DE10219891B4

DE10219891B4 - Verfahren zum Herstellen von Keramik

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Publication number: DE10219891B4
Application number: DE2002119891
Authority: DE
Inventors: Hirozumi Ogawa; Masahiki Kimura; Akira Ando
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: JP2003026473A; DE10219891A1; US6767503B2; KR100484612B1; KR20020085800A; TWI238105B; US20020195750A1; CN1226235C; CN1384080A; US20040176254A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Keramik, mit folgenden Schritten:
Zubereiten eines keramischen Schlickers, welcher ein Mischpulver aus Keramikkristallkörnern mit Formanisotropie, gemischt mit einem Pulver eines keramischen Rohstoffs und/oder einem kalzinierten Pulver eines keramischen Rohstoffs, enthält;
Bilden des keramischen Schlickers, um ein plattenförmiges Formerzeugnis (L) zu erzeugen;
Pressen des Formerzeugnisses (L), wodurch ein orientiertes Formerzeugnis erzeugt wird; und
Brennen des orientierten Formerzeugnisses zum Sintern
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem genannten Preßschritt das plattenförmige Formerzeugnis (L) in einer metallischen Form (10), die größer ist als das darin eingelegte plattenförmige Formerzeugnis (L), uniaxial verpreßt wird, so daß die Erstreckung des Formerzeugnisses (L) in der Richtung parallel zur Pressachse verglichen mit der Erstreckung vor dem Pressen geringer ist und die Fläche einer Ebene senkrecht zur Pressachse des Formerzeugnisses im Vergleich zu vor dem Pressen vergrößert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Keramik, bei dem ein keramischer Schlicker zubereitet wird, welcher ein Mischpulver aus Keramikkristallkörnern mit Formanisotropie, gemischt mit einem Pulver eines keramischen Rohstoffs und/oder einem kalzinierten Pulver eines keramischen Rohstoffes, enthält, wobei der keramische Schlicker gebildet wird, um ein plattenförmiges Formerzeugnis zu erzeugen, wobei das Formerzeugnis gepresst wird, wodurch ein orientiertes Formerzeugnis erzeugt wird, und wobei das orientierte Formerzeugnis gebrannt wird, um es zu sintern.
Nach einem der bekannten Verfahren zum Herstellen von Keramik werden keramische „grüne" Platten laminiert, zur Verbindung miteinander verpresst und gebrannt. Bei diesem Verfahren werden die keramischen grünen Platten in solcher Weise verpresst, dass eine Vergrößerung der Fläche der jeweiligen keramischen grünen Platten in der Richtung senkrecht zur Pressachse verhindert wird. Die Kristallkörner der durch dieses Verfahren erhaltenen Keramik sind nicht orientiert. Orientierung bedeutet dabei den Zustand der Kristallkörner mit hoher Formanisotropie, in dem die Richtungen der Körner insgesamt gleich sind.
Andererseits ist bekannt, dass orientierte Keramik, bei der die Kristallkörner orientiert sind, als Elektronikmaterialien, beispielsweise als piezoelektrische Materialien oder dergleichen, besonders brauchbar sind. Zum Beispiel verursacht die Orientierung einer geschichteten Perovskit-Verbindungskeramik, beispielsweise Na_0,5Bi_4,5Ti₄O₁₅ oder dergleichen, als piezoelektrisches Material die Zunahme des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten für die Dickenlängsgrundschwingung eines säulenförmigen Vibrators auf das etwa 2,2fache der der gewöhnlichen nicht orientierten Keramik. Weiterhin wurde bereits als Supraleitermaterial eine orientierte YBa₂Cu₃O₇-δ-Keramik erzeugt und deren kritische Stromdichte auf etwa das 12fache der der nicht orientierten Keramik erhöht.
