JP2003012373A

JP2003012373A - 結晶配向セラミックス及びその製造方法、並びに、異方形状粉末ａ及びその製造方法

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Publication number: JP2003012373A
Application number: JP2002113894A
Authority: JP
Inventors: 尚史 ▲高▼尾; Hisafumi Takao; 康善 ▲斎▼藤; Yasuyoshi Saito; Toshihiko Tani; 俊彦谷
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP4135389B2

Abstract

(57)【要約】【課題】第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ
化合物からなる高配向度の結晶配向セラミックス及びそ
の製造方法を提供すること。また、このような結晶配向
セラミックスを製造する際の反応性テンプレートとして
好適な異方形状粉末Ａ、及びその製造方法を提供するこ
と。【解決手段】本発明に係る結晶配向セラミックスは、
第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を主
相とする多結晶体からなり、多結晶体を構成する各結晶
粒の特定の結晶面が配向していることを特徴とする。こ
の結晶配向セラミックスは、その発達面が第１のペロブ
スカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と
格子整合性を有する第１異方形状粉末と、第１異方形状
粉末と反応して、少なくとも第１のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物を生成する第１反応原料との混
合物を第１異方形状粉末が配向するように成形し、加熱
することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶配向セラミッ
クス及びその製造方法、並びに、異方形状粉末Ａ及びそ
の製造方法に関し、更に詳しくは、加速度センサ、焦電
センサ、超音波センサ、電界センサ、温度センサ、ガス
センサ、ノッキングセンサ等の各種センサ、圧電トラン
ス等のエネルギー変換素子、圧電アクチュエータ、超音
波モータ、レゾネータ等の低損失アクチュエータ又は低
損失レゾネータ、キャパシタ、バイモルフ圧電素子、振
動ピックアップ、圧電マイクロホン、圧電点火素子、ソ
ナー、圧電ブザー、圧電スピーカ、発振子、フィルタ等
に用いられる圧電材料、あるいは、熱電変換材料、イオ
ン伝導材料等として好適な結晶配向セラミックス及びそ
の製造方法、並びに、このような結晶配向セラミックス
の製造に適した異方形状粉末Ａ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料は、圧電効果を有する材料であ
り、その形態は、単結晶、セラミックス、薄膜、高分子
及びコンポジット（複合材）に分類される。これらの圧
電材料の中で、特に、圧電セラミックスは、高性能で、
形状の自由度が大きく、材料設計が比較的容易なため、
広くエレクトロニクスやメカトロニクスの分野で応用さ
れているものである。

【０００３】圧電セラミックスは、強誘電体セラミック
スに直流を印加し、強誘電体の分域の方向を一定の方向
にそろえる、いわゆる分極処理を施したものである。圧
電セラミックスにおいて、分極処理により自発分極を一
定方向にそろえるためには、自発分極の方向が三次元的
に取りうる等方性ペロブスカイト型の結晶構造が有利で
ある。そのため、実用化されている圧電セラミックスの
大部分は、等方性ペロブスカイト型強誘電体セラミック
スである。

【０００４】等方性ペロブスカイト型強誘電体セラミッ
クスとしては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ_３（以
下、これを「ＰＺＴ」という。）、ＰＺＴに対して鉛系
複合ペロブスカイトを第三成分として添加したＰＺＴ３
成分系、ＢａＴｉＯ_３、Ｂｉ_０ _．５Ｎａ_０．５ＴｉＯ_３
（以下、これを「ＢＮＴ」という。）などが知られてい
る。

【０００５】これらの中で、ＰＺＴに代表される鉛系の
圧電セラミックスは、他の圧電セラミックスに比較して
高い圧電特性を有しており、現在実用化されている圧電
セラミックスの大部分を占めている。しかしながら、蒸
気圧の高い酸化鉛（ＰｂＯ）を含んでいるために、環境
に対する負荷が大きいという問題がある。そのため、低
鉛あるいは無鉛でＰＺＴと同等の圧電特性を有する圧電
セラミックスが求められている。

【０００６】一方、ＢａＴｉＯ_３セラミックスは、鉛を
含まない圧電材料の中では比較的高い圧電特性を有して
おり、ソナーなどに利用されている。また、ＢａＴｉＯ
_３と他の非鉛系ペロブスカイト化合物（例えば、ＢＮＴ
など）との固溶体の中にも、比較的高い圧電特性を示す
ものが知られている。しかしながら、これらの無鉛圧電
セラミックスは、ＰＺＴに比して、圧電特性が低いとい
う問題がある。

【０００７】そこで、この問題を解決するために、従来
から種々の提案がなされている。例えば、特開平１１−
１８０７６９号公報には、（１−ｘ）ＢＮＴ−ＢａＴｉ
Ｏ_３（但し、ｘ＝０．０６〜０．１２）の基本組成を有
し、かつ、０．５〜１．５重量％の希土類元素の酸化物
（例えば、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等）を含
有する圧電セラミックス材料が開示されている。

【０００８】また、特開２０００−２７２９６２号公報
には、一般式：｛Ｂｉ_０．５（Ｎａ
_１−ｘＫ_ｘ）_０．５｝ＴｉＯ_３（但し、０．２＜ｘ≦
０．３）で表される圧電磁器組成物、及び、これに２ｗ
ｔ％以下の添加物（例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ _３、
ＭｎＯ_２、ＮｉＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５等）を含有させた圧電磁
器組成物が開示されている。

【０００９】また、特開２０００−２８１４４３号公報
には、一般式：ｘＮａＮｂＯ_３−ｙＢａＮｂ_２Ｏ_６−ｚ
ＢｉＮｂ_３Ｏ_９（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、（ｘ、ｙ、
ｚ）は、３成分組成図上における所定の領域内にあ
る。）で表されるタングステンブロンズ型の複合酸化物
を主成分とし、かつ、全重量中Ｂｉを金属換算で３〜６
重量％の割合で含有する圧電磁器組成物が開示されてい
る。

【００１０】また、特開２０００−３１３６６４号公報
には、一般式：Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂＯ_３（但し、ｘ＝０
〜０．８）で表される固溶体に、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｔａより
選択される１種又は２種以上の元素を含む化合物を添加
したアルカリ金属含有ニオブ酸物系圧電磁器組成物が本
願出願人により開示されている。

【００１１】さらに、特開平１１−６０３３３号公報に
は、菱面体晶を端相として含むペロブスカイト型セラミ
ックス（例えば、ＢＮＴに対してＢｉ_０．５Ｋ_０．５Ｔ
ｉＯ _３、ＢａＴｉＯ_３、ＮａＮｂＯ_３等を固溶させたペ
ロブスカイト型セラミックス）からなり、かつ擬立方
｛１００｝面のロットゲーリング法による配向度が３０
％以上である圧電セラミックスが本願出願人により開示
されている。

【００１２】また、同公報には、板状形状を有し、か
つ、層状ペロブスカイト型化合物からなるホスト材料Ａ
（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）と、等方性ペロブスカイト型構
造を有するゲスト材料Ｂ又はゲスト材料Ｂを生成可能な
原料Ｑ（Ｂｉ_０．５（Ｎａ_０． _８５Ｋ_０．１５）_０．５
ＴｉＯ_３の等軸形状粉末）と、ホスト材料Ａを等方性ペ
ロブスカイト型化合物に転換するためのゲスト材料Ｃ
（Ｂｉ_２Ｏ_３粉末、Ｎａ_２ＣＯ_３粉末、Ｋ_２ＣＯ_３粉末
及びＴｉＯ_２粉末）とを混合し、ホスト材料Ａが配向す
るようにこれらを成形し、次いで加熱焼結する圧電セラ
ミックスの製造方法が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ＢａＴｉＯ_３、ＢＮＴ
等の非鉛系の等方性ペロブスカイト型化合物に対して、
ある種の添加物を加えると、焼結性や圧電特性が向上す
ることが知られている。この点は、ペロブスカイト型ニ
オブ酸アルカリ化合物（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂＯ_３）に代
表される、Ａサイト元素の主成分がＫ及び／又はＮａで
あり、Ｂサイト元素の主成分がＮｂ、Ｓｂ及び／又はＴ
ａである等方性ペロブスカイト型化合物（以下、これを
「第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物」
という。）も同様であり、添加物の種類及び添加量を最
適化することによって、焼結性及び圧電特性を向上させ
ることができる。

【００１４】しかしながら、第１のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物を通常のセラミックス製造プロ
セス、すなわち、成分元素を含む単純化合物を出発原料
に用いて、仮焼、成形及び焼結を行う製造プロセスによ
り製造すると、得られる焼結体は、各結晶粒がランダム
に配向したものとなる。そのため、本質的には高い圧電
特性を有しているにもかかわらず、得られる焼結体の圧
電特性は不十分である。

【００１５】一方、等方性ペロブスカイト型化合物の圧
電特性は、一般に、結晶軸の方向によって異なることが
知られている。そのため、圧電特性の高い結晶軸を一定
の方向に配向させることができれば、圧電特性の異方性
を最大限に利用することができ、圧電セラミックスの高
特性化が期待できる。実際に、非鉛系強誘電体材料から
なる単結晶の中には、優れた圧電特性を示すものがある
ことが知られている。

【００１６】しかしながら、単結晶は、製造コストが高
いという問題がある。また、第１のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物のような複雑な組成を有する固
溶体の単結晶は、製造時に組成のずれを引き起こしやす
く、実用材料としては不適当である。さらに、単結晶
は、破壊靱性が劣るため、高応力下での使用は困難であ
り、応用範囲が限られるという問題がある。

