DE102007000459A1

DE102007000459A1 - Anisotrop geformtes Pulver, zugehöriges Herstellungsverfahren und Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik

Info

Publication number: DE102007000459A1
Application number: DE102007000459A
Authority: DE
Inventors: Toshiatsu Nagaya; Masaya Nakamura; Tatsuhiko Nonoyama; Daisuke Shibata; Hisaaki Takao; Yasuyoshi Saito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2027-08-23
Also published as: DE102007000459B4; CN101130462B; CN101130462A; US20080066496A1; JP2008074693A

Abstract

Es werden ein anisotrop geformtes Pulver, das aus orientierten Körnern besteht, bei denen eine spezifische Kristallebene (100) jedes Kristallkorns orientiert ist, ein zugehöriges Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik unter Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers offenbart. Das anisotrop geformte Pulver enthält als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (1): (KaNa1-a) (Nb1-bTab)O3 (wobei 0 <= a <= 0,8 und 0,02 <= b <= 0,4 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis. Bei der Herstellung des anisotrop geformten Pulvers wird eine wismutschichtartige Verbindung auf Perowskit-Basis bestimmter Zusammensetzung säurebehandelt; eine Quelle für K oder dergleichen wird zu der sich ergebenden säurebehandelten Substanz hinzugegeben; und das sich ergebende Gemisch wird erhitzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein anisotrop geformtes Pulver, das aus orientierten Körnern besteht, bei denen eine spezifische Kristallebene orientiert ist, das zugehörige Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers.
Im Stand der Technik hat es eine wachsende Nachfrage nach einem piezoelektrischen Material und dielektrischen Material mit günstigen piezoelektrischen Eigenschaften und dielektrischen Eigenschaften ohne Einschluss von Blei gegeben, das als eine umweltbelastende Substanz agiert. Als wahrscheinlichster Kandidat für ein solches Material spielt eine kristallorientierte Keramik der (Li, K, Na)(Nb, Ta, Sb)O₃-Familie eine vielversprechende Rolle.
Wie in dem US-Patent Nr. 6,692,652 offenbart ist, ist insbesondere eine kristallorientierte Keramik in Form einer durch die allgemeine Formel: (K_1-yNa_y) (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ w ≤ 1 gilt) dargestellten isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis entwickelt worden.
Wie in diesem Stand der Technik offenbart ist, kann die kristallorientierte Keramik hergestellt werden, indem ein durch die allgemeine Formel {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ w ≤ 1 gilt) dargestelltes plattenartiges Pulver, ein reaktiver Stoff und ein Sinterhilfsmittel (CuO) gemischt werden, damit sich eine Mischung ergibt, die Mischung zu lagenförmigen Kompaktkörpern geformt wird, die lagenförmigen Kompaktkörper in mehreren Stücken aufgeschichtet werden, um einen Schichtkörper zu bilden, der Schichtkörper pressgewalzt wird, der Schichtkörper entfettet wird, an dem Schichtkörper ein kaltisostatisches Pressen (CIP) ausgeübt wird und der Schichtkörper in Atmosphäre erhitzt wird.
Des Weiteren kann das plattenartige Pulver in einem Flussverfahren hergestellt werden, das eine durch die allgemeine Formel: (Bi₂O₂)² ⁺{Bi_0,5AM_m-1,5Nb_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und AM mindestens eines der Elemente Na, K und Li verkörpert) dargestellte wismutschichtartige Verbindung auf Perowskit-Basis verwendet.
Wie in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung Nr. 2004/0214723 offenbart ist, ist darüber hinaus eine isotrope kristallorientierte Keramik auf Perowskit-Basis mit einer durch die allgemeine Formel: {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0, 2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4 und 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellten Zusammensetzung entwickelt worden.
Bei der Herstellung solcher kristallorientierter Keramiken wurde von einem plattenartigen Pulver aus NaNbO₃ Gebrauch gemacht. Und zwar wurden das plattenartige Pulver und ein reaktiver Rohstoff gemischt, um dadurch ein Gemisch zu erzielen. Dann wurde das Gemisch zu Lagen geformt. Die mehreren sich ergebenden Lagen wurden aufgeschichtet, um einen Schichtkörper zu bilden. Anschließend wurde der Schichtkörper pressgewalzt, entfettet und einem kaltisostatischen Pressen (CIP) unterzogen. Der sich ergebende Schichtkörper wurde dann in Atmosphäre erhitzt, wodurch sich die kristallorientierte Keramik ergab.
Bei diesem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der kristallorientierten Keramik, das das durch die allgemeine Formel: {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb₁Ta_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ w ≤ 1 gilt) dargestellte plattenartige Pulver als eine Matrize verwendet, besteht die Notwendigkeit, eine verhältnismäßig große Menge Sinterhilfsmittel zu nutzen. Die Verwendung einer solchen großen Menge Sinterhilfsmittel lässt eine Verminderung der piezoelektrischen Eigenschaften der sich ergebenden kristallorientierten Keramik befürchten.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der kristallorientierten Keramik der Familie mit der Zusammensetzung aus (Li, K, Na)(Nb, Ta, Sb)O₃, das das aus NaNbO₃ bestehende plattenartige Pulver verwendet, besteht die Notwendigkeit, während des reaktiven Erhitzens eine Temperatursteuerung zwischen dem plattenartigen Pulver und dem reaktiven Stoff vorzunehmen, damit eine kristallorientierte Keramik erzielt wird, die bei einem erhöhten Orientierungsgrad von beispielsweise hohen 80% oder mehr eine hohe Dichte von beispielsweise hohen 95% oder mehr hat.
Die Temperatursteuerung muss insbesondere ein langsames Abkühlverfahren und ein zweistufiges Brennverfahren ausführen. Im langsamen Abkühlverfahren während eines Absinkens der Temperatur nach dem Erhitzen des Materials wird die Temperatur des Materials mit einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 20°C/Std. von einer Maximaltemperatur auf eine um 100°C niedrigere Temperatur als die Maximaltemperatur abgesenkt. Im zweistufigen Brennverfahren wird das Material während einer Erhitzungsstufe bei der Maximaltemperatur gehalten und zusätzlich 5 bis 10 Stunden lang bei einer um 20 bis 100°C niedrigeren Temperatur als die Maximaltemperatur gehalten.
Dies führt zu einem Zuwachs der für die Produktion der kristallorientierten Keramik benötigten Zeit, was eine Erhöhung der Produktionskosten befürchten lässt.
Wenn das aus NaNbO₃ bestehende plattenartige Pulver im Flussverfahren synthetisiert wird, wird ein großes Volumen an überschüssigem Bi₂O₃ erzeugt. Das plattenartige Pulver aus NaNbO₃ ergibt daher eine Masse, die mechanisch in einem Mörser pulverisiert werden muss. Es besteht somit das Problem, die plattenartige Pulverform dazu zu bringen, ein feinteiliges Pulver zu ergeben. Da das große Volumen an überschüssigem Bi₂O₃ erzeugt wird, bekommt das plattenartige Pulver aus NaNbO₃ außerdem eine raue Oberfläche, was zu dem Problem führt, dass es dem plattenartigen Pulver schwer fällt, entgegen einer Scherspannung orientiert zu werden, die in einer Phase vorhanden ist, in der das plattenartige Pulver in einen orientierten Zustand gebracht wird.
Zudem erfordert dieser Arbeitsprozess aufwändige Schritte wie die Wärmebehandlung, das Pulverisieren und die Beseitigung des Flussmittels, was zu dem Problem führt, dass die Produktionskosten steigen.
Wird die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des plattenartigen Pulvers nach dem Stand der Technik hergestellt, wurde außerdem der Schichtkörper, der aus dem Entfettungsschritt hervorging, unter dem Gesichtspunkt, die Dichte zu erhöhen, dem kaltisostatischen Pressen (CIP) und dem Brennen in Sauerstoff unterzogen. Darüber hinaus wurde der Schichtkörper, um den Orientierungsgrad zu erhöhen, dem Presswalzen unterzogen. Werden Arbeitsprozesse wie die CIP-Behandlung, das Sauerstoffbrennen und das Presswalzen eingeführt, besteht das Problem, dass die Produktionskosten der kristallorientierten Keramik steigen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte, um die obigen Probleme anzugehen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein anisotrop geformtes Pulver, das bei der Herstellung einer kristallorientierten Keramik mit hoher Dichte und hohem Orientierungsgrad auf einer ausgezeichneten Massenproduktionsbasis verwendet wird, das zugehörige Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik zur Verfügung zu stellen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht eine erste Ausgestaltung der Erfindung ein anisotrop geformtes Pulver vor, das ein anisotrop geformtes Pulver umfasst, das aus orientierten Körnern besteht, bei denen eine spezifische Kristallebene (100) jedes Kristallkorns orientiert ist, und das anisotrop geformte Pulver einen Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a) (Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält.
Das anisotrop geformte Pulver besteht aus den orientierten Körnern, die einen Hauptbestandteil aus der fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung in einer festgeschriebenen, durch die obige Formel ausgedrückten Zusammensetzung enthalten.
Das anisotrop geformte Pulver kann als eine Matrize verwendet werden, wenn eine kristallorientierte Keramik hergestellt wird. Dazu werden das anisotrop geformte Pulver und ein reaktives, mit dem anisotrop geformten Pulver reagierendes Material gemischt. Das sich ergebende Gemisch wird so ausgeformt, dass die Ebene {100} des anisotrop geformten Pulvers orientiert ist, und es wird dann erhitzt. Dies ermöglicht die Produktion der kristallorientierten Keramik, bei der eine spezifische Kristallebene jedes Kristallkorns orientiert ist.
Des Weiteren enthält das anisotrop geformte Pulver, wie in der oben beschriebenen Formel ausgedrückt ist, als wesentliche Metallelemente Na, Nb, Ta. Darüber hinaus weist das anisotrop geformte Pulver einen Hauptbestandteil aus der fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung in einer festgeschriebenen Zusammensetzung auf, die außerdem gezielt K enthalten kann. Wenn die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers hergestellt wird, kann die kristallorientierte Keramik daher mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und höherem Orientierungsgrad hergestellt werden, ohne das langsame Abkühlverfahren und das zweistufige Brennverfahren durchführen zu müssen, wie es der Stand der Technik verlangt. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers es, dass sich die kristallorientierte Keramik leicht verdichten lässt. Somit besteht beinahe keine Notwendigkeit, ein Sinterhilfsmittel zu verwenden. Dadurch ist es möglich, auf Fehler wie eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der kristallorientierten Keramik einzugehen. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers es, dass die kristallorientierte Keramik einen hohen Orientierungsgrad und eine hohe Dichte hat, ohne die Presswalzbehandlung, die kaltisostatische Behandlung und das Sauerstoffbrennen durchzuführen, wie es der Stand der Technik verlangt. Darüber hinaus wird dadurch auf das Problem der Beeinträchtigung des Oberflächenzustands des plattenartigen Pulvers aufgrund des Auftretens von feinem Pulver und der großen Menge an überschüssig erzeugtem Bi₂O₃ eingegangen, das auftreten würde, wenn das plattenartige NaNbO₃-Pulver des Stands der Technik verwendet wird.
Falls eine kristallorientierte Keramik mit einer komplizierten Zusammensetzung wie die der Familie aus (Li, K, Na)(Nb, Ta)O₃ hergestellt wird, indem das aus dem Stand der Technik bekannte, aus NaNbO₃ bestehende plattenartige Pulver verwendet wird, kommt es zudem leicht zu Schwankungen bei der Verteilungen eines Teils der Elemente wie K und Ta oder dergleichen, die die kristallorientierte Keramik bilden. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers gemäß der oben angegebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung die Bereitstellung einer kristallorientierten Keramik mit weniger Schwankungen bei den die kristallorientierte Keramik bildenden Elementen.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers vor, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (1):
(K_aNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt). dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die Kristallkörner aufweist, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das aus einer durch die allgemeine Formel (3):
(Bi₂O₂)²⁺(Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5 (Nb_1-bTa_b)_mO_3m+1)^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtförmigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht, Säurebehandeln des anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen, Hinzugeben zumindest einer Quelle für K und/oder einer Quelle für Na zur säurebehandelten Substanz, um ein Gemisch zu bilden, und Erhitzen des Gemisches in einem Flussmittel, das aus einem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung enthält den Säurebehandlungsschritt und den Erhitzungsschritt.
Im Säurebehandlungsschritt wird das in der anisotropen Form vorliegende Ausgangsrohstoffpulver, das durch die oben beschriebene allgemeine Formel (3) dargestellt wird, säurebehandelt. Dann werden im Erhitzungsschritt zu der sich ergebenden säurebehandelten Substanz zumindest die Quelle für K und/oder die Quelle für Na hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wird in dem Flussmittel erhitzt, das aus dem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht. Dies führt zur Produktion des anisotrop geformten Pulvers, das durch die oben angegebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird. Die Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers ermöglicht es, dass sich eine kristallorientierte Keramik leicht wie oben angegeben mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und erhöhtem Orientierungsgrad herstellen lässt.
Der Säurebehandlungsschritt ermöglicht die Beseitigung von Wismut aus der durch die allgemeine Formel (3) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis. Des Weiteren gibt es in dem Säurebehandlungsschritt Defekte wie einen Na-Defekt und/oder K-Defekt. Im Erhitzungsschritt können der aus dem Säurebehandlungsschritt entstandene Na-Defekt und/oder K-Defekt mit Alkalielementen, d.h. Na und/oder K, ersetzt werden. Infolgedessen kann das anisotrop geformte Pulver leicht in der durch die allgemeine Formel (1) dargestellten Zusammensetzung erzielt werden.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers vor, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (4): (K_dNa_1-d)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 < d ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (5): Na (Nb_1-eTa_e)O₃ (wobei 0,02 ≤ e ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist, Hinzugeben zumindest einer Quelle für K zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver, um ein Rohstoffgemisch zu bilden, und Erhitzen des Rohstoffgemisches in einem Flussmittel, das aus einem KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung enthält den Präparierschritt und den Erhitzungsschritt.
Im Präparierschritt wird das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver in der durch die allgemeine Formel (5) dargestellten Zusammensetzung präpariert. Dann wird im Erhitzungsschritt zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver zumindest die Quelle für K hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wird in dem Flussmittel erhitzt, das den Hauptbestandteil aus KCl aufweist. Dies führt zur Produktion des durch die allgemeine Formel (4) dargestellten anisotrop geformten Pulvers. Die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers ermöglicht es, dass sich leicht eine kristallorientierte Keramik mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und erhöhtem Orientierungsgrad herstellen lässt. Darüber hinaus entspricht das durch die allgemeine Formel (4) dargestellte anisotrop geformte Pulver, das mit dem Verfahren gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden kann, dem anisotrop geformten Pulver, das mit der ersten und zweiten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden kann, wenn in der oben beschriebenen allgemeinen Formel (1) a ≠ 0 ist. Das heißt, dass das Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung in einem Fall angewendet werden kann, in dem das anisotrop geformte Pulver in einer Zusammensetzung mit a ≠ 0 in der oben beschriebenen allgemeinen Formel (1) hergestellt wird.
Eine vierte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers vor, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (6): (Ka_aNa_1-a)NbO₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (7):
(Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist, Säurebehandeln des anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen, Hinzugeben zumindest einer Quelle für K und/oder einer Quelle für Na zu der säurebehandelten Substanz, um ein säurebehandeltes Gemisch zu bilden, und Erhitzen des säurebehandelten Gemisches in einem Flussmittel, das aus einem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung enthält den Säurebehandlungsschritt und den Erhitzungsschritt.
Im Säurebehandlungsschritt wird das in der anisotropen Form vorliegende Ausgangsrohstoffpulver, das durch die oben beschriebene allgemeine Formel (7) dargestellt wird, säurebehandelt. Dann werden im Erhitzungsschritt zu der sich ergebenden säurebehandelten Substanz zumindest die Quelle für K und/oder die Quelle für Na hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wird in dem Flussmittel erhitzt, das aus dem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht. Dies führt zu der Produktion des durch die oben angegebene allgemeine Formel (6) dargestellten anisotrop geformten Pulvers. Die Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers ermöglicht es, dass sich wie oben angegeben leicht eine kristallorientierte Keramik mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und erhöhtem Orientierungsgrad herstellen lässt. Darüber hinaus entspricht das durch die allgemeine Formel (6) dargestellte anisotrop geformte Pulver, das mit dem Verfahren gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden kann, dem mit der ersten und zweiten Ausgestaltung der Erfindung hergestellten anisotrop geformten Pulver, wenn in der oben beschriebenen allgemeinen Formel (1) b = 0 ist. Das heißt, dass das Herstellungsverfahren gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung in einem Fall angewendet werden kann, in dem das anisotrop geformte Pulver in einer Zusammensetzung mit b = 0 in der oben beschriebenen allgemeinen Formel (1) hergestellt wird.