Als Verfahren zum Herstellen orientierter Keramiken können beispielsweise Warmschmieden, Templated Grain Growth (TGG, Kornwachstum mit Schablone) usw. eingesetzt werden.
Beispielsweise kann mit dem Warmschmiedeverfahren eine orientierte Keramik aus Na_0,5Bi_4,5Ti₄O₁₅ erzeugt werden. Nach diesem Verfahren wird ein Formerzeugnis wärmebehandelt (gebrannt), während es gepresst wird. Orientierte Keramiken mit hohen Orientierungsgraden können insbesondere durch das Warmschmiedeverfahren erhalten werden. Der Orientierungsgrad der erzeugten orientierten Keramik betrug bei Messung mit dem Lotgering-Verfahren 98 %.
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, mit dem TGG-Verfahren eine orientierte Keramik aus Bi₄(Ti_3,06Nb_0,04)O₁₂ zu erzeugen. Nach dem TGG-Verfahren werden Keramikkristallkörner mit einer Formanisotropie vor dem Formen gemischt. Der Orientierungsgrad der mit diesem Verfahren erhaltenen orientierten Keramik betrug bei Messung mit dem Lotgering-Verfahren 96 % und seine piezoelektrische Konstante d33 war auf das etwa 1,5fache gegenüber der nicht orientierten Keramik verbessert.
Wie vorstehend beschrieben sind nach manchen bekannten Verfahren zum Herstellen einer Keramik die erzeugten Kristallkörner der Keramik nicht orientiert.
Andererseits sind die Kristallkörner mit dem Warmschmiedeverfahren und dem TGG-Verfahren erzeugter Keramiken orientiert.
Das Warmschmiedeverfahren muss jedoch eine spezielle Wärmebehandlungsvorrichtung einsetzen, die für das Press-Brennen geeignet ist und verwendet zudem die Wärmebehandlung im Chargenverfahren. Dieses Verfahren ist somit teuer und für die Massenproduktion ungeeignet.
Andererseits ist bei dem TGG-Verfahren das Press-Brennen im Chargenverfahren nicht erforderlich und daher ist dieses Verfahren für die Massenproduktion an sich geeignet. Der Orientierungsgrad der Kristallkörner einer mit dem TGG-Verfahren erzeugten Keramik ist jedoch verglichen mit dem Warmschmiedeverfahren gering.
Zur Verbesserung der Eigenschaften einer Keramik, beispielsweise eines elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, durch Orientieren der Keramik ist es erforderlich, einen noch höheren Orientierungsgrad zu verwirklichen. Ein Vergleich der Orientierungsgrade ist schwierig, da die Orientierungsgrade abhängig von den Keramikarten, den Herstellungsbedingungen, den Beurteilungsverfahren usw. unterschiedlich ausfallen. Im Allgemeinen ist es mit dem TGG-Verfahren schwieriger, verglichen mit der Herstellung mittels des Warmschmiedeverfahrens stark orientierte Keramik zu erzeugen.
Die Erfinder haben das Verfahren des Stands der Technik zur Erzeugung einer Keramik mit den Warmschmiede- und TGG-Verfahren mit Hilfe von CaBi₄Ti₄O₁₅ + 0,5 Masseprozent MnCO₃ verglichen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Vergleichs.
Tabelle 1