【００１７】これに対し、層状ペロブスカイト型化合物
の板状粉末（ホスト材料Ａ）は、特開平１１−６０３３
３号公報に開示されているように、等方性ペロブスカイ
ト型化合物を生成させるための反応性テンプレートとし
て機能する。そのため、ホスト材料Ａを成形体中に配向
させ、これとゲスト材料Ｃとを反応させれば、結晶格子
の異方性が小さい等方性ペロブスカイト型化合物であっ
ても、特定の結晶面が高い配向度で配向した結晶配向セ
ラミックスを容易かつ安価に製造することができる。

【００１８】しかしながら、この方法を第１のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物に適用した例は、従
来にはない。また、この方法は、ホスト材料Ａとゲスト
材料Ｃとの反応によって等方性ペロブスカイト型化合物
（一般式：ＡＢＯ_３）を生成させるものであり、得られ
た結晶配向セラミックスの組成中には、ホスト材料Ａ
（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）に含まれるＡサイト元素（Ｂ
ｉ）が必ず残留する。そのため、この方法では、最も望
ましい組成を実現できない場合があり、不可避的に含ま
れるＡサイト元素によって圧電材料としての特性が害さ
れるおそれがある。

【００１９】本発明が解決しようとする課題は、第１の
ペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からなる高
配向度の結晶配向セラミックス及びその製造方法を提供
することにある。また、本発明が解決しようとする他の
課題は、特に、このような結晶配向セラミックスを製造
する際の反応性テンプレートとして好適な異方形状粉末
Ａ、及びその製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る結晶配向セラミックスは、一般式：ＡＢ
Ｏ_３で表される等方性ペロブスカイト型化合物であっ
て、Ａサイト元素の主成分がＫ及び／又はＮａであり、
Ｂサイト元素の主成分がＮｂ、Ｓｂ及び／又はＴａであ
る第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を
主相とする多結晶体からなり、かつ、該多結晶体を構成
する各結晶粒の特定の結晶面が配向していることを要旨
とするものである。

【００２１】また、本発明に係る結晶配向セラミックス
の製造方法は、その発達面が前記第１のペロブスカイト
型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子整合
性を有する第１異方形状粉末と、該第１異方形状粉末と
反応して、少なくとも前記第１のペロブスカイト型５価
金属酸アルカリ化合物を生成する第１反応原料とを混合
する混合工程と、該混合工程で得られた混合物を前記第
１異方形状粉末が配向するように成形する成形工程と、
該成形工程で得られた成形体を加熱し、前記第１異方形
状粉末と前記第１反応原料とを反応させる熱処理工程と
を備えていることを要旨とするものである。

【００２２】所定の条件を満たす第１異方形状粉末と、
所定の組成を有する第１反応原料とを反応させると、第
１異方形状粉末の配向方位を承継した第１のペロブスカ
イト型５価金属酸アルカリ化合物からなる異方形状結晶
が生成する。そのため、第１異方形状粉末を成形体中に
配向させ、成形体を所定の温度に加熱すれば、第１のペ
ロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からなり、か
つ、特定の結晶面を発達面とする結晶粒が特定の方向に
配向した結晶配向セラミックスが得られる。

【００２３】また、本発明に係る異方形状粉末Ａは、一
般式：ＡＢＯ_３で表される等方性ペロブスカイト型化合
物であって、Ａサイト元素の主成分がＫ、Ｎａ及び／又
はＬｉであり、Ｂサイト元素の主成分がＮｂ、Ｓｂ及び
／又はＴａである第２のペロブスカイト型５価金属酸ア
ルカリ化合物からなり、かつ、特定の結晶面を発達面と
するものからなる。

【００２４】さらに、本発明に係る異方形状粉末Ａの製
造方法は、層状ペロブスカイト型化合物からなり、か
つ、その発達面が前記第２のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子整合性を有する
第２異方形状粉末と、該第２異方形状粉末と反応して、
少なくとも前記第２のペロブスカイト型５価金属酸アル
カリ化合物からなる異方形状粉末Ａを生成する第２反応
原料とを、フラックス中で加熱することを要旨とするも
のである。

【００２５】層状ペロブスカイト型化合物からなる第２
異方形状粉末と所定の組成を有する第２反応原料とを、
適当なフラックス中で反応させると、第２異方形状粉末
の配向方位を承継した第２のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物からなる異方形状粉末Ａが得られる。
また、第２異方形状粉末及び第２反応原料の組成を最適
化すると、第２異方形状粉末に含まれるＡサイト元素を
含まず、第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化
合物からなり、かつ、特定の結晶面を発達面とする異方
形状粉末Ａが得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて詳細に説明する。本発明に係る結晶配向セラミック
スは、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物を主相とする多結晶体からなり、かつ、多結晶体を構
成する各結晶粒の特定の結晶面が配向していることを特
徴とする。

【００２７】本発明に係る結晶配向セラミックスにおい
て、「第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物」とは、上述したように、一般式：ＡＢＯ_３で表され
る等方性ペロブスカイト型化合物であって、Ａサイト元
素の主成分がＫ及び／又はＮａであり、Ｂサイト元素の
主成分がＮｂ、Ｓｂ及び／又はＴａであるものをいう。
また、「主成分」とは、前述した１種又は２種以上の特
定の元素が該当するサイトの５０ａｔ％以上を占めてい
ることをいう。

【００２８】第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカ
リ化合物に含まれるＫ及びＮａ以外のＡサイト元素、並
びに、Ｎｂ、Ｓｂ及びＴａ以外のＢサイト元素の種類に
ついては、特に限定されるものではない。すなわち、等
方性ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼
結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないもの
である限り、種々の元素が含まれていても良い。

【００２９】副成分として含まれるＡサイト元素として
は、具体的には、１価の陽イオン元素（例えば、Ｌ
ｉ^＋、Ａｇ^＋、Ｃｓ^＋等）が好適な一例として挙げられ
る。また、副成分として含まれるＢサイト元素として
は、具体的には、５価の陽イオン元素（例えば、Ｎｂ
^５＋、Ｓｂ^５＋、Ｔａ^５＋等）が好適な一例として挙げ
られる。

【００３０】さらに、副成分として含まれるＡサイト元
素及びＢサイト元素は、これらの価数の和が６価になる
組み合わせであっても良い。具体的には、Ｂａ^２＋とＴ
ｉ^４ ^＋の組み合わせ、Ｓｒ^２＋とＴｉ^４＋の組み合わ
せ、Ｃａ^２＋とＴｉ^４＋の組み合わせ等が好適な一例と
して挙げられる。また、Ｂサイト元素の副成分として、
６価の金属元素（例えば、Ｗ^６＋、Ｍｏ^６＋等）のみが
含まれていても良い。この場合、陽イオン元素全体の価
数が６価となるように、Ａサイトには欠陥が形成される
ことになる。

【００３１】また、「第１のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物を主相とする」とは、結晶配向セラミ
ックス全体に占める第１のペロブスカイト型５価金属酸
アルカリ化合物の割合が、９０ｖｏｌ％以上であること
をいう。この場合、副相は、後述する製造方法や使用す
る出発原料に起因する添加物、焼結助剤、副生成物、不
純物等（例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＭｎＯ_２、Ｎｉ
Ｏ等）で構成される。また、特性に悪影響を及ぼすおそ
れのある副相の含有量は、少ないほど良い。

【００３２】さらに、「特定の結晶面が配向している」
とは、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物の特定の結晶面が互いに平行になるように、各結晶粒
が配列（以下、このような状態を「面配向」という。）
していること、又は、特定の結晶面が成形体を貫通する
１つの軸に対して平行に配列（以下、このような状態を
「軸配向」という。）していることをいう。

【００３３】配向している結晶面の種類は、特に限定さ
れるものではなく、第１のペロブスカイト型５価金属酸
アルカリ化合物の自発分極の方向、結晶配向セラミック
スの用途、要求特性等に応じて、選択される。すなわ
ち、配向している結晶面は、擬立方｛１００｝面、擬立
方｛１１０｝面、擬立方｛１１１｝面等、目的に合わせ
て選択される。

【００３４】なお、「擬立方｛ＨＫＬ｝」とは、一般
に、等方性ペロブスカイト型化合物は、正方晶、斜方
晶、三方晶など、立方晶からわずかに歪んだ構造を取る
が、その歪は僅かであるので、立方晶とみなしてミラー
指数表示することを意味する。

【００３５】また、一般に、配向している結晶粒の割合
が多くなる程、高い特性が得られる。例えば、特定の結
晶面を面配向させる場合において、高い圧電特性を得る
ためには、次の数１の式で表されるロットゲーリング
（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)
は、３０％以上が好ましく、さらに好ましくは、５０％
以上である。

【００３６】

【数１】

【００３７】なお、数１の式において、ΣＩ(ｈｋｌ)
は、結晶配向セラミックスについて測定されたすべての
結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和であり、ΣＩ_０
(ｈｋｌ)は、結晶配向セラミックスと同一組成を有する
無配向セラミックスについて測定されたすべての結晶面
（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和である。また、Σ'Ｉ
(ＨＫＬ)は、結晶配向セラミックスについて測定された
結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強
度の総和であり、Σ'Ｉ_０(ＨＫＬ)は、結晶配向セラミ
ックスと同一組成を有する無配向セラミックスについて
測定された結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）の
Ｘ線回折強度の総和である。

