichtlich des mittleren Orientierungsgrades der pseudo-kubischen {100}-Ebene durch das Lotgering'sche Verfahren zeigte sich ein hoher Orientierungsgrad von 78% oder mehr. Auch zeigten die Proben E1 bis E10 ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften darin, dass die piezoelektrische d31-Konstante 104 mp/V oder mehr betrug, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp 0,531 oder mehr betrug, und die piezoelektrische g31-Konstante 8,8 × 10–3 Vm/N oder mehr betrug.
  • Zusätzlich wurden, wie aus Tabellen 1 und 2 ersichtlich, in Probe E1 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C1, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert ist und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,33-fache, das 1,36-fache bzw. das 2,37-fache erhöht. Ebenso waren in Probe E1 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C2, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Pd zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,25-fache, das 1,32-fache bzw. das 2,36-fache erhöht. Ferner waren in Probe E1 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zu Probe C4, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und orientiert war, aber in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,06-fache, das 1,11-fache bzw. das 1,25-fache erhöht.
  • In Probe E2 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zu Probe C1 welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,04-fache, das 1,23-fache bzw. das 2,33-fache erhöht. Ebenso waren in Probe E2 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C3, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Ni zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,11-fache, das 1,32-fache bzw. das 2,69-fache erhöht.
  • In Probe E3 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,43-fache, das 1,58-fache bzw. das 2,72-fache erhöht. Auch waren in Probe E3 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C6, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement In zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,29-fache, das 1,43-fache bzw. das 2,50-fache erhöht. Ferner waren in Probe E3 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C12, die die gleiche Zusammensetzung hatte und orientiert war, aber in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,21-fache, das 1,29-fache bzw. das 1,53-fache erhöht.
  • In Probe E4 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,42-fache, das 1,30-fache bzw. das 1,35-fache erhöht. Auch waren in Probe E4 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C7, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Ca zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,28-fache, das 1,21-fache bzw. das 1,37-fache erhöht.
  • In Probe E5 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,33-fache, das 1,31-fache bzw. das 1,69-fache erhöht. Ebenso waren in Probe E5 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C8, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Si zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,33-fache, das 1,26-fache bzw. das 1,65-fache erhöht.
  • In Probe E6 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,55-fache, das 1,56-fache bzw. das 2,74-fache erhöht. Auch waren in Probe E6 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C9, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Ag zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,50-fache, das 1,52-fache bzw. das 2,81-fache erhöht.
  • Weiter waren in Probe E6 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe E7, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher das gleiche Zusatzelement Ag zugegeben war, aber welche sich im Orientierungsgrad unterschied, auf das 1,13-fache, das 1,21-fache bzw. das 1,78-fache erhöht. Dies lässt erkennen, dass, je höher der Orientierungsgrad wird, die piezoelektrischen Eigenschaften umso besser werden.
  • In Beispiel E7 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,38-fache, das 1,30-fache bzw. das 1,54-fache erhöht. Auch waren in Probe E7 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zu Probe C9, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und in welcher ein Zusatzelement Ag zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,33-fache, das 1,26-fache bzw. das 1,57-fache erhöht.
  • In Probe E8 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,18-fache, das 1,17-fache bzw. das 1,13-fache erhöht. Auch waren in Probe E8 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C10, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, und in der ein Zusatzelement Sr zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,11-fache, das 1,11-fache bzw. das 1,76-fache erhöht.
  • In Probe E9 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C5, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, aber nicht orientiert war, und in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,48-fache, das 1,40-fache bzw. das 1,69-fache erhöht. Auch waren in Probe E9 die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C11, welche die gleiche Zusammensetzung hatte, und in welcher ein Zusatzelement Pd zugegeben war, aber welche nicht orientiert war, auf das 1,26-fache, das 1,19-fache bzw. das 1,51-fache erhöht.
  • Die Probe E10 ist ein kornorientierte Keramik mit {Li0,04(K0,46Na0,54)0,96} (Nb0,86Ta0,10Sb0,04)O3 und enthält ein Zusatzelement Pd. In Probe E10 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe E9, in welcher das K/Na-Verhältnis in den A-Stellenelementen 1:1 betrug, auf das 1,07-fache, das 1,08-fache bzw. das 1,35-fache erhöht.
  • In Probe E11 waren die piezoelektrische d31-Konstante, der elektromechanische Kopplungsfaktor Kp und die piezoelektrische g31-Konstante im Vergleich zur Probe C13, welche die gleiche Zusammensetzung hatte und orientiert war, aber in welcher kein Zusatzelement zugegeben war, auf das 1,08-fache, das 1,16-fache bzw. das 1,28-fache erhöht. Ebenso zeigten sich, wie aus 12 zu sehen, im Vergleich zu Probe C13 in Probe E11 ein kleiner Absolutwert des dielektrischen Verlusts tanδ und weniger Schwankung aufgrund Temperatur, und somit wurde die Temperaturabhängigkeit von tanδ verbessert.
  • Auf diese Weise wurde verifiziert, dass in den Proben E1 bis E11 die piezoelektrischen Eigenschaften durch Orientieren einer bestimmten Ebene und Zugeben eines Zusatzelements verbessert werden können.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den vorherigen Seiten im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Veränderungen daran vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Zum Beispiel wird in den obigen Beispielen, wenn ein Element zugegeben wird, das gegenständliche Element unter Verwendung eines Oxids zugegeben, aber ein Metall, ein Oxid mit einem sich in der Valenzzahl von dem in den Beispielen unterscheidenden Element, ein Carbonat, ein Nitrat, ein Metallalkoxid oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden.