Der Säurebehandlungsschritt ermöglicht wie bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung die Beseitigung von Wismut aus der durch die allgemeine Formel (7) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis. Des Weiteren treten im Säurebehandlungsschritt wie beim Ergebnis der zweiten Ausgestaltung der Erfindung Defekte wie ein Na-Defekt und/oder K-Defekt auf. Der sich aus dem Säurebehandlungsschritt ergebende Na-Defekt und/oder K-Defekt kann im Erhitzungsschritt mit Alkalielementen, d.h. Na und/oder K, ersetzt werden. Infolgedessen kann das anisotrop geformte Pulver leicht in der durch die allgemeine Formel (6) dargestellten Zusammensetzung erzielt werden.
Eine fünfte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers vor, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (8): (K_fNa_1-f)NbO₃ (wobei 0 < f ≤ 0,8 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil aus NaNbO₃ besteht, das orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist, Hinzugeben zumindest einer Quelle für K zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver, um ein Rohstoffgemisch zu bilden, und Erhitzen des Rohstoffgemisches in einem Flussmittel, das aus einem KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Das Herstellungsverfahren gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung enthält den Präparierschritt und den Erhitzungsschritt.
Im Präparierschritt wird das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver in der Zusammensetzung, die den Hauptbestandteil aus NaNbO₃ aufweist, präpariert. Dann wird im Erhitzungsschritt zumindest die Quelle für K zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wird in dem Flussmittel erhitzt, das den Hauptbestandteil aus KCl aufweist. Dies führt zur Produktion des durch die allgemeine Formel (8) dargestellten anisotrop geformten Pulvers. Die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers ermöglicht es, dass sich eine kristallorientierte Keramik leicht mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und erhöhtem Orientierungsgrad herstellen lässt. Darüber hinaus entspricht das durch die allgemeine Formel (8) dargestellte anisotrop geformte Pulver, das mit dem Verfahren gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung hergestellt werden kann, dem mit der ersten und zweiten Ausgestaltung der Erfindung hergestellten anisotrop geformten Pulver, wenn in der oben beschriebenen allgemeinen Formel a ≠ 0 und b = 0 ist. Das heißt, dass das Herstellungsverfahren gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung in einem Fall angewendet werden kann, in dem das anisotrop geformte Pulver in einer Zusammensetzung mit a ≠ 0 und b = 0 in der oben beschriebenen allgemeinen Formel (1) hergestellt wird.
Eine sechste Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik vor, die eine polykristalline Substanz mit einer Hauptphase aufweist, die eine durch die allgemeine Formel (2): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Mischen eines anisotrop geformten Pulvers und eines reaktiven Stoffs, der mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, damit sich die durch die allgemeine Formel (2) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, um ein Rohstoffgemisch zu präparieren, Formen des Rohstoffgemisches zu einem Kompaktkörper, um dem anisotrop geformten Pulver zu ermöglichen, Kristallebenen {100} zu haben, die im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind, und Brennen des Kompaktkörpers unter Erhitzen desselben, damit das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Stoff miteinander zum Sintern reagieren, um die kristallorientierte Keramik zu bilden. Das anisotrop geformte Pulver umfasst das in Anspruch 1 definierte anisotrop geformte Pulver oder das in einem der Ansprüche 3 bis 12 definierte anisotrop geformte Pulver.
Eine siebte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik vor, die aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase besteht, die eine durch die allgemeine Formel (2):
{Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte Mischen eines anisotrop geformten Pulvers und eines reaktiven Stoffs, der mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, damit sich die durch die allgemeine Formel (2) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, um ein Rohstoffgemisch zu präparieren, Formen des Rohstoffgemisches zu einem Kompaktkörper, um dem anisotrop geformten Pulver zu ermöglichen, Kristallebenen {100} zu haben, die im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind, und Brennen des Kompaktkörpers durch Erhitzen desselben, damit das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Stoff miteinander zum Sintern reagieren, um die kristallorientierte Keramik zu bilden. Das anisotrop geformte Pulver umfasst eine säurebehandelte Substanz, die durch Säurebehandeln eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers erzielt wird, das aus einer durch die allgemeine Formel (9):
(Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-gTa_g)_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0 ≤ g ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht.
Die sechste und siebte Ausgestaltung der Erfindung enthalten jeweils den Mischschritt, den Formschritt und den Brennschritt. Bei der sechsten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das anisotrop geformte Pulver eine säurebehandelte Substanz, die durch Säurebehandeln des anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers erzielt wird, das aus der durch die allgemeine Formel (9):
(Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-gTa_g)_mO_3m+1)^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0 ≤ g ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht.
Die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers ermöglicht es, die kristallorientierte Keramik mit einer Struktur mit erhöhter Dichte und einem hohen Orientierungsgrad herzustellen, ohne das langsame Abkühlverfahren und das zweistufige Brennverfahren durchführen zu müssen, wie es der Stand der Technik verlangt. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers es, die kristallorientierte Keramik leicht zu verdichten. Somit besteht fast keine Notwendigkeit, ein Sinterhilfsmittel zu nutzen. Dies führt zu der Fähigkeit, auf Defekte wie eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der kristallorientierten Keramik einzugehen. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers es, dass die kristallorientierte Keramik einen hohen Orientierungsgrad und eine hohe Dichte hat, ohne dass die Presswalzbehandlung, die kaltisostatische Behandlung und das Sauerstoffbrennen durchgeführt werden müssen, wie es der Stand der Technik verlangt. Darüber hinaus geht dies auf das Problem der Beeinträchtigung des Oberflächenzustands des plattenartigen Pulvers aufgrund des Auftretens von feinem Pulver und der großen Menge an überschüssig erzeugtem Bi₂O₃ ein, das auftreten würde, wenn das plattenartige Pulver NaNbO₃ nach dem Stand der Technik verwendet wird. Darüber hinaus hat die kristallorientierte. Keramik im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten plattenartigen Pulver aus NaNbO₃ eine Zusammensetzung nahe an der des reaktiven Stoffs, was zu einer höheren Homogenität bei der Zusammensetzung der kristallorientierten Keramik führen kann.
Folglich kann mit der sechsten und siebten Ausgestaltung der Erfindung die kristallorientierte Keramik in einer Zusammensetzung mit hervorragender Homogenität hergestellt werden. Außerdem kann die kristallorientierte Keramik eine hervorragende Homogenität bei der Zusammensetzung haben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von einem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 1 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
2 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 2 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
3 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 3 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
4 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 5 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
5 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines in einem Vergleichsbeispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
6 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 6 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
7 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 7 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
8 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 8 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
9 ist eine Zeichnungsersatzfotografie von dem Rasterelektronenmikroskop (REM), die die Oberflächengestalt eines im Beispiel 9 der Erfindung präparierten anisotrop geformten Pulvers zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Konzentrationsverteilung (für eine Konzentration bezogen auf Atom-% und eine Summe von ein A-Platz-Element ersetzendem K und Na) von K zeigt, das in verschiedenen als Versuchsbeispiele hergestellten Mustern (Muster E3, Muster C1 und Muster C3) enthalten ist.
11 ist ein Diagramm, das eine Konzentrationsverteilung (für eine Konzentration bezogen auf Atom-% und eine Summe an ein B-Platz-Element ersetzendem Nb, Ta und Sb) von Ta zeigt, das in verschiedenen als Versuchsbeispiele hergestellten Mustern (Muster E3, Muster C1 und Muster C3) enthalten ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden unten nun ausführlich gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung ein anisotrop geformtes Pulver, ein zugehöriges Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik unter Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers beschrieben. Allerdings versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die unten beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung beschränkt ist und dass das technische Konzept der Erfindung in Kombination mit anderen bekannten Technologien oder anderen Technologien mit einer zu diesen bekannten Technologien äquivalenten Funktionsweise Anwendung finden kann.
Erste Ausgestaltung der Erfindung
Unten wird nun ausführlich ein anisotrop geformtes Pulver gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung enthält das anisotrop geformte Pulver einen Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a) (Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis.
Das mit einer solchen Zusammensetzung ausgebildete anisotrop geformte Pulver kann bei der Herstellung einer kristallorientierten Keramik verwendet werden, die aus Kristallkörnern besteht, bei denen eine spezifische Kristallebene jedes den Polykristall bildenden Kristallkorns orientiert ist.
Bei der Herstellung der kristallorientierten Keramik unter Verwendung des oben genannten anisotrop geformten Pulvers werden die folgenden Schritte auf die unten beschriebene Weise durchgeführt.
Und zwar wird zunächst ein reaktiver Rohstoff präpariert, der beim Erhitzen mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert. Das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff werden gemischt, wodurch ein Rohstoffgemisch gebildet wird.
Dann wird das Rohstoffgemisch in geeignete Strukturen wie beispielsweise Lagen geformt, die wiederum derart zu einem Kompaktkörper geformt werden, dass Kristallebenen {100} des anisotrop geformten Pulvers im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind. Anschließend wird der Kompaktkörper erhitzt, damit das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff miteinander reagieren, wodurch eine kristallorientierte Keramik in einer Zielzusammensetzung erzielt werden kann.
Bei der Erfindung bedeutet der Ausdruck „anisotrop geformt", so wie er hier verwendet wird, dass ein Bestandteil in einer Längsachse eine größere Abmessung als in einer Querachse oder Dickenrichtung hat. Und zwar schließen Beispiele des „anisotrop geformten" Aufbaus vorzugsweise eine plattenartige Form, eine säulenartige Form, eine schuppenartige Form und eine nadelartige Form usw. ein.
Beispiele der orientierten Körner können vorzugsweise Körner einschließen, die eine Form haben, die sich in der Phase eines Formschritts leicht in einer bestimmten Richtung orientieren lässt. Daher können die orientierten Körner vorzugsweise ein mittleres Längenverhältnis von mehr als 3 haben. Falls das mittlere Längenverhältnis weniger als 3 beträgt, fällt es dem anisotrop geformten Pulver schwer, in einer Richtung orientiert zu werden. Um eine kristallorientierte Keramik mit einem weiter erhöhten Orientierungsgrad zu erzielen, können die orientierten Körner vorzugsweise ein Längenverhältnis von mehr als 5 haben. Der Ausdruck „Längenverhältnis" bezieht sich, so wie er hier verwendet wird, auf den Mittelwert einer maximalen Abmessung/minimalen Abmessung jedes orientierten Korns.
Des Weiteren ist es wahrscheinlich, dass sich das orientierte Korn während des Formschritts umso leichter in einer Richtung orientieren lässt, je größer das mittlere Längenverhältnis des orientierten Korns ist. Falls die orientierten Körner jedoch ein übermäßig großes Längenverhältnis haben, ist zu befürchten, dass die orientierten Körner während des Mischschritts reißen. Dies führt zu Schwierigkeiten, den Formschritt zustande zu bringen, in dem der Kompaktkörper erzielt wird, bei dem die orientierten Körner orientiert bleiben. Infolgedessen können die orientierten Körner vorzugsweise ein mittleres Längenverhältnis von weniger als 100 haben. Dieser Wert kann vorzugsweise bei einem Wert von weniger als 50 und besser noch bei einem Wert von weniger als 30 liegen.
Wenn eine kristallorientierte Keramik unter Verwendung der orientierten Körner hergestellt wird, die von der sechsten und der siebten Ausgestaltung der Erfindung erzielt werden, werden zudem die orientierten Körner und der reaktive Rohstoff dazu gebracht, während eines Brennschritts miteinander zu reagieren und zu sintern, um dadurch die kristallorientierte Keramik zu bilden. Falls die orientierten Körner in diesem Fall übermäßig groß sind, dann wachsen die Kristallkörner zu einer großen Größe an. Dies lässt befürchten, dass es zu einer Verminderung der Festigkeit der kristallorientierten Keramik kommt. Dementsprechend können die orientierten Körner vorzugsweise eine maximale Längsabmessung von weniger als 30 μm haben. Die maximale Längsabmessung der orientierten Körner kann besser noch weniger als 20 μm und noch besser weniger als 15 μm betragen. Falls die orientierten Körner jedoch übermäßig klein sind, dann wachsen die Kristallkörner zu einer geringen Größe an, was befürchten lässt, dass es zu einer Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der sich ergebenden kristallorientierten Keramik kommt. Dementsprechend können die orientierten Körner vorzugsweise eine maximale Längsabmessung von mehr als 0,5 μm haben. Die maximale Längsabmessung der orientierten Körner kann besser noch mehr als 1 μm und noch besser mehr als 2 μm betragen.
Des Weiteren kann das anisotrop geformte Pulver bei der Erfindung vorzugsweise zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik durch Mischen des anisotrop geformten Pulvers mit einem reaktiven, mit dem anisotrop geformten Pulver reagierenden Rohstoffs verwendet werden, um ein Rohstoffgemisch zu bilden. Das Rohstoffgemisch wird dann erhitzt, damit sich die kristallorientierte Keramik ergibt, die aus einer polykristallinen Substanz besteht, die eine isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis mit einer durch die allgemeine Formel (2): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x) (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellten Hauptphase enthält, wobei ein die polykristalline Substanz bildendes Kristallkorn eine Kristallebene {100) aufweist, die orientiert ist.
In diesem Fall ermöglicht die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers es, dass die kristallorientierte Keramik in der durch die oben angegebene allgemeine Formel (2) dargestellten Zusammensetzung erzielt wird, die eine hohe Dichte und einen hohen Orientierungsgrad mit gesteigerten piezoelektrischen Eigenschaften hat.
Der Ausdruck „die spezifische Kristallebene ist orientiert" bedeutet, so wie er hier verwendet wird, dass die jeweiligen Kristallkörner in einem Zustand orientiert sind (nachstehend als „Ebenenorientierung" bezeichnet), in dem spezifische Kristallebenen der Verbindung auf Perowskit-Basis an zueinander parallelen Ebenen ausgerichtet sind.
Falls die Verbindung auf Perowskit-Basis ein tetragonales Kristallsystem aufweist, kann die spezifische Kristallebene ferner vorzugsweise in einer pseudokubischen {100}-Ebene orientiert sein. Dies führt zu einer weiteren Steigerung der piezoelektrischen Eigenschaften oder dergleichen der kristallorientierten Keramik.
Der Begriff „pseudokubisch {HKL}" steht, so wie er hier verwendet wird, für die Tatsache, dass die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis etwa wie ein tetragonaler Kristall, ein orthorhombischer Kristall und ein trigonaler Kristall usw. strukturell gegenüber einem kubischen Kristall leicht verformt ist und dass eine solche Verformung in einem kleinen Bereich erfolgt, wobei die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis als der kubische Kristall angesehen wird und in Miller-Indizes angegeben wird.
Sind die spezifischen Kristallebenen in der Ebenenorientierung strukturiert, kann der Ebenenorientierungsgrad basierend auf dem durch die folgende Formel (1) ausgedrückten Lotgering-Verfahren als ein mittlerer Orientierungsgrad F (HKL) ausgedrückt werden:
In Formel (1) stellt ΣI(hkl) eine Gesamtsumme der Röntgenbeugungsintensität aller Kristallebenen (hkl) dar, die für die kristallorientierte Keramik gemessen wurde.
ΣI₀(hkl) stellt eine Gesamtsumme der Röntgenbeugungsintensität aller Kristallebenen (hkl) dar, die für eine nicht-orientierte piezoelektrische Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik gemessen wurde. Des Weiteren stellt ΣI(HKL) eine Gesamtsumme der Röntgenbeugungsintensität spezifischer Kristallebenen (HKL) dar, die kristallografisch äquivalent zu denen der kristallorientierten Keramik sind. ΣI₀(HKL) stellt die Gesamtsumme der Röntgenbeugungsintensität dar, die kristallografisch äquivalent zu denen ist, die für die nicht-orientierte piezoelektrische Keramik mit der gleichen Zusammensetzung wie die kristallorientierte Keramik gemessen wurde.
Unter Umständen, unter denen die den Polykristall bildenden Kristallkörner in einer nicht-orientierten Struktur ausgebildet sind, liegt die mittlere Orientierung F(HKL) demnach bei 0%. In einem Fall, in dem die Ebenen (HKL) der den Polykristall bildenden Kristallkörner parallel zu den gemessen Oberflächen orientiert sind, liegt die mittlere Orientierung F(HKL) dagegen bei 100%.