Das TGG-Verfahren gehört zum Stand der Technik, wobei das Pressdickenverringerungsverhältnis 1 beträgt.

	Verfahren des Stands der Technik zum Erzeugen einer Keramik	Warmschmieden	TGG
Orientierungsgrad	0 %	98 %	91 %
elektromechanischer Kopplungskoeffizient bei Dickenscherschwingung	15 %	35,1 %	30,5 %

Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, unterscheiden sich die Kristallkörner der mit den Warmschmiede- und TGG-Verfahren hergestellten Keramiken in der Orientierung von der mit dem Verfahren des Stands der Technik hergestellten Keramik. Bei der mit dem TGG-Verfahren hergestellten Keramik ist der Orientierungsgrad gering und auch die Verbesserung der Eigenschaft ist verglichen mit denen des Warmschmiedeverfahrens gering.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Keramik gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE 697 10 976 T2 bekannt, die ein Verpressen des Keramikrohlings durch einen Walzvorgang beschreibt, bei dem der Rohling durch zwei gegenläufig laufende Walzen kontinuierlich durchgeführt wird. Hierdurch bildet sich eine verstärkte Orientierung des Presslings in der Richtung, in der der Pressling durch die Walzen hindurchbewegt wird, während in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Pressling nicht ausreichend orientiert wird, so dass beim Schneiden der Keramik eine spezielle Auswahl erfolgen muss, um einen gewünschten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zu erreichen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Keramik der genannten Art zu schaffen, das bei Massenproduktion einen sehr hohen Orientierungsgrad erreicht, ohne Hemmnisse für die nachfolgende Verarbeitung zu schaffen, insbesondere ohne eine Auswahl beim Schneiden der Keramik. Insbesondere soll der erreichte Orientierungsgrad höher als bei dem vorgenannten TGG-Verfahren sein und im wesentlichen dem Warmschmiedeverfahren entsprechen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Insbesondere sieht die Erfindung ein uniaxiales Pressen des aus Schlicker gebildeten Formerzeugnisses vor. Erfindungsgemäß wird in dem genannten Pressschritt das plattenförmige Formerzeugnis in einer metallischen Form, die größer ist als das darin eingelegte plattenförmige Formerzeugnis, uniaxial verpresst, so dass die Erstreckung des Formerzeugnisses in der Richtung parallel zur Pressachse verglichen mit der Erstreckung vor dem Pressen geringer ist und die Fläche einer Ebene senkrecht zur Pressachse des Formerzeugnisses im Vergleich zu vor dem Pressen vergrößert wird.
Vorzugsweise beträgt die Länge des orientierten Formerzeugnisses in der Richtung parallel zur Pressachse bis zur Hälfte der Länge des Formerzeugnisses.
Vorzugsweise liegt die Menge der keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie in dem Bereich von 25 bis 52 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent des Mischpulvers.
Ferner sind die keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie vorteilhafterweise flach und das Schlankheitsverhältnis liegt in dem Bereich von 5 zu 10. Das Schlankheitsverhältnis ist dabei das Verhältnis der maximalen Größe eines keramischen Kristallkorns zu seiner Höhe.
Vorzugsweise weisen die keramischen Kristallkörner mit Formanisotropie einen geschichteten Perovskit-Kristallaufbau auf.
Nach dem Verfahren zum Herstellen einer Keramik der vorliegenden Erfindung kann ein gewöhnlicher Trockenofen zum Brennen verwendet werden. Bei Verwendung gleicher Materialien kann eine orientierte Keramik mit einem höheren Orientierungsgrad als bei dem TGG-Verfahren erhalten werden. Das heißt die Herstellungskosten einer Keramik können verringert werden und es kann auch eine Keramik mit einem höheren Orientierungsgrad als bei dem TGG-Verfahren erzeugt werden.