【００３８】次に、本発明に係る結晶配向セラミックス
の作用について説明する。本発明に係る結晶配向セラミ
ックスは、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ
化合物を主相とする多結晶体からなるので、非鉛系の圧
電セラミックスの中でも高い圧電特性を示す。また、本
発明に係る結晶配向セラミックスは、多結晶体を構成す
る各結晶粒の特定の結晶面が一方向に配向しているの
で、同一組成を有する無配向の多結晶体に比して、高い
圧電特性を示す。

【００３９】次に、本発明に係る異方形状粉末Ａについ
て説明する。本発明に係る異方形状粉末Ａは、Ａサイト
元素の主成分がＫ、Ｎａ及び／又はＬｉであり、Ｂサイ
ト元素の主成分がＮｂ、Ｓｂ及び／又はＴａである第２
のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からな
り、かつ、特定の結晶面が発達面になっていることを特
徴とする。なお、第２のペロブスカイト型５価金属酸ア
ルカリ化合物のその他の点については、Ａサイト元素の
主成分としてＬｉを含むことがある場合を除き、第１の
ペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物と同様であ
るので、説明を省略する。

【００４０】ここで、「異方形状」とは、幅方向又は厚
さ方向の寸法に比して、長手方向の寸法が大きいことを
いう。具体的には、板状、柱状、鱗片状等が好適な一例
として挙げられる。また、「発達面」とは、最も大きな
面積を占める面をいう。発達面を構成する結晶面の種類
は、擬立方｛１００｝面、擬立方｛１１０｝面、擬立方
｛１１１｝面等の中から目的に合わせて選択される。

【００４１】また、本発明に係る異方形状粉末Ａを、本
発明に係る結晶配向セラミックスを製造するための反応
性テンプレートとして用いる場合、異方形状粉末Ａの平
均アスペクト比（＝（異方形状粉末の長手方向の寸法）
／（幅方向又は厚さ方向の寸法）の平均値）は、少なく
とも３以上が必要である。平均アスペクト比が３未満で
あると、成形時に一定の方向に配向させることが困難に
なるので好ましくない。高い配向度の結晶配向セラミッ
クスを得るには、異方形状粉末Ａの平均アスペクト比
は、５以上が好ましく、さらに好ましくは、１０以上で
ある。

【００４２】一般に、異方形状粉末Ａの平均アスペクト
比が大きくなるほど、成形時における異方形状粉末Ａの
配向が容易化される傾向がある。但し、平均アスペクト
比が過大になると、後述する混合工程において異方形状
粉末Ａが粉砕され、異方形状粉末Ａが配向した成形体が
得られない場合がある。従って、異方形状粉末Ａの平均
アスペクト比は、１００以下が好ましい。

【００４３】また、異方形状粉末Ａの平均粒径（長手方
向の寸法の平均値）は、０．０５μｍ以上が好ましい。
異方形状粉末Ａの平均粒径が０．０５μｍ未満である
と、成形時に作用する剪断応力によって異方形状粉末Ａ
を一定の方向に配向させるのが困難になる。また、界面
エネルギーの利得が小さくなるので、結晶配向セラミッ
クスを作製する際の反応性テンプレートとして用いた時
に、テンプレート粒子へのエピタキシャル成長が生じに
くくなる。

【００４４】一方、異方形状粉末Ａの平均粒径は、２０
μｍ以下が好ましい。異方形状粉末Ａの平均粒径が２０
μｍを超えると、焼結性が低下し、焼結体密度の高い結
晶配向セラミックスが得られない。異方形状粉末Ａの平
均粒径は、さらに好ましくは、０．１μｍ以上１０μｍ
以下である。

【００４５】本発明に係る異方形状粉末Ａは、第２のペ
ロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からなるの
で、当然に本発明に係る結晶配向セラミックスの主相と
良好な格子整合性を有している。そのため、この異方形
状粉末Ａを反応性テンプレートとして用いれば、本発明
に係る結晶配向セラミックスを容易に製造することがで
きる。

【００４６】次に、本発明に係る異方形状粉末Ａの製造
方法について説明する。第２のペロブスカイト型５価金
属酸アルカリ化合物は、結晶格子の異方性が極めて小さ
いので、特定の結晶面を発達面とする異方形状粉末Ａを
直接、合成するのは困難である。

【００４７】しかしながら、第２のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物からなる異方形状粉末Ａは、所
定の条件を満たす第２異方形状粉末を反応性テンプレー
トとして用いて、これと所定の条件を満たす第２反応原
料とを、フラックス中で加熱することにより製造するこ
とができる。

【００４８】ここで、「第２異方形状粉末」とは、層状
ペロブスカイト型化合物からなり、かつ、その発達面が
第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特
定の結晶面と格子整合性を有するものをいう。

【００４９】第２異方形状粉末として層状ペロブスカイ
ト型化合物を用いるのは、結晶格子の異方性が大きいた
めに、形状異方性を有する粉末の作製が比較的容易であ
ることによる。また、格子整合性が要求されるのは、層
状ペロブスカイト型化合物からなり、かつ形状異方性を
有する粉末であっても、その発達面が第２のペロブスカ
イト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子
整合性を有していない場合には、異方形状粉末Ａを合成
するための反応性テンプレートとして機能しないためで
ある。

【００５０】また、格子整合性の良否は、第２異方形状
粉末の発達面の格子寸法と第２のペロブスカイト型５価
金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面の格子寸法との差
の絶対値を、第２異方形状粉末の発達面の格子寸法で割
った値（以下、この値を「格子整合率」という。）で表
すことができる。格子整合率の値が小さいほど、その第
２異方形状粉末は、良好な反応性テンプレートとして機
能することを示す。異方形状粉末Ａを効率よく製造する
ためには、第２異方形状粉末の格子整合率は、２０％以
下が好ましく、さらに好ましくは１０％以下である。

【００５１】また、第２異方形状粉末と第２反応原料と
をフラックス中で反応させることによって異方形状粉末
Ａを合成する場合、反応条件を最適化すれば、結晶構造
の変化のみが起こり、粉末形状の変化はほとんど生じな
い。また、第２異方形状粉末の平均粒径及び／又はアス
ペクト比は、通常、反応前後においてそのまま維持され
るが、反応条件を最適化すれば、得られる異方形状粉末
Ａの平均粒径及び／又はアスペクト比を増減させること
もできる。

【００５２】しかしながら、成形時に一方向に配向させ
ることが容易な異方形状粉末Ａを容易に合成するために
は、その合成に使用する第２異方形状粉末もまた、成形
時に一方向に配向させることが容易な形状を有している
ことが望ましい。

【００５３】すなわち、第２異方形状粉末の平均アスペ
クト比は、少なくとも３以上が好ましく、好ましくは５
以上、さらに好ましくは１０以上である。また、後工程
における粉砕を抑制するためには、平均アスペクト比
は、１００以下が好ましい。さらに、第２異方形状粉末
の平均粒径は、０．０５μｍ以上２０μｍ以下が好まし
く、さらに好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下であ
る。

【００５４】第２異方形状粉末の材料として好適な層状
ペロブスカイト型化合物としては、具体的には、次の化
１の式で表される組成を有するビスマス層状ペロブスカ
イト型化合物が好適な一例として挙げられる。

【００５５】

【化１】(Ｂｉ_２Ｏ_２)^２＋(Ｂｉ_０．５Ｎａ_{ｍ−１．５}
Ｎｂ_ｍＯ_３ｍ＋１)^２− （但し、ｍは２以上の整数）

【００５６】化１の式で表される化合物は、｛００１｝
面の表面エネルギーが他の結晶面の表面エネルギーより
小さいので、｛００１｝面を発達面とする第２異方形状
粉末を容易に合成できる。ここで、｛００１｝面とは、
化１の式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合
物の(Ｂｉ_２Ｏ_２)^２＋層に平行な面である。しかも、化
１の式で表される化合物の｛００１｝面は、第２のペロ
ブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の擬立方｛１０
０｝面との間に極めて良好な格子整合性がある。

【００５７】そのため、化１の式で表される化合物から
なり、かつ、｛００１｝面を発達面とする第２異方形状
粉末は、｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末Ａを
作製するための反応性テンプレートとして好適である。
また、化１の式で表される化合物を用いると、第２反応
原料の組成を最適化することによって、Ａサイト元素と
して実質的にＢｉを含まない異方形状粉末Ａであっても
合成することができる。

【００５８】また、第２異方形状粉末の材料として、次
の化２の式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化
合物も好適な一例として挙げられる。

【００５９】

【化２】(Ｂｉ_２Ｏ_２)^２＋(Ｂｉ_０．５Ｋ_{ｍ−１．５}Ｎ
ｂ_ｍＯ_３ｍ＋１)^２− （但し、ｍは２以上の整数）

【００６０】化２の式で表される化合物は、化１の式で
表される化合物と同様の作用効果を有しており、異方形
状粉末Ａを作製するための反応性テンプレートとして好
適である。なお、化１の式で表されるビスマス層状ペロ
ブスカイト型化合物において、Ｎａサイトの一部あるい
は全量を、Ｌｉ及び／又はＫで置換した第２異方形状粉
末も、化１の式で表される第２異方形状粉末と同様の作
用効果を有し、異方形状粉末Ａを作製するための反応性
テンプレートとして好適である。

