JP2008074693A - 異方形状粉末及びその製造方法、結晶配向セラミックスの製造方法 - Google Patents

異方形状粉末及びその製造方法、結晶配向セラミックスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高い密度及び配向度の結晶配向セラミックスを優れた量産性で製造できる異方形状粉末及びその製造方法、並びに結晶配向セラミックスの製造方法を提供すること。
【解決手段】特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末及びその製造方法、並びに該異方形状粉末を用いた結晶配向セラミックスの製造方法である。異方形状粉末は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とする。異方形状粉末の作製にあたっては、特定組成のビスマス層状ペロブスカイト型化合物を酸処理し、得られた酸処理体にK源等を添加して加熱する。
【選択図】図1

Description

本発明は、特定の結晶面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末、及びその製造方法、並びに該異方形状粉末を用いた結晶配向セラミックスの製造方法に関する。
従来より、圧電材料及び誘電材料としては、環境負荷物質である鉛を含まずに良好な圧電特性や誘電特性を示す材料が求められていた。このような材料の候補として、(Li,K,Na)(Nb,Ta,Sb)O3系の結晶配向セラミックスが有望視されている。
具体的には、例えば(K1-yNay)(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦w≦1)で表される等方性ペロブスカイト型化合物の結晶配向セラミックスが開発されている(特許文献1参照)。この結晶配向セラミックスは、例えば一般式{Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦w≦1)で表される板状粉末と、反応原料と焼結助剤(CuO)とを混合して得られる混合物をシート状に成形し、得られるシートを複数枚積層して積層体を作製し、その後、積層体の圧延、脱脂及び静水圧(CIP)処理を行い、大気中で加熱することにより作製することができる(特許文献1参照)。また、上記板状粉末は、一般式(Bi22)2+(Bi0.5AMm-1.5Nbm3m+1)2-(但し、mは2以上の整数、AMはNa、K、Liの少なくとも1つ)で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物を用いて、フラックス法により作製することができる。
また、一般式{Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型結晶配向セラミックスが開発されている(特許文献2参照)。この結晶配向セラミックスの作製には、NaNbO3からなる板状粉末が用いられていた。具体的には、板状粉末と反応原料とを混合して得られる混合物をシート成形し、得られるシートを複数枚積層して積層体を作製し、その後、積層体の圧延、脱脂、及び静水圧(CIP)処理を行い、酸素中で加熱することにより結晶配向セラミックスを作製することができる(特許文献2参照)。
しかしながら、上記のごとく、一般式{Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦w≦1)で表される板状粉末をテンプレートとして用いて結晶配向セラミックスを作製する従来の方法においては、比較的多量の焼結助剤を用いる必要があった。このように多量の焼結助剤を用いると、得られる結晶配向セラミックスの圧電特性を低下させてしまうおそれがあった。
また、NaNbO3からなる板状粉末を用いて(Li,K,Na)(Nb,Ta,Sb)O3系の結晶配向セラミックスを作製する方法においては、例えば95%以上という高い密度でかつ例えば80%以上という高い配向度の結晶配向セラミックスを得るために、板状粉末と反応原料との加熱反応時に温度制御を行う必要が生じる。具体的には、例えば加熱後の降温時に、最高温度からこの最高温度より100℃低い温度までの降温速度を20℃/h以下にする方法(徐冷法)や、加熱時に、最高温度で保持する他に、最高温度から20〜100℃低い温度とで5〜10時間保持する方法(2段焼成法)を行う必要があった。
そのため、結晶配向セラミックスの製造にかかる時間が増大し、製造コストが増大するおそれがあった。
また、NaNbO3からなる板状粉末は、これをフラックス法で合成すると、余剰Bi23が大量に発生する。そのため、NaNbO3の板状粉末が塊状になり、乳鉢等で機械的に粉砕しなければならず、板状粉末形状から微粉が発生するという問題があった。さらに、余剰Bi23が大量に発生すると、NaNbO3の板状粉末の表面が荒れ、配向成形時のせん断応力に対して板状粉末が配向しにくくなるという問題があった。
さらに、上記工程は、熱処理、粉砕、フラックス除去といった煩雑な工程であるため、コストが高いという問題があった。
また、従来の板状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製する場合には、密度を向上させるために、脱脂後の積層体に対して静水圧(CIP)処理を行ったり、酸素焼成がおこなわれていた。さらに、配向度向上のために、積層体の圧延がおこなわれていた。このようなCIP処理、酸素焼成及び圧延等の操作は、結晶配向セラミックスのコストを増大させるという問題があった。
特開2003−12373号公報 特開2004−300019号公報
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高い密度及び配向度の結晶配向セラミックスを優れた量産性で製造できる異方形状粉末及びその製造方法、並びに結晶配向セラミックスの製造方法を提供しようとするものである。
第1の発明は、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末であって、
該異方形状粉末は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とすることを特徴とする異方形状粉末にある(請求項1)。
本発明の異方形状粉末は、上記一般式(1)という特定組成の上記5価金属酸アルカリ化合物を主成分とする上記配向粒子からなる。
上記異方形状粉末は、結晶配向セラミックスを作製する際のテンプレートとして用いることができる。即ち、上記異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応する反応原料とを混合し、上記異方形状粉末の上記{100}面が配向するように成形して加熱することにより、結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向セラミックスを作製することができる。
また、上記異方形状粉末は、上記一般式(1)に示すように、Na、Nb、Taを必須金属元素として含有し、さらに選択的にKを含有できる上記5価金属酸アルカリ化合物を主成分とする。そのため、上記異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製すると、従来のように徐冷法や2段焼成法等を行わなくても、高密度かつ高配向度の結晶配向セラミックスを得ることができる。また、上記異方形状粉末を用いると、緻密化し易くなるため、焼結助剤をほとんど使用する必要がない。そのため、焼結助剤の大量使用による結晶配向セラミックスの圧電特性の低下という不具合を回避することができる。また、従来のように圧延処理、静水圧処理、及び酸素焼成を行わなくても高配向度かつ高密度の結晶配向セラミックスを得ることができる。また、従来のNaNbO3の板状粉末を用いた場合のように、微粉が発生したり、余剰に発生した大量のBi23が板状粉末の表面状態に悪影響を及ぼすという問題を回避することができる。
さらに、NaNbO3等の簡単な組成からなる従来の板状粉末を用いて、例えば(Li,K,Na)(Nb,Ta)O3系等の複雑な組成の結晶配向セラミックスを作製する場合には、結晶配向セラミックスを構成するKやTa等の一部の元素の分布にばらつきが生じやすいが、上記第1の発明の異方形状粉末を用いれば、構成元素のばらつきが少ない結晶配向セラミックスを得ることができる。
第2の発明は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
一般式(3)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-bTab)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0.02≦b≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより酸処理体を得る酸処理工程と、
上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法にある(請求項3)。
上記第2の発明の製造方法は、上記酸処理工程と上記加熱工程とを有する。
上記酸処理工程においては、上記一般式(3)で表される異方形状の上記出発原料粉末を酸処理する。次いで、上記加熱工程においては、上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。その結果、上記一般式(1)で表される上記異方形状粉末を得ることができる。該異方形状粉末を用いれば、上述のごとく、密度及び配向度の高い結晶配向セラミックスを簡単に製造することができる。
上記酸処理工程においては、上記一般式(3)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物のビスマスを除去することができる。また、上記酸処理体においては、Na欠陥及び/又はK欠陥が生じている。そして、上記加熱工程においては、上記酸処理工程後におけるNa欠陥及び/又はK欠陥をアルカリ元素、即ちNa及び/又はKで置換させることができる。その結果、上記一般式(1)で表される上記異方形状粉末を簡単に得ることができる。
第3の発明は、一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
一般式(5)Na(Nb1-eTae)O3(但し、0.02≦e≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する準備工程と、
上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法にある(請求項5)。
上記第3の発明の製造方法は、上記準備工程と上記加熱工程とを有する。
上記準備工程においては、上記一般式(5)で表される上記異方形状原料粉末を準備する。次いで、上記加熱工程においては、上記異方形状粉末に、少なくとも上記K源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。その結果、上記一般式(4)で表される上記異方形状粉末を得ることができる。該異方形状粉末を用いれば、密度及び配向度の高い結晶配向セラミックスを簡単に製造することができる。なお、上記第3の発明によって製造できる上記一般式(4)で表される異方形状粉末は、上記第1の発明及び上記第2の発明における上記一般式(1)のa≠0の場合の異方形状粉末である。即ち、上記第3の発明は、上記一般式(1)においてa≠0の異方形状粉末を製造する場合に適用できる製造方法である。
第4の発明は、一般式(6)(KaNa1-a)NbO3(但し、0≦a≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
一般式(7)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5Nbm3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8)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異方形状の出発原料粉末を酸処理して酸処理体を得る酸処理工程と、
上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法にある(請求項8)。
上記第4の発明の製造方法は、上記酸処理工程と上記加熱工程とを有する。
上記酸処理工程においては、上記一般式(7)で表される異方形状の上記出発原料粉末を酸処理する。次いで、上記加熱工程においては、上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。その結果、上記一般式(6)で表される上記異方形状粉末を得ることができる。該異方形状粉末を用いれば、密度及び配向度の高い結晶配向セラミックスを簡単に製造することができる。なお、上記第4の発明によって製造できる上記一般式(6)で表される異方形状粉末は、上記第1の発明及び上記第2の発明における一般式(1)のb=0の場合の異方形状粉末である。即ち、上記第4の発明は、上記一般式(1)においてb=0の異方形状粉末を製造する場合に適用できる製造方法である。
上記酸処理工程においては、上記第2の発明と同様に、上記一般式(7)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物のビスマスを除去することができる。また、上記酸処理体においては、上記第2の発明と同様に、Na欠陥及び/又はK欠陥が生じている。そして、上記加熱工程においては、上記第2の発明と同様に、上記酸処理工程後におけるNa欠陥及び/又はK欠陥をアルカリ元素、即ちNa及び/又はKで置換させることができる。その結果、上記一般式(6)で表される上記異方形状粉末を簡単に得ることができる。