Wenn die Länge des orientierten Formerzeugnisses in der Richtung parallel zur Pressachse bis zur Hälfte der Länge des Formerzeugnisses ausmacht, kann eine Keramik mit einem noch höheren Orientierungsgrad, z.B. einem Orientierungsgrad, der im Wesentlichen gleich dem beim Warmschmiedeverfahren ist, hergestellt werden.
Wenn die Menge der keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie zudem in dem Bereich von 25 bis 52 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent eines Mischpulvers liegt, kann eine Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad und einer hohen Sinterdichte erzielt werden.
Wenn die keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie flach sind und das Schlankheitsverhältnis, welches ein Verhältnis der maximalen Größe derselben zur Höhe ist, in dem Bereich von 5 bis 10 liegt, kann ferner eine Keramik mit einem hohen Orientierungsgrad erzielt werden. Wenn das Schlankheitsverhältnis größer als 10 ist, wird die Dichte der Keramik gering.
Wenn ferner die keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie einen geschichteten Perovskit-Kristallaufbau aufweisen, kann eine orientierte Keramik mit einem bemerkenswert höheren Orientierungsgrad und einer ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaft erzeugt werden. Beispiele für ein Material mit dem geschichteten Perovskit-Kristallaufbau sind BiWO₆, CaBi₂Nb₂O₉, SrBi₂Nb₂O₉, BaBi₂Nb₂O₉, PbBi₂Nb₂O₉, CaBi₂Ta₂O₉, SrBi₂Ta₂O₉, BaBi₂Ta₂O₉, PbBi₂Ta₂O₉, Bi₃TiNbO₉, Bi₃TiTaO₉, Bi₄Ti₃O₁₂, SrBi₃Ti₂NbO₁₂, BaBi₂Ti₂NbO₁₂, PbBi₃TiNbO₁₂, CaBi₄Ti₄O₁₅, SrBi₄Ti₄O₁₅, BaBi₄Ti₄O₁₅, PbBi₄Ti₄O₁₅, Na_0,5Bi_4,5Ti₄O₁₅, K_0,5Bi_4,5Ti₄O₁₆, Ca₂Bi₄Ti₅O₁₈, Sr₂Bi₄Ti₅O₁₈, Ba₂Bi₄Ti₅O₁₈, Pb₂Bi₄Ti₅O₁₈, Bi Ti WO₁₈, Bi₇Ti₄NbO₂₁, Bi₁₀Ti₂W₃O₃₀ und Kombinationen von mindestens zwei dieser Materialien.
Die vorliegende Erfindung und Vorteile derselben werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zum Erzeugen einer Keramik nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zum Erzeugen einer Keramik nach dem Stand der Technik;
3 ist eine graphische Darstellung, welche Beziehungen zwischen dem Anteil der flachen Keramikkörner und den Orientierungsgraden der Proben des Beispiels und der mit dem TGG-Verfahren erzeugten Proben zeigt;
4 ist eine graphische Darstellung, welche Beziehungen zwischen dem Anteil der plattenförmigen Keramikkörner und den Dichten der Proben des Beispiels und der mit dem TGG-Verfahren erzeugten Proben zeigt; und
5 ist eine graphische Darstellung, welche Beziehungen zwischen den Schlankheitsverhältnissen und den Orientierungsgraden der Proben des Beispiels und der mit dem TGG-Verfahren erzeugten Proben zeigt;
Beispiel
Als Ausgangsmaterialien wurden Bi₂O₃, TiO₂, CaCO₃ und MnCO₃ erzeugt. Diese Materialien wurden so abgewogen, dass eine Zusammensetzung von CaBi₄Ti₄O₁₅ + 0,5 Masseprozent MnCO₃ erzeugt werden kann, wurden etwas 16 Stunden mittels einer Kugelmühle nassaufbereitet. Das erhaltene Gemisch wurde getrocknet, bei 900°C 2 Stunden lang kalziniert, um ein kalziniertes Pulver der keramischen Materialien zu erhalten. Dann wurden das kalzinierte Pulver und NaCl bei einem Mischgewichtsverhältnis von 1 : 1 gemischt und bei einer Temperatur von 950 bis 1.050°C 10 Stunden lang wärmebehandelt (gebrannt). Aus dem gebrannten Produkt wurde NaCl entfernt, um ein keramisches Pulver aus CaBi₄Ti₄O₁₅ zu erhalten. Die Rasterelektronenmikroskopuntersuchung des Pulvers zeigte, dass das keramische Pulver in seiner Form anisotropisch war und eine Plattenform aufwies. Zudem betrug das Schlankheitsverhältnis des plattenförmigen keramischen Pulvers, d.h. das Verhältnis der Höhe zu der maximalen Größe, etwa 10. Es wurden ein Mischpulver, welches 50 Masseteile des plattenförmigen keramischen Pulvers und 50 Masseteile des oben beschriebenen kalzinierten Pulvers, ein organisches Bindemittel, ein Dispergiermittel, ein Schaumdämpfungsmittel