【００６１】第２異方形状粉末の材料として好適な層状
ペロブスカイト型化合物の他の一例としては、Ｓｒ_２Ｎ
ｂ_２Ｏ_７が挙げられる。Ｓｒ_２Ｎｂ_２Ｏ_７の｛０１０｝
面は、その表面エネルギーが他の結晶面の表面エネルギ
ーより小さく、しかも、第２のペロブスカイト型５価金
属酸アルカリ化合物の擬立方｛１１０｝面との間に極め
て良好な格子整合性がある。そのため、Ｓｒ_２Ｎｂ_２Ｏ
_７からなり、かつ、｛０１０｝面を発達面とする異方形
状粉末は、｛１１０｝面を発達面とする異方形状粉末Ａ
を作製するための反応性テンプレートとして好適であ
る。

【００６２】その他、第２のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を
有する層状ペロブスカイト型化合物としては、具体的に
は、Ｎａ_１．５Ｂｉ_２．５Ｎｂ_３Ｏ_１２、Ｎａ_２．５Ｂ
ｉ_２．５Ｎｂ_４Ｏ_１５、Ｂｉ _３ＴｉＮｂＯ_９、Ｂｉ_３Ｔ
ｉＴａＯ_９、Ｋ_０．５Ｂｉ_２．５Ｎｂ_２Ｏ_９、ＣａＢｉ
_２Ｎｂ_２Ｏ_９、ＳｒＢｉ_２Ｎｂ_２Ｏ_９、ＢａＢｉ_２Ｎｂ
_２Ｏ_９、ＢａＢｉ_３Ｔｉ_２ＮｂＯ_１２、ＣａＢｉ_２Ｔａ
_２Ｏ_９、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９、ＢａＢｉ_２Ｔａ
_２Ｏ_９、Ｎａ_０．５Ｂｉ_２．５Ｔａ_２Ｏ_９、Ｂｉ_７Ｔｉ
_４ＮｂＯ_２１、Ｂｉ_５Ｎｂ_３Ｏ_１５等が好適な一例とし
て挙げられる。また、第２のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物の擬立方｛１１０｝面と格子整合性を
有する層状ペロブスカイト型化合物としては、具体的に
は、Ｃａ_２Ｎｂ_２Ｏ_７、Ｓｒ_２Ｔａ_２Ｏ _７等が好適な一
例として挙げられる。

【００６３】なお、このような組成、並びに、平均粒径
及び／又はアスペクト比を備えた第２異方形状粉末は、
第２異方形状粉末の成分元素を含む酸化物、炭酸塩、硝
酸塩等の原料（以下、これを「異方形状粉末生成原料」
という。）を、液体又は加熱により液体となる物質と共
に加熱することにより容易に製造することができる。異
方形状粉末生成原料を原子の拡散が容易な液相中で加熱
すると、表面エネルギーの小さい面（化１の式又は化２
の式で表される物質の場合は｛００１｝面）が優先的に
発達した第２異方形状粉末を容易に合成することができ
る。この場合、第２異方形状粉末の平均アスペクト比及
び平均粒径は、合成条件を適宜選択することにより、制
御することができる。

【００６４】第２異方形状粉末の製造方法としては、具
体的には、異方形状粉末生成原料に適当なフラックス
（例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合
物、ＢａＣｌ_２、ＫＦ等）を加えて所定の温度で加熱す
る方法（フラックス法）、作製しようとする第２異方形
状粉末と同一組成を有する不定形粉末をアルカリ水溶液
と共にオートクレーブ中で加熱する方法（水熱合成法）
等が好適な一例として挙げられる。

【００６５】また、「第２反応原料」とは、上述した第
２異方形状粉末と反応して、少なくとも第２のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物からなる異方形状粉
末Ａを生成するものをいう。この場合、第２反応原料
は、第２異方形状粉末との反応によって、第２のペロブ
スカイト型５価金属酸アルカリ化合物のみを生成するも
のであっても良く、あるいは、第２のペロブスカイト型
５価金属酸アルカリ化合物と余剰成分の双方を生成する
ものであっても良い。ここで、「余剰成分」とは、目的
とする第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物ではない物質をいう。また、第２異方形状粉末と第２
反応原料によって余剰成分が生成する場合、余剰成分
は、熱的又は化学的に除去が容易なものからなることが
望ましい。

【００６６】第２反応原料の形態は、特に限定されるも
のではなく、酸化物粉末、複合酸化物粉末、炭酸塩、硝
酸塩、シュウ酸塩等の塩、アルコキシド等を用いること
ができる。また、第２反応原料の組成は、作製しようと
する第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物
の組成、及び、第２異方形状粉末の組成によって決ま
る。

【００６７】例えば、化１の式で表されるビスマス層状
ペロブスカイト型化合物の１種であるＢｉ_２．５Ｎａ
_０．５Ｎｂ_２Ｏ_９（以下、これを「ＢＩＮＮ２」とい
う。）からなる第２異方形状粉末を用いて、第２のペロ
ブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の一種であるＮ
ａＮｂＯ_３（以下、これを「ＮＮ」という。）からなる
異方形状粉末Ａを合成する場合、第２反応原料として、
Ｎａを含む化合物（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩
等）を用いればよい。この場合、１モルのＢＩＮＮ２に
対して、Ｎａ原子１．５モルに相当するＮａ含有化合物
を第２反応原料として添加すれば良い。

【００６８】このような組成を有する第２異方形状粉末
及び第２反応原料に対して、適当なフラックス（例え
ば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物、Ｂ
ａＣｌ _２、ＫＦ等）を１ｗｔ％〜５００ｗｔ％加えて、
共晶点・融点に加熱すると、ＮＮと、Ｂｉ_２Ｏ_３を主成
分とする余剰成分が生成する。Ｂｉ_２Ｏ_３は、融点が低
く、酸にも弱いので、得られた反応物から湯煎等により
フラックスを取り除いた後、これを高温で加熱するか、
あるいは、酸洗を行えば、｛１００｝面を発達面とする
ＮＮからなる異方形状粉末Ａが得られる。

【００６９】また、例えば、ＢＩＮＮ２からなる第２異
方形状粉末を用いて、第２のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物の一種であるＫ_０．５Ｎａ_０．５Ｎｂ
Ｏ_３（以下、これを「ＫＮＮ」という。）からなる異方
形状粉末Ａを合成する場合、第２反応原料として、Ｎａ
を含む化合物（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等）
及びＫを含む化合物（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸
塩等）、又は、Ｎａ及びＫの双方を含む化合物を用いれ
ばよい。この場合、１モルのＢＩＮＮ２に対して、Ｎａ
原子０．５モルに相当するＮａ含有化合物、及び、Ｋ原
子１モルに相当するＫ含有化合物を第２反応原料として
添加すれば良い。

【００７０】このような組成を有する第２異方形状粉末
及び第２反応原料に対して、適当なフラックスを１ｗｔ
％〜５００ｗｔ％加えて、共晶点・融点に加熱すると、
ＫＮＮと、Ｂｉ_２Ｏ_３を主成分とする余剰成分が生成す
るので、得られた反応物からフラックス及びＢｉ_２Ｏ_３
を除去すれば、｛１００｝面を発達面とするＫＮＮから
なる異方形状粉末Ａが得られる。

【００７１】第２異方形状粉末と第２反応原料との反応
によって、第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ
化合物のみを生成させる場合も同様であり、所定の組成
を有する第２異方形状粉末と、所定の組成を有する第２
反応原料とを適当なフラックス中で加熱すればよい。こ
れにより、フラックス中において、目的とする組成を有
する第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物
が生成する。また、得られた反応物からフラックスを取
り除けば、第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ
化合物からなり、かつ、特定の結晶面を発達面とする異
方形状粉末Ａが得られる。

【００７２】次に、本発明に係る異方形状粉末Ａの製造
方法の作用について説明する。第２のペロブスカイト型
５価金属酸アルカリ化合物は、結晶格子の異方性が小さ
いので、直接、異方形状粉末Ａを合成するのは困難であ
る。また、任意の結晶面を発達面とする異方形状粉末Ａ
を直接、合成することも困難である。

【００７３】これに対し、層状ペロブスカイト型化合物
は、結晶格子の異方性が大きいので、異方形状粉末を直
接合成するのは容易である。また、層状ペロブスカイト
型化合物からなる異方形状粉末の発達面は、第２のペロ
ブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面
との間に格子整合性を有しているものが多い。さらに、
第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物は、
層状ペロブスカイト型化合物に比して熱力学的に安定で
ある。

【００７４】そのため、層状ペロブスカイト型化合物か
らなり、かつ、その発達面が第２のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子整合性を
有する第２異方形状粉末と第２反応原料とを、適当なフ
ラックス中で反応させると、第２異方形状粉末が反応性
テンプレートとして機能し、第２異方形状粉末の配向方
位を承継した第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカ
リ化合物の異方形状粉末Ａを容易に合成することができ
る。

【００７５】また、第２異方形状粉末及び第２反応原料
の組成を最適化すると、第２異方形状粉末に含まれてい
たＡサイト元素（以下、これを「余剰Ａサイト元素」と
いう。）が余剰成分として排出され、かつ、余剰Ａサイ
ト元素を含まない第２のペロブスカイト型５価金属酸ア
ルカリ化合物からなる異方形状粉末Ａが生成する。

【００７６】特に、第２異方形状粉末として化１の式に
示すビスマス層状ペロブスカイト型化合物、あるいは、
そのＮａサイトの全部又は一部がＫ及び／又はＬｉで置
換されたものを用いた場合には、Ｂｉが余剰Ａサイト元
素として排出され、Ｂｉ_２Ｏ _３を主成分とする余剰成分
が生成する。そのため、この余剰成分を熱的又は化学的
に除去すれば、実質的にＢｉを含まず、第２のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物からなり、かつ、特
定の結晶面を発達面とする異方形状粉末Ａが得られる。