第5の発明は、一般式(8)(KfNa1-f)NbO3(但し、0<f≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
NaNbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する準備工程と、
上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法にある(請求項10)。
上記第5の発明の製造方法は、上記準備工程と上記加熱工程とを有する。
上記準備工程においては、NaNbO3を主成分とする上記異方形状原料粉末を準備する。次いで、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。その結果、上記一般式(8)で表される上記異方形状粉末を得ることができる。該異方形状粉末を用いれば、密度及び配向度の高い結晶配向セラミックスを簡単に製造することができる。なお、上記第5の発明によって製造できる上記一般式(8)で表される異方形状粉末は、上記第1の発明及び上記第2の発明における一般式(1)のa≠0かつb=0の場合の異方形状粉末である。即ち、上記第5の発明は、上記一般式(1)においてa≠0かつb=0の異方形状粉末を製造する場合に適用できる製造方法である。
第6の発明は、一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスの製造方法であって、
異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する混合工程と、
上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る焼成工程とを有し、
上記異方形状粉末としては、請求項1に記載の異方形状粉末又は請求項3〜12のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる異方形状粉末を用いることを特徴とする結晶配向セラミックスの製造方法にある(請求項13)。
また、第7の発明は、一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスの製造方法であって、
異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する混合工程と、
上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る焼成工程とを有し、
上記異方形状粉末として、一般式(9)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-gTag)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0≦g≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより得られる酸処理体を用いることを特徴とする結晶配向セラミックスの製造方法にある(請求項14)。
上記第6の発明及び上記第7の発明は、上記混合工程と上記成形工程と上記焼成工程とを有する。上記第6の発明においては、上記異方形状粉末として、上記第1の発明の異方形状粉末又は上記第2の発明〜上記第5の発明の製造方法によって得られる異方形状粉末を用い、上記第7の発明においては、上記異方形状粉末として、一般式(9)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-kTak)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0≦k≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより得られる酸処理体を用いる。
上記異方形状粉末を用いると、従来のように例えば徐冷法や2段焼成法を行わなくても、高密度かつ高配向度の結晶配向セラミックスを得ることができる。また、上記異方形状粉末は緻密化し易いため、焼結助剤をほとんど使用する必要がない。そのため、焼結助剤の大量使用による結晶配向セラミックスの圧電特性の低下という不具合を回避することができる。また、従来のように圧延処理、静水圧処理、及び酸素焼成を行わなくても高配向度かつ高密度の結晶配向セラミックスを得ることができる。また、従来のNaNbO3の板状粉末を用いた場合のように、板状粉末由来の微粉が発生したり、余剰に発生した大量のBi23が板状粉末の表面状態に悪影響を及ぼすという問題を回避することができる。また、従来のNaNbO3の板状粉末とは異なり、反応原料に組成が近いため結晶配向セラミックスの組成の均一性を高めることができる。
したがって、上記第6及び上記第7の発明によれば、高い密度及び配向度の結晶配向セラミックスを優れた量産性で製造することができる。さらに、組成の均一性に優れた結晶配向セラミックスを得ることができる。
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記異方形状粉末は、例えば、等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向セラミックスを作製するために用いることができる。
上記異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックス作製する場合には、例えば次のようにして行うことができる。
即ち、加熱時に上記異方形状粉末と反応する反応原料を準備し、上記異方形状粉末と上記反応原料とを混合することにより、原料混合物を作製する。
次いで、上記原料混合物を上記異方形状粉末の上記結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を例えばシート状等に成形して成形体を作製する。次いで、上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させ、目的組成の結晶配向セラミックスを得ることができる。
本発明において、「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、針状等の形状が好適な例として挙げられる。
上記配向粒子としては、成形工程の際に一定の方向に配向させることが容易な形状を有しているものを用いることが好ましい。そのため、上記配向粒子としては、平均アスペクト比が3以上であることが好ましい。平均アスペクト比が3未満の場合には、後述の成形工程において、上記異方形状粉末を一方向に配向させることが困難になる。より高い配向度の上記結晶配向セラミックスを得るためには、上記配向粒子のアスペクト比は5以上であることがより好ましい。なお、平均アスペクト比は、上記配向粒子の最大寸法/最小寸法の平均値である。
また、上記配向粒子の平均アスペクト比が大きくなるほど、成形工程において上記配向粒子を配向させることがより容易になる傾向がある。しかし、平均アスペクト比が過大になると、上記混合工程において、上記配向粒子が破壊されてしまうおそれがある。その結果、成形工程において、上記配向粒子が配向した成形体が得られなくなるおそれがある。したがって、上記配向粒子の平均アスペクト比は、100以下であることが好ましい。より好ましくは50以下、さらには30以下が良い。
また、例えば上記第6及び第7の発明のように、上記配向粒子を用いて結晶配向セラミックスを作製する場合には、焼成工程において、上記配向粒子と反応原料が反応焼結することにより結晶粒子が形成されるため、配向粒子が大きすぎると結晶粒子が大きくなり、得られる結晶配向セラミックスの強度が低下する恐れがある。従って、上記配向粒子の長手方向の最大寸法は、30μm以下であることが好ましい。より好ましくは20μm以下、さらには15μm以下が良い。また、配向粒子が小さすぎると結晶粒子が小さくなり、得られる結晶配向セラミックスの圧電性能が低下する恐れがある。従って、上記配向粒子の長手方向の最大寸法は、0.5μm以上であることが好ましい。より好ましくは1μm以上、さらには2μm以上が良い。
また、本発明において、上記異方形状粉末は、該異方形状粉末と反応する反応原料と混合し加熱することにより、一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面が配向する結晶配向セラミックスを製造するために用いられることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記異方形状粉末を用いて、上記一般式(2)で表される圧電特性に優れた結晶配向セラミックスを高密度かつ高配向度で得ることができる。
「特定の結晶面が配向する」とは、上記ペロブスカイト型化合物の特定の結晶面が互いに平行になるように、各結晶粒が配列していること(以下、このような状態を「面配向」という。)を意味する。
また、上記ペロブスカイト型化合物の結晶系が正方晶の場合において、配向させる特定の結晶面は擬立方{100}面が好ましい。この場合には、上記結晶配向セラミックスの圧電特性等をより向上させることができる。
「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、三方晶等、立方晶からわずかにゆがんだ構造をとるが、その歪みはわずかであるので、立方晶とみなしてミラー指数表示することを意味する。
特定の結晶面が面配向している場合において、面配向の程度は、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)で表すことができる。
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、ΣI0(hkl)は、結晶配向セラミックスと同一組成を有する無配向の圧電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’I0(HKL)は、結晶配向セラミックスと同一組成を有する無配向の圧電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。
したがって、多結晶体を構成する各結晶粒が無配向である場合には、平均配向度F(HKL)は0%となる。また、多結晶体を構成するすべての結晶粒の(HKL)面が測定面に対して平行に配向している場合には、平均配向度F(HKL)は100%となる。
上記結晶配向セラミックスにおいて、配向している結晶粒の割合が多くなるほど、高い特性が得られる。例えば特定の結晶面を配向させる場合において、高い圧電特性等を得るためには、上記数1の式で表されるロットゲーリング法による平均配向度F(HKL)は80%以上であることが好ましい。より好ましくは配向度は90%以上がよい。
また、配向させる特定の結晶面は、分極軸に垂直な面が好ましい。
次に、上記第1の発明において、上記異方形状粉末は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とする。
上記一般式(1)において、a>0.8の場合には、上記異方形状粉末の融点が低下し、該異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製する際に、高配向度の結晶配向セラミックスを得ることが困難になるおそれがある。また、b<0.02の場合には、高密度でかつ高配向度の結晶配向セラミックスを得るために、従来のように圧延処理やCIP処理等が必要になるおそれがある。一方、b>0.4の場合には、上記異方形状粉末を用いて得られる結晶配向セラミックスにおけるTa量が多くなり過ぎて、キュリー温度が低下し、家電製品及び自動車部品用の圧電材料として用いることが困難になるおそれがある。
次に、上記第2の発明について説明する。
上記第2の発明においては、上記酸処理工程と、上記加熱工程とを行うことにより、上記一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる上記異方形状粉末を作製する。
上記酸処理工程においては、一般式(3)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-bTab)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0.02≦b≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより酸処理体を得る。上記一般式(3)におけるbの値は、上記一般式(1)におけるbの値と同じ値である。即ち、上記出発原料粉末としては、上記一般式(1)で表される目的組成の異方形状粉末とNb及びTaの原子比率が等しい上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物を用いることができる。
上記一般式(3)において、b又はcの値が上記特定の範囲から外れる場合には、目的組成の上記一般式(1)で表される上記異方形状粉末を得ることができなくなるおそれがある。また、mが大きくなりすぎると、その合成時においてビスマス層状ペロブスカイト型化合物の異方形状粉末以外にペロブスカイトの非異方形状微粒子が発生するおそれがある。したがって、異方形状粒子の歩留まりを向上させるという観点からmは15以下の整数であることが好ましい。