Die kristallorientierte Keramik wächst derart, dass die Leistungsmerkmale umso höher sind, je größer der Anteil der orientierten Kristallkörner ist. Um gute piezoelektrische Eigenschaften zu erzielen, wenn beispielsweise die spezifischen Kristallebenen dazu gebracht werden, sich zu orientieren, kann der mittlere Orientierungsgrad F(HKL), der auf dem in der Formel (1) ausgedrückten Lotgering-Verfahren basiert, vorzugsweise einen Wert von größer als 80% haben. Der mittlere Orientierungsgrad F(HKL) kann besser noch einen Wert von mehr als 90% haben.
Des Weiteren kann die zu orientierende spezifische Kristallebene vorzugsweise eine Ebene umfassen, die senkrecht zur Polarisationsachse ist.
Bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung weist das anisotrop geformte Pulver einen Hauptbestandteil auf, der aus einer durch die allgemeine Formel (1):
(K_aNa_1-a) (Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, wobei eine spezifische Kristallebene jedes den Polykristall bildenden Kristallkorns orientiert ist.
Falls in der obigen Formel (1) a > 0,8 ist, kommt es zu einer Verringerung des Schmelzpunkts des anisotrop geformten Pulvers. Dies lässt befürchten, dass es Schwierigkeiten gibt, eine kristallorientierte Keramik mit erhöhtem Orientierungsgrad zu erzielen, wenn die kristallorientierte Keramik unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers hergestellt wird. Falls b < 0,02 ist, besteht zudem unter dem Gesichtspunkt, eine kristallorientierte Keramik mit hoher Dichte und hohem Orientierungsgrad zu erzielen, die Notwendigkeit, das Presswalzen oder die CIP-Behandlung oder dergleichen vorzunehmen, wie es der Stand der Technik verlangt.
Falls dagegen b > 0,4 ist, weist die unter Verwendung des anisotrop geformten Pulvers erzielte kristallorientierte Keramik einen übermäßig großen Anteil an Ta auf. Dies führt zu einer Verringerung der Curie-Temperatur. Somit ist zu befürchten, dass es zu Schwierigkeiten bei der Nutzung eines solchen Materials als piezoelektrisches Material von Elektrogeräten und Kraftfahrzeugkomponenten kommt, die unter hohen Umgebungstemperaturen arbeiten.
Zweite Ausgestaltung der Erfindung
Das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung enthält einen Säurebehandlungsschritt und einen Erhitzungsschritt. Der Säurebehandlungsschritt und der Erhitzungsschritt werden ausgeführt, um ein anisotrop geformtes Pulver herzustellen, das aus einem Hauptbestandteil besteht, der eine isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält, die durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a) (Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellt wird und Kristallkörner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene jedes Kristallkorns orientiert ist.
Im Säurebehandlungsschritt wird durch Säurebehandeln eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das aus einer durch die allgemeine Formel (3):
(Bi₂O₂)²⁺(Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-bTa_b)_mO_3m+1)^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht, eine säurebehandelte Substanz erzielt.
Der Wert von „b" in der obigen allgemeinen Formel (3) hat den gleichen Wert wie der von „b" in der obigen allgemeinen Formel (1). Das heißt, dass für das Ausgangsrohstoffpulver von einer wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis Verwendung gemacht wird, die ein Atomverhältnis von Nb und Ta hat, das zu dem des anisotrop geformten Pulvers mit der durch die oben angegebene allgemeine Formel (1) dargestellten Zielzusammensetzung äquivalent ist.
Falls die Werte von „b" oder „c" außerhalb der festgeschriebenen Bereiche in der allgemeinen Formel (3) liegen, ist zu befürchten, dass es Schwierigkeiten bereitet, das anisotrop geformte Pulver in der durch die allgemeine Formel (1) angegebenen Zielzusammensetzung zu erzielen.
Falls darüber hinaus der Wert von „m" übermäßig ansteigt, ist zu befürchten, dass in einem Synthetisierungsschritt neben der Bildung des anisotrop geformten Pulvers in der Zusammensetzung der wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis nicht-anisotrope Perowskit-Pulverteilchen auftreten. Dementsprechend kann der Wert von „m" unter dem Gesichtspunkt, die Ausbeute an anisotrop geformtem Pulver zu erhöhen, vorzugsweise bei einer Ganzzahl von weniger als 15 liegen.
Des Weiteren kann die Säurebehandlung erfolgen, indem der Ausgangsrohstoff beispielsweise mit einer Säure wie Salzsäure oder dergleichen in Kontakt gebracht wird. Und zwar kann die Säurebehandlung vorzugsweise beispielsweise die Schritte Erhitzen des Ausgangsrohstoffs in Säure und Mischen des Ausgangsrohstoffs, während er erhitzt wird, enthalten.
Im Erhitzungsschritt werden zu der säurebehandelten Substanz zudem zumindest eine Quelle für K und/oder eine Quelle für Na hinzugegeben, um für ein Gemisch zu sorgen, das wiederum in einem Flussmittel erhitzt wird, das einen aus NaCl und/oder KCl bestehenden Hauptbestandteil enthält.
Beispiele der Quelle für K können vorzugsweise eine Verbindung einschließen, die wie beispielsweise K₂CO₃ und KHCO₃ oder dergleichen zumindest ein Element K enthält. Darüber hinaus können Beispiele der Quelle für Na vorzugsweise eine Verbindung enthalten, die wie beispielsweise Na₂CO₃ und NaHCO₃ oder dergleichen zumindest ein Element Na enthält.
Außerdem können die Quelle für K und/oder die Quelle für Na vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 bis 5 Mol bei einer Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, pro 1 Mol der durch die allgemeine Formel (3) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis zur säurebehandelten Substanz hinzugegeben werden.
Wird die wismutschichtartige Verbindung auf Perowskit-Basis der Säurebehandlung unterzogen, wird eine Wismutschicht in der Säure unter Wasserstoffaustausch aufgelöst und wird Wismut, das in einer Perowskit-Schicht enthalten ist, in Säure aufgelöst. Gleichzeitig wird außerdem zumindest ein Teil des K und/oder Na in der Perowskit-Schicht in Säure aufgelöst. Dies ermöglicht die Bildung eines Na-Defekts und/oder K-Defekts. Dadurch hat die säurebehandelte Substanz eine komplizierte Struktur, die eine Struktur einer Verbindung auf Perowskit-Basis beinhaltet. Falls die säurebehandelte Struktur in diesem Fall als eine Verbindung ABO_α auf Perowskit-Basis identifiziert wird, dann gilt der Zusammenhang A/B = 0,35 bis 0,65 (wobei A eine Gesamtmolzahl von K und Na ist, B eine Gesamtmolzahl von Nb und Ta ist und α durch 2 < α < 4,5 ausgedrückt wird). Falls eine Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle von K und/oder der Quelle von Na enthalten sind, weniger als 1 Mol beträgt, fällt es dem Na-Defekt und/oder dem K-Defekt in der säurebehandelten Substanz dementsprechend schwer, ausreichend durch K und/oder Na ersetzt zu werden. Deswegen ist zu befürchten, dass es zu einer Zunahme der Zahl an A-Platz-Defekten in der durch die allgemeine Formel (1) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung kommt. Falls eine Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, mehr als 5 Mol beträgt, dann werden die anisotrop geformten Pulverteilchen wahrscheinlich während der Erhitzungsbehandlung im Flussmittel zusammenschmelzen.
Dritte Ausgestaltung der Erfindung
Als Nächstes wird unten eine dritte Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
Gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Herstellungsverfahren den Präparierschritt und den Erhitzungsschritt zum Herstellen eines anisotrop geformten Pulvers, das aus einem Hauptbestandteil besteht, der eine durch die allgemeine Formel (4): (K_dNa_1-d)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 < d ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist.
In der allgemeinen Formel (4) haben „d" und „b" Bereiche, die die gleiche kritische Bedeutung wie die Bereiche „a" und „b" in der allgemeinen Formel (1) haben. Darüber hinaus kann das Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung nicht bei d = 0 angewendet werden.
In dem oben beschriebenen Präparierschritt wird ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver präpariert, das einen Hauptbestandteil enthält, der aus einer durch die allgemeine Formel (5): Na (Nb_1-eTa_e)O₃ (wobei 0,02 ≤ e ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist.
In der allgemeinen Formel (5) kann „e" einen Wert einnehmen, der gleich wie oder anders als der Wert von „b" in der allgemeinen Formel (4) ist. Falls in der allgemeinen Formel (5) e < 0,02 oder e > 0,4 ist, ist zu befürchten, dass sich Schwierigkeiten einstellen, das anisotrop geformte Pulver in der durch die allgemeine Formel (4) dargestellten Zielzusammensetzung zu erzielen.
Während des oben beschriebenen Erhitzungsschritts wird zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver zudem zumindest die Quelle für K hinzugegeben, um für ein Gemisch zu sorgen, das wiederum in einem Flussmittel erhitzt wird, das einen Hauptbestandteil aus KCl enthält.
Beispiele der Quelle für K können vorzugsweise den gleichen Bestandteil einschließen, wie in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird.
Darüber hinaus kann das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver während des Erhitzungsschritts vorzugsweise neben der Quelle für K mit einer Quelle für Nb und/oder einer Quelle für Ta ergänzt werden.
In diesem Fall ermöglicht die Zugabe solcher Bestandteile die Unterdrückung von durch den Erhitzungsschritt hervorgerufenen Nebenprodukten. Dies erhöht den Gehalt der durch die allgemeine Formel (4) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung im anisotrop geformten Pulver.
Beispiele der Quelle für Nb können vorzugsweise eine Nb enthaltende Verbindung wie beispielsweise Nb₂O₅ oder dergleichen einschließen. Beispiele der Quelle für Ta können vorzugsweise eine Ta enthaltende Verbindung wie beispielsweise Ta₂O₅ oder dergleichen einschließen.
Außerdem können die Quelle für K, die Quelle für Nb und die Quelle für Ta vorzugsweise in einem solchen Mischungsverhältnis zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver hinzugegeben werden, dass ein Atomverhältnis einer Summe eines Elements Nb und eines Elements Ta, die in den Quellen vorhanden sind, und ein Atomverhältnis eines Elements K ein Verhältnis von 1 : 1 haben.
Ein solches Mischungsverhältnis ermöglicht es, die Bildung von Nebenprodukten weiter zu unterdrücken. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung des Gehalts der durch die allgemeine Formel (4) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung im anisotrop geformten Pulver.
Vierte Ausgestaltung der Erfindung
Als Nächstes wird unten ausführlich ein Herstellungsverfahren gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
Gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Herstellungsverfahren den Säurebehandlungsschritt und den Erhitzungsschritt zum Herstellen des anisotrop geformten Pulvers, das aus einem Hauptbestandteil besteht, der eine durch die allgemeine Formel (6): (Ka_aNa_1-a) NbO₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist.
Im Säurebehandlungsschritt wird ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung einer durch die allgemeine Formel (7):
(Bi₂O₂)² ⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis präpariert. Dann wird das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver säurebehandelt, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen.
Falls der Wert von „c" in der allgemeinen Formel (7) außerhalb des oben genannten festgeschriebenen Bereichs liegt, ist zu befürchten, dass sich Schwierigkeiten einstellen, das anisotrop geformte Pulver in der durch die allgemeine Formel (6) dargestellten Zielzusammensetzung zu erzielen.
Falls darüber hinaus der Wert von „m" übermäßig hoch ist, ist zu befürchten, dass während des Synthetisierungsschritts neben der Bildung des anisotrop geformten Pulvers der wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis nicht-anisotrop geformte feine Perowskit-Teilchen auftauchen. Dementsprechend kann der Wert von „m" unter dem Gesichtspunkt, eine bessere Ausbeute der anisotrop geformten Teilchen zu erzielen, vorzugsweise bei einer Ganzzahl von weniger als 15 liegen.
Des Weiteren kann die Säurebehandlung in dem Verfahren des Ausgangsrohstoffs in der gleichen Säure erfolgen, wie sie bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird, während selbige erhitzt wird.
Während des Erhitzungsschritts wird zu der säurebehandelten Substanz zumindest eine Quelle für K und/oder eine Quelle für Na hinzugegeben, um für ein Gemisch zu sorgen, das wiederum in einem Flussmittel erhitzt wird, das einen aus NaCl und/oder KCl bestehenden Hauptbestandteil enthält.
Beispiele der Quelle für K und der Quelle für Na können vorzugsweise die gleiche Zusammensetzung enthalten, wie bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird.
Des Weiteren können die Quelle für K und/oder die Quelle für Na vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 bis 5 Mol bei einer Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, pro 1 Mol der durch die allgemeine Formel (7) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis zur säurebehandelten Substanz hinzugegeben werden.
Falls die Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, weniger als 1 Mol beträgt, fällt es einem Na-Defekt und/oder einem K-Defekt in der säurebehandelten Substanz schwer, ausreichend durch K und/oder Na ersetzt zu werden. Dies lässt eine Zunahme der Anzahl an A-Platz-Defekten in der durch die allgemeine Formel (6) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung befürchten. Falls dagegen die Summe des Elements K und des Elements Na größer als 5 Mol ist, werden die anisotrop geformten Pulverteilchen wahrscheinlich während der Erhitzungsbehandlung im Flussmittel zusammenschmelzen.
Fünfte Ausgestaltung der Erfindung
Als Nächstes wird unten ausführlich ein Herstellungsverfahren gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
Gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung enthält das Herstellungsverfahren den Präparierschritt und den Erhitzungsschritt, die beide oben genannt wurden, um ein anisotrop geformtes Pulver herzustellen, das aus einem Hauptbestandteil besteht, das eine durch die allgemeine Formel (8): (K_fNa_1-f)NbO₃ (wobei 0 < f ≤ 0,8 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist.
In der allgemeinen Formel (8) hat „f" die gleiche kritische Bedeutung wie „a" in der oben allgemeinen Formel (1). Falls „f = 0" ist, dann kann das Herstellungsverfahren gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung nicht angewendet werden.
In dem oben beschriebenen Präparierschritt wird ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver mit einem NaNbO₃ enthaltenden Hauptbestandteil präpariert, der orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist.
Während des oben beschriebenen Erhitzungsschritts wird zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver zumindest eine Quelle für K hinzugegeben, wobei das sich ergebende Gemisch in einem Flussmittel erhitzt wird, das einen Hauptbestandteil aus KCl enthält.
Beispiele der Quelle für K können vorzugsweise den gleichen Bestandteil einschließen, wie in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird.
Darüber hinaus kann das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver im Erhitzungsschritt neben der Quelle für K vorzugsweise mit einer Quelle für Nb ergänzt werden.
In diesem Fall ermöglicht die Zugabe eines solchen Bestandteils die Unterdrückung der Bildung von durch den Erhitzungsschritt verursachten Nebenprodukten. Daneben erhöht dies leicht den Gehalt der durch die allgemeine Formel (8) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung im anisotrop geformten Pulver.
Beispiele der Quelle für Nb können vorzugsweise eine Nb enthaltende Verbindung wie beispielsweise Nb₂O₅ oder dergleichen einschließen.
Des Weiteren können die Quelle für K und die Quelle für Nb vorzugsweise in einem solchen Mischungsverhältnis zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver hinzugegeben werden, dass ein Atomverhältnis eines Elements K und ein Atomverhältnis eines Elements Nb, die in den Quellen vorhanden sind, ein Verhältnis von 1 : 1 haben.
In diesem Fall ermöglicht ein solches Mischungsverhältnis eine weitere Unterdrückung von Nebenprodukten, wodurch der Gehalt der durch die allgemeine Formel (8) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung im anisotrop geformten Pulver erhöht wird.
Sechste und siebte Ausgestaltung der Erfindung
Als Nächstes werden unten ausführlich Herstellungsverfahren gemäß einer sechsten und einer siebten Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.
Gemäß der sechsten und siebten Ausgestaltung der Erfindung enthält jedes der Herstellungsverfahren den Mischschritt, den Formschritt und den Sinterschritt, die oben genannt sind, um eine kristallorientierte Keramik herzustellen, die aus einem Polykristall mit einer Hauptphase besteht, die als eine durch die allgemeine Formel (2):
{Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ausgebildet ist, die Kristallkörner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes den Polykristall bildenden Kristallkorns orientiert ist.
Der Begriff „isotrop" bezieht. sich, so wie er hier verwendet wird, auf eine Phase, in der die relativen Verhältnisse von Axiallängen „a", „b" und „c" bei einer anhand eines pseudokubischen Gitters angegebenen Struktur ABO₃ auf Perowskit-Basis in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 liegen, wobei die Axialwinkel α, β, γ bei einem Wert von 80 bis 100° liegen.
In der oben angegebenen allgemeinen Formel (2) gibt der Hinweis „x + z + w > 0" zudem an, dass es reicht, wenn zumindest eines der Elemente Li, Ta und Sb enthalten ist.