【００７７】次に、本発明に係る結晶配向セラミックス
の製造方法について説明する。本発明に係る結晶配向セ
ラミックスの製造方法は、混合工程と、成形工程と、熱
処理工程とを備えている。

【００７８】初めに、混合工程について説明する。混合
工程は、第１異方形状粉末と第１反応原料とを混合する
工程である。ここで、「第１異方形状粉末」とは、その
発達面が第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化
合物の特定の結晶面と格子整合性を有するものをいう。
第１異方形状粉末としては、具体的には、上述した異方
形状粉末Ａ、あるいは、第２異方形状粉末を用いること
ができる。

【００７９】また、「第１反応原料」とは、第１異方形
状粉末と反応して、少なくとも第１のペロブスカイト型
５価金属酸アルカリ化合物を生成するものをいう。この
場合、第１反応原料は、第１異方形状粉末との反応によ
って、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物のみを生成するものであっても良く、あるいは、第１
のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物と余剰成
分の双方を生成するものであっても良い。また、第１異
方形状粉末と第１反応原料との反応によって余剰成分が
生成する場合、余剰成分は、熱的又は化学的に除去が容
易なものであることが望ましい。

【００８０】第１反応原料の組成は、第１異方形状粉末
の組成、及び、作製しようとする第１のペロブスカイト
型５価金属酸アルカリ化合物の組成に応じて定まる。ま
た、第１反応原料の形態は、特に限定されるものではな
く、酸化物粉末、複合酸化物粉末、炭酸塩、硝酸塩、シ
ュウ酸塩等の塩、アルコキシド等を用いることができ
る。

【００８１】例えば、第１異方形状粉末としてＫＮＮ組
成を有する異方形状粉末Ａを用いて、ＫＮＮ組成を有す
る結晶配向セラミックスを作製する場合には、第１反応
原料として、ＫＮＮ組成となるように化学量論比で配合
されたＫ含有化合物、Ｎａ含有化合物及びＮｂ含有化合
物の混合物を用いればよい。

【００８２】また、例えば、第１異方形状粉末としてＮ
Ｎ組成を有する異方形状粉末Ａを用いて、ＫＮＮ組成を
有する結晶配向セラミックスを作製する場合には、第１
反応原料として、異方形状粉末Ａと第１反応原料からＫ
ＮＮが生成するように化学量論比で配合されたＫ含有化
合物及びＮａ含有化合物の混合物を用いればよい。

【００８３】また、例えば、第１異方形状粉末として、
化１の式で表される組成を有する第２異方形状粉末を用
いて、ＫＮＮ組成を有する結晶配向セラミックスを作製
する場合には、第１反応原料として、第２異方形状粉末
と第１反応原料からＫＮＮ及びＢｉ_２Ｏ_３が生成するよ
うに化学量論比で配合されたＫ含有化合物及びＮａ含有
化合物の混合物を用いればよい。

【００８４】なお、混合工程においては、所定の比率で
配合された第１異方形状粉末及び第１反応原料に対し
て、さらに、これらの反応によって得られる第１のペロ
ブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物と同一組成を有
する化合物からなる不定形の微粉（以下、これを「化合
物微粉」という。）、及び／又は、焼結助剤（例えば、
ＣｕＯ）を添加しても良い。第１異方形状粉末及び第１
反応原料に対して、さらに化合物微粉や焼結助剤を添加
すると、焼結体を容易に緻密化できるという利点があ
る。

【００８５】また、化合物微粉を配合する場合におい
て、化合物微粉の配合比率が過大になると、必然的に原
料全体に占める第１異方形状粉末の配合比率が小さくな
り、得られる結晶配向セラミックスの配向度が低下する
おそれがある。従って、化合物微粉の配合比率は、要求
される焼結体密度及び配向度に応じて、最適な配合比率
を選択するのが好ましい。

【００８６】第１異方形状粉末の配合比率は、第１異方
形状粉末中の１つないし複数の成分元素により、ＡＢＯ
_３で表される第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカ
リ化合物のＡサイトが占有される比率が、０．０１〜７
０ａｔ％となるようにすることが好ましく、より好まし
くは、０．１〜５０ａｔ％である。

【００８７】さらに、第１異方形状粉末及び第１反応原
料、並びに、必要に応じて配合される化合物微粉及び焼
結助剤の混合は、乾式で行っても良く、あるいは、水、
アコール等の適当な分散媒を加えて湿式で行っても良
い。さらに、この時、必要に応じてバインダ及び／又は
可塑剤を加えても良い。

【００８８】次に、成形工程について説明する。成形工
程は、混合工程で得られた混合物を第１異方形状粉末が
配向するように成形する工程である。この場合、第１異
方形状粉末が面配向するように成形しても良く、あるい
は、第１異方形状粉末が軸配向するように成形しても良
い。

【００８９】成形方法については、第１異方形状粉末を
配向させることが可能な方法であれば良く、特に限定さ
れるものではない。第１異方形状粉末を面配向させる成
形方法としては、具体的には、ドクターブレード法、プ
レス成形法、圧延法等が好適な一例として挙げられる。
また、第１異方形状粉末を軸配向させる成形方法として
は、具体的には、押出成形法、遠心成形法等が好適な一
例として挙げられる。

【００９０】また、第１異方形状粉末が面配向した成形
体（以下、これを「面配向成形体」という。）の厚さを
増したり、配向度を上げるために、面配向成形体に対
し、さらに積層圧着、プレス、圧延などの処理（以下、
これを「面配向処理」という。）を行っても良い。この
場合、面配向成形体に対して、いずれか１種類の面配向
処理を行っても良く、あるいは、２種以上の面配向処理
を行っても良い。また、面配向成形体に対して、１種類
の面配向処理を複数回繰り返り行っても良く、あるい
は、２種以上の配向処理をそれぞれ複数回繰り返し行っ
ても良い。

【００９１】次に、熱処理工程について説明する。熱処
理工程は、成形工程で得られた成形体を加熱し、第１異
方形状粉末と第１反応原料とを反応させる工程である。
第１異方形状粉末と第１反応原料とを含む成形体を所定
の温度に加熱すると、これらの反応によって第１のペロ
ブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物が生成し、これ
と同時に、生成した第１のペロブスカイト型５価金属酸
アルカリ化合物の焼結が進行する。また、第１異方形状
粉末及び／又は第１反応原料の組成によっては、余剰成
分も同時に生成する。

【００９２】加熱温度は、反応及び／又は焼結が効率よ
く進行し、かつ、目的とする組成を有する反応物が生成
するように、使用する第１異方形状粉末、第１反応原
料、作製しようとする結晶配向セラミックスの組成等に
応じて最適な温度を選択すればよい。

【００９３】例えば、ＫＮＮ組成を有する異方形状粉末
Ａを用いて、ＫＮＮ組成を有する結晶配向セラミックス
を製造する場合、加熱温度は、９００℃以上１３００℃
以下が好ましい。この場合、加熱は、大気中、酸素中、
減圧下又は真空下のいずれの雰囲気下で行っても良い。
また、加熱時間は、所定の焼結体密度が得られるよう
に、加熱温度に応じて最適な時間を選択すればよい。

【００９４】また、第１異方形状粉末と第１反応原料と
の反応によって余剰成分が生成する場合、焼結体中に余
剰成分を副相として残留させても良く、あるいは、焼結
体から余剰成分を除去しても良い。余剰成分を除去する
場合、その方法には、熱的に除去する方法と、化学的に
除去する方法がある。

【００９５】熱的に除去する方法は、第１のペロブスカ
イト型５価金属酸アルカリ化合物及び余剰成分が生成し
た焼結体（以下、これを「中間焼結体」という。）を所
定温度に加熱し、余剰成分を揮発させる方法である。具
体的には、中間焼結体を減圧下もしくは真空下におい
て、余剰成分の揮発が生じる温度で加熱する方法、中間
焼結体を大気中もしくは酸素中において、余剰成分の揮
発が生じる温度で長時間加熱する方法等が好適な一例と
して挙げられる。

【００９６】余剰成分を熱的に除去する際の加熱温度
は、余剰成分の揮発が効率よく進行し、かつ、副生成物
の生成が抑制されるように、第１のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物及び余剰成分の組成に応じて、
最適な温度を選択すればよい。例えば、第１のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物がＫＮＮ単相であ
り、余剰成分が酸化ビスマス単相である場合、加熱温度
は、８００℃以上１３００℃以下が好ましく、さらに好
ましくは、１０００℃以上１２００℃以下である。

【００９７】余剰成分を化学的に除去する方法は、余剰
成分のみを浸食させる性質を有する処理液中に中間焼結
体を浸漬し、余剰成分を抽出する方法である。使用する
処理液は、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ
化合物及び余剰成分の組成に応じて、最適なものを選択
すればよい。例えば、第１のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物がＫＮＮ単相であり、余剰成分が酸化
ビスマス単相である場合、処理液は、硝酸、塩酸等の酸
を用いるのが好ましい。特に、硝酸は、酸化ビスマスを
主成分とする余剰成分を化学的に抽出する処理液として
好適である。