また、酸処理は、例えば上記出発原料粉末を、塩酸等の酸に接触させることにより行うことができる。具体的には、例えば上記出発原料粉末を酸中で加熱しながら混合する方法を採用することができる。
また、上記加熱工程においては、上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。
上記K源としては、例えばK2CO3、KHCO3等の少なくともK元素を含む化合物を用いることができる。また、上記Na源としては、例えばNa2CO3、NaHCO3等の少なくともNa元素を含む化合物を用いることができる。
また、上記K源及び/又は上記Na源は、上記一般式(3)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物1モルに対して、上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1〜5モルとなる割合で上記酸処理体に添加することが好ましい(請求項4)。
上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、上記酸処理を行なうことによって、ビスマス層が酸に溶出し水素置換され、ペロブスカイト層中のビスマスが酸に溶出する。また、同時にペロブスカイト層中のK及び/又はNaの少なくとも一部が溶出し、Na欠陥及び/又はK欠陥を形成することができる。その結果、上記酸処理体は、ペロブスカイト化合物の構造を含んだ複雑な構造を有し、上記酸処理体をペロブスカイト型組成物ABOαと見なすと、A/B=0.35〜0.65(但し、AはK、Naの合計モル数、BはNb、Taの合計モル数、αは2<α<4.5)の範囲となる。従って、上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1モル未満の場合には、上記酸処理体中の上記Na欠陥及び/又は上記K欠陥をK及び/Naで十分に置換させることができなくなり、その結果、上記一般式(1)で表される上記5価金属酸アルカリ化合物のAサイト欠陥が増加するおそれがある。一方、5モルを超える場合には、フラックス中での加熱時に、異方形状粉末同士が融着するおそれがある。
次に、上記第3の発明について説明する。
上記第3の発明においては、上記準備工程と上記加熱工程とを行うことにより、一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる上記異方形状粉末を作製する。
上記一般式(4)において、d及びb範囲の臨界意義については、上記一般式(1)におけるa及びbと同様である。また、d=0の場合には、上記第3の発明の製造方法を適用することができない。
上記準備工程においては、一般式(5)Na(Nb1-eTae)O3(但し、0.02≦e≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する。
上記一般式(5)におけるeの値は、上記一般式(4)におけるbの値と同じ値であっても異なる値であってもよい。一般式(5)においてe<0.02の場合、又はe>0.4の場合には、目的組成の上記一般式(4)で表される上記異方形状粉末を得ることができなくなるおそれがある。
また、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。
上記K源としては、上記第2の発明と同様のものを用いることができる。
また、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、上記K源の他にNb源及び/又はTa源を添加することができる(請求項6)。
この場合には、加熱工程後の副成分の生成を抑制し、上記異方形状粉末における上記一般式(4)で表される5価金属酸アルカリ化合物の含有量を向上させることができる。
Nb源としては、例えばNb25等のNbを含有する化合物を用いることができる。Ta源としては、例えばTa25等のTaを含有する化合物を用いることができる。
また、上記K源、上記Nb源、及び上記Ta源は、これらに含まれるNb元素とTa元素との合計の原子比率とK元素の原子比率とが、1:1となるような配合割合で添加することが好ましい(請求項7)。
この場合には、副成分の生成をより一層抑制し、上記異方形状粉末における上記一般式(4)で表される5価金属酸アルカリ化合物の含有量をより向上させることができる。
次に、上記第4の発明について説明する。
上記第4の発明においては、上記酸処理工程と、上記加熱工程とを行うことにより、上記一般式(6)(KaNa1-a)NbO3(但し、0≦a≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。
上記酸処理工程においては、一般式(7)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5Nbm3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8)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異方形状の出発原料粉末を酸処理して酸処理体を得る。
上記一般式(7)において、cの値が上記特定の範囲から外れる場合には、目的組成の上記一般式(6)で表される上記異方形状粉末を得ることができなくなるおそれがある。また、mが大きくなりすぎると、その合成時においてビスマス層状ペロブスカイト型化合物の異方形状粉末以外にペロブスカイトの非異方形状微粒子が発生するおそれがある。したがって、異方形状粒子の歩留まりを向上させるという観点からmは15以下の整数であることが好ましい。
また、酸処理は、例えば上記出発原料粉末を上記第2の発明と同様の酸中で加熱しながら混合する方法を採用することができる。
上記加熱工程においては、上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。
上記K源及び上記Na源としては、例えば上述の第2の発明と同様のものを用いることができる。
また、上記K源及び/又は上記Na源は、上記一般式(7)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物1モルに対して、上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1〜5モルとなる割合で上記酸処理体に添加することが好ましい(請求項9)。
上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1モル未満の場合には、上記酸処理体中のNa欠陥及び/又はK欠陥をK及び/Naで十分に置換させることができなくなり、その結果、上記一般式(6)で表される上記5価金属酸アルカリ化合物のAサイト欠陥が増加するおそれがある。一方、5モルを超える場合には、フラックス中での加熱時に異方形状粉末同士が融着するおそれがある。
次に、上記第5の発明について説明する。
上記第5の発明においては、上記準備工程と上記加熱工程とを行うことにより、一般式(8)(KfNa1-f)NbO3(但し、0<f≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を製造する。
上記一般式(8)において、fの臨界意義については、上記一般式(1)におけるaと同様である。また、f=0の場合には、上記第5の発明の製造方法を適用することができない。
上記準備工程においては、NaNbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する。
また、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。
上記K源としては、上記第2の発明と同様のものを用いることができる。
また、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、上記K源の他にNb源を添加することができる(請求項11)。
この場合には、加熱工程後の副成分の生成を抑制し、上記異方形状粉末における上記一般式(8)で表される5価金属酸アルカリ化合物の含有量を簡単に向上させることができる。
上記Nb源としては、例えばNb25等のNbを含有する化合物を用いることができる。
また、上記K源及び上記Nb源は、これらに含まれるK元素の原子比率とNb元素の原子比率とが、1:1となるような配合割合で添加することが好ましい(請求項12)。
この場合には、副成分の生成をより一層抑制し、上記異方形状粉末における上記一般式(8)で表される5価金属酸アルカリ化合物の含有量をより向上させることができる。
次に、上記6及び上記第7の発明について説明する。
上記第6及び上記第7の発明においては、上記混合工程、上記成形工程、及び上記焼成工程とを行うことにより、一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスを製造する。
「等方性」とは、擬立方基本格子でペロブスカイト型構造ABO3を表現したとき、軸長a、b、cの相対比が0.8〜1.2であり、軸角α、β、γが80〜100°の範囲にあることを示す。
また、上記一般式(2)において、「x+z+w>0」は、置換元素として、Li、Ta及びSbの内の少なくとも1つが含まれていればよいことを示す。
また、一般式(2)において、「y」は、等方性ペロブスカイト型化合物に含まれるKとNaの比を表す。上記一般式(2)で表される化合物においては、Aサイト元素として、K又はNaの少なくとも一方が含まれていればよい。
上記一般式(2)におけるyの範囲は、0<y≦1であることがより好ましい。
この場合には、上記一般式(2)で表される化合物において、Naが必須成分となる。そのため、この場合には、上記結晶配向セラミックスの圧電g31定数をさらに向上させることができる。
また、上記一般式(2)におけるyの範囲は、0≦y<1とすることができる。
この場合には、上記一般式(2)で表される化合物において、Kが必須成分となる。そのため、この場合には、上記結晶配向セラミックスの圧電d31定数等の圧電特性をさらに向上させることができる。また、この場合には、K添加量の増加に伴い、より低温での焼結が可能になるため、省エネルギーかつ低コストで上記結晶配向セラミックスを作製することができる。
また、上記一般式(2)において、yは、0.05≦y≦0.75であることがより好ましく、0.20≦y≦0.70であることがさらに好ましい。これらの場合には、上記結晶配向セラミックスの圧電d31定数及び電気解決合計数Kpを一層向上させることができる。さらに一層好ましくは、0.20≦y<0.70がよく、さらには0.35≦y≦0.65がよく、さらには0.35≦y<0.65がより好ましい。また、最も好ましくは、0.42≦y≦0.60がよい。
「x」は、Aサイト元素であるK及び/又はNaを置換するLiの置換量を表す。K及び/又はNaの一部をLiで置換すると、圧電特性等の向上、キュリー温度の上昇、及び/又は緻密化の促進という効果が得られる。
上記一般式(2)におけるxの範囲は、0<x≦0.2であることがより好ましい。
この場合には、上記一般式(2)で表される化合物において、Liが必須成分となるので、上記結晶配向セラミックスは、その作製時の焼成を一層容易に行うことができると共に、圧電特性がより向上し、キュリー温度(Tc)を一層高くすることができる。これは、Liを上記のxの範囲内において必須成分とすることにより、焼成温度が低下すると共に、Liが焼成助剤としての役割を果たし、空孔の少ない焼成を可能にするからである。
xの値が0.2を越えると、圧電特性(圧電d31定数、電気機械結合係数kp、圧電g31定数等)が低下するおそれがある。
また、上記一般式(2)におけるxの値は、x=0とすることができる。
この場合には、上記一般式(2)は、(K1-yNay)(Nb1-z-wTazSbw)O3で表される。そしてこの場合には、上記結晶配向セラミックスを作製する際に、その原料中に例えばLiCO3のように、最も軽量なLiを含有してなる化合物を含まないので、原料を混合し上記結晶配向セラミックスを作製するときに原料粉の偏析による特性のばらつきを小さくすることができる。また、この場合には、高い比誘電率と比較的大きな圧電g定数を実現できる。上記一般式(2)において、xの値は、0≦x≦0.15がより好ましく、0≦x≦0.10がさらに好ましい。
「z」は、Bサイト元素であるNbを置換するTaの置換量を表す。Nbの一部をTaで置換すると、圧電特性等の向上という効果が得られる。上記一般式(2)において、zの値が0.4を越えると、キュリー温度が低下し、家電や自動車用の圧電材料としての利用が困難になるおそれがある。
上記一般式(2)におけるzの範囲は、0<z≦0.4であることが好ましい。
この場合には、上記一般式(2)で表される化合物において、Taが必須成分となる。そのため、この場合には、焼結温度が低下すると共に、Taが焼結助剤の役割を果たし、上記結晶配向セラミックス中の空孔を少なくすることができる。
また、上記一般式(2)におけるzの値は、z=0とすることができる。
この場合には、上記一般式(2)は、{Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-wSbw)O3で表される。そして、この場合には、上記一般式(2)で表される化合物はTaを含ま
ない。そのためこの場合には、上記一般式(2)で表される化合物は、その作製時に高価なTa成分を使用することなく、優れた圧電特性を示すことができる。
上記一般式(2)において、zの値は、0≦z≦0.35がより好ましく、0≦z≦0.30がさらに好ましい。