und einen oberflächenaktiven Stoff in angemessenen Mengen umfasste, gemischt, um einen keramischen Schlicker zu erhalten. Der keramische Schlicker wurde durch ein Schabmesserverfahren gebildet. Dadurch wurden Platten als Formerzeugnisse erhalten. Die Dicke der Platten lag in dem Bereich von 40 bis 100 μm. Die Platten wurden übereinander gelegt, so dass die Gesamtdicken 1,25 mm, 1,7 mm, 2 mm und 3,3 mm betrugen. Die Platten wurden uniaxial gepresst, damit sie jeweils fest an einander angebracht waren. Dadurch wurden orientierte Formerzeugnisse als Proben erhalten. Unter besonderem Bezug auf das uniaxiale Pressen wurde jedes die übereinander gelegten Platten umfassende Laminat L in eine metallische Form 10 gegeben und dann, wie in 1 gezeigt, gepresst. In diesem Fall wurde die Größe der metallischen Form 10 so angepasst, dass bei Pressen die Dickenverringerungsverhältnisse der Laminate L mit Dicken von 1,25 mm, 1,7 mm, 2 mm und 3,3 mm 0,8, 0,6, 0,5 und 0,3 betrugen und die Dicken nach dem Pressverbinden der Laminate L etwa 1 mm betrugen. Das Dickenverringerungsverhältnis bei Pressen wird durch folgende Formel wiedergegeben: Press-Dickenverringerungsverhältnis = H1/H0 wobei H₀ für die Dicke eines Laminats steht, das übereinander gelegte Platten vor dem Pressen umfasst, und H₁ die Dicke des Laminats nach dem Pressen ist.
Zum Vergleich wurde eine Probe mittels eines TGG-Verfahrens als Stand der Technik hergestellt. Das heißt eine metallische Form 1 mit einer Größe gleich den Platten wurde verwendet, wie dies in 2 gezeigt wird. Das heißt das die wie oben beschrieben über einander gelegten Platten umfassende Laminat L wurde in die Form gegeben und so gepresst, dass die Länge des Laminats L in der Richtung parallel zur Pressachse und die Fläche der Ebene des Laminats L senkrecht zur Pressrichtung vor dem Pressen nicht gegenüber denen vor dem Pressen geändert wurden. Die Platten wurden mit anderen Worten fest miteinander verbunden, so dass sich ein Press-Dickenverringerungsverhältnis von 1,0 ergab.
Dann wurden die jeweiligen Proben zum Sintern 2 Stunden lang bei 1.150°C wärmebehandelt (gebrannt). Der Orientierungsgrad an der Oberfläche jeder Probe wurde mittels des Lotgering-Verfahrens gemessen.
Das Lotgering-Verfahren ist eines der Verfahren zum Messen der Orientierung einer Probe. Das heißt das Verhältnis Po wird wie folgt ermittelt: Verhältnis P0 = {ΣI(001)/ΣI(hkl)}wobei ΣI(hkl) die Summe der Reflexionsintensitäten I(hkl) an den jeweiligen Kristallebenen (hkl) einer nicht orientierten Probe wiedergibt und ΣI(001) die Summe der Reflexionsintensitäten I(001) an den (001) Ebenen wiedergibt.
Bezüglich einer orientierten Probe wird das Verhältnis P in ähnlicher Weise ermittelt: Verhältnis P = {ΣI(001)/ΣI(hkl)}
Der Orientierungsgrad F wird mit Hilfe von P₀ und P wie folgt ermittelt. F = {(P – P0)/(1 – P0)} × 100 (%)
Zum Vergleich wurden Proben mit der gleichen Zusammensetzung wie diejenigen des oben beschriebenen Beispiels mittels eines Warmschmiedeverfahrens erzeugt. Bei dem Warmschmiedeverfahren wird eine uniaxiale Presskraft auf eine Probe ausgeübt, während sie gebrannt wird. In diesem Fall wurde das gleiche kalzinierte Pulver wie das des oben beschriebenen Beispiels mit einem organischen Bindemittel gemischt. Die Probe wurde zu einer Säulenform mit einem Durchmesser von 17 mm und einer Höhe von 8 mm pressgeformt. Die Probe wurde 2 Stunden lang bei 1.150°C wärmebehandelt (gebrannt). Bei dieser Wärmebehandlung wurde die Probe bei einem Gesamtdruck von etwa 500 kg uniaxial gepresst.
Tabelle 2 zeigt eine Beziehung zwischen den Press-Dickenverringerungsverhältnissen der wie vorstehend beschrieben erzeugten Proben und deren Orientierungsgraden. Der Orientierungsgrad der durch das Warmschmiedeverfahren erzeugten Probe betrug 98 %.
Tabelle 2