In der oben angegebenen allgemeinen Formel (2) gibt das Bezugszeichen „y" ferner ein Verhältnis von K zu Na an, die in der isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis enthalten sind.
In der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung reicht es, wenn mindestens eines der Elemente K und Na als A-Platz-Element enthalten ist.
In der oben angegebenen allgemeinen Formel (2) kann „y" zudem in einem Bereich liegen, der durch 0 < y ≤ 1 gebildet wird.
In diesem Fall wird das Element Na zu einem wesentlichen Bestandteil der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung. Dies ermöglicht es daher, dass die kristallorientierte Keramik eine weiter verbesserte piezoelektrische g₃₁-Konstante hat.
In der oben genannten allgemeinen Formel (2) kann das Bezugszeichen „y" des Weiteren in einem Bereich liegen, der durch 0 ≤ y < 1 ausgedrückt wird.
In diesem Fall wird das Element K zu einem wesentlichen Bestandteil der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung. Dies ermöglicht es daher, dass die kristallorientierte Keramik eine weiter verbesserte Eigenschaft wie die piezoelektrische g₃₁-Konstante hat. Darüber hinaus kann die kristallorientierte Keramik in diesem Fall mit zunehmender Zugabemenge an K bei einer niedrigeren Temperatur gesintert werden. Dies führt zu der Möglichkeit, die kristallorientierte Keramik energiesparend mit geringen Kosten herzustellen.
In der oben beschriebenen allgemeinen Formel (2) kann das Bezugszeichen „y" vorzugsweise in einem Bereich liegen, der durch 0,05 ≤ y ≤ 0,75 ausgedrückt wird, und besser noch in einem Bereich, der durch 0,20 ≤ y ≤ 0,70 ausgedrückt wird. Diese Bedingungen ermöglichen es, dass die kristallorientierte Keramik weiter verbesserte piezoelektrische g₃₁-Konstanten und elektrische Lösungssummenzahlen Kρ hat. Besser noch kann das Bezugszeichen „y" in einem Bereich liegen, der durch 0,20 ≤ y < 0,70 ausgedrückt wird, und noch besser in einem Bereich, der durch 0,35 ≤ y ≤ 0,65 ausgedrückt wird. Darüber hinaus ist es für diesen Bereich am meisten vorzuziehen, wenn er bei einem Wert von 0,42 ≤ y ≤ 0,60 liegt.
Das Bezugszeichen „x" stellt, so wie er hier verwendet wird, die Menge an Li dar, das K und/oder Na, die das A-Platz-Element bilden, ersetzen soll. Wenn ein Teil des K und/oder Na durch Li ersetzt wird, ergeben sich durch verbesserte piezoelektrische Eigenschaften, eine Erhöhung der Curie-Temperatur und/oder eine Unterstützung der Verdichtung verschiedene Vorteile.
In der allgemeinen Formel (2) kann das Bezugszeichen „x" zudem vorzugsweise in einem Bereich liegen, der durch 0 < x ≤ 0,2 ausgedrückt wird.
In diesem Fall ist das Element Li ein wesentlicher Bestandteil für die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung. Dies ermöglicht es, dass sich die kristallorientierte Keramik noch leichter während eines Herstellungsprozesses sintern lässt, während es möglich wird, für weiter verbesserte piezoelektrische Eigenschaften und eine weitere Erhöhung der Curie-Temperatur (Tc) zu sorgen. Dies liegt daran, dass das Element Li innerhalb des Bereichs von „x" zu einem wesentlichen Bestandteil mit der sich daraus ergebenden Verringerung der Sintertemperatur wird, während das Element Li als Sinterhilfsmittel, das die Fähigkeit hat, den Sinterschritt so durchzuführen, dass die kristallorientierte Keramik eine geringere Anzahl an Poren hat, eine Rolle spielt.
Falls der Wert von „x" mehr als 0,2 beträgt, kommt es wahrscheinlich zu Verschlechterungen der piezoelektrischen Eigenschaften (etwa der piezoelektrischen g₃₁-Konstante, des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kp und der piezoelektrischen g₃₂-Konstante usw.).
Des Weiteren kann der Wert von „x" in der allgemeinen Formel (2) einen Zusammenhang eingehen, der durch x = 0 ausgedrückt wird.
In diesem Fall wird die allgemeine Formel (2) umgeschrieben zu: (K_1-yNa_y) (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃. Bei der Herstellung der kristallorientierten Keramik weist die kristallorientierte Keramik somit keine Verbindung wie beispielsweise LiCO₃ auf, die das leichteste Element Li enthält. Dies minimiert Abweichungen in den Eigenschaften der kristallorientierten Keramik, die beim Mischen eines Rohstoffs während der Bildung der kristallorientierten Keramik durch Segregation von Pulvermaterialien hervorgerufen werden. Die kristallorientierte Keramik kann in diesem Fall zudem eine verhältnismäßig hohe dielektrische Konstante und eine verhältnismäßig große piezoelektrische g₃₁-Konstante realisieren. In der allgemeinen Formel (2) kann der Wert von „x" vorzugsweise in einem Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,15 und besser noch in einem Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,10 liegen.
Das Bezugszeichen „z" stellt die Menge an Ta dar, die das Element Nb ersetzen soll, das ein B-Platz-Element bildet. Falls ein Teil von Nb durch Ta ersetzt wird, dann ergibt sich durch eine Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften oder dergleichen ein Vorteil. Falls der Wert von „z" in der allgemeinen Formel (2) mehr als 0,4 beträgt, dann kommt es zu einer Verringerung der Curie-Temperatur. Ein solches Material lässt sich somit kaum als ein piezoelektrisches Material für Elektrogeräte und Motorfahrzeuge einsetzen.
In der allgemeinen Formel (2) kann der Bereich von „z" vorzugsweise einen Zusammenhang erfüllen, der durch 0 < z ≤ 0,4 ausgedrückt wird.
In diesem Fall ist Ta ein wesentlicher Bestandteil der durch die allgemeine Formel (2) dargestellten Verbindung. In diesem Fall kommt es daher zu einer Verringerung der Sintertemperatur und spielt Ta als Sinterhilfe, die es ermöglicht, die kristallorientierte Keramik mit einer geringeren Anzahl an Poren herzustellen, eine Rolle.
Des Weiteren kann der Wert von „z" in der allgemeinen Formel (2) einen Zusammenhang erfüllten, der durch z = 0 ausgedrückt wird.
In diesem Fall wird die allgemeine Formel (2) umgeschrieben zu: {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-wSb_w)O₃.
In diesem Fall enthält die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung kein Ta. Daher kann die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung in diesem Fall ohne Verwendung des teuren Ta-Bestandteils präpariert werden und hervorragende piezoelektrische Eigenschaften aufweisen.
In der oben genannten allgemeinen Formel (2) kann der Wert von „z" zudem vorzugsweise in einem Bereich liegen, der durch 0 ≤ z ≤ 0,35 ausgedrückt wird, und besser noch in einem Bereich von 0 ≤ z ≤ 0,30.
Das Bezugszeichen „w" stellt, so wie er hier verwendet wird, die Menge an Sb dar, die das Nb ersetzen soll, das das B-Platz-Element bildet. Falls ein Teil von Nb durch Sb ersetzt wird, ergibt sich durch eine Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften ein Vorteil.
Falls der Wert von „w" größer als 0,2 ist, kommt es durch eine Verringerung der piezoelektrischen Eigenschaften und/oder der Curie-Temperatur zu Verschlechterungen.
Des Weiteren kann der Wert von „w" vorzugsweise den Zusammenhang erfüllen, der durch 0 < w ≤ 0,2 ausgedrückt wird.
In diesem Fall wird Sb ein wesentlicher Bestandteil der durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Verbindung. Unter dieser Bedingung kommt es daher zu einer Verringerung der Sintertemperatur, durch das sich ein verbessertes Sintervermögen ergibt, was es möglich macht, die Stabilität des dielektrischen Verlustes tan δ zu verbessern.
Darüber hinaus kann der Wert von „w" in der allgemeinen Formel (2) den Zusammenhang erfüllen, der durch w = 0 ausgedrückt wird.
In diesem Fall wird die allgemeine Formel (2) umgeschrieben zu: {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-zTa_z)O₃.
In diesem Fall enthält die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung kein Sb. Die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte Verbindung enthält bei einem solchen Zusammenhang kein Sb und zeigt eine verhältnismäßig hohe Curie-Temperatur.
In der oben genannten allgemeinen Formel (2) kann der Wert von „w" zudem in einem Bereich liegen, der durch 0 ≤ w ≤ 0,15 ausgedrückt wird, und besser noch in einem Bereich von 0 ≤ w ≤ 0,10.
Im Mischschritt werden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff, der, wenn er mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, die durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis bildet, gemischt, wodurch ein Rohstoffgemisch präpariert wird.
Bei der sechsten Ausgestaltung der Erfindung wird für das anisotrop geformte Pulver von dem in der ersten Ausgestaltung der Erfindung erzielten anisotrop geformten Pulver oder von dem in den Herstellungsverfahren gemäß der zweiten bis fünften Ausgestaltung der Erfindung erzielten anisotrop geformten Pulver Gebrauch gemacht.
Des Weiteren enthält die siebte Ausgestaltung der Erfindung den Schritt Säurebehandeln eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das aus einer durch die allgemeine Formel (9): (Bi₂O₂)² ⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-gTa_g)_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0 ≤ g ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht. Dies führt zu einer säurebehandelten Substanz, die als das anisotrop geformte Pulver verwendet wird.
Falls der Wert von „c" in der allgemeinen Formel (9) größer als 0,8 ist, dann kommt es zu einer Verringerung des Schmelzpunkts des anisotrop geformten Pulvers. Wenn eine kristallorientierte Keramik unter Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers hergestellt wird, ist wahrscheinlich zu befürchten, dass es schwierig ist, das anisotrop geformte Pulver mit einem hohen Orientierungsgrad zu erzielen.
Falls der Wert von „g" dagegen größer als 0,4 ist, dann kommt es zu einer Verringerung der Curie-Temperatur der sich ergebenden kristallorientierten Keramik, die unter Verwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers hergestellt wurde. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Anwendung eines solchen anisotrop geformten Pulvers bei einem piezoelektrischen Material für Elektrogeräte und im Kraftfahrzeugbereich.
Falls „m" übermäßig zunimmt, besteht zudem das Risiko, dass während eines Synthetisierungsschritts neben einem anisotrop geformten Pulver einer wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis nicht-anisotrop geformte feine Perowskit-Teilchen auftreten. Dementsprechend kann „m" unter dem Gesichtspunkt einer verbesserten Ausbeute des anisotrop geformten Pulvers vorzugsweise eine ganze Zahl von weniger als 15 einnehmen.
Außerdem kann der reaktive Rohstoff bei der sechsten und siebten Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise einen Teilchendurchmesser von weniger als einem Drittel des anisotrop geformten Pulvers haben.
Falls der Teilchendurchmesser des reaktiven Rohstoffs mehr als ein Drittel des Teilchendurchmessers des anisotrop geformten Pulvers beträgt, kommt es bei dem Schritt, das Rohstoffgemisch so auszubilden, dass sich spezifische Kristallebenen {100} des anisotrop geformten Pulvers im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientieren, wahrscheinlich zu Schwierigkeiten. Der reaktive Rohstoff kann besser noch einen Teilchendurchmesser von weniger als einem Viertel des Teilchendurchmessers des anisotrop geformten Pulvers und noch besser einen Teilchendurchmesser von weniger als einem Fünftel des Teilchendurchmessers des anisotrop geformten Pulvers haben.
Der Vergleich des Teilchendurchmessers zwischen dem reaktiven Rohstoff und dem anisotrop geformten Pulver kann dadurch erfolgen, dass ein mittlerer Teilchendurchmesser des reaktiven Rohstoffs mit einem mittleren Teilchendurchmesser des anisotrop geformten Pulvers verglichen wird. Daneben bezieht sich der Teilchendurchmesser sowohl des reaktiven Rohstoffs als auch des anisotrop geformten Pulvers jeweils auf den Durchmesser jedes Teilchens mit der längsten Größe.
Der reaktive Rohstoff kann eine Zusammensetzung haben, die abhängig von der Zusammensetzung des anisotrop geformten Pulvers und der Zusammensetzung der in einer durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Zusammensetzung herzustellenden isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis festgelegt wird. Darüber hinaus können Beispiele des reaktiven Rohstoffs vorzugsweise beispielsweise ein oxidiertes Pulver, ein Mischoxidpulver, ein Hydroxidpulver oder Salze wie Carbonate, Nitrate und Oxalate oder Alkoxide usw. einschließen.
Der reaktive Rohstoff kann vorzugsweise ein nicht-anisotrop geformtes Pulver enthalten, das aus einer durch die allgemeine Formel (10): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ w ≤ 1 gilt) dargestellten isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht.
In diesem Fall kann eine kristallorientierte Keramik leicht in einer Struktur mit hoher Dichte und hohem Orientierungsgrad hergestellt werden.
Beispiele des reaktiven Rohstoffs können vorzugsweise solche Rohstoffe einschließen, die mit dem anisotrop geformten Pulver während eines Sintervorgangs reagieren, so dass die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis in einer durch die allgemeine Formel (2) ausgedrückten Zielzusammensetzung ausgebildet wird.
Des Weiteren kann der reaktive Rohstoff vorzugsweise solche Rohstoffe einschließen, die so mit dem anisotrop geformten Pulver reagieren, dass nur die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis in der Zielzusammensetzung ausgebildet wird, oder solche Rohstoffe, die mit dem anisotrop geformten Pulver so reagieren, dass sowohl die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis in der Zielzusammensetzung als auch ein überschüssiger Bestandteil ausgebildet werden.
Falls das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff so miteinander reagieren, dass der überschüssige Bestandteil ausgebildet wird, kann der überschüssige Bestandteil vorzugsweise einer Art entsprechen, die auf einfache Weise thermisch oder chemisch entfernt werden kann.
In dem oben angegebenen Mischschritt werden das anisotrop geformte Pulver und das reaktive Ausgangsrohstoffpulver, das mit dem anisotrop geformten Pulver so reagiert, dass sich die durch die allgemeine Formel (2) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, miteinander gemischt, wodurch ein Rohstoffgemisch präpariert wird.
In dem Mischschritt können das anisotrop geformte Pulver und das reaktive Ausgangsrohstoffpulver miteinander in einem trockenen Zustand oder unter Zugabe eines passenden Dispergiermittels wie Wasser, Alkohol oder dergleichen in einem nassen Zustand gemischt werden. Während dieses Mischens kann zudem abhängig vom Bedarf mindestens eine Art an Verbindungen hinzugegeben werden, die aus einem Bindemittel, einem Weichmacher und einem Dispergiermittel usw. gewählt wird.
In dem oben angegebenen Formschritt wird das Rohstoffgemisch derart zu einem Kompaktkörper geformt, dass die Kristallebenen {100} des anisotrop geformten Pulvers im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind.
Beispiele des Formschritts können vorzugsweise solche Schritte einschließen, die die Kristallebenen des anisotrop geformten Pulvers in einen orientierten Zustand ausrichten können. Und zwar können für den Schritt Formen des Rohstoffgemisches zu dem Kompaktkörper, um dem anisotrop geformten Pulver zu ermöglichen, sich auf der Ebene zu orientieren, passende Prozesse eingesetzt werden, die ein Rakelverfahren, ein Pressformverfahren und ein Presswalzverfahren usw. einschließen.
Im Brennschritt wird der Kompaktkörper erhitzt, was dazu führt, dass das anisotrop geformte Pulver und das Ausgangsrohstoffpulver miteinander in einem gesinterten Zustand reagieren, wodurch die kristallorientierte Keramik erzielt wird.
Während des Brennschritts schreitet mit dem Erhitzen des Kompaktkörpers die Sinterung voran, was zu der kristallorientierten Keramik führt, die aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase in Form der isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht. Wenn dies stattfindet, ermöglicht die Reaktion des anisotrop geformten Pulvers und des Ausgangsrohstoffpulvers es, dass die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis in der durch die allgemeine Formel (2) dargestellten Zusammensetzung ausgebildet wird. Außerdem wird während des Brennschritts abhängig von den Zusammensetzungen des anisotrop geformten Pulvers und des Ausgangsrohstoffpulvers gleichzeitig auch ein überschüssiger Bestandteil erzeugt.
Die Heiztemperaturen für den Brennschritt können vorzugsweise auf eine passende Temperatur gesetzt werden, die abhängig von den Zusammensetzungen des zu verwendenden anisotrop geformten Pulvers, des reaktiven Rohstoffs und der herzustellenden kristallorientierten Keramik gewählt werden. Dies ermöglicht es, dass die Reaktion und/oder das Sintern effizient voranschreiten, so dass ein reagiertes Produkt in Zielzusammensetzung ausgebildet wird. Und zwar kann die Heiztemperatur vorzugsweise bei einem Wert liegen, der von beispielsweise 900 bis 1200°C reicht.