さらに、「w」は、Bサイト元素であるNbを置換するSbの置換量を表す。Nbの一部をSbで置換すると、圧電特性等の向上という効果が得られる。wの値が0.2を越えると、圧電特性、及び/又はキュリー温度が低下するので好ましくない。
また、上記一般式(2)におけるwの値は、0<w≦0.2であることが好ましい。
この場合には、上記一般式(2)で表される化合物において、Sbが必須成分となる。そのため、この場合には、焼結温度が低下し、焼結性を向上させることができると共に、誘電損失tanδの安定性を向上させることができる。
また、上記一般式(2)におけるwの値は、w=0とすることができる。この場合には、上記一般式(2)は、{Lix(K1-yNay1-x}(Nb1-zTaz)O3で表される。そして、この場合には、上記一般式(2)で表される化合物は、Sbを含まず、比較的高いキュリー温度を示すことができる。上記一般式(2)において、wの値は、0≦w≦0.15であることがより好ましく、0≦w≦0.10であることがさらに好ましい。
上記混合工程においては、異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する。
上記第6の発明においては、上記異方形状粉末として、上記第1の発明の異方形状粉末、又は上記第2〜第5の発明の製造方法によって得られる異方形状粉末を用いる。
また、上記第7の発明においては、一般式(9)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-gTag)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0≦g≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより得られる酸処理体を異方形状粉末として用いる。一般式(9)におけるcの値が0.8を越える場合には、上記異方形状粉末の融点が低下し、該異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製すると、高配向度の結晶配向セラミックスを得ることが困難になるおそれがある。一方、gが0.4を越える場合には、上記異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製したときに、得られる結晶配向セラミックスのキュリー温度が低下し、家電及び自動車用の圧電材料としての利用が困難になるおそれがある。また、mが大きくなりすぎると、その合成時においてビスマス層状ペロブスカイト型化合物の異方形状粉末以外にペロブスカイトの非異方形状微粒子が発生するおそれがある。したがって、異方形状粒子の歩留まりを向上させるという観点からmは15以下の整数であることが好ましい。
次に、上記第6及び上記第7の発明において、上記反応原料は、上記異方形状粉末の1/3以下の粒径を有することが好ましい。
上記反応原料の粒径が上記異方形状粉末の粒径の1/3を超える場合には、上記成形工程において、上記異方形状粉末の上記{100}面が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形することが困難になるおそれがある。より好ましくは、1/4以下がよく、さらには1/5以下がよい。
上記反応原料と上記異方形状粉末との粒径の比較は、上記反応原料の平均粒径と上記異方形状粉末の平均粒径とを比較することによって行うことができる。なお、上記異方形状粉末の粒径及び上記反応原料の粒径は、いずれも最も長尺の径のことをいう。
上記反応原料の組成は、上記異方形状粉末の組成、及び作製しようとする上記一般式(2)で表される等方性ペロブスカイト型化合物の組成に応じて決定できる。また、上記反応原料としては、例えば酸化粉末、複合酸化物粉末、水酸化物粉末、あるいは炭酸塩、硝酸塩、主酸塩等の塩、あるいはアルコキシド等を用いることができる。
上記反応原料は、一般式(10){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦w≦1)で表される等方性ペロブスカイト型化合物からなる非異方形状粉末からなることが好ましい(請求項15)。
この場合には、高密度で高配向度な結晶配向セラミックスを容易に作製することができる。
上記反応原料としては、上記異方形状粉末と共に焼結させることにより該異方形状粉末と反応して、上記一般式(2)で表される目的の等方性ペロブスカイト型化合物を生成するものを用いることができる。
また、上記反応原料は、上記異方形状粉末との反応によって、目的の等方性ペロブスカイト型化合物のみを生成するものであってもよく、あるいは目的の等方性ペロブスカイト型化合物と余剰成分との双方を生成するものであってもよい。上記異方形状粉末と上記第反応原料との反応によって余剰成分が生成する場合には、該余剰成分は熱的又は化学的に除去することが容易なものであることが好ましい。
上記混合工程においては、上記異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する。
上記混合工程において、上記異方形状粉末、及び上記反応原料の混合は、乾式で行ってもよく、あるいは、水、アルコール等の適当な分散媒を加えて湿式で行ってもよい。さらにこのとき、必要に応じてバインダ、可塑剤、及び分散剤等から選ばれる1種以上を加えることもできる。
上記成形工程においては、上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する。
成形方法については、上記異方形状粉末を配向させることが可能な方法であればよい。上記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、圧延法等が好適な例としてあげられる。
上記焼成工程においては、上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る。上記焼成工程においては、上記成形体を加熱することにより焼結が進行し、上記等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる上記結晶配向セラミックスを作製する。このとき、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させて、上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成させることができる。また、上記焼成工程においては、上記異方形状粉末及び上記反応原料の組成によっては、余剰成分も同時に生成する。
上記焼成工程における加熱温度は、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、使用する異方形状粉末、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ることができる。具体的には、例えば温度900℃〜1300℃で行うことができる。
(実施例1)
次に、本発明の実施例について説明する。
本例は、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなり、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とする異方形状粉末を作製する例である。本例においては、一般式(1)においてa=0、b=0.07の場合の化合物、即ち、Na(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とする異方形状粉末を作製する。
具体的には、まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518となるような化学量論比で、Bi23粉末、NaHCO3粉末、Nb25粉末、及びTa25粉末を秤量し、湿式混合した。次いで、得られた混合物100重量部に対して、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次に、得られた混合物を白金るつぼ中で温度1100℃で2時間加熱し、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518の合成を行った。加熱は、室温から温度850℃までを昇温速度150℃/hで行い、温度850℃から1100℃までを昇温速度100℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで冷却し、反応物を湯洗してフラックスを取り除き、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末を得た。このBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末は{001}面を配向面(最大面)とする板状粉末であった。
次に、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末をジェットミルにより粉砕した。粉砕後のBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末は、平均粒径が約12μmであり、アスペクト比が約10〜20であった。
次いで、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末1molに対して2molのNaHCO3粉末を加えて乾式混合した。得られた混合物100重量部に対し、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次に、混合物を白金るつぼ中で温度950℃で8時間加熱し、Na(Nb0.93Ta0.07)O3を合成した。なお、加熱は、室温から700℃までを昇温速度200℃/hで行い、700℃から950℃までを50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで冷却して反応物を得た。
この反応物には、Na(Nb0.93Ta0.07)O3に加えてBi23が含まれているため、反応物を湯洗してフラックスを取り除いた後、Bi23の除去を行った。即ち、まず、フラックスを除いた後の反応物を2.5NのHNO3中で4時間撹拌し、余剰成分として生成したBi23を溶解させた。次いで、この溶液をろ過してNa(Nb0.93Ta0.07)O3粉末を分離し、温度80℃のイオン交換水で洗浄した。
このようにして、Na(Nb0.93Ta0.07)O3粉末からなる異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図1に示す。
次に、上記異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製する。
本例においては、混合工程と成形工程と焼成工程とを行うことにより、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスを作製する。
混合工程においては、異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する。
また、成形工程においては、上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する。
焼成工程においては、上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る。
具体的には、まず、以下のようにして反応原料を作製した。
即ち、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いるNa(Nb0.93Ta0.07)O3)粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、及びNaSbO3粉末を秤量し、有機溶剤を媒体としてZrO2ボールで20時間の湿式混合を行った。その後、750℃で5Hr仮焼し、さらに有機溶剤を媒体としてZrO2ボールで20時間の湿式粉砕を行うことで平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
上記のようにして作製した異方形状粉末と反応原料とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。秤量後、有機溶剤を媒体にして、ZrO2ボールで湿式混合を20時間行うことにより、スラリーを得た。その後、スラリーに対してバインダ(ポリビニルブチラール)及び可塑剤(フタル酸ジブチル)を加え、さらに混合した。なお、バインダ及び可塑剤は、出発原料から合成される100gの(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3に対して、それぞれ8.0g(バインダ)及び4.0g(可塑剤)添加した。このようにして、スラリー状の原料混合物を得た。
次に、ドクターブレード装置を用いて、混合したスラリー状の原料混合物を厚み100μmのテープ状に成形し、得られるテープを積層及び圧着することにより、厚さ1.2mmの積層状態の成形体を得た。ドクターブレート装置によって成形を行うと、異方形状粉末に作用するせん断応力等によって、異方形状粉末を成形体内で略同一の方向に配向させることができる。
次いで、成形体を大気中において温度400℃で加熱することにより脱脂を行った。脱脂後の成形体をマグネシア鉢中のPt版上に配置し、大気中で温度1120℃で5時間加熱することにより焼成し、その後冷却することにより、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E1とする。なお、加熱及び冷却は、昇温速度200℃/h、冷却速度200℃/hの焼成パターンで行った。本例の焼成は、横軸に時間及び縦軸に温度をプロットしたときに単純な台形型の焼成パターンを示す。