* Die Probe war nicht erfindungsgemäß.

Press-Dickenverringerungsverhältnis	Orientierungsgrad (%)
1,0*	91
0,8	95
0,6	96
0,5	98
0,3	98

Wie in Tabelle 2 gezeigt, betrugen die Orientierungsgrade aller erfindungsgemäßen Proben mindestens 95 %.
Andererseits betrug für die nach dem TGG-Verfahren erzeugte Probe, die so gepresst wurde, dass ihre Länge in der Richtung parallel zur Pressachse und die Fläche ihrer Oberfläche senkrecht zur Pressrichtung nach dem Pressen verglichen mit denen vor dem Pressen nicht geändert wurde, d.h. bei einer Pressdickenverringerung von 1,0, der Orientierungsgrad 91 %.
Wie in Tabelle 2 ersichtlich, waren bezüglich den erfindungsgemäßen orientierten und bei einem Pressdickenverringerungsverhältnis von bis zu 0,5 erzeugten keramischen Proben, d.h. die so erzeugt wurden, dass die Länge eines orientierten Formerzeugnisses in der Richtung parallel zur Pressachse bis zur Hälfte des zu formenden Erzeugnisses betrug, die Orientierungsgrade nahezu gleich denen der durch das Warmschmiedeverfahren erhaltenen orientierten keramischen Proben.
3 zeigt zum Vergleich das Verhältnis zwischen den Orientierungsgraden der orientierten Keramik aus CaBi₄Ti₄O₁₅ und die elektromechanischen Koeffizienten bei Dickenscherschwingung. Tabelle 3

Orientierungsgrad (%) elektromechanischer Kopplungskoeffizient (%) bei Dickenscherschwingung

91 30,5

93 31,3

95 31,9

96 32,7

98 33,8
Wie in Tabelle 3 offenbar ersichtlich ist, war aufgrund des höheren Orientierungsgrads der orientierten Keramik aus CaBi₄Ti₄O₁₅ der bei Dickenscherschwingung bewirkte elektromechanische Kopplungskoeffizient größer.
In den Proben des oben beschriebenen Beispiels wurde der Anteil der flachen bzw. plattenförmigen keramischen Kristallkörner auf 10 Masseprozent, 25 Masseprozent, 45 Masseprozent, 50 Masseprozent, 52 Masseprozent und 60 Masseprozent eingestellt. Die Orientierungsgrade und die Dichten dieser Proben wurden gemessen. In diesem Fall betrug das Schlankheitsverhältnis des plattenförmigen keramischen Pulvers 10 und das Pressdickenverringerungsverhältnis der Proben 0,5. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 4

Anteil der flachen keramischen Kristallkörner (Masseprozent) Orientierungsgrad (%) Dichte (g/cm³)

10 60 6,9

25 85 7,1

45 95 7,2

50 98 7,2

52 98 7,15

60 98 6,7

Schlankheitsverhältnis = 10, Pressdickenverringerungsverhältnis = 0,5

Analog wurden die Proben mit dem TGG-Verfahren in gleicher Weise wie die Proben von Tabelle 4 erzeugt, lediglich die Orientierungsgrade betrugen 1,0, und es wurden die Orientierungsgrade und die Dichten gemessen. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 5

Anteil der flachen keramischen Körner (Masseprozent) Orientierungsgrad (%) Dichte (g/cm³)