Als Nächstes werden unten verschiedene Beispiele der Erfindung beschrieben.
BEISPIEL 1
Im Beispiel 1 wurde ein anisotrop geformtes Pulver mit einem Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis präpariert, die orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war. In diesem Beispiel wurde das anisotrop geformte Pulver in Form einer Verbindung mit a = 0 und b = 0,07 in der allgemeinen Formel (1), d.h. in Form eines Hauptbestandteils aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ hergestellt.
Und zwar wurden zunächst Pulver aus Bi₂O₃, NaHCO₃, Nb₂O₅ und Ta₂O₅ in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, das eine Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5 (Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ bildete, wonach die Pulver in einem Nassprozess gemischt wurden.
Anschließend wurden als Flussmittel 80 Gewichtsteile NaCl zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Dann wurde das sich ergebende Gemisch in einen Platintiegel gegeben und 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 1100°C erhitzt, wodurch eine Verbindung in einer Zusammensetzung von Bi_2,5Na_3,5 (Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ synthetisiert wurde. Das sich ergebende Gemisch wurde in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 150°C/Std. von Zimmertemperatur auf eine Temperatur von 850°C erhitzt und dann in einer zweiten Stufe mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 100°C/Std. von der Temperatur von 850°C bis auf eine Temperatur von 1100°C erhitzt. Anschließend wurde die sich ergebende reagierte Substanz bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf die Zimmertemperatur abgekühlt. Dann wurde die sich ergebende reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wodurch ein Pulver aus Bi_2,5Na_3,5 (Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ erzielt wurde. Das sich ergebende Pulver aus Bi_2,5Na_3,5 (Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ trat als plattenartige Teilchen auf, die Ebenen {100} hatten, die in einer orientierten Ebene (in einer Maximalebene) platziert waren.
Anschließend wurde das Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ unter Verwendung einer Strahlmühle pulverisiert. Das sich aus dem Zerpulvern ergebende Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm bei einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20.
Dann wurden zu 1 Mol Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈-Pulver 2 Mol des Pulvers aus NaHCO₃ hinzugegeben und damit in einem trockenen Zustand vermischt. 80 Gewichtsteile NaCl wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches hinzugegeben und damit 1 Stunde lang im trockenen Zustand gemischt.
Als Nächstes wurde das sich ergebende Gemisch 8 Stunden lang im Platintiegel bei 950°C erhitzt, wodurch eine Verbindung in einer Zusammensetzung aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ synthetisiert wurde. Die sich ergebende Verbindung wurde in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C erhitzt und dann weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 950°C erhitzt. Anschließend wurde die sich ergebende Verbindung bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf die Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch die reagierte Substanz erzielt wurde.
Die sich ergebende reagierte Substanz enthielt neben der Zusammensetzung aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃. Daher wurde die reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, woraufhin das Bi₂O₃ entfernt war. Und zwar wurde die reagierte Substanz nach der Flussmittelentfernung zunächst 4 Stunden lang in 2,5N HNO₃ gerührt, wodurch Bi₂O₃ aufgelöst wurde, das einen überschüssigen Rest ergab. Dann wurde die Lösung gefiltert, um Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulverteilchen abzutrennen, und mit innenausgetauschtem Wasser bei einer Temperatur von 80°C gewaschen.
Auf diese Weise wurde ein anisotrop geformtes Pulver erzielt, das Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver enthielt. Dieses anisotrop geformte Pulver nahm bei einem mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 die Form von plattenartigen Pulverteilchen mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen und mit einer pseudokubischen {100}-Ebene ein, die an einer Maximalebene (orientierten Ebene) ausgerichtet war.
1 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des im Beispiel 1 erzielten anisotrop geformten Pulvers.
Dann wurde unter Verwendung des sich ergebenden anisotrop geformten Pulvers eine kristallorientierte Keramik hergestellt.
In diesem Beispiel wurden der Mischschritt, der Formschritt und der Brennschritt ausgeführt, um die kristallorientierte Keramik in einer Zusammensetzung aus einem Polykristall mit einer Hauptphase herzustellen, die in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis in einer Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517)(Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Kristallebene {100} jedes den Polykristall bildenden Kristallkorns orientiert war.
Im Mischschritt wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff, der mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, damit sich die isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, miteinander gemischt, wodurch ein Rohstoffgemisch präpariert wurde.
Im Formschritt wurde das Rohstoffgemisch zudem so geformt, dass es einen Kompaktkörper mit einer Struktur bildete, bei der Kristallebenen {100} des anisotrop geformten Pulvers im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert waren.
Im Brennschritt wurde der Kompaktkörper erhitzt, was dazu führte, dass das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff miteinander unter Sintern reagierten, wodurch die kristallorientierte Keramik erzielt wurde.
Genauer gesagt wurde der reaktive Rohstoff anfangs auf die unten beschriebene Weise präpariert.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ zu einer Mischung abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517)(Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann 20 Stunden lang in einer ZrO₂-Schüssel in einem nassen Zustand mit einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel gemischt, um eine Mischung zu erzielen. Danach wurde die Mischung zunächst provisorisch 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 750°C gebrannt, um eine provisorisch gebrannte Substanz zu erzielen. Dann wurde die provisorisch gebrannte Substanz in einem Medium wie dem organischen Lösungsmittel 20 Stunden lang mit ZrO₂-Kugeln pulverisiert, wodurch als reaktiver Rohstoff eine provisorisch gebrannte Pulversubstanz mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Das anisotrop geformte Pulver und der auf die oben genannte Weise präparierte reaktive Rohstoff wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich ein Pulvergemisch ergab, das beim Sintern eine Verbindung in einer Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517)(Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ bildet. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, um für eine Mischung zu sorgen. Nach Beendigung des Wiegeschritts wurde die Mischung 20 Stunden lang im nassen Zustand in einem aus einem organischen Lösungsmittel bestehenden Medium mit ZrO₂-Kugeln gemischt, wodurch eine Schlämme erzielt wurde. Danach wurden zu der Schlämme ein Bindemittel wie Polyvinylbutyral und ein Weichmacher wie Dibutylphthalat hinzugegeben. Nach weiterem Mischen wurden zu 100 g (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃, die aus dem Ausgangsrohstoff synthetisiert wurden, 8,0 g Bindemittel und 4,0 g Weichmacher hinzugegeben. Auf diese Weise wurde ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch erzielt.
Als Nächstes wurde das vermischte schlämmeartige Rohstoffgemisch unter Verwendung einer Rakelvorrichtung bandgegossen, wodurch grüne Streifen mit jeweils einer Dicke von 100 μm erzielt wurden. Die sich ergebenden grünen Streifen wurden aufgeschichtet und miteinander druckverbunden, wodurch ein in einem geschichteten Zustand befindlicher Kompaktkörper mit einer Dicke von 1,2 mm erzielt wurde. Beim Formen der grünen Streifen durch die Rakelvorrichtung wirkten auf die anisotrop geformten Pulverteilchen Scherspannungen. Dies führte dazu, dass die anisotrop geformten Pulverteilchen innerhalb des Kompaktkörpers im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert waren.
Als Nächstes wurde der Kompaktkörper zum Entfetten bei einer Temperatur von 400°C in Atmosphäre erhitzt. Der dem Entfettungsschritt unterzogene Kompaktkörper wurde dann auf eine Pt-Platte in einer Magnesiumoxid-Schüssel gesetzt, um 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 1120°C erhitzt und in Atmosphäre gebrannt zu werden. Danach wurde der Kompaktkörper abgekühlt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E1 betrachtet. In diesem Beispiel erfolgte das Erhitzen und Abkühlen anhand eines Brennverlaufs mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und einer Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std. Der Brennschritt in diesem Beispiel zeigte einen vereinfachten trapezförmigen Brennverlauf, als die Zeit auf der Abszissenachse und die Temperatur auf der Ordinatenachse aufgetragen wurden.
Dann wurde die Raumdichte der kristallorientierten Keramik des Musters E1 gemessen.
Und zwar wurde zunächst das Gewicht (Trockengewicht) der kristallorientierten Keramik in einem trockenen Zustand gemessen. Anschließend wurde die kristallorientierte Keramik in Wasser eingetaucht, damit das Wasser in Porenabschnitte eindrang, wonach das Gewicht (wasserhaltiges Gewicht) der kristallorientierten Keramik gemessen wurde. Dann wurde beruhend auf der Differenz zwischen dem wasserhaltigen Gewicht und dem Trockengewicht das Volumen der offenen Poren berechnet, die in der kristallorientierten Keramik vorhanden waren. Darüber hinaus wurde nach dem Prinzip von Archimedes das Volumen der kristallorientierten Keramik ohne die offenen Poren gemessen. Durch Dividieren des Trockengewichts der kristallorientierten Keramik durch das Gesamtvolumen (das die Summe des Volumens der offenen Poren und des Volumens des Anteils ohne die offenen Poren umfasst) konnte die Raumdichte der kristallorientierten Keramik berechnet werden.
Als Nächstes wurde ein innerer Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des Musters E1 gemessen.
Und zwar wurde zunächst eine Oberfläche der kristallorientierten Keramik auf einer Ebene parallel zur Oberfläche des Bands auf eine Tiefe von 150 μm von der Oberfläche der kristallorientierten Keramik abgeschliffen. Dann wurde gemäß dem Lotgering-Verfahren unter Verwendung der Formel (1) ein mittlerer Orientierungsfaktor F(100) einer Ebene {100} der sich ergebenden abgeschliffenen Oberfläche berechnet. Dieses Ergebnis wurde in Tabelle 1 eingetragen, die später beschrieben wird.
BEISPIEL 2
In diesem Beispiel 2 erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung mit a = 0,56 und b = 0,07 in der allgemeinen Formel (1): (KaNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) herzustellen. Das heißt, dass ein anisotrop geformtes Pulver hergestellt wurde, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,56Na_0,44)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ hatte und orientierte Körner aufwies, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden ein Säurebehandlungsschritt und ein Erhitzungsschritt durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver herzustellen.
Im Säurebehandlungsschritt wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus einer durch die allgemeine Formel (3):
(Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cPNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-bTa_b)_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis präpariert. Das Ausgangsrohstoffpulver wurde säurebehandelt, wodurch eine säurebehandelte Substanz erzielt wurde. In diesem Beispiel wurde für das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver der wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis von einer Verbindung mit m = 5, c = 0 und b = 0,07 in der allgemeinen Formel (3) Gebrauch gemacht, d.h. von einem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈
Im Erhitzungsschritt wurden außerdem zumindest eine Quelle für K und/oder eine Quelle für Na zur säurebehandelten Substanz hinzugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde in einem Flussmittel erhitzt, das einen aus NaCl und/oder KCl bestehenden Hauptbestandteil enthielt. Dies ermöglichte es, dass das anisotrop geformte Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,56Na_0,44) (Nb_0,93Ta_0,07)O₃ hergestellt wurde und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
Das Verfahren zur Herstellung des anisotrop geformten Pulvers dieses Beispiels wird unten nun ausführlich beschrieben.
Zunächst wurde für das aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ bestehende anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver von dem im Beispiel 1 präparierten Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ Gebrauch gemacht.
Zu 1 g des Ausgangsrohstoffpulvers wurden 30 ml 6N HCl hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wurde 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 60°C gerührt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch im Saugen gefiltert, wodurch eine säurebehandelte Substanz in Form eines Pulvers aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ erzielt wurde.
Anschließend wurde zur säurebehandelten Substanz als eine Quelle für K ein Pulver aus KHCO₃ hinzugegeben. Das Pulver aus KHCO₃ wurde zur säurebehandelten Substanz in einem Molverhältnis von 2 Mol basierend auf 1 Mol der säurebehandelten Substanz hinzugegeben. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen des Gemisches zwischen der säurebehandelten Substanz und der Quelle für K 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben, das als Flussmittel diente, und 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gerührt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch 8 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1000°C erhitzt. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe mit einer ersten Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis zu einer Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe mit einer zweiten Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 1000°C. Anschließend wurde das sich ergebende Gemisch mit einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde.
Die sich ergebende reagierte Substanz wurde einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde.
Die kristalline Phase des anisotrop geformten Pulvers wurde unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) und von Röntgenbeugung (XRD) analysiert und identifiziert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass das anisotrop geformte Pulver aus einer Perowskit-Verbindung bestand, die als Hauptbestandteil ein Pulver aus (K_0,56Na_0,44) (Nb_0,93Ta_0,07)O₃ enthielt. Dieses anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver, das ein hervorragendes Oberflächenglättungsvermögen mit einer in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegenden pseudokubischen Ebene {100} aufwies und einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und ein Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 hatte.
2 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des im Beispiel 2 präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes folgte unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,56Na_0,44) (Nb_0,93Ta_0,07)O₃ ein Herstellungsverfahren, um eine kristallorientierte Keramik in der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 herzustellen. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der Ebenen {100} von die polykristalline Substanz bildenden Kristallkörnern orientiert waren.
Und zwar wurden zunächst jeweils Pulver aus NaNbO₃, KNbO₃, LiTaO₃, KTaO₃ und NaSbO₃ mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm zu einer Mischung abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol eines Pulvers aus (K_0,56Na_0,44) (Nb_0,93Ta_0,07)O₃, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann 4 Stunden lang in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel mit ZrO₂-Kugeln gemischt, wodurch als reaktives Material ein Pulvergemisch mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Das anisotrop geformte Pulver und der auf die oben genannte Weise präparierte reaktive Rohstoff wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich beim Sintern eine Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, um für eine Mischung zu sorgen. Die Mischung wurde in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 für ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu sorgen. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper einem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der Kompaktkörper auf eine Pt-Platte in einer Magnesiumoxid-Schale gesetzt, um 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 1160°C in Atmosphäre erhitzt und gebrannt zu werden. Danach wurde der Kompaktkörper abgekühlt, um eine kristallorientierte Keramik zu erzielen. Diese Keramik wurde als Muster E2 betrachtet. Außerdem wurden die Erhitzungs- und Abkühlschritte anhand des gleichen Brennverlaufs, wie er im Beispiel 1 angewendet wurde, mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und einer Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std. durchgeführt.
Anschließend wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 an der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel präparierten Musters E2 die Raumdichte und der Orientierungsgrad analysiert. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben, die unten beschrieben wird.
BEISPIEL 3
In diesem Beispiel 3 erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung mit d = 0,3 und b = 0,11 in der allgemeinen Formel (4): (KdNa_1-d) (Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 < d ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) herzustellen. Das heißt, dass ein anisotrop geformtes Pulver hergestellt wurde, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,3Na_0,7) (Nb_0,89Ta_0,11)O₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden ein Präparierschritt und ein Erhitzungsschritt durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver herzustellen.
Im Präparierschritt wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in Form eines Hauptbestandteils aus einer durch die allgemeine Formel (5): Na (Nb_1-eTa_e)O₃ (wobei 0,02 ≤ e ≤ 0,4 gilt) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung mit isotroper Struktur auf Perowskit-Basis präpariert, die orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel 3 wurde für das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver von einer Verbindung mit e = 0,11 in der allgemeinen Formel (5) Gebrauch gemacht, d.h. von einem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus Na (Nb_0,89Ta_0,11)O₃.
Im Erhitzungsschritt wurde ferner zumindest die Quelle für K zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver hinzugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde in einem Flussmittel erhitzt, das die aus KCl bestehende Hauptkomponente enthielt. Dies führte zu einem anisotrop geformten Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,56Na_0,99)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃, das orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war. Außerdem wurden im Erhitzungsschritt dieses Beispiels neben der Quelle für K eine Quelle für Nb und eine Quelle für Ta zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver hinzugegeben, wonach das sich ergebende Gemisch erhitzt wurde.
Das Verfahren zum Herstellen des anisotrop geformten Pulvers dieses Beispiels wird unten nun ausführlich beschrieben.
Zunächst wurden Pulver aus Bi₂O₃, NaHCO₃, Nb₂O₅ und Ta₂O₅ in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, das eine Verbindung in Form einer allgemeinen Formel bildet, die durch Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,89Ta_0,11)₅O₁₈ ausgedrückt wird, wonach diese Substanzen in einem Nassprozess gemischt wurden. Anschließend wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile NaCl als Flussmittel hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Danach wurde das sich ergebende Gemisch wie mit den im Beispiel 1 durchgeführten Schritten 2 Stunden lang in einem Platintiegel bei einer Temperatur von 1100°C erhitzt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch abgekühlt und einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wodurch ein Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,89Ta_0,11)₅O₁₈ erzielt wurde. Das Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,89Ta_0,11)₅O₁₈ wurde unter Verwendung einer Strahlmühle pulverisiert, wodurch ein Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,89Ta_0,11)₅O₁₈ mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 erzielt wurde.