【００９８】第１異方形状粉末と第１反応原料との反応
及び余剰成分の除去は、同時、逐次又は個別のいずれの
タイミングで行っても良い。例えば、成形体を減圧下又
は真空下において、第１異方形状粉末と第１反応原料と
の反応及び余剰成分の揮発の双方が効率よく進行する温
度まで直接加熱し、反応と同時に余剰成分の除去を行っ
ても良い。

【００９９】また、例えば、大気中又は酸素中におい
て、第１異方形状粉末と第１反応原料との反応が効率よ
く進行する温度で成形体を加熱し、中間焼結体を生成さ
せた後、引き続き中間焼結体を減圧下又は真空下におい
て、余剰成分の揮発が効率よく進行する温度で加熱し、
余剰成分の除去を行っても良い。あるいは、中間焼結体
を生成させた後、引き続き中間焼結体を大気中又は酸素
中において、余剰成分の揮発が効率よく進行する温度で
長時間加熱し、余剰成分の除去を行っても良い。

【０１００】また、例えば、中間焼結体を生成させ、中
間焼結体を室温まで冷却した後、中間焼結体を処理液に
浸漬して、余剰成分を化学的に除去しても良い。あるい
は、中間焼結体を生成させ、室温まで冷却した後、再
度、中間焼結体を所定の雰囲気下において所定の温度に
加熱し、余剰成分を熱的に除去しても良い。

【０１０１】なお、バインダを含む成形体の場合、熱処
理工程の前に、脱脂を主目的とする熱処理を行っても良
い。この場合、脱脂の温度は、少なくともバインダを熱
分解させるに十分な温度であれば良い。

【０１０２】また、配向成形体の脱脂を行うと、配向成
形体中の第１異方形状粉末の配向度が低下したり、ある
いは、配向成形体に体積膨張が発生する場合がある。こ
のような場合には、脱脂を行った後、熱処理を行う前
に、配向成形体に対して、さらに静水圧（ＣＩＰ）処理
を行うのが好ましい。脱脂後の成形体に対して、さらに
静水圧処理を行うと、脱脂に伴う配向度の低下、あるい
は、配向成形体の体積膨張に起因する焼結体密度の低下
を抑制できるという利点がある。

【０１０３】また、第１異方形状粉末と第１反応原料と
の反応によって余剰成分が生成する場合において、余剰
成分の除去を行う時には、余剰成分を除去した中間焼結
体に対し、さらに、静水圧処理を施し、これを再焼成し
ても良い。また、焼結体密度及び配向度をさらに高める
ために、熱処理後の焼結体に対してさらにホットプレス
を行う方法も有効である。さらに、化合物微粉を添加す
る方法、ＣＩＰ処理、ホットプレス等の方法とを組み合
わせて用いても良い。

【０１０４】次に、本発明に係る結晶配向セラミックス
の製造方法の作用について説明する。第１異方形状粉末
及び第１反応原料を混合し、これを第１異方形状粉末に
対して一方向から力が作用するような成形方法を用いて
成形すると、第１異方形状粉末に作用する剪断応力によ
って第１異方形状粉末が成形体中に配向する。このよう
な成形体を所定の温度で加熱すると、第１異方形状粉末
と第１反応原料が反応し、第１のペロブスカイト型５価
金属酸アルカリ化合物が生成する。

【０１０５】この時、第１異方形状粉末の発達面と第１
のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の
結晶面との間には格子整合性があるので、第１異方形状
粉末の発達面が、生成した第１のペロブスカイト型５価
金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面として承継され
る。そのため、焼結体中には、特定の結晶面が一方向に
配向した状態で、第１のペロブスカイト型５価金属酸ア
ルカリ化合物の異方形状結晶が生成する。

【０１０６】層状ペロブスカイト型化合物からなる異方
形状粉末を反応性テンプレートとして用いて、等方性ペ
ロブスカイト型化合物のみを生成させる従来の方法は、
異方形状粉末及びその他の原料に含まれるすべてのＡサ
イト元素及びＢサイト元素を含む等方性ペロブスカイト
型化合物からなる結晶配向セラミックス又は異方形状粉
末のみが製造可能である。

【０１０７】一方、反応性テンプレートとして用いる異
方形状粉末の材質は、結晶格子の異方性の大きく、か
つ、等方性ペロブスカイト型化合物との間に格子整合性
を有するものであることが必要であるが、作製しようと
する等方性ペロブスカイト型化合物の組成によっては、
このような条件を満たす材料が存在しないか、あるい
は、その探索に著しい困難を伴う場合がある。従って、
従来の方法では、得られる結晶配向セラミックス又は異
方形状粉末の組成制御、特に、Ａサイト元素の組成制御
には限界があった。

【０１０８】これに対し、まず、異方形状粉末の合成が
容易な層状ペロブスカイト型化合物からなる第２異方形
状粉末を反応性テンプレートに用いて、第２のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物からなる異方形状粉
末Ａを合成し、次いで、この異方形状粉末Ａを反応性テ
ンプレートに用いて結晶配向セラミックスを製造する第
１の方法によれば、結晶格子の異方性の小さい第１のペ
ロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物であっても、
任意の結晶面が配向した結晶配向セラミックスを容易か
つ安価に製造することができる。

【０１０９】しかも、第２異方形状粉末及び第２反応原
料の組成を最適化すれば、余剰Ａサイト元素を含まない
異方形状粉末Ａであっても合成することができる。その
ため、従来の方法に比してＡサイト元素の組成制御が容
易化し、従来の方法では得られない組成を有する第１の
ペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を主相とす
る結晶配向セラミックスであっても製造することができ
る。

【０１１０】また、第１異方形状粉末として、層状ペロ
ブスカイト型化合物からなる第２異方形状粉末を用いる
第２の方法によれば、焼結と同時に第１のペロブスカイ
ト型５価金属酸アルカリ化合物を合成することができ
る。また、成形体中に配向させる第２異方形状粉末及び
これと反応させる第１反応原料の組成を最適化すれば、
第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を合
成すると同時に、第２異方形状粉末から余剰Ａサイト元
素を余剰成分として排出することができる。

【０１１１】さらに、熱的又は化学的な除去が容易な余
剰成分を生成する第２異方形状粉末を第１異方形状粉末
として用いた場合には、実質的に余剰Ａサイト元素を含
まず、第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合
物からなり、かつ、特定の結晶面が配向した結晶配向セ
ラミックスが得られる。

【０１１２】

【実施例】（実施例１）以下の手順に従い、ＮＮ組成を
有する板状粉末を合成した。まず、化学量論比でＢＩＮ
Ｎ２組成となるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末、Ｎａ_２ＣＯ_３粉
末及びＮｂ_２Ｏ _５粉末を秤量し、これらを湿式混合し
た。次いで、この原料に対し、フラックスとしてＮａＣ
ｌを５０ｗｔ％添加し、１時間乾式混合した。さらに、
得られた混合物を白金るつぼに入れ、８５０℃×１ｈの
条件下で加熱し、フラックスを完全に溶解させた後、１
０５０℃×１ｈの条件下で加熱し、ＢＩＮＮ２の合成を
行った。なお、昇温速度は、２００℃／ｈとし、降温速
度は、２００℃／ｈとした。

【０１１３】冷却後、反応物から湯煎によりフラックス
を取り除き、ＢＩＮＮ２粉末を得た。得られたＢＩＮＮ
２粉末は、｛００１｝面を発達面とする板状粉末であっ
た。また、この粉末の平均アスペクト比は、３〜５であ
り、平均粒径は、５〜１０μｍであった。

【０１１４】次に、このＢＩＮＮ２板状粉末とＮａ_２Ｃ
Ｏ_３粉末とを、化学量論比でＮＮ組成となるように秤量
し、これらを湿式混合した。次いで、これらの原料に対
し、フラックスとしてＮａＣｌを５０ｗｔ％添加し、１
時間乾式混合した。さらに、得られた混合物を白金るつ
ぼに入れ、８５０℃×８ｈの条件下で熱処理を行った。
なお、昇温速度は、２００℃／ｈとし、降温速度は２０
０℃／ｈとした。

【０１１５】得られた反応物には、ＮＮ粉末に加えてＢ
ｉ_２Ｏ_３が含まれているので、反応物からフラックスを
取り除いた後、これをＨＮＯ_３（１Ｎ）中に入れ、余剰
成分として生成したＢｉ_２Ｏ_３を溶解させた。さらに、
この溶液を濾過してＮＮ粉末を分離し、８０℃のイオン
交換水で洗浄した。得られたＮＮ粉末は、｛１００｝面
を発達面とする板状粉末であった。また、この粉末の平
均アスペクト比は、３〜１０であり、平均粒径は、１〜
１０μｍであった。

【０１１６】（実施例２）以下の手順に従い、ＫＮＮ組
成を有する板状粉末を合成した。まず、実施例１前段と
同一の手順に従い、ＢＩＮＮ２板状粉末を合成した。次
に、このＢＩＮＮ２板状粉末、Ｎａ_２ＣＯ_３粉末及びＫ
_２ＣＯ_３粉末を、化学量論比でＫＮＮ組成となるように
秤量した以外は、実施例１後段と同一の手順に従い、Ｋ
ＮＮ粉末を合成した。得られたＫＮＮ粉末は、｛１０
０｝面を発達面とする板状粉末であった。また、この粉
末の平均アスペクト比は、３〜１０であり、平均粒径
は、１〜１０μｍであった。