10 47 6,8

25 74 6,8

45 85 7,0

50 91 7,0

52 91 6,95

60 91 6,5

Schlankheitsverhältnis = 10, Pressdickenverringerungsverhältnis = 1,0

3 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse der Tabellen 4 und 5 veranschaulicht, d.h. die Beziehungen zwischen dem Anteil des plattenförmigen keramischen Pulvers und den Orientierungsgraden der Proben.
Wie in den Tabellen 4 und 5 und der graphischen Darstellung von 3 offensichtlich ist, waren die Orientierungsgrade der Proben des Beispiels höher als die der Proben, die durch das TGG-Verfahren erhalten wurden.
Wie in Tabelle 4 und der graphischen Darstellung von 3 ersichtlich ist, betrug der Orientierungsgrad 85 % oder mehr, wenn der Anteil der flachen keramischen Kristallkörner bei dem Beispiel 25 Masseprozent oder mehr betrug. Wenn der Anteil der flachen Körner 45 Masseprozent oder mehr betrug, betrug zudem der Orientierungsgrad 95 % oder mehr. Wenn der Anteil der flachen Körner 50 Masseprozent oder mehr betrug, betrug der Orientierungsgrad 98 % oder mehr.
4 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse der Tabellen 4 und 5 veranschaulicht, d.h. die Beziehungen zwischen den Anteilen der flachen keramischen Kristallkörner und den Dichten der Proben.
Wie in den Tabellen 4 und 5 und der graphischen Darstellung von 4 offensichtlich ist, waren die Dichten der Proben bei dem Beispiel höher als die der Proben, die durch das TGG-Verfahren erzeugt wurden.
Wie in der Tabelle 4 und der graphischen Darstellung von 4 offensichtlich ist, waren die Dichten der Proben groß, d.h. 7,1 (g/cm³) oder mehr, wenn der Anteil des plattenförmigen keramischen Pulvers in den Proben des Beispiels in dem Bereich von 25 bis 52 Masseprozent lag. Wenn der Anteil der plattenförmigen bzw. flachen keramischen Körner in dem Bereich von 45 bis 50 Masseprozent lag, waren die Dichten der Proben noch größer. Daher liegt der Anteil der flachen Körner vorzugsweise in dem Bereich von 25 bis 52 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent des Pulvers der flachen Keramikkörner gemischt mit dem kalzinierten Pulver des keramischen Rohstoffs und bevorzugter in dem Bereich von 45 bis 50 Masseprozent.
Die Orientierungsgrade der gleichen Proben wie die des Beispiels, bei denen lediglich die Schlankheitsverhältnisse der flachen Keramikkörner 2, 4, 5 und 10 betrugen, wurden gemessen. In diesem Fall betrug der Anteil der flachen Keramikkörner 50 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent des Pulvers aus flachen Körnern gemischt mit dem kalzinierten Pulver des keramischen Rohstoffes und die Pressdickenverringerungsverhältnisse der Proben betrugen 0,5. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 6

Schlankheitsverhältnis Orientierungsgrad

2 70

4 91

5 98

10 91

Anteil des keramischen Pulvers aus flachen Körnern = 50 Masseprozent Pressdickenverringerungsverhältnis = 0,5.

Zudem wurden als Ergebnis des TGG-Verfahrens die gleichen Proben wie in 6 gezeigt erzeugt, lediglich die Pressdickenverringerungsverhältnisse betrugen 1,0. Die Orientierungsgrade der Proben wurden gemessen. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 7

Schlankheitsverhältnis Orientierungsgrad

2 62

4 83

5 91

10 91

Anteil des keramischen Pulvers aus flachen Körnern = 50 Masseprozent Pressdickenverringerungsverhältnis = 1,0.