Wie im Beispiel 1 wurden als Nächstes zu 1 Mol des Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,89Ta_0,11)₅O₁₈-Pulvers 2 Mol NaHCO₃-Pulver hinzugegeben und damit in einem trockenen Zustand gemischt. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile NaCl als Flussmittel hinzugegeben und damit 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt. Wie im Beispiel 1 wurde das sich ergebende Gemisch zudem 8 Stunden lang in einem Platintiegel bei einer Temperatur von 950°C erhitzt, wonach das sich ergebende Gemisch abgekühlt wurde, um eine reagierte Substanz zu erzielen. Die reagierte Substanz enthielt neben Na(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ eine Verbindung aus Bi₂O₃. Daher wurde die reagierte Substanz wie im Beispiel 1 einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wonach das Bi₂O₃ entfernt war. Auf diese Weise wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver erzielt, das ein Pulver aus Na(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ enthielt. Dieses anisotrop geformte Pulver führte plattenartige Pulverteilchen, die bei einem mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 auf einer Maximalebene (orientierten Ebene) eine pseudokubische {100}-Ebene aufwiesen.
Danach wurden zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver Pulver aus KHCO₃, Nb₂O₅ und Ta₂O₅ als eine Quelle für K, eine Quelle für Nb und eine Quelle für Ta hinzugegeben, damit sich eine Mischung ergab, die in einem trockenen Zustand gemischt wurde. Während dieses Vermischens wurden die Quelle für K, die Quelle für Nb und die Quelle für Ta in einem Atomverhältnis von K : Nb : Ta = 1 : 0,89 : 0,11 und einem Atomverhältnis von 0,55 : 0,45 für Na in dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver aus (Nb_0,89Ta_0,11)O₃ und K in der Quelle für K eingemischt. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben und 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt.
Anschließend wurde das sich ergebende Gemisch 12 Stunden lang in einem Platintiegel bei einer Temperatur von 1050°C erhitzt, wodurch eine Verbindung aus (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ synthetisiert wurde. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 1050°C. Danach wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf die Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde. Anschließend wurde die reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen.
Die reagierte Substanz enthielt ein plattenartiges Pulver und ein feines Pulver. Die reagierte Substanz (Mischpulver) wurde wie bei den im Beispiel 2 durchgeführten Analysen einer Bestandteilsanalyse unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) unterzogen, und die Kristallphase des anisotrop geformten Pulvers wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) identifiziert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass das plattenartige Pulver eine Perowskit-Verbindung war, die einen Hauptbestandteil aus einem (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃-Pulver enthielt, und dass das feine Pulver eine Perowskit-Verbindung war, die einen Hauptbestandteil aus einem (K_0,68Na_0,32)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃-Pulver enthielt.
Dann wurde das feine Pulver aus dem Mischpulver durch Lufttrennung entfernt, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde, das aus dem plattenartigen Pulver in der Hauptzusammensetzung aus (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ bestand. Das anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen, das bei einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 eine in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegende pseudokubische Ebene {100} aufwies.
3 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (REM-Bild), das das in diesem Beispiel präparierte anisotrop geformte Pulver zeigt.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 1 eine kristallorientierte Keramik hergestellt. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 durch eine isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ gebildet wurde, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ zu einer Mischung abgewogen, die eine Zusammensetzung bildete, bei der 0,05 Mol (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃-Pulver von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann wie bei dem Schritt im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Die sich ergebende Mischung wurde provisorisch gebrannt, wonach das sich ergebende Gemisch in einem nassen Zustand pulverisiert wurde, wodurch eine provisorisch gebrannte Substanz (reaktiver Rohstoff) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver aus (K_0,3Na_0,7)(Nb_0,89Ta_0,11)O₃ wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, um für ein Gemisch zu sorgen, das beim Sintern eine Verbindung in einer Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ bildet. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, um für eine Mischung zu sorgen. Dann wurde die Mischung in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu bilden. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper dem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der Kompaktkörper auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E3 betrachtet. Außerdem wurden der Erhitzungs- und der Abkühlschritt anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und der Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std. durchgeführt.
Die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel hergestellten Musters E3 wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 4
In diesem Beispiel erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung mit a = 0,65 und b = 0,1 in der allgemeinen Formel (1): (K_aNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) herzustellen, d.h. ein anisotrop geformtes Pulver, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden wie im Beispiel 2 der Säurebehandlungsschritt und der Erhitzungsschritt durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver aus Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ herzustellen. Der Präparierschritt und der Erhitzungsschritt erfolgten auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3, wobei das Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃-Pulver als der anisotrop geformte Rohstoff verwendet wurde, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ erzielt wurde, das orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
Zunächst wurde ein Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ präpariert. Und zwar wurden Pulver aus Bi₂O₃, NaHCO₃, Nb₂O₅ und Ta₂O₅ in einem stöchiometrischen Verhältnis zu einer Mischung abgewogen, die eine als Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ ausgedrückte allgemeine Formel ergab, wonach die Mischung in einem Nassprozess gemischt wurde. Anschließend wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile NaCl als Flussmittel hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Dann wurde das sich ergebende Gemisch wie im Beispiel 1 2 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1100°C erhitzt. Danach wurde die sich ergebende reagierte Substanz abgekühlt und einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wodurch ein Pulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ erzielt wurde. Dieses Ausgangsrohstoffpulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ war ein plattenartiges Pulver mit einer auf einer orientierten Ebene (Maximalebene) liegenden Ebene {001}.
Als Nächstes wurde das Ausgangsrohstoffpulver aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ unter Verwendung einer Strahlmühle pulverisiert. Das sich ergebende Ausgangsrohstoffpulver hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und ein Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20.
Anschließend wurden zu 1 g Ausgangsrohstoffpulver in einem Becherglas 30 ml 6N HCl zugegeben, und das sich ergebende Gemisch wurde 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 60°C gerührt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch durch Saugen gefiltert, wodurch eine säurebehandelte Substanz in Form eines Pulvers aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ erzielt wurde.
Dann wurde zu der säurebehandelten Substanz ein Pulver aus NaHCO₃ hinzugegeben, und die sich ergebende Substanz wurde in einem trockenen Zustand gemischt. Während dieser Behandlung wurde das Pulver aus NaHCO₃ in einem Verhältnis von 2,8 Mol zu 1 Mol Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,9Ta_0,1)₅O₁₈ hinzugegeben. Danach wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches, das aus einem Gemisch zwischen der säurebehandelten Substanz und der Quelle für Na bestand, 80 Gewichtsteile NaCl als Flussmittel hinzugegeben und damit 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt.
Dann wurde das sich ergebende Gemisch 8 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 950°C erhitzt. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur auf eine Temperatur von 700°C und in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 950°C. Danach wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf die Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde.
Anschließend wurde die reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 das Flussmittel zu entfernen. Auf diese Weise wurde ein Pulver in einer Zusammensetzung aus Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ erzielt. Das Pulver aus Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ war ein Pulver aus plattenartigen Teilchen mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen bei einer auf einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegenden pseudokubischen Ebene {100}, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm und ein Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 hatte.
Danach wurden zu dem Pulver aus Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ als eine Quelle für K, eine Quelle für Nb und eine Quelle für Ta jeweils Pulver aus KHCO₃, Nb₂O₅ und Ta₂O₅ hinzugegeben, so dass sich eine Mischung ergab, die in einem trockenen Zustand gemischt wurde. Während dieses Mischens wurden die Quelle für K, die Quelle für Nb und die Quelle für Ta in einem Atomverhältnis von K : Nb : Ta = 1 : 0,9 : 0,1 derart eingemischt, dass das Na im Pulver aus Na(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ und das K in der Quelle für K ein Atomverhältnis von 0,55 : 0,45 hatten. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben, um 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt zu werden.
Anschließend wurde das sich ergebende Gemisch 12 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1025°C erhitzt, wodurch eine Verbindung aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ synthetisiert wurde. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 1025°C. Danach wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf die Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde. Anschließend wurde die reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen.
Die reagierte Substanz enthielt ein plattenartiges Pulver und ein feines Pulver in einem Mischzustand. Indem auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 der energiedispersive Röntgenanalysator (EDX) und die Röntgenbeugung (XRD) verwendet wurden, erfolgte eine Bestandteilsanalyse und eine Analyse der Kristallphase der reagierten Substanz (des Mischpulvers). Im Ergebnis war das plattenartige Pulver eine Perowskit-Verbindung, die einen Hauptbestandteil aus einem Pulver aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ enthielt, und das feine Pulver war eine Perowskit-Verbindung in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,7Na_0,33)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃.
Dann wurde das feine Pulver durch Lufttrennung aus dem Pulvergemisch entfernt, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde, das aus dem plattenartigen Pulver mit einer Hauptzusammensetzung aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃-Pulver bestand. Das anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen bei einer in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegenden pseudokubischen Ebene 1100}, das einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und ein Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 hatte.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 eine kristallorientierte Keramik hergestellt. Das heißt, dass sich die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ zu einer Mischung abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol eines Pulvers aus (K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Das sich ergebende Gemisch wurde provisorisch gebrannt, wonach das sich ergebende Gemisch weiter in einem nassen Zustand pulverisiert wurde, wodurch ein Pulver einer provisorisch gebrannten Substanz (eines reaktiven Rohstoffs) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver aus K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃ wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, um für ein Gemisch zu sorgen, das beim Sintern eine Verbindung in einer Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ bilden konnte. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Dann wurde die Mischung in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu präparieren. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach. der Kompaktkörper dem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der sich aus dem Entfettungsschritt ergebende Kompaktkörper auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E4 betrachtet. Außerdem erfolgte der Brennschritt mit Ausnahme einer Sintertemperatur von 1140°C anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und der Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel präparierten Musters E4 gemessen. Die Messergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 5
In diesem Beispiel wurde das Herstellungsverfahren ausgeführt, um eine Verbindung mit d = 0,32 und b = 0,05 in der allgemeinen Formel (4): (K_dNa_1-d)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 < d ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) herzustellen, d.h. ein anisotrop geformtes Pulver, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden der Präparierschritt und der Erhitzungsschritt auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3 durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver zu präparieren.
Und zwar wurde zunächst auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein plattenartiges Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm präpariert.
Danach wurde das Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver als ein anisotrop geformtes Rohstoffpulver verwendet, zu dem jeweils Pulver aus KHCO₃ und Nb₂O₅ als eine Quelle für K und eine Quelle für Nb hinzugegeben wurden, um in einem trockenen Zustand gemischt zu werden. Während dieses Mischens wurden die Quelle für K und die Quelle für Nb in einem Atomverhältnis von K : Nb = 1 : 1 und einem Atomverhältnis von 0,55 : 0,45 für Na im Pulver aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ und K in der Quelle (KHCO₃) für K hinzugegeben. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben und 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt.
Anschließend wurde das sich ergebende Gemisch 12 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1025°C erhitzt. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis zur Temperatur von 1025°C. Danach wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. zur Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde. Anschließend wurde die reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen.
Die reagierte Substanz enthielt ein plattenartiges Pulver und ein feines Pulver in einem Mischzustand. Wie im Beispiel 2 erfolgte unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) eine Bestandteilsanalyse der reagierten Substanz (Mischpulvers), und es wurde dessen Kristallphase mittels Röntgenbeugung (XRD) identifiziert. Im Ergebnis war das plattenartige Pulver eine Perowskit-Verbindung, die einen Hauptbestandteil aus einem Pulver aus (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃ enthielt.
Dann wurde das feine Pulver durch Lufttrennung aus dem Mischpulver entfernt, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde, das aus dem plattenartigen Pulver mit der Hauptzusammensetzung aus dem (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃-Pulver bestand. Das anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen, das bei einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 eine in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegende pseudokubische Ebene {100} aufwies.
4 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃ eine kristallorientierte Keramik in der gleichen Struktur wie im Beispiel 1 hergestellt. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃-Pulver, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Die sich ergebende Mischung wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Das sich ergebende Gemisch wurde provisorisch gebrannt, wonach das sich ergebende Gemisch in einem nassen Zustand pulverisiert wurde, wodurch eine provisorisch gebrannte Substanz (ein reaktiver Rohstoff) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver aus (K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃ wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich beim Sintern eine Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, um für eine Mischung zu sorgen. Dann wurde die Mischung in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu präparieren. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper dem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der sich aus dem Entfettungsschritt ergebende Kompaktkörper auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E5 betrachtet. Außerdem erfolgten das Erhitzen und das Abkühlen Im Brennschritt anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und der Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel hergestellten Musters E5 gemessen. Die Messergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
In diesem Vergleichsbeispiel wurde ein anisotrop geformtes Pulver in einer Zusammensetzung aus NaNbO₃ hergestellt.
Zunächst wurden Pulver aus Bi₂O₃, NaHCO₃ und Nb₂O₅ in einem stöchiometrischen Verhältnis in einer Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈ abgewogen, wonach diese Substanzen in einem Nassprozess gemischt wurden. Anschließend wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile NaCl hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Danach wurde das sich ergebende Gemisch in den Platintiegel gegeben und 2 Stunden lang auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bei einer Temperatur von 1100°C erhitzt, wodurch eine Verbindung in einer Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈ synthetisiert wurde. Die sich ergebende reaktive Substanz wurde einer Heißwasserwaschung unterzogen, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein Flussmittel zu entfernen, wonach die reagierte Substanz unter Verwendung einer Strahlmühle pulverisiert wurde. Auf diese Weise wurde ein Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈-Pulver erzielt. Das sich ergebende Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈-Pulver war ein plattenartiges Pulver mit einer in einer orientierten Ebene (in einer Maximalebene) liegenden Ebene {001}, das bei einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm hatte.
Anschließend wurden zu 1 Mol Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈-Pulver 2 Mol NaHCO₃-Pulver hinzugegeben, um in einem trockenen Zustand gemischt zu werden. Zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches wurden 80 Gewichtsteile NaCl hinzugegeben, um 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt zu werden.
Als Nächstes wurde das sich ergebende Gemisch 8 Stunden lang im Platintiegel auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bei einer Temperatur von 950°C erhitzt, wodurch eine reagierte Substanz synthetisiert wurde. Die reagierte Substanz wurde einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wonach Bi₂O₃ entfernt war.
Auf diese Weise wurde ein anisotrop geformtes Pulver erzielt, das ein Pulver aus NaNbO₃ enthielt. Dieses anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver mit einer auf einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegenden pseudokubische Ebene {100}, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm und ein Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 hatte.
5 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des in diesem Vergleichsbeispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Dann wurde unter Verwendung des sich ergebenden, in diesem Vergleichsbeispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus NaNbO₃ eine kristallorientierte Keramik präpariert. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik des Vergleichsbeispiels eine polykristalline Substanz mit einer Hauptphase enthielt, die eine isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis in der gleichen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ wie im Beispiel 1 enthielt, bei der eine Kristallebene {100} jedes den Polykristall bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol NaNbO₃-Pulver, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann wie im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Das sich ergebende Gemisch wurde provisorisch gebrannt und weiter in einem Nassprozess pulverisiert, wodurch eine provisorisch gebrannte Pulversubstanz (ein reaktiver Rohstoff) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich beim Sintern eine Verbindung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Dann wurde die Mischung in einem organischen Lösungsmittel gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu erzielen. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde zu einem Kompaktkörper geformt und auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 entfettet.
Dann wurde der sich aus dem Entfettungsschritt ergebende Kompaktkörper anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster C1 betrachtet.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
In diesem Vergleichsbeispiel wurde unter Verwendung des gleichen anisotrop geformten Pulvers und des gleichen reaktiven Rohstoffs wie bei Muster C1 ein Kompaktkörper präpariert, der dann pressgewalzt wurde. Danach wurde der sich ergebende Kompaktkörper entfettet und dann einer CIP-Behandlung unterzogen, wodurch eine kristallorientierte Keramik als Muster C2 erzielt wurde.
Und zwar wurden zunächst das anisotrop geformte NaNbO₃-Pulver und der reaktive Stoff, der zum Präparieren des Musters C1 verwendet wurden, präpariert, wonach auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch präpariert wurde. Dann wurde das schlämmeartige Rohstoffgemisch auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 geformt und aufgeschichtet, wodurch ein Kompaktkörper erzielt wurde.
Dann wurde der sich ergebende, im geschichteten Zustand ausgebildete Kompaktkörper pressgewalzt und anschließend auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 einem Entfettungsschritt unterzogen. Danach wurde der sich aus dem Entfettungsschritt ergebende Kompaktkörper einem kaltisostatischen Pressen (einer CIP-Behandlung) unterzogen.