【０１１７】（実施例３）以下の手順に従い、ＮＮ組成
を有する板状粉末を合成した。まず、化学量論比でＢｉ
_２．５Ｎａ_３．５Ｎｂ_５Ｏ_１８（以下、これを「ＢＩＮ
Ｎ５」という。）組成となるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末、Ｎ
ａ_２ＣＯ_３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を秤量した以外は、
実施例１前段と同一の手順に従い、ＢＩＮＮ５板状粉末
を合成した。次に、このＢＩＮＮ５板状粉末とＮａ_２Ｃ
Ｏ_３粉末とを、化学量論比でＮＮ組成となるように秤量
した以外は、実施例１後段と同一の手順に従い、ＮＮ粉
末を合成した。図１及び図２に、それぞれ、得られた粉
末のＳＥＭ写真及びＸ線回折図形を示す。得られた粉末
は、ＮＮ単相であり、かつ｛１００｝面を発達面とする
板状粉末であった。また、この粉末の平均アスペクト比
は、１０〜２０であり、平均粒径は、５〜１０μｍであ
った。

【０１１８】（実施例４）以下の手順に従い、ＫＮＮ組
成を有する板状粉末を合成した。まず、化学量論比でＢ
ＩＮＮ５組成となるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末、Ｎａ_２ＣＯ
_３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を秤量した以外は、実施例１
前段と同一の手順に従い、ＢＩＮＮ５板状粉末を合成し
た。次に、このＢＩＮＮ５板状粉末、Ｎａ_２ＣＯ_３粉
末、Ｋ_２ＣＯ _３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を、化学量論比
でＫＮＮ組成となるように秤量した以外は、実施例１後
段と同一の手順に従い、ＫＮＮ粉末を合成した。得られ
たＫＮＮ粉末は、｛１００｝面を発達面とする板状粉末
であった。また、この粉末の平均アスペクト比は、１０
〜３０であり、平均粒径は、５〜１０μｍであった。

【０１１９】（実施例５）以下の手順に従い、ＫＮｂＯ
_３（以下、これを「ＫＮ」という。）組成を有する板状
粉末を合成した。まず、化学量論比でＢｉ_２．５Ｋ
_０．５Ｎｂ_２Ｏ_９（以下、これを「ＢＩＫＮ２」とい
う。）組成となるように、Ｂｉ_２Ｏ_３粉末、Ｋ_２ＣＯ_３
粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を秤量し、これらを湿式混合し
た。次いで、この原料に対し、フラックスとしてＫＣｌ
を５０ｗｔ％添加し、１時間乾式混合した。さらに、得
られた混合物を白金るつぼに入れ、８００℃×１ｈの条
件下で加熱し、フラックスを完全に溶解させた後、９０
０℃×１ｈの条件下で加熱し、ＢＩＫＮ２の合成を行っ
た。なお、昇温速度は、２００℃／ｈとし、降温速度
は、２００℃／ｈとした。

【０１２０】冷却後、反応物から湯煎によりフラックス
を取り除き、ＢＩＫＮ２粉末を得た。得られたＢＩＫＮ
２粉末は、｛００１｝面を発達面とする板状粒子であっ
た。また、この粉末の平均アスペクト比は、３〜５であ
り、平均粒径は、５〜１０μｍであった。

【０１２１】次に、このＢＩＫＮ２板状粉末とＫ_２ＣＯ
_３粉末とを化学量論比でＫＮ組成となるように秤量し、
これらを湿式混合した。次いで、これらの原料に対し、
フラックスとしてＫＣｌを５０ｗｔ％添加し、１時間乾
式混合した。さらに、得られた混合物を白金るつぼに入
れ、８００℃×８ｈｒの条件下で熱処理を行った。な
お、昇温速度は２００℃／ｈとし、降温速度は、２００
℃／ｈとした。

【０１２２】得られた反応物には、ＫＮ粉末に加えてＢ
ｉ_２Ｏ_３が含まれているので、実施例１後段と同一の手
順に従い、Ｂｉ_２Ｏ_３を除去して、ＫＮ粉末を得た。得
られたＫＮ粉末は、｛１００｝面を発達面とする板状粉
末であった。また、この粉末の平均アスペクト比は、３
〜１０であり、平均粒径は、１〜１０μｍであった。

【０１２３】（実施例６）実施例３で得られたＮＮ板状
粉末を用いて、ＫＮＮを主相とする結晶配向セラミック
スを作製した。まず、実施例３で得られたＮＮ板状粉
末、非板状ＫＮ粉末を１：１のモル比で秤量し、２０時
間の湿式混合を行った。

【０１２４】混合終了後、バインダ（積水化学（株）
製、エスレックＢＨ−３）、可塑剤（フタル酸ブチル）
及び焼結助剤（ＣｕＯ）を、それぞれ、合成する焼結体
中のＫＮＮ１ｍｏｌに対して１０．３５ｇ、１０．３５
ｇ及び０．７９５ｇをスラリーに加えた後、さらに１ｈ
混合した。

【０１２５】なお、非板状ＫＮ粉末は、所定量のＫ_２Ｃ
Ｏ_３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を含む混合物を８００℃で
４時間加熱し、反応物をボールミル粉砕する固相法によ
り作製した。

【０１２６】次に、ドクターブレード装置を用いて、ス
ラリーを厚さ１００μｍのテープ状に成形した。さら
に、このテープを積層、圧着及び圧延することにより、
厚さ１．５ｍｍの板状成形体を得た。次に、得られた板
状成形体を、大気中において、加熱温度：６００℃、加
熱時間：２時間、昇温速度：５０℃／ｈ、冷却速度：炉
冷の条件下で脱脂した。さらに、板状成形体を圧力：３
００ＭＰａでＣＩＰ処理した後、大気中において、１１
００℃又は１１２５℃で１０時間焼成した。

【０１２７】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１００℃の焼結体で４３％、加熱温度１
１２５℃の焼結体で６４％であった。

【０１２８】（実施例７）実施例３で得られたＮＮ板状
粉末を用い、ＮＮ板状粉末、非板状ＫＮ粉末、非板状Ｋ
ＮＮ粉末を１：１：３のモル比で配合した以外は、実施
例６と同一の手順に従い、ＫＮＮを主相とする結晶配向
セラミックスを作製した。なお、非板状ＫＮＮ粉末及び
非板状ＫＮ粉末は、所定量のＫ_２ＣＯ_３粉末、Ｎａ_２Ｃ
Ｏ_３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を含む混合物を８００℃で
４時間加熱し、反応物をボールミル粉砕する固相法によ
り作製した。

【０１２９】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１００℃の焼結体で３０％、加熱温度１
１２５℃の焼結体で３８％であった。

【０１３０】（実施例８）実施例３で得られたＮＮ板状
粉末を用い、ＮＮ板状粉末、Ｋ_２ＣＯ_３粉末、Ｎｂ_２Ｏ
_５粉末を２：１：１のモル比で配合した以外は、実施例
６と同一の手順に従い、ＫＮＮを主相とする結晶配向セ
ラミックスを作製した。

【０１３１】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１００℃の焼結体で３６％あった。

【０１３２】（実施例９）実施例３で得られたＮＮ板状
粉末を用い、ＮＮ板状粉末、非板状ＮＮ粉末、非板状Ｋ
Ｎ粉末を１：１：２のモル比で配合した以外は、実施例
６と同一の手順に従い、ＫＮＮを主相とする結晶配向セ
ラミックスを作製した。なお、非板状ＮＮ粉末及び非板
状ＫＮ粉末は、所定量のＮａ_２ＣＯ_３粉末、Ｋ_２ＣＯ_３
粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を含む混合物を８００℃で４時
間加熱し、反応物をボールミルで粉砕する固相法により
作製した。

【０１３３】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１２５℃の焼結体で４０％であった。さ
らに、得られた焼結体を厚さ０．７ｍｍ、直径１１ｍｍ
に研削、研磨、加工した後、Ａｕ電極をスパッタにより
円盤状試料の上下面にコーティングした。円盤状試料に
分極処理を施した後、共振反共振法により圧電電圧セン
サｇ係数（ｇ_３１）及び圧電歪み定数（ｄ_３１）を測定
した。なお、円盤状試料の上下面は、テープ面に対して
平行な面になるよう加工した。その結果、ｇ_３１は、１
０．７×１０^−３Ｖｍ／Ｎであり、ｄ_３１は、３４．６
ｐｍ／Ｖであった。ｄ_３１の値は、後述する無配向ＫＮ
Ｎ焼結体（比較例１）の場合に比べて、約１．２倍であ
った。

【０１３４】（実施例１０）実施例３で得られたＮＮ板
状粉末を用い、焼成時間を２０時間とした以外は、実施
例９と同一の手順に従い、ＫＮＮを主相とする結晶配向
セラミックスを作製した。

【０１３５】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１２５℃の焼結体で３０％であった。さ
らに得られた焼結体から、実施例９と同一の手順に従
い、圧電特性評価用の円盤状試料を作製した。円盤状試
料に分極処理を施した後、共振反共振法により圧電電圧
センサｇ係数（ｇ_３１）及び圧電歪み定数（ｄ_３１）を
測定した。その結果、ｇ_３１は、９．７×１０^−３Ｖｍ
／Ｎであり、ｄ_３１は、４４．７ｐｍ／Ｖであった。ｄ
_３１の値は、後述する無配向ＫＮＮ焼結体（比較例１）
の場合に比べて、約１．５倍であった。