次に、上記試料E1の結晶配向セラミックスについて、嵩密度を測定した。
具体的には、まず結晶配向セラミックスの乾燥時の重量(乾燥重量)を測定した。次いで、結晶配向セラミックスを水に浸漬して開口部に水を浸透させた後、結晶配向セラミックスの重量(含水重量)を測定した。次いで、含水重量と乾燥重量との差から、結晶配向セラミックス中に存在する開気孔の体積を算出した。また、アルキメデス法により、結晶配向セラミックスについて、開気孔を除いた部分の体積を測定した。次に、結晶配向セラミックスの乾燥重量を全体積(開気孔の体積と開気孔を除いた部分の体積との合計)で除することにより、結晶配向セラミックスの嵩密度を算出した。その結果を後述の表1に示す。
また、上記試料E1の結晶配向セラミックスについて、その内部の配向度を測定した。
具体的には、まず、テープ面と平行な面を表面から150μmの深さまで研磨した。この研磨面について、ロットゲーリング法による{100}面の平均配向度F(100)を数1の式を用いて算出した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例2)
本例は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)において、a=0.56、b=0.07の場合の化合物、即ち、(K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、酸処理工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状粉末を作製する。
酸処理工程においては、一般式(3)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-bTab)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0.02≦b≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより酸処理体を得る。本例においては、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる異方形状の出発原料粉末として、一般式(3)においてm=5、c=0、b=0.07の場合の化合物、即ちBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518からなる異方形状の出発原料粉末を用いる。
また、加熱工程においては、酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。これにより、(K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。
以下、本例の異方形状粉末の製造方法につき、具体的に説明する。
まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518からなる異方形状の出発原料粉末としては、実施例1において作製したBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末を用いた。
ビーカ内でこの出発原料粉末1gに対して30mlの割合で6NのHClを添加し、温度60℃で24時間撹拌した。その後、吸引ろ過し、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末の酸処理体を得た。
次いで、酸処理体に、K源としてのKHCO3粉末を加えて乾式混合した。KHCO3粉末は、酸処理体の作製に用いたBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末1molに対して2molという割合で酸処理体に添加した。次いで、酸処理体とK源との混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼ中で、温度1000℃で8時間加熱した。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1000℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。
さらに、実施例1と同様に反応物を湯洗してフラックスを取り除き、異方形状粉末を得た。
この異方形状粉末について、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、異方形状粉末は、(K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末を主成分とするぺロブスカイト化合物からなることがわかった。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、平均粒径約0.5μmのNaNbO3粉末、KNbO3粉末、LiTaO3粉末、KTaO3粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、有機溶剤を媒体としてZrO2ボールで4時間の湿式混合を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの混合物粉体(反応原料)を得た。
上記のようにして作製した異方形状粉末と反応原料とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をマグネシア鉢中のPt版上に配置し、大気中で温度1160℃で5時間加熱することにより焼成し、その後冷却することにより、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E2とする。なお、加熱及び冷却は、実施例1と同様に、昇温速度200℃/h、冷却速度200℃/hの焼成パターンで行った。
次いで、本例において作製した試料E2の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例3)
本例は、一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)において、d=0.3、b=0.11の場合の化合物、即ち、(K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、準備工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状粉末を作製する。
準備工程においては、一般式(5)Na(Nb1-eTae)O3(但し、0.02≦e≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する。本例においては、この異方形状原料粉末として、一般式(5)においてe=0.11の場合の化合物、即ちNa(Nb0.89Ta0.11)O3からなる異方形状原料粉末を用いる。
また、加熱工程においては、異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。これにより、(K0.56Na0.44)(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。なお、本例の加熱工程においては、K源の他にNb源及びTa源を異方形状原料粉末に添加して加熱する。
以下、本例の異方形状粉末の製造方法につき、具体的に説明する。
具体的には、まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.89Ta0.11)518となるような化学量論比で、Bi23粉末、NaHCO3粉末、Nb25粉末、及びTa25粉末を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、得られた混合物100重量部に対して、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次に、実施例1と同様に、得られた混合物を白金るつぼ中で温度1100℃で2時間加熱し、冷却後湯洗してフラックスを取り除き、Bi2.5Na3.5(Nb0.89Ta0.11)518粉末を得た。次いで、このBi2.5Na3.5(Nb0.89Ta0.11)518粉末をジェットミルにより粉砕し、平均粒径が約12μmであり、アスペクト比が約10〜20のBi2.5Na3.5(Nb0.89Ta0.11)518粉末を得た。
次いで、実施例1と同様に、Bi2.5Na3.5(Nb0.89Ta0.11)518粉末1molに対して2molのNaHCO3粉末を加えて乾式混合し、得られた混合物100重量部に対し、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。さらに実施例1と同様にして、混合物を白金るつぼ中で温度950℃で8時間加熱し、その後、冷却して反応物を得た。この反応物には、Na(Nb0.89Ta0.11)O3に加えてBi23が含まれているため、実施例1と同様に、反応物を湯洗してフラックスを取り除いた後、Bi23の除去を行った。このようにして、Na(Nb0.89Ta0.11)O3粉末からなる異方形状原料粉末を得た。この異方形状原料粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の板状粉末であった。
次に、異方形状原料粉末に対し、K源(KHCO3粉末)、Nb源(Nb25粉末)、及びTa源(Ta25粉末)を添加し、乾式混合した。このとき、K源、Nb源及びTa源は、K:Nb:Ta=1:0.89:0.11という原子比率で、かつ異方形状原料粉末(Na(Nb0.89Ta0.11)O3)中のNaとK源中のKとの原子比率が0.55:0.45となるように添加した。次いで、得られた混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次いで、混合物を白金るつぼ中で、温度1050℃で12時間加熱して、(K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3の合成を行った。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1050℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。その後、反応物から湯洗によりフラックスを除去した。
この反応物には、板状粉末と微粉末とが含まれていた。反応物(混合粉末)について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、板状粉末は、(K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末を主成分とするぺロブスカイト化合物であり、微粉末は、(K0.68Na0.32)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末を主成分とするぺロブスカイト化合物であった。
次いで、混合粉末に対して空ひを行い微粉末を除去し、板状粉末((K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末)を主成分とする異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.3Na0.7)(Nb0.89Ta0.11)O3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をさらに実施例1と同様にして焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E3とする。なお、焼成時の加熱及び冷却は、実施例1と同様に、昇温速度200℃/h、冷却速度200℃/hの焼成パターンで行った。
本例において作製した試料E3の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例4)
本例は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)において、a=0.65、b=0.1の場合の化合物、即ち、(K0.65Na0.35)(Nb0. 9Ta0. 1)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、実施例2と同様に、酸処理工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状のNa(Nb0. 9Ta0.1)O3粉末を作製し、このNa(Nb0. 9Ta0.1)O3粉末を異方形状原料粉末として用いて、実施例3と同様に準備工程と加熱工程とを行うことにより(K0.65Na0.35)(Nb0. 9Ta0. 1)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。
まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518からなる異方形状の出発原料粉末を作製した。具体的には、まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518となるような化学量論比で、Bi23粉末、NaHCO3粉末、Nb25粉末、及びTa25粉末を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、実施例1と同様に、得られた混合物100重量部に対して、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。さらに実施例1と同様にして、得られた混合物を白金るつぼ中で温度1100℃で2時間加熱し、次いで得られた反応物を冷却し、その後反応物を湯洗してフラックスを取り除き、Bi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518粉末からなる出発原料粉末を得た。この出発原料粉末は{001}面を配向面(最大面)とする板状粉末であった。
次に、出発原料粉末(Bi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518粉末)をジェットミルにより粉砕した。粉砕後の出発原料粉末は、平均粒径が約12μmであり、アスペクト比が約10〜20であった。
次いで、ビーカ内でこの出発原料粉末1gに対して6NのHClを30mlの割合で添加し、温度60℃で24時間撹拌した。その後、吸引ろ過し、Bi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518粉末の酸処理体を得た。
次いで、酸処理体に、Na源としてのNaHCO3粉末を加えて乾式混合した。このとき、NaHCO3粉末は、酸処理体の作製に用いたBi2.5Na3.5(Nb0.9Ta0.1)518粉末1molに対して2.8molという割合で酸処理体に添加した。次いで、酸処理体とNa源との混合物100重量部に対してフラックスとしてのNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼ中で、温度950℃で8時間加熱した。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から950℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。
次いで、実施例1と同様に反応物を湯洗してフラックスを取り除いた。このようにして、Na(Nb0. 9Ta0.1)O3粉末を得た。このNa(Nb0. 9Ta0.1)O3粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。
次いで、このNa(Nb0. 9Ta0.1)O3粉末に、K源(KHCO3粉末)、Nb源(Nb25粉末)、及びTa源(Ta25粉末)を添加し、乾式混合した。このとき、K源、Nb源及びTa源は、K:Nb:Ta=1:0.9:0.1という原子比率で、かつNa(Nb0.9Ta0.1)O3)粉末中のNaとK源(KHCO3粉末)中のKとの原子比率が0.55:0.45となるように添加した。次いで、得られた混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次いで、混合物を白金るつぼ中で、温度1025℃で12時間加熱して、(K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3の合成を行った。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1025℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。次いで、反応物から湯洗によりフラックスを除去した。
この反応物には、板状粉末と微粉末とが含まれていた。反応物(混合粉末)について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、板状粉末は、(K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3を主成分とするぺロブスカイト化合物であり、微粉末は、(K0.7Na0.3)(Nb0.9Ta0.1)O3を主成分とするぺロブスカイト化合物であった。
次いで、混合粉末に対して空ひ(分級)を行い微粉末を除去し、板状粉末((K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3粉末)を主成分とする異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.65Na0.35)(Nb0.9Ta0.1)O3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をさらに実施例1と同様にして焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E4とする。なお、焼成は、焼結温度を1140℃とした点を除いては、実施例1と同様に、昇温速度200℃/h、冷却速度200℃/hという焼成パターンで行った。
本例において作製した試料E4の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例5)
本例は、一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)において、d=0.32、b=0.05の場合の化合物、即ち、(K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、実施例3と同様に準備工程と加熱工程とを行うことにより異方形状粉末を作製する。
具体的には、まず、実施例1と同様にして、平均粒径12μmの板状のNa(Nb0.93Ta0.07)O3粉末を作製した。
このNa(Nb0.93Ta0.07)O3粉末を異方形状原料粉末とし、該異方形状原料粉末に対し、K源(KHCO3粉末)及びNb源(Nb25粉末)を添加し、乾式混合した。このとき、K源及びNb源は、K:Nb=1:1という原子比率で、かつ異方形状原料粉末(Na(Nb0.93Ta0.07)O3)中のNaとK源(KHCO3粉末)中のKとの原子比率が0.55:0.45となるように添加した。次いで、得られた混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次いで、混合物を白金るつぼ中で、温度1025℃で12時間加熱した。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1025℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。その後、反応物から湯洗によりフラックスを除去した。
この反応物には、板状粉末と微粉末とが含まれていた。反応物(混合粉末)について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、板状粉末は、(K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3を主成分とするぺロブスカイト化合物であった。次いで、混合粉末に対して空ひを行い微粉末を除去し、板状粉末((K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3)を主成分とする異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図4に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.32Na0.68)(Nb0.95Ta0.05)O3粉末)とを、実施例1と同様に、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をさらに実施例1と同様にして焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E5とする。なお、焼成時の加熱及び冷却は、実施例1と同様に、昇温速度200℃/h、冷却速度200℃/hの焼成パターンで行った。
本例において作製した試料E5の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(比較例)
本例は、NaNbO3からなる異方形状粉末を作製する例である。
まず、Bi2.5Na3.5Nb518となるような化学量論比で、Bi23粉末、NaHCO3粉末、及びNb25粉末を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、得られた混合物100重量部に対して、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次に、得られた混合物を白金るつぼ中で、実施例1と同様に、温度1100℃で2時間加熱し、Bi2.5Na3.5Nb518の合成を行った。さらに実施例1と同様に、反応物を湯洗してフラックスを取り除き、ジェットミルにより粉砕した。このようにして、Bi2.5Na3.5Nb518粉末を得た。このBi2.5Na3.5Nb518粉末は、{001}面を配向面(最大面)とし、平均粒径が約12μm、アスペクト比が約10〜20の板状粉末であった。
次いで、Bi2.5Na3.5Nb518粉末1molに対して2molのNaHCO3粉末を加えて乾式混合した。得られた混合物100重量部に対し、フラックスとしてNaClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次に、実施例1と同様に、混合物を白金るつぼ中で温度950℃で8時間加熱し、反応物を湯洗してフラックスを取り除いた後、Bi23の除去を行った。
このようにして、NaNbO3粉末からなる異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面が荒れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末(NaNbO3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いるNaNbO3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末(NaNbO3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をさらに実施例1と同様の焼成パターンで焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料C1とする。
また、本例においては、上記試料C1と同様の異方形状粉末及び反応原料を用いて作製した成形体に圧延を行い、さらに脱脂した後CIP処理を行うことにより結晶配向セラミックス(試料C2)を作製した。
具体的には、まず、上記試料C1の作製に用いた異方形状粉末(NaNbO3粉末)と反応原料とを準備し、実施例1と同様にしてスラリー状の原料混合物を作製した。次いで、実施例1と同様に、このスラリー状の原料混合物を成形し、積層し、積層状態の成形体を得た。
次に、この積層状態の成形体を圧延した。その後、実施例1と同様にして脱脂を行った。次いで、脱脂後の成形体に静水圧(CIP)処理を行った。
その後、実施例1と同様に成形体を焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料C2とする。
本例において作製した試料C1及び試料C2の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例6)
本例は、一般式(8)(KfNa1-f)NbO3(但し、0<f≦0.8)において、f=0.25の場合の化合物、即ち(K0.25Na0.75)NbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、準備工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状粉末を作製する。
準備工程においては、NaNbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する。
また、加熱工程においては、異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。これにより、(K0.25Na0.75)NbO3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。なお、本例の加熱工程においては、K源の他にNb源を異方形状原料粉末に添加して加熱する。
具体的には、まず、上記比較例と同様にして、平均粒径12μmの板状のNaNbO3粉末(異方形状原料粉末)を作製した。
次いで、異方形状原料粉末に、K源(KHCO3粉末)及びNb源(Nb25粉末)を添加し、乾式混合した。このとき、K源及びNb源は、K:Nb=1:1という原子比率で、かつ異方形状原料粉末(NaNbO3)中のNaとK源中のKとの原子比率が0.55:0.45となるように添加した。次いで、得られた混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次いで、混合物を白金るつぼ中で、温度1025℃で12時間加熱して、(K0.25Na0.75)NbO3の合成を行った。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1025℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。次いで、反応物から湯洗によりフラックスを除去した。