Danach wurde der sich ergebende Kompaktkörper auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese wurde als Muster C2 betrachtet.
Es wurden die Scheindichten und Orientierungsgrade der kristallorientierten Keramiken der in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 präparierten Muster C1 und C2 gemessen. Die Ergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 6
In diesem Beispiel erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung in einer Zusammensetzung mit f = 0,25 in der allgemeinen Formel (8): (K_fNa_1-f)NbO₃ (wobei 0 < f ≤ 0,8 gilt) herzustellen, d.h. ein anisotrop geformtes Pulver, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden der Präparierschritt und der Erhitzungsschritt durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver zu präparieren.
Im Präparierschritt wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in Form eines Hauptbestandteils aus NaNbO₃ präpariert, der orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
Während des Erhitzungsschritts wurde zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver zudem zumindest eine Quelle für K hinzugegeben, und das sich ergebende Gemisch wurde in einem Flussmittel, das einen Hauptbestandteil aus KCl enthielt, erhitzt. Dies führte zur Produktion des anisotrop geformten Pulvers, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war. Darüber hinaus wurde das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver in dem Erhitzungsschritt neben der Quelle für K durch eine Quelle für Nb ergänzt, und das sich ergebende Gemisch wurde erhitzt.
Und zwar wurde zunächst auf die gleiche Weise wie bei den oben angegebenen Vergleichsbeispielen als das anisotrope Ausgangsrohstoffpulver ein plattenartiges NaNbO₃-Pulver in einer Zusammensetzung mit einem mittleren Durchmesser von 12 μm präpariert.
Als Nächstes wurden zu dem anisotropen Ausgangsrohstoffpulver als Quelle für K und als Quelle für Nb jeweils Pulver aus KHCO₃ und Nb₂O₅ hinzugegeben, und die sich ergebende Mischung wurde in einem trockenen Zustand gemischt. Im Mischschritt wurden die Quelle für K und die Quelle für Nb in einem Atomverhältnis von K : Nb = 1 : 1 derart eingemischt, dass Na in dem Pulver aus NaNbO₃ und K in der Quelle für K ein Verhältnis von 0,55 : 0,45 hatten. Anschließend wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Danach wurde das sich ergebende Gemisch in einen Platintiegel gegeben und 12 Stunden lang bei einer Temperatur von 1025°C erhitzt, wodurch eine Verbindung aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ synthetisiert wurde. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis auf eine Temperatur von 1025°C. Anschließend wurde die sich ergebende Verbindung bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. zur Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde. Dann wurde die sich ergebende reagierte Substanz einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen.
Die sich ergebende reagierte Substanz enthielt ein plattenartiges Pulver und ein feines Pulver. Unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) erfolgte eine Bestandteilsanalyse der sich ergebenden reagierten Substanz (des Mischpulvers), und mittels Röntgenbeugung (XRD) wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 die Kristallphase identifiziert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass das plattenartige Pulver aus einer Perowskit-Verbindung mit einem Hauptbestandteil aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ bestand und dass das feine Pulver aus einer Perowskit-Verbindung mit einem Hauptbestandteil aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ bestand.
Dann wurde das feine Pulver durch Lufttrennung aus dem Mischpulver entfernt, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde, das aus dem plattenartigen Pulver mit einer Hauptzusammensetzung aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃-Pulver bestand. Das anisotrop geformte Pulver lag in Form eines plattenartigen Pulvers vor, das bei einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 eine in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegende pseudokubische Ebene {100} hatte.
6 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃ eine kristallorientierte Keramik in der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 hergestellt. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol eines Pulvers aus (K_0,25Na_0,75)NbO₃, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und eines reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Das sich ergebende Gemisch wurde provisorisch gebrannt, wonach das sich ergebende Gemisch in einem nassen Zustand pulverisiert wurde, wodurch eine provisorisch gebrannte Substanz (ein reaktiver Rohstoff) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver ((K_0,25Na_0,75)NbO₃-Pulver) wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich beim Sintern ein Gemisch in einer Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Dann wurde die Mischung in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu präparieren. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper dem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der Kompaktkörper auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E6 betrachtet.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel hergestellten Musters E6 gemessen. Die Ergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 7
In diesem Beispiel erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung mit a = 0,45 in der allgemeinen Formel (6): (Ka_aNa_1-a)NbO₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 gilt) herzustellen, d.h. ein anisotrop geformtes Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,45Na_0,55)NbO₃ das orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden der Säurebehandlungsschritt und der Erhitzungsschritt durchgeführt, um das anisotrop geformte Pulver zu präparieren.
Im Säurebehandlungsschritt wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus einer durch die allgemeine Formel (7):
(Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis präpariert. Das Ausgangsrohstoffpulver wurde einer Säurebehandlung unterzogen, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen. In diesem Beispiel wurde für das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver der wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis von einer Verbindung mit m = 5 und c = 0 in der allgemeinen Formel (7) Gebrauch gemacht, d.h. von einem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung aus Bit_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈.
Im Erhitzungsschritt wurden zur säurebehandelten Substanz zudem zumindest eine Quelle für K und/oder eine Quelle für Na hinzugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde in einem Flussmittel erhitzt, das einen aus NaCl und/oder KCl bestehenden Hauptbestandteil enthielt. Dies führte zu einem anisotrop geformten Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,45Na_0,55)NbO₃, der orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
Und zwar wurde zunächst auf die gleiche Weise wie bei den oben genannten Vergleichsbeispielen ein plattenartiges Pulver aus Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈ mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 12 μm präpariert.
Dann wurde zu 1 g des Ausgangsrohstoffpulvers 6N HCl in einer Menge von 30 ml hinzugegeben und 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 60°C gerührt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch im Saugen gefiltert, um eine säurebehandelte Substanz aus Bi_2,5Na_3,5Nb₅O₁₈-Pulver zu erzielen.
Anschließend wurde zu der säurebehandelten Substanz als Quelle für K ein Pulver aus KHCO₃ hinzugegeben. Das Pulver aus KHCO₃ wurde in einem Molverhältnis von 1,66 Mol zu 1 Mol der säurebehandelten Substanz hinzugegeben. Dann wurden zu 100 Gewichtsteilen eines Gemisches zwischen der säurebehandelten Substanz und der Quelle für K 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben und 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt. Danach wurde das sich ergebende Gemisch 8 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1000°C erhitzt. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis zu einer Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis zu einer Temperatur von 1000°C. Anschließend wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. auf Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde.
Die sich ergebende reagierte Substanz wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 einer Heißwasserwaschung unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde.
Das anisotrop geformte Pulver wurde unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) einer Bestandteilanalyse unterzogen, und die Kristallphase des anisotrop geformten Pulvers wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) identifiziert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass das anisotrop geformte Pulver aus einer Perowskit-Verbindung bestand, die einen Hauptbestandteil aus (K_0,45Na_0,55)NbO₃ enthielt. Dieses anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver, das bei einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 eine in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegende pseudokubische Ebene {100} aufwies.
7 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (REM-Bild) des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,45Na_0,55)NbO₃ eine kristallorientierte Keramik in der Zusammensetzung von Beispiel 1 hergestellt. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus der polykristallinen Substanz mit der Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol (K_0,45Na_0,55)NbO₃-Pulver von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann in einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt, um ein Mischpulver zu erzielen. Das sich ergebende Mischpulver wurde provisorisch gebrannt und weiter in einem nassen Zustand pulverisiert, wodurch als reaktiver Rohstoff ein provisorisch gebranntes Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver ((K_0,45Na_0,55)NbO₃-Pulver) wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich eine beim Sintern eine Zusammensetzung bildende Verbindung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Die Mischung wurde in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu präparieren. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper einem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der Kompaktkörper anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E7 betrachtet. Außerdem wurden die Erhitzungs- und Abkühlschritte anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und der Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std. durchgeführt.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel hergestellten Musters E7 gemessen. Die Ergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 8
In diesem Beispiel erfolgte das Herstellungsverfahren, um eine Verbindung mit d = 0,67 und b = 0,07 in der allgemeinen Formel (4): (K_dNa_1-d)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei0 < d ≤ 0,8 und 0,02 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) herzustellen, d.h. ein anisotrop geformtes Pulver, das einen Hauptbestandteil aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ aufwies und orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3 der Präparierschritt und der Erhitzungsschritt durchgeführt, um ein anisotrop geformte Pulver zu präparieren.
Im Präparierschritt wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in Form eines Hauptbestandteils aus einer durch die allgemeine Formel (5): Na(Nb_1-eTa_e)O₃ (wobei 0,02 ≤ e ≤ 0,4 gilt) dargestellten fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung mit isotroper Struktur auf Perowskit-Basis präpariert, die orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Korns orientiert war.
In diesem Beispiel wurde für das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver von einer Verbindung mit e = 0,07 in der allgemeinen Formel (5) Gebrauch gemacht, d.h. von dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in der Zusammensetzung aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃.
Im Erhitzungsschritt wurde zum anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver zudem zumindest eine Quelle für K hinzugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde in einem Flussmittel erhitzt, das den aus KCl bestehenden Hauptbestandteil enthielt. Dies führte zu einem anisotrop geformten Pulver in Form eines Hauptbestandteils aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃, das orientierte Körner enthielt, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Korns orientiert war. Darüber hinaus wurde in dem Erhitzungsschritt dieses Beispiels als Quelle für K ein Pulver aus KNbO₃ verwendet. Das Pulver aus KNbO₃ spielte nicht nur als Quelle für K, sondern auch als Quelle für Nb eine Rolle.
Und zwar wurde zunächst das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver präpariert. Für das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver wurde von dem im Beispiel 1 präparierten anisotrop geformten Pulver in der Zusammensetzung aus Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃, Gebrauch gemacht.
Zu dem Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃,-Pulver wurde das Pulver aus KNbO₃ als Quelle für K und Nb hinzugegeben, wonach die sich ergebende Mischung in einem trockenen Zustand gemischt wurde. Während dieses Vermischens wurde das Pulver aus KNbO₃ derart hinzugegeben, dass Na in dem Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃,-Pulver und K in dem KNbO₃-Pulver ein Atomverhältnis von 0,55 : 0,45 hatten. Danach wurden zu 100 Gewichtsteilen des sich ergebenden Gemisches 80 Gewichtsteile KCl hinzugegeben, wonach das sich ergebende Gemisch 1 Stunde lang in einem trockenen Zustand gemischt wurde.
Dann wurde das sich ergebende Gemisch 12 Stunden lang im Platintiegel bei einer Temperatur von 1050°C erhitzt, wodurch eine Verbindung aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ synthetisiert wurde. Das Erhitzen erfolgte in einer ersten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. von Zimmertemperatur bis auf eine Temperatur von 700°C und weiter in einer zweiten Stufe bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/Std. von der Temperatur von 700°C bis zu einer Temperatur von 1050°C.
Danach wurde das sich ergebende Gemisch bei einer Temperaturabsinkgeschwindigkeit von 150°C/Std. zur Zimmertemperatur abgekühlt, wodurch eine reagierte Substanz erzielt wurde. Anschließend wurde die reagierte Substanz einem Heißwasserwaschen unterzogen, um das Flussmittel zu entfernen.
Die reagierte Substanz enthielt ein plattenartiges Pulver und ein feines Pulver in einem Mischzustand. Die reagierte Substanz (das Mischpulver) wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenanalysators (EDX) einer Bestandteilsanalyse unterzogen, und die Kristallphase der reagierten Substanz wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) identifiziert. Im Ergebnis war das plattenartige Pulver eine Perowskit-Verbindung, die einen Hauptbestandteil aus einem Pulver aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ enthielt.
Dann wurde das feine Pulver durch Lufttrennung aus dem Mischpulver entfernt, wodurch ein anisotrop geformtes Pulver erzielt wurde, das aus dem plattenartigen Pulver mit einer Hauptzusammensetzung aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ bestand. Das anisotrop geformte Pulver trat in Form eines plattenartigen Pulvers auf, das bei einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und einem Längenverhältnis von ungefähr 10 bis 20 eine in einer Maximalebene (orientierten Ebene) liegende pseudokubische Ebene {100} aufwies.
8 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes wurde unter Verwendung des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers aus (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 eine kristallorientierte Keramik hergestellt. Das heißt, dass die kristallorientierte Keramik dieses Beispiels aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase bestand, die wie im Beispiel 1 in Form einer isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ausgebildet war, bei der eine Ebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert war.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ abgewogen, um für eine Zusammensetzung zu sorgen, bei der 0,05 Mol (K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver, das als das anisotrop geformte Pulver verwendet wurde, von 1 Mol einer stöchiometrischen Zusammensetzung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ abgezogen war, die beim Sintern des anisotrop geformten Pulvers und des reaktiven Rohstoffs eine Zielzusammensetzung bildet. Diese Mischung wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Das sich ergebende Gemisch wurde provisorisch gebrannt, wonach das sich ergebende Gemisch in einem nassen Zustand pulverisiert wurde. Dies führte zu einer provisorisch gebrannten Substanz (reaktiver Rohstoff) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm.
Der reaktive Rohstoff und das anisotrop geformte Pulver ((K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃-Pulver) wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, damit sich eine beim Sintern eine Zusammensetzung bildende Verbindung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517)(Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ ergab. Und zwar wurden das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Dann wurde die Mischung in einem Medium gemischt, um auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch zu präparieren. Dieses schlämmeartige Rohstoffgemisch wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Kompaktkörper einem Entfettungsschritt unterzogen wurde.
Als Nächstes wurde der sich aus dem Entfettungsschritt ergebende Kompaktkörper anhand des gleichen Brennverlaufs wie im Beispiel 1 gebrannt, wodurch eine kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E8 betrachtet.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der kristallorientierten Keramik des in diesem Beispiel hergestellten Musters E8 gemessen. Die Ergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 9
In diesem Beispiel wurde ein anisotrop geformtes Ausgangsrohstoffpulver in einer Zusammensetzung präpariert, die aus einer durch die allgemeine Formel (9): (Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-gTa_g)mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0 ≤ g ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis bestand. Das sich ergebende anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver wurde dann säurebehandelt, um ein anisotrop geformtes Pulver zu erzielen. Die Verwendung des anisotrop geformten Pulvers ermöglichte es, die kristallorientierte Keramik herzustellen.
Und zwar wurden in den Beispielen 2 und 7 die Säurebehandlung und anschließend der Erhitzungsschritt durchgeführt, wodurch das anisotrop geformte Pulver präpariert wurde. In diesem Beispiel wurde allerdings kein Erhitzungsschritt, sondern nur die Säurebehandlung durchgeführt, wodurch das anisotrop geformte Pulver erzielt wurde.
Im Folgenden wird unten ein Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik dieses Beispiels beschrieben. Das anisotrop geformte Pulver wurde zunächst auf die unten beschriebene Weise präpariert.
Und zwar wurde als das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver in der Zusammensetzung aus Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈ zunächst das im Beispiel 1 präparierte Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈-Pulver präpariert.
Anschließend wurde zu 1 g des Ausgangsrohstoffpulvers 6N HCl in einer Menge von 30 ml hinzugegeben, wonach die sich ergebende Substanz 24 Stunden lang in einem Becherglas bei einer Temperatur von 60°C gerührt wurde. Danach wurde die sich ergebende Substanz im Saugen gefiltert. Diese Säurewaschschritte wurden mehrmals (zweimal in diesem Beispiel) wiederholt, wodurch eine säurebehandelte Substanz in der Form eines Bi_2,5Na_3,5(Nb_0,93Ta_0,07)₅O₁₈-Pulvers erzielt wurde.
Die Kristallphase dieses anisotrop geformten Pulvers wurde unter Verwendung des XRD-Geräts identifiziert. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass das anisotrop geformte Pulver eine komplizierte Struktur hatte, die eine Perowskit-Mischstruktur unter Einschluss eines Hauptbestandteils enthielt, der aus einem durch Na_0,5(Nb_0,93Ta_0,07)O₃ dargestellten Pulver bestand, wenn von diesem als der Verbindung auf Perowskit-Basis ausgegangen wird. Das anisotrop geformte Pulver war ein plattenartiges Pulver mit hervorragendem Oberflächenglättungsvermögen, das einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 12 μm und ein Längenverhältnis von etwa 10 bis 20 hatte.
9 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (REM-Bild) des in diesem Beispiel präparierten anisotrop geformten Pulvers.
Als Nächstes wurde unter Verwendung dieses anisotrop geformten Pulvers die kristallorientierte Keramik präpariert.