5 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse der Tabellen 6 und 7 zeigt, d.h. die Beziehungen zwischen den Schlankheitsverhältnissen des Pulvers aus flachen Körnern und den Orientierungsgraden der Proben.
Wie in Tabellen 6 und 7 und der graphischen Darstellung von 5 gezeigt, waren die Orientierungsgrade der Proben des Beispiels höher als die der Proben, die durch das TGG-Verfahren erzeugt wurden.
Weiterhin betrug, wie in Tabelle 6 und der graphischen Darstellung von 5 ersichtlich, der Orientierungsgrad 91 % oder mehr, wenn das Schlankheitsverhältnis der flachen Körner 4 oder mehr betrug. Wenn das Schlankheitsverhältnis 5 oder mehr betrug, lag der Orientierungsgrad bei 98 % oder höher. Wenn das Schlankheitsverhältnis 10 oder mehr betrug, wurde die Dichte der Keramik vermindert. Demgemäß liegt das Schlankheitsverhältnis vorzugsweise in dem Bereich von 4 bis 10 und bevorzugter in dem Bereich von 5 bis 10.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird das keramische Pulver aus den flachen Körnern in dem gemischten Pulver verwendet. Erfindungsgemäß können keramische Kristallkörner mit einer anderen Formanisotropie an Stelle der plattenförmigen bzw. flachen Körner verwendet werden.
Zudem wird in dem oben beschriebenen Beispiel das kalzinierte Pulver des keramischen Rohstoffs in dem gemischten Pulver verwendet. Erfindungsgemäß kann Pulver des keramischen Rohstoffs an Stelle des kalzinierten Pulvers des keramischen Rohstoffs verwendet werden. Ferner kann das Pulver des keramischen Rohstoffs zusammen mit dem kalzinierten Pulver des keramischen Rohstoffs verwendet werden.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird piezoelektrisches Material verwendet. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Zudem wird das Erzeugnis in dem oben beschriebenen Beispiel durch das Schabklingenverfahren gebildet. Alternativ kann das Erzeugnis jedoch auch durch Extrusion, anisotropes Pressen, Walzen oder dergleichen gebildet werden.
Vorteilhafterweise können gewöhnliche Trockenöfen zum Brennen verwendet werden. Wenn die Materialien die gleichen sind, kann eine orientierte Keramik mit einem höheren Orientierungsgrad als mit dem TGG-Verfahren erzeugt werden.
Wenn die Materialien die gleichen sind, kann eine orientierte Keramik mit einem Orientierungsgrad, welcher im Wesentlichen gleich der einer durch das Warmschmiedeverfahren hergestellten orientierten Keramik ist, erzeugt werden. Weiterhin kann eine orientierte Keramik mit einer höheren Sinterdichte als mit dem TGG-Verfahren erzeugt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Keramik, mit folgenden Schritten: Zubereiten eines keramischen Schlickers, welcher ein Mischpulver aus Keramikkristallkörnern mit Formanisotropie, gemischt mit einem Pulver eines keramischen Rohstoffs und/oder einem kalzinierten Pulver eines keramischen Rohstoffs, enthält; Bilden des keramischen Schlickers, um ein plattenförmiges Formerzeugnis (L) zu erzeugen; Pressen des Formerzeugnisses (L), wodurch ein orientiertes Formerzeugnis erzeugt wird; und Brennen des orientierten Formerzeugnisses zum Sintern dadurch gekennzeichnet, daß in dem genannten Preßschritt das plattenförmige Formerzeugnis (L) in einer metallischen Form (10), die größer ist als das darin eingelegte plattenförmige Formerzeugnis (L), uniaxial verpreßt wird, so daß die Erstreckung des Formerzeugnisses (L) in der Richtung parallel zur Pressachse verglichen mit der Erstreckung vor dem Pressen geringer ist und die Fläche einer Ebene senkrecht zur Pressachse des Formerzeugnisses im Vergleich zu vor dem Pressen vergrößert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Formerzeugnis (L) als Laminat aus mehreren übereinanderliegenden Schichten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des orientierten Formerzeugnisses in der Richtung parallel zur Pressachse bis zu einer Hälfte der Länge des Formerzeugnisses beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie in dem Bereich von 25 bis 52 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent des Mischpulvers liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie flach sind und das Schlankheitsverhältnis, das ein Verhältnis ihrer maximalen Größe zur Höhe ist, in dem Bereich von 5 bis 10 liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Kristallkörner mit einer Formanisotropie einen geschichteten Perovskit-Kristallaufbau aufweisen.