この反応物には、板状粉末と微粉末とが含まれていた。反応物(混合粉末)について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、板状粉末は、(K0.25Na0.75)NbO3を主成分とするぺロブスカイト化合物であり、微粉末は、(K0.7Na0.3)NbO3を主成分とするぺロブスカイト化合物であった。
次いで、混合粉末に対して空ひを行い微粉末を除去し、板状粉末((K0.25Na0.75)NbO3)を主成分とする異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図6に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.25Na0.75)NbO3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.25Na0.75)NbO3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.25Na0.75)NbO3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体を実施例1と同様の焼成パターンで焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E6とする。
本例において作製した試料E6の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例7)
本例は、一般式(6)(KaNa1-a)NbO3(但し、0≦a≦0.8)において、a=0.45の場合の化合物、即ち(K0.45Na0.55)NbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、酸処理工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状粉末を作製する。
酸処理工程においては、一般式(7)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5Nbm3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8)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異方形状の出発原料粉末を酸処理して酸処理体を得る。本例においては、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる出発原料粉末として、一般式(7)においてm=5、c=0の場合の化合物、即ちBi2.5Na3.5Nb518からなる異方形状の出発原料粉末を用いる。
また、加熱工程においては、酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する。これにより、(K0.45Na0.55)NbO3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。
具体的には、まず、上記比較例と同様にして、平均粒径12μmの板状のBi2.5Na3.5Nb518粉末を作製した。
次いで、このBi2.5Na3.5Nb518粉末1gに対して30mlの割合で6NのHClを添加し、温度60℃で24時間撹拌した。その後、吸引ろ過し、Bi2.5Na3.5Nb518粉末の酸処理体を得た。
次いで、この酸処理体に、K源としてのKHCO3粉末を加えて乾式混合した。KHCO3粉末は、酸処理体の作製に用いたBi2.5Na3.5Nb518粉末1molに対して1.66molという割合で酸処理体に添加した。次いで、酸処理体とK源との混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼ中で、温度1000℃で8時間加熱した。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1000℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。
次いで、実施例1と同様に反応物を湯洗してフラックスを取り除き、異方形状粉末を得た。
この異方形状粉末について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、異方形状粉末は、(K0.45Na0.55)NbO3を主成分とするぺロブスカイト化合物からなることがわかった。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面平滑性に優れた板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図7に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.45Na0.55)NbO3)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.45Na0.55)NbO3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.45Na0.55)NbO3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体を実施例1と同様の焼成パターンで焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E7とする。
本例において作製した試料E7の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例8)
本例は、一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)において、d=0.67、b=0.07の場合の化合物、即ち(K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する例である。
本例においては、実施例3と同様に、準備工程と加熱工程とを行うことにより、異方形状粉末を作製する。
準備工程においては、一般式(5)Na(Nb1-eTae)O3(但し、0.02≦e≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する。本例においては、この異方形状原料粉末として、一般式(5)においてe=0.07の場合の化合物、即ちNa(Nb0.93Ta0.07)O3からなる異方形状の原料粉末を用いる。
また、加熱工程においては、異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する。これにより、(K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3を主成分とし、結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末を作製する。なお、本例の加熱工程においては、K源としてKNbO3粉を用いる。このKNbO3粉は、K源としてだけでなくNb源としての役割も果たすものである。
具体的には、まず、異方形状原料粉末を準備した。この異方形状原料粉末としては、実施例1において異方形状粉末として作製したNa(Nb0.93Ta0.07)O3を用いた。
次に、このNa(Nb0.93Ta0.07)O3粉末に対し、K源及びNb源としてのKNbO3粉末を添加し、乾式混合した。このとき、KNbO3粉末は、Na(Nb0.93Ta0.07)O3粉末中のNaとKNbO3粉末中のKとの原子比率が0.55:0.45となるように添加した。次いで、得られた混合物100重量部に対してフラックスとしてのKClを80重量部添加し、1時間乾式混合した。
次いで、混合物を白金るつぼ中で、温度1050℃で12時間加熱して、(K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3の合成を行った。加熱は、室温から温度700℃までを昇温速度200℃/hで行い、温度700℃から1050℃までを昇温速度50℃/hで行った。その後、降温速度150℃/hで室温まで冷却し、反応物を得た。その後、反応物から湯洗によりフラックスを除去した。
この反応物には、板状粉末と微粉末とが含まれていた。反応物(混合粉末)について、実施例2と同様に、エネルギー分散型X線装置(EDX)を用いた成分分析及びX線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、板状粉末は、(K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末を主成分とするぺロブスカイト化合物であった。
次いで、混合粉末に対して空ひを行い微粉末を除去し、板状粉末((K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末)を主成分とする異方形状粉末を得た。この異方形状粉末は、擬立方{100}面を最大面(配向面)とし、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図8に示す。
次に、本例において作製した異方形状粉末((K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末)を用いて、実施例1と同様の結晶配向セラミックスを作製する。即ち、本例の結晶配向セラミックスは、実施例1と同様に、(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなる。そして、該多結晶体を構成する結晶粒の{100}面が配向する。
具体的には、まず、異方形状粉末と反応原料との焼結後の目的組成である(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3の化学量論組成1モルから、異方形状粉末として用いる(K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末0.05モルを差し引いた組成となるように、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体(反応原料)を得た。
この反応原料と異方形状粉末((K0.67Na0.33)(Nb0.93Ta0.07)O3粉末)とを、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3になるような化学量論比で秤量した。具体的には、異方形状粉末と反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体を実施例1と同様の焼成パターンで焼成し、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E8とする。
本例において作製した試料E8の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
(実施例9)
本例においては、一般式(9)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-gTag)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0≦g≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより、異方形状粉末を作製し、該異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製する。即ち、上記実施例2及び上記実施例7においては酸処理工程後、加熱工程を行って異方形状粉末を作製したが、本例においては、加熱工程を行わずに酸処理工程だけを行って異方形状粉末を作製する。
以下、本例の結晶配向セラミックスの製造方法につき、具体的に説明する。まず、以下のようにして、異方形状粉末を作製する。
即ち、まず、Bi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518からなる異方形状の出発原料粉末として、実施例1において作製したBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末を準備した。
ビーカ内で、この出発原料粉末1gに対して30mlの割合で6NのHClを添加し、温度60℃で24時間撹拌した。その後、吸引ろ過した。この酸洗浄工程を複数回(本例においては2回)繰返してBi2.5Na3.5(Nb0.93Ta0.07)518粉末の酸処理体を得た。
この異方形状粉末について、X線回折装置(XRD)を用いた結晶相の同定を行った結果、異方形状粉末は、ぺロブスカイト化合物の構造を含んだ複雑な構造であり、ペロブスカイト型組成物とみなした時にNa0.50(Nb0.93Ta0.07)O3で示される粉末を主成分とすることが分かった。この異方形状粉末は、平均粒径約12μm、アスペクト比約10〜20の表面の平滑性に優れる板状粉末であった。本例で作製した異方形状粉末の走査型電子顕微鏡写真を図9に示す。
次いで、この異方形状粉末を用いて結晶配向セラミックスを作製する。
具体的には、まず、本例において作製した異方形状粉末と実施例1で得られた反応原料とをモル比で0.05:0.95(異方形状粉末:反応原料)となるように秤量した。次いで、実施例1と同様にして、スラリー状の原料混合物を作製し、このスラリー状の原料混合物を実施例1と同様にして成形しさらに脱脂した。
次いで、脱脂後の成形体をマグネシア鉢中のPt版上に配置し、大気中で温度1120℃で5時間加熱することにより焼成し、その後冷却することにより、結晶配向セラミックスを得た。これを試料E9とする。なお、加熱及び冷却は、昇温速度200℃/h、冷却速度は1120〜1000℃の冷却速度は10℃/h、1000以下は200℃/hの焼成パターンで行った。