【０１３６】（実施例１１）実施例３で得られたＮＮ板
状粉末を用い、ＮＮ板状粉末、非板状ＮＮ粉末、非板状
ＫＮ粉末を１：９：１０のモル比で配合し、焼成時間を
５時間とした以外は、実施例９と同一の手順に従い、Ｋ
ＮＮを主相とする結晶配向セラミックスを作製した。な
お、非板状ＮＮ粉末及び非板状ＫＮ粉末は、所定量のＮ
ａ_２ＣＯ_３粉末、Ｋ_２ＣＯ_３粉末及びＮｂ_２Ｏ_５粉末を
含む混合物を８００℃で４時間加熱し、反応物をボール
ミル粉砕する固相法により作製した。

【０１３７】得られた結晶配向セラミックス中のＫＮＮ
の｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向してお
り、ロットゲーリング法による｛１００｝面の配向度
は、加熱温度１１００℃の焼結体で９６％であった。図
３に、本実施例で得られた結晶配向セラミックスのテー
プ面に対して平行な面について測定されたＸ線回折図形
を示す。さらに、得られた焼結体から、実施例９と同一
の手順に従い、圧電特性評価用の円盤状試料を作製し
た。円盤状試料に分極処理を施した後、共振反共振法に
より圧電電圧センサｇ係数（ｇ_３１）及び圧電歪み定数
（ｄ_３１）を測定した。その結果、ｇ_３１は、２２．５
×１０^−３Ｖｍ／Ｎであり、ｄ_３１は、４１．３ｐｍ／
Ｖであった。これらは、後述する無配向ＫＮＮ焼結体
（比較例１）の場合に比べて、ｇ_３１で約１．６倍、ｄ
_３１で約１．４倍であった。

【０１３８】（比較例１）出発原料として、固相法によ
り合成したＫＮＮ粉末のみを用いた以外は、実施例６と
同一の手順に従い、ＫＮＮを主相とする無配向セラミッ
クスを作製した。得られた無配向セラミックスのロット
ゲーリング法による｛１００｝面配向度は、加熱温度に
よらず、０％であった。また、圧電電圧センサｇ係数
（ｇ_３１）は、加熱温度１１００℃の焼結体で１３．９
×１０^−３Ｖｍ／Ｎであった。さらに、加熱温度１１０
０℃の焼結体の圧電歪み定数（ｄ_３１）は、２９．２ｐ
ｍ／Ｖであった。

【０１３９】表１に、実施例９、１０、１１及び比較例
１で得られた各焼結体の焼成条件及び焼結体特性を示
す。

【０１４０】

【表１】

【０１４１】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
改変が可能である。

【０１４２】例えば、上記実施例では、５価金属として
Ｎｂを含むペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物
に対して本発明を適用した例について主に説明したが、
５価金属としてＳｂ又はＴａを含むもの、あるいは、Ｎ
ｂ、Ｓｂ及びＴａの内の２種以上の５価金属を含むもの
に対しても本発明を同様に適用することができる。

【０１４３】また、上記実施例では、結晶配向セラミッ
クスを製造するに際し、常圧で熱処理を行っているが、
熱処理後の焼結体に対して、ホットプレスあるいはＨＩ
Ｐ処理を行い、結晶配向セラミックスの緻密化を行って
も良い。

【０１４４】また、本発明に係る異方形状粉末Ａは、本
発明に係る結晶配向セラミックスを作製するための反応
性テンプレートとして特に好適であるが、本発明に係る
異方形状粉末Ａの用途はこれに限定されるものではな
く、圧電ゴム複合材料用の粉末等としても用いることが
できる。

【０１４５】さらに、上記実施の形態では、圧電材料と
して好適なペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物
からなる結晶配向セラミックス及び異方形状粉末Ａ並び
にこれらの製造方法について主に説明したが、ペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物に対して適当な副成
分及び／又は副相を添加すれば、熱電特性やイオン伝導
特性を付与することができる。そのため、本発明に係る
製造方法を応用すれば、熱電材料やイオン伝導材料とし
て好適な結晶配向セラミックス及び異方形状粉末Ａであ
っても製造することができる。

【０１４６】

【発明の効果】本発明に係る結晶配向セラミックスは、
第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を主
相とする多結晶体からなり、かつ、多結晶体を構成する
各結晶粒の特定の結晶面が配向しているので、同一組成
を有する無配向セラミックスに比して高い特性を示すと
いう効果がある。

【０１４７】また、本発明に係る結晶配向セラミックス
の製造方法は、その発達面が第１のペロブスカイト型５
価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子整合性を
有する第１異方形状粉末を反応性テンプレートとして用
いているので、第１のペロブスカイト型５価金属酸アル
カリ化合物からなり、かつ、特定の結晶面が配向した結
晶配向セラミックスを容易かつ低コストで得られるとい
う効果がある。また、第１異方形状粉末及び第１反応原
料の組成を最適化することによって、結晶配向セラミッ
クスの主相を構成する第１のペロブスカイト型５価金属
酸アルカリ化合物に含まれるＡサイト元素の組成制御が
容易化するという効果がある。

【０１４８】また、本発明に係る異方形状粉末Ａは、第
２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からな
り、かつ、特定の結晶面を発達面とするので、これを結
晶配向セラミックス製造用の反応性テンプレートとして
用いれば、従来の方法では得られない組成を有する第１
のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からな
り、かつ、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが
得られるという効果がある

【０１４９】さらに、本発明に係る異方形状粉末Ａの製
造方法は、層状ペロブスカイト型化合物からなる所定の
第２異方形状粉末を反応性テンプレートとして用い、こ
れと所定の組成を有する第２反応原料とをフラックス中
で反応させるので、第２のペロブスカイト型５価金属酸
アルカリ化合物からなり、かつ、任意の結晶面を発達面
とする異方形状粉末Ａが容易に得られるという効果があ
る。また、第２異方形状粉末及び第２反応原料の組成を
最適化することによって、異方形状粉末Ａを構成する第
２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物に含ま
れるＡサイト元素の組成制御が容易化するという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例３で得られたＮＮ板状粉末の
ＳＥＭ写真である。

【図２】図２は、実施例３で得られたＮＮ板状粉末の
Ｘ線回折図形である。

【図３】図３は、実施例１１で得られた結晶配向セラ
ミックスのテープ面に対して平行な面について測定され
たＸ線回折図形である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷俊彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 4G030 AA02 AA03 AA04 AA20 AA43 BA10 CA01 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式：ＡＢＯ_３で表される等方性ペロ
ブスカイト型化合物であって、Ａサイト元素の主成分が
Ｋ及び／又はＮａであり、Ｂサイト元素の主成分がＮ
ｂ、Ｓｂ及び／又はＴａである第１のペロブスカイト型
５価金属酸アルカリ化合物を主相とする多結晶体からな
り、かつ、該多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向し
ていることを特徴とする結晶配向セラミックス。
【請求項２】その発達面が請求項１に記載の第１のペ
ロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶
面と格子整合性を有する第１異方形状粉末と、該第１異
方形状粉末と反応して、少なくとも前記第１のペロブス
カイト型５価金属酸アルカリ化合物を生成する第１反応
原料とを混合する混合工程と、該混合工程で得られた混合物を前記第１異方形状粉末が
配向するように成形する成形工程と、該成形工程で得られた成形体を加熱し、前記第１異方形
状粉末と前記第１反応原料とを反応させる熱処理工程と
を備えた結晶配向セラミックスの製造方法。
【請求項３】前記第１異方形状粉末は、｛００１｝面を発達面とし、かつ一般式：(Ｂｉ_２Ｏ_２)^２＋(Ｂｉ_０．５ＡＭ_{ｍ−１．５}
Ｎｂ_ｍＯ_３ｍ＋１)^２−（但し、ｍは２以上の整数。Ａ
Ｍは、Ｎａ、Ｋ及びＬｉからなる群から選ばれる少なく
とも１つのアルカリ金属元素。）で表されるビスマス層
状ペロブスカイト型化合物からなる第２異方形状粉末
と、該第２異方形状粉末と反応して、少なくとも第２の
ペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を生成する
第２反応原料とを、フラックス中において加熱することにより得られる異方
形状粉末Ａである請求項２に記載の結晶配向セラミック
スの製造方法。
【請求項４】一般式：ＡＢＯ_３で表される等方性ペロ
ブスカイト型化合物であって、Ａサイト元素の主成分が
Ｋ、Ｎａ及び／又はＬｉであり、Ｂサイト元素の主成分
がＮｂ、Ｓｂ及び／又はＴａである第２のペロブスカイ
ト型５価金属酸アルカリ化合物からなり、かつ、特定の
結晶面を発達面とする異方形状粉末Ａ。
【請求項５】層状ペロブスカイト型化合物からなり、
かつ、その発達面が請求項４に記載の第２のペロブスカ
イト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子
整合性を有する第２異方形状粉末と、該第２異方形状粉末と反応して、少なくとも前記第２の
ペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物からなる異
方形状粉末Ａを生成する第２反応原料とを、フラックス中で加熱することを特徴とする異方形状粉末
Ａの製造方法。
【請求項６】前記第２異方形状粉末は、｛００１｝面を発達面とし、かつ一般式：(Ｂｉ_２Ｏ_２)
^２＋(Ｂｉ_０．５ＡＭ_{ｍ−１．５}Ｎｂ_ｍＯ_３ｍ＋１)^２−
（但し、ｍは２以上の整数。ＡＭは、Ｎａ、Ｋ及びＬｉ
からなる群から選ばれる少なくとも１つのアルカリ金属
元素。）で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合
物からなる請求項５に記載の異方形状粉末Ａの製造方
法。