Und zwar wurden zunächst das in diesem Beispiel präparierte anisotrop geformte Pulver und der im Beispiel 1 präparierte reaktive Rohstoff in einem Molverhältnis von 0,05 : 0,95 (anisotrop geformtes Pulver : reaktiver Rohstoff) abgewogen, so dass sich eine Mischung ergab. Dann wurde die Mischung gemischt, wodurch auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein schlämmeartiges Rohstoffgemisch präpariert wurde. Danach wurde das schlämmeartige Rohstoffgemisch auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zu einem Kompaktkörper geformt, wonach der Entfettungsschritt durchgeführt wurde.
Als Nächstes wurde der sich ergebende, durch den Entfettungsschritt erzielte Kompaktkörper auf eine Pt-Platte in einer Magnesiumoxid-Schüssel gesetzt und zum Brennen 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 1120°C in Atmosphäre erhitzt. Anschließend wurde der Kompaktkörper abgekühlt, wodurch die kristallorientierte Keramik erzielt wurde. Diese Keramik wurde als Muster E9 betrachtet. Außerdem wurden die Erhitzungs- und Abkühlschritte anhand eines Brennverlaufs bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 200°C/Std. und mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/Std. für Temperaturen zwischen 1120 bis 1000°C und einer Abkühlgeschwindigkeit von 200°C/Std. für Temperaturen unterhalb von 1000°C durchgeführt.

Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurden die Raumdichte und der Orientierungsgrad der in diesem Beispiel präparierten kristallorientierten Keramik des Musters E9 gemessen. Die Ergebnisse sind in der unten beschriebenen Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1

Muster Nr.	anisotrop geformtes Pulver	Presswalzen und CIP-Behandlung	kristallorientierte Keramik
Muster Nr.	anisotrop geformtes Pulver	Presswalzen und CIP-Behandlung	Raumdichte (g/cm³)	Orientierungsgrad (%)
Muster E1	Na(Nb_0,93Ta_0,07)O₃	x	4,71	92
Muster E2	(K_0,56Na_0,44)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃	x	4,72	89
Muster E3	(K_0,3Na_0,7(Nb_0,89Ta_0,11)O₃	x	4,73	95
Muster E4	(K_0,65Na_0,35)(Nb_0,9Ta_0,1)O₃	x	4,74	93
Muster E5	(K_0,32Na_0,68)(Nb_0,95Ta_0,05)O₃	x	4,72	93
Muster E6	(K_0,25Na_0,75)NbO₃	x	4,66	88
Muster E7	(K_0,45Na_0,55)NbO₃	x	4,68	88
Muster E8	(K_0,67Na_0,33)(Nb_0,93Ta_0,07)O₃	x	4,72	92
Muster E9	Na_0,5(Nb_0,93Ta_0,07)O₃	x	4,73	89
Muster C1	NaNbO₃	X	4,48	76
Muster C2	NaNbO₃	o	4,57	88

In Tabelle 1 gibt der leere Kreis „o" in der Spalte „Presswalzen und CIP-Behandlung" an, dass der „Presswalzschritt und CIP-Behandlungsschritt" durchgeführt wurden. Das Symbol „x" gibt an, dass weder der Presswalzschritt noch der CIP-Behandlungsschritt eingeleitet wurden.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, zeigte jede der kristallorientierten Keramiken, die zu den in den Beispielen 1 bis 9 erzielten Mustern E1 bis E9 gehören, eine höhere Raumdichte und einen höheren Orientierungsgrad als das Muster C1. Außerdem ist erkennbar, dass jedes der Muster E1 bis E9 trotz der fehlenden Ausführung des „Presswalzschritts und CIP-Behandlungsschritts" eine hervorragende Raumdichte und einen Orientierungsgrad auf einem Niveau zeigte, das zu dem des Musters C2 äquivalent war, das unter Ausführung des „Presswalzschritts und CIP-Behandlungsschritts" präpariert wurde.
Es versteht sich also, dass die Verwendung der in den Beispielen 1 bis 9 erzielten anisotrop geformten Pulver es ermöglicht, die kristallorientierte Keramik auf einer hervorragenden Massenfertigungsbasis mit erhöhter Raumdichte und erhöhtem Orientierungsgrad zu präparieren.
VERSUCH
Dieser Versuch stellt ein Beispiel dar, zu vergleichenden Beurteilungen über das im Beispiel 3 präparierte Muster E3 und das im Vergleichsbeispiel 1 präparierte Muster C1 zu kommen, um Änderungen der Zusammensetzung der kristallorientierten Keramik zu überprüfen.
In diesem Versuch wurde zum Vergleich mit dem Muster E3 außerdem eine nicht-orientierte Keramik (Muster C3) präpariert, anhand der eine Beurteilung erfolgte, um die Änderung der Zusammensetzung der nicht-orientierten Keramik zu überprüfen.
Zunächst wurde auf die unten beschriebene Weise die nicht-orientierte Keramik (Muster C3) präpariert.
Und zwar wurden zunächst kommerziell erhältliche Pulver aus NaHCO₃, KHCO₃, Li₂CO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und NaSbO₃ in einem stöchiometrischen Verhältnis abgewogen, um für eine Verbindung aus (Li_0,06K_0,423Na_0,517) (Nb_0,835Ta_0,1Sb_0,065)O₃ zu sorgen, die beim Sintern eine Zusammensetzung bildet. Die sich ergebene Mischung wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel in einem nassen Zustand gemischt. Dann wurde das sich ergebende Gemisch provisorisch gebrannt und nassgemahlen, wodurch eine provisorisch gebrannte Pulversubstanz mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 0,5 μm erzielt wurde. Die provisorisch gebrannte Pulversubstanz wurde dann in einem Medium wie einem organischen Lösungsmittel mit ZrO₂-Kugeln nassgemahlen. Außerdem wurden zu der provisorisch gebrannten Pulversubstanz ein Bindemittel (Polyvinylbutyral) und ein Weichmacher (Dibutylphthalat) hinzugegeben, um weitergemischt zu werden. Auf diese Weise wurde ein schlämmeartiger Rohstoff erzieltqq.
Als Nächstes wurde das schlämmeartige Rohstoffgemisch unter Verwendung einer Rakelvorrichtung bandgegossen, um grüne Streifen mit jeweils einer Dicke von 100 μm zu erzielen. Die sich ergebenden Streifen wurden aufgeschichtet und pressverbunden, wodurch ein Kompaktkörper in einem geschichteten Zustand mit einer Dicke von 1,2 mm erzielt wurde.
Anschließend wurde der Kompaktkörper entfettet, und der entfettete Kompaktkörper wurde mit dem gleichen Prozess wie im Beispiel 1 gebrannt. Auf diese Weise wurde eine nicht-orientierte Keramik (Muster C3) erzielt.
Dann wurden mit dem Muster E3 und den Mustern C1 und C3 unter Verwendung eines Röntgenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) Bestandteilsanalysen durchgeführt.
Zu diesem Zweck wurde zunächst eine zu einer Ebene {100} jedes Musters senkrechte Querschnittsfläche abgeschliffen. Dann wurde ein Bereich der sich ergebenden Querschnittsfläche mit einem Flächeninhalt von 100 μm × 100 μm in viereckförmige Blöcke von 256 Stück in Längsrichtung mal 256 Stück in Querrichtung unterteilt. Dann wurden die Konzentrationen von K und Ta in jedem Block mittels EPMA gemessen. Die 10 und 11 zeigen die Konzentrationsverteilungen von K und Ta.
Aus den 10 und 11 ergibt sich, dass das Ausbilden des anisotrop geformten Pulvers in einer Zusammensetzung, die näher am reaktiven Rohstoff liegt, eine Verbesserung bei der kristallorientierten Keramik ermöglicht, die eine Zusammensetzungsänderung auf einem Niveau ergibt, die ungefähr dem der nicht-orientierten Keramik entspricht. Es ist daher möglich, eine kristallorientierte Keramik mit einem besseren piezoelektrischen Leistungsvermögen und Isoliervermögen als beim Stand der Technik zu erzielen.
Oben wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch ist dem Fachmann ersichtlich, dass zu diesen Einzelheiten im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen entwickelt werden könnten. Die hier offenbarten besonderen Anordnungen sind daher so gemeint, dass sie nur der Veranschaulichung dienen sollen und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken sollen, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und all ihrer Äquivalente vorgegeben ist.

Claims

Anisotrop geformtes Pulver, das Folgendes umfasst: ein anisotrop geformtes Pulver, das aus orientierten Körnern besteht, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist; und das anisotrop geformte Pulver einen Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten isotropen fünfwertigen Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis enthält.
Anisotrop geformtes Pulver nach Anspruch 1, wobei: das anisotrop geformte Pulver dazu verwendet wird, eine kristallorientierte Keramik herzustellen durch Mischen des anisotrop geformten Pulvers mit einem reaktiven, mit dem anisotrop geformten Pulver reagierenden Rohstoff, um ein Rohstoffgemisch zu bilden, das dann erhitzt wird, damit sich die kristallorientierte Keramik ergibt, die aus einer polykristallinen Substanz besteht, die eine isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis mit einer durch die allgemeine Formel (2): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x} (Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0,4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellten Hauptphase enthält, die Kristallkörner enthält, bei denen eine Kristallebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert ist.
Anisotrop geformtes Pulver nach Anspruch 1, wobei: das anisotrop geformte Pulver in zumindest einer der Formen plattenartige Form, säulenartige Form, schuppenartige Form und nadelartige Form ausgebildet ist.
Anisotrop geformtes Pulver nach Anspruch 1, wobei: die orientierten Körner ein mittleres Längenverhältnis von größer als oder gleich 3 und kleiner als oder gleich 100 haben.
Anisotrop geformtes Pulver nach Anspruch 1, wobei: die orientierten Körner eine mittlere Maximallänge von kleiner als oder gleich 30 μm haben.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (1): (K_aNa_1-a)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die Kristallkörner aufweist, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das aus einer durch die allgemeine Formel (3): (Bi₂O₂)²⁺(Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-bTa_b)_mO_3m+1)^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht; Säurebehandeln des anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen; Hinzugeben zumindest einer Quelle für K und/oder einer Quelle für Na zu der säurebehandelten Substanz, um ein Gemisch zu bilden; und Erhitzen des Gemisches in einem Flussmittel, das aus einem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 6, wobei: die Quelle für K und/oder die Quelle für Na zu der säurebehandelten Substanz in einem Molverhältnis von 1 bis 5 Mol bei einer Summe eines Elements K und eines Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, pro 1 Mol der durch die allgemeine Formel (3) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis hinzugegeben werden.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (4): (K_dNa_1-d)(Nb_1-bTa_b)O₃ (wobei0 < d ≤ 0,8 und 0,02 ≤ b ≤ 0,4 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (5): Na (Nb_1-eTa_e)O₃ (wobei 0,02 ≤ e ≤ 0,4 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist; Hinzugeben zumindest einer Quelle für K zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver, um ein Rohstoffgemisch zu bilden; und Erhitzen des Rohstoffgemisches in einem Flussmittel, das aus einem KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 8, wobei: das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver während des Schritts Erhitzen des Rohstoffgemisches neben der Quelle für K außerdem mit einer Quelle für Nb und/oder einer Quelle für Ta vermengt ist.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 9, wobei: die Quelle für K, die Quelle für Nb und die Quelle für Ta zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in einem solchen Mischungsverhältnis hinzugegeben werden, dass ein Atomverhältnis einer Summe eines Elements Nb und eines Elements Ta, die in den Quellen enthalten sind, und ein Atomverhältnis eines Elements K ein Verhältnis von 1 : 1 haben.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (6): (Ka_aNa_1-a)NbO₃ (wobei 0 ≤ a ≤ 0,8 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil aus einer durch die allgemeine Formel (7): (Bi₂O₂)²⁺{Bi_0,5(KcNa_1-c)_m-1,5(Nb_mO_3m+1)^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist; Säurebehandeln des anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, um eine säurebehandelte Substanz zu erzielen; Hinzugeben zumindest einer Quelle für K und/oder einer Quelle für Na zu der säurebehandelten Substanz, um ein säurebehandeltes Gemisch zu bilden; und Erhitzen des säurebehandelten Gemisches in einem Flussmittel, das aus einem NaCl und/oder KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 11, wobei: die Quelle für K und/oder die Quelle für Na zu der säurebehandelten Substanz in einem Molverhältnis von 1 Mol zu 5 Mol bei einer Summe des Elements K und des Elements Na, die in der Quelle für K und/oder der Quelle für Na enthalten sind, pro 1 Mol der durch die allgemeine Formel (7) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis hinzugegeben werden.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers, das als Hauptbestandteil eine durch die allgemeine Formel (8): (K_fNa_1-f)NbO₃ (wobei 0 < f ≤ 0,8 gilt) dargestellte isotrope fünfwertige Metallsäure-Alkaliverbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Präparieren eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers, das als Hauptbestandteil aus NaNbO₃ besteht, das orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes orientierten Korns orientiert ist; Hinzugeben zumindest einer Quelle für K zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver, um ein Rohstoffgemisch zu bilden; und Erhitzen des Rohstoffgemisches in einem Flussmittel, das aus einem KCl enthaltenden Hauptbestandteil besteht, um dadurch das anisotrop geformte Pulver zu erzielen.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 13, wobei: das anisotrop geformte Ausgangsrohstoffpulver während des Schritts Erhitzen des Rohstoffgemisches neben der Quelle für K außerdem mit einer Quelle für Nb vermengt ist.
Verfahren zur Herstellung eines anisotrop geformten Pulvers nach Anspruch 14, wobei: die Quelle für K und die Quelle für Nb zu dem anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulver in einem solchen Mischungsverhältnis hinzugegeben werden, dass ein Atomverhältnis eines Elements K und ein Atomverhältnis eines Elements Nb, die in den Quelle enthalten sind, ein Verhältnis von 1 : 1 haben.
Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik, die eine polykristalline Substanz mit einer Hauptphase aufweist, die eine durch die allgemeine Formel (2): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0, 4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Mischen eines anisotrop geformten Pulvers und eines reaktiven Stoffs, der mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, damit sich die durch die allgemeine Formel (2) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, um ein Rohstoffgemisch zu präparieren; Formen des Rohstoffgemisches zu einem Kompaktkörper, um dem anisotrop geformten Pulver zu ermöglichen, Kristallebenen {100} zu haben, die im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind; und Brennen des Kompaktkörpers durch Erhitzen desselben, damit das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Stoff miteinander zum Sintern reagieren, um die kristallorientierte Keramik zu bilden; wobei das anisotrop geformte Pulver das in Anspruch 1 definierte anisotrop geformte Pulver oder das in einem der Ansprüche 3 bis 12 definierte anisotrop geformte Pulver umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik, die aus einer polykristallinen Substanz mit einer Hauptphase besteht, die eine durch die allgemeine Formel (2): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 0, 2, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 0, 4, 0 ≤ w ≤ 0,2 und x + z + w > 0 gilt) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis aufweist, die orientierte Körner enthält, bei denen eine spezifische Kristallebene {100} jedes die polykristalline Substanz bildenden Kristallkorns orientiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Mischen eines anisotrop geformten Pulvers und eines reaktiven Stoffs, der mit dem anisotrop geformten Pulver reagiert, damit sich die durch die allgemeine Formel (2) dargestellte isotrope Verbindung auf Perowskit-Basis ergibt, um ein Rohstoffgemisch zu präparieren; Formen des Rohstoffgemisches zu einem Kompaktkörper, um dem anisotrop geformten Pulver zu ermöglichen, Kristallebenen {100} zu haben, die im Wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind; und Brennen des Kompaktkörpers durch Erhitzen desselben, damit das anisotrop geformte Pulver und der reaktive Stoff miteinander zum Sintern reagieren, um die kristallorientierte Keramik zu bilden; wobei das anisotrop geformte Pulver eine säurebehandelte Substanz umfasst, die durch Säurebehandeln eines anisotrop geformten Ausgangsrohstoffpulvers erzielt wird, das aus einer durch die allgemeine Formel (9): (Bi₂O₂)² ⁺{Bi_0,5(K_cNa_1-c)_m-1,5(Nb_1-gTa_g)_mO_3m+1}^2– (wobei „m" eine Ganzzahl von mehr als 2 ist und 0 ≤ c ≤ 0,8 und 0 ≤ g ≤ 0,4 gilt) dargestellten wismutschichtartigen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht.
Verfahren zur Herstellung einer kristallorientierten Keramik nach Anspruch 17, wobei: der reaktive Stoff ein nicht-anisotrop geformtes Pulver umfasst, das aus einer durch die allgemeine Formel (10): {Li_x(K_1-yNa_y)_1-x}(Nb_1-z-wTa_zSb_w)O₃ (wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ w ≤ 1 gilt) dargestellten isotropen Verbindung auf Perowskit-Basis besteht.