次いで、本例において作製した試料E9の結晶配向セラミックスについても、実施例1と同様にして、嵩密度と配向度を測定した。その結果を後述の表1に示す。
表1より知られるごとく、実施例1〜実施例9で得られた試料E1〜試料E9の結晶配向セラミックスは、試料C1に比べて、高い嵩密度及び配向度を示した。また、試料E1〜試料E9は、圧延及びCIP処理を行っていないにもかかわらず、これらの処理を行って作製した試料C2と同等以上の優れた嵩密度及び配向度を示した。
したがって、実施例1〜実施例9で得られた異方形状粉末を用いれば、高い密度及び配向度の結晶配向セラミックスを優れた量産性で製造できることがわかる。
(実験例)
本例は、実施例3で作製した試料E3と比較例で作製した試料C1について、結晶配向セラミックス中の組成のばらつきを比較評価する例である。
また、本例においては、試料E3の比較用としてさらに無配向のセラミックス(試料C3)を作製し、この無配向のセラミックスにいついても組成のばらつきを評価する。
まず、以下のようにして無配向のセラミックス(試料C3)を作製した。
具体的には、まず、焼結後の組成が(Li0.060.423Na0.517)(Nb0.835Ta0.1Sb0.065)O3となるような化学量論比で、市販のNaHCO3粉末、KHCO3粉末、Li2CO3粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、およびNaSbO3粉末を秤量し、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体として湿式混合を行った後、仮焼し、さらに湿式粉砕を行うことにより、平均粒径が約0.5μmの仮焼物粉体を得た。この仮焼粉体に、実施例1と同様に、有機溶剤を媒体にして、ZrO2ボールで湿式混合を行い、さらにバインダ(ポリビニルブチラール)及び可塑剤(フタル酸ジブチル)を加えてさらに混合した。このようにして、スラリーを得た。
次に、実施例1と同様に、ドクターブレード装置を用いて、スラリーを厚み100μmのテープ状に成形し、得られるテープを積層及び圧着することにより、厚さ1.2mmの積層状態の成形体を得た。
次いで、実施例1と同様の手法により、成形体を脱脂し、脱脂後の成形体を実施例1と同様の焼成パターンで焼成した。このようにして無配向のセラミックス(試料C3)を得た。
次に、試料E3、試料C1、及び試料C3について、X線マイクロアナライザー(EPMA)による成分分析を行った。
即ち、まず、各試料の{100}面と垂直な断面を研磨した。次いで、研磨面の面積100μm×100μmの領域を縦256個×横256個の正方形の区画に分割し、各区画におけるK及びTaの濃度をEPMAを用いて測定した。K及びTaの濃度分布を図10及び図11に示す。
図10及び図11より知られるごとく、異方形状粉末組成を反応原料組成に近づけることにより結晶配向セラミックスの組成ばらつきが無配向セラミックスとほぼ同等レベルまで改善されることが分かった。従って、従来より圧電性能・絶縁性に優れたを結晶配向セラミックス得られることができる。
実施例1における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例2における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例3における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例5における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 比較例における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例6における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例7における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例8における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実施例9における異方形状粉末の表面形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した様子を示す図面代用写真。 実験例にかかる、各試料(試料E3、試料C1、及び試料C3)中に含まれるK(at%、Aサイト元素であるKとNaの合計量に対する濃度)の濃度分布を示す線図。 実験例にかかる、各試料(試料E3、試料C1、及び試料C3)中に含まれるTa(at%、Bサイト元素であるNbとTaとSbとの合計量に対する濃度)の濃度分布を示す線図。

Claims (15)

  1. 特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末であって、
    該異方形状粉末は、一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とすることを特徴とする異方形状粉末。
  2. 請求項1において、上記異方形状粉末は、該異方形状粉末と反応する反応原料と混合し加熱することにより、一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスを製造するために用いられることを特徴とする異方形状粉末。
  3. 一般式(1)(KaNa1-a)(Nb1-bTab)O3(但し、0≦a≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
    一般式(3)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-bTab)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0.02≦b≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより酸処理体を得る酸処理工程と、
    上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  4. 請求項3において、上記K源及び/又は上記Na源は、上記一般式(3)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物1モルに対して、上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1〜5モルとなる割合で上記酸処理体に添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  5. 一般式(4)(KdNa1-d)(Nb1-bTab)O3(但し、0<d≦0.8、0.02≦b≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
    一般式(5)Na(Nb1-eTae)O3(但し、0.02≦e≦0.4)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する準備工程と、
    上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  6. 請求項5において、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、上記K源の他にNb源及び/又はTa源を添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  7. 請求項6において、上記K源、上記Nb源、及び上記Ta源は、これらに含まれるNb元素とTa元素との合計の原子比率とK元素の原子比率とが、1:1となるような配合割合で添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  8. 一般式(6)(KaNa1-a)NbO3(但し、0≦a≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
    一般式(7)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5Nbm3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8)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異方形状の出発原料粉末を酸処理して酸処理体を得る酸処理工程と、
    上記酸処理体に、少なくともK源及び/又はNa源を添加し、NaCl及び/又はKClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  9. 請求項8において、上記K源及び/又は上記Na源は、上記一般式(7)で表される上記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物1モルに対して、上記K源及び/又は上記Na源中に含まれるK元素とNa元素とが合計で1〜5モルとなる割合で上記酸処理体に添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  10. 一般式(8)(KfNa1-f)NbO3(但し、0<f≦0.8)で表される等方性ペロブスカイト型の5価金属酸アルカリ化合物を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末の製造方法において、
    NaNbO3を主成分とし、特定の結晶面{100}面が配向する配向粒子からなる異方形状原料粉末を準備する準備工程と、
    上記異方形状原料粉末に、少なくともK源を添加し、KClを主成分とするフラックス中で加熱する加熱工程とを有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  11. 請求項10において、上記加熱工程においては、上記異方形状原料粉末に、上記K源の他にNb源を添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  12. 請求項11において、上記K源及び上記Nb源は、これらに含まれるK元素の原子比率とNb元素の原子比率とが、1:1となるような配合割合で添加することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
  13. 一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスの製造方法であって、
    異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する混合工程と、
    上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する成形工程と、
    上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る焼成工程とを有し、
    上記異方形状粉末としては、請求項1に記載の異方形状粉末又は請求項3〜12のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる異方形状粉末を用いることを特徴とする結晶配向セラミックスの製造方法。
  14. 一般式(2){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦0.2、0≦y≦1、0≦z≦0.4、0≦w≦0.2、x+z+w>0)で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する結晶粒の特定の結晶面{100}面が配向する結晶配向セラミックスの製造方法であって、
    異方形状粉末と、該異方形状粉末と反応することにより上記一般式(2)で表される上記等方性ペロブスカイト型化合物を生成する反応原料とを混合することにより原料混合物を作製する混合工程と、
    上記異方形状粉末の結晶面{100}が略同一の方向に配向するように、上記原料混合物を成形して成形体を作製する成形工程と、
    上記成形体を加熱することにより、上記異方形状粉末と上記反応原料とを反応させると共に焼結させ、上記結晶配向セラミックスを得る焼成工程とを有し、
    上記異方形状粉末として、一般式(9)(Bi22)2+{Bi0.5(KcNa1-c)m-1.5(Nb1-gTag)m3m+1}2-(但し、mは2以上の整数、0≦c≦0.8、0≦g≦0.4)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異方形状の出発原料粉末を酸処理することにより得られる酸処理体を用いることを特徴とする結晶配向セラミックスの製造方法。
  15. 請求項13又は14において、上記反応原料は、一般式(10){Lix(K1-yNay)1-x}(Nb1-z-wTazSbw)O3(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦w≦1)で表される等方性ペロブスカイト型化合物からなる非異方形状粉末からなることを特徴とする結晶配向セラミラミックスの製造方法。
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