Claims (20)

  1. Kornorientierte Keramik, mit einer isotropen Perowskit-Verbindung als Hauptphase, die durch Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 dargestellt ist, in welcher x, y, z und w in jeweiligen Zusammensetzungsbereichen von 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w > 0 liegen, wobei die Hauptphase einen polykristallinen Körper mit 0,0001 bis 0,15 mol irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangsmetallelementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung aufweist, und eine spezielle Kristallebene jedes den polykristallinen Körper bildenden Kristallkorns orientiert ist.
  2. Kornorientierte Keramik nach Anspruch 1, bei welcher das Zusatzelement in dem den polykristallinen Körper bildenden Kristallkorn und/oder an der Korngrenze enthalten ist.
  3. Kornorientierte Keramik nach Anspruch 1, bei welcher das Zusatzelement in einem Anteil von 0,01 bis 15 Atm.-% durch Substituieren irgendeines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus Li, K, Na, Nb, Ta und Sb in der durch Formel (1) dargestellten isotropen Perowskit-Verbindung zugegeben ist.
  4. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Zusatzelement irgendeines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und Ba ist.
  5. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Zusatzelement irgendeines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Hf, W und Re ist.
  6. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Zusatzelement irgendeines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Pd, Ag, Ru, Rh, Pt, Au, Ar und Os ist.
  7. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Zusatzelement irgendeines oder mehrere Elemente ausgewählt aus B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn und Bi ist.
  8. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Orientierungsgrad einer pseudo-kubischen {100}-Ebene in den polykristallinen Körper gemessen durch das Lotgering'sche Verfahren 30% oder mehr beträgt.
  9. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die kornorientierte Keramik eine piezoelektrische d31-Konstante des 1,1-fachen oder mehr von einer nicht-orientierten Keramik besitzt, welche einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik aufweist und in welcher die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist.
  10. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die kornorientierte Keramik einen elektromechanische Kopplungsfaktor Kp des 1,1-fachen oder mehr von einer nicht-orientierten Keramik besitzt, die einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik aufweist und in welcher die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist.
  11. Kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die kornorientierte Keramik eine piezoelektrische g31-Konstante des 1,1-fachen oder mehr von einer nicht-orientierten Keramik besitzt, welche einen polykristallinen Körper mit der gleichen Zusammensetzung wie die kornorientierte Keramik aufweist und in welcher die Kristallebene des den polykristallinen Körper bildenden Korns nicht orientiert ist.
  12. Piezoelektrisches Element mit einem piezoelektrischen Material, das die kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  13. Dielektrisches Element mit einem dielektrischen Material, das die kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  14. Thermoelektrisches Energiewandlungselement mit einem thermoelektrischen Energiewandlungsmaterial, das die kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  15. Ionenleitungselement mit einem Ionenleitungsmaterial, das die kornorientierte Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  16. Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik, mit einem Mischschritt des Mischens (i) eines ersten anisotrop geformten Pulvers mit Orientierungsteilchen mit einer Orientierungsebene, bei denen eine spezielle Kristallebene orientiert ist, (ii) eines ersten Reaktionsrohmaterials zum Reagieren mit dem ersten anisotrop geformten Pulver, um eine anisotrope Perowskit-Verbindung zu erzeugen, die durch Formel (1): {Lix(K1-yNay)1-x} (Nb1-z-wTazSbw)O3 mit 0≤x≤0,2, 0≤y≤1, 0≤z≤0,4, 0≤w≤0,2 und x + z + w > 0 dargestellt ist, und (iii) irgendeines oder mehrerer Zusatzelemente ausgewählt aus Metallelementen, Halbmetallelementen, Übergangselementen, Edelmetallelementen und Erdalkalimetallelementen der Gruppen 2 bis 15 des Periodensystems, um dadurch ein Rohmaterialgemisch zu erzeugen, einem Formungsschritt des Formens des Rohmaterialgemisches derart, dass die Orientierungsebene des ersten anisotrop geformten Pulvers beinahe in der gleichen Richtung in dem geformten Körper orientiert ist, und einem Wärmebehandlungsschritt des Heizens des geformten Körpers, damit das erste anisotrop geformte Pulver und das erste Reaktionsrohmaterial reagieren und dadurch ein polykristalliner Körper erzeugt wird, der die durch Formel (1) dargestellte isotrope Perowskit-Verbindung aufweist und dessen Kristallkörner so orientiert sind, dass sie eine verwachsene Struktur zeigen, wobei im Mischschritt das Zusatzelement in einer Menge von 0,0001 bis 0,15 mol je Mol der durch Formel (1) dargestellten Verbindung zugegeben wird, und die Orientierungsebene der Orientierungsteilchen eine Gitteranpassung zu der speziellen Ebene besitzt, die in dem Kristallkorn orientiert ist, der den in dem Wärmebehandlungsschritt erhaltenen polykristallinen Körper bildet.
  17. Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik nach Anspruch 16, bei welcher die Orientierungsteilchen eine plattenartige Form besitzen.
  18. Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik nach Anspruch 16 oder 17, bei welcher die Orientierungsteilchen eine durch Formel (2) {Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3 mit 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 und 0≤w≤1 dargestellte Verbindungen aufweisen.
  19. Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 16 oder 18, bei welchem die Orientierungsebene der Orientierungsteilchen eine pseudo-kubische {100}-Ebene ist.
  20. Verfahren zum Herstellen einer kornorientierten Keramik nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem das Zusatzelement irgendeines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, W, Re, Pt, Au, Ir, Os, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn und Bi ist.
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