JP2008127258A - Method for manufacturing ceramic powder - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a ceramic powder, by which the ceramic powder, from which a dense hardly shrinkable sintered compact can be obtained at a low sintering temperature, can be easily obtained with good productivity. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the ceramic powder includes a process for synthesizing nanosize ceramic particles and at the same time, covering each submicron size particle with the nanosize ceramic particles by subjecting a raw material, obtained by previously mixing a material constituting nanosize ceramic particles and a ceramic powder comprising submicron size ceramic particles, to hydrothermal synthesis. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、低温で焼結させることが可能であり、且つ、焼成時の収縮を抑えたセラミックス粉末の製造方法と、そのセラミックス粉末の製造方法で製造されたセラミックス粉末、更には、このセラミックス粉末を用いて得られる成形体、及び焼結体に関する。   The present invention relates to a method for producing a ceramic powder that can be sintered at a low temperature and suppresses shrinkage during firing, a ceramic powder produced by the method for producing the ceramic powder, and the ceramic powder. The present invention relates to a molded body obtained by using a sinter and a sintered body.

構造材としての産業用機械部品や、回路基板、コンデンサ、発信子、高周波素子等の電子部品を構成する材料として、ジルコニア、アルミナ等の酸化物系のセラミックス材料や、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の非酸化物系のセラミックス材料が使用されている。   Industrial machinery parts as structural materials, and materials constituting electronic parts such as circuit boards, capacitors, oscillators, and high-frequency devices, oxide-based ceramic materials such as zirconia and alumina, silicon nitride, silicon carbide, etc. Non-oxide ceramic materials are used.

一般に、上記部品は、サブミクロンサイズ以上のセラミックス粉末としたセラミックス材料を使用し、それを乾式や湿式の成形法によって成形し、その後に焼成する、という製造工程を経て作製される。そして、通常、焼成温度は、構造部品を得る場合に1300℃以上、電子部品を得る場合に1100℃以上、必要とされる。   Generally, the above parts are manufactured through a manufacturing process in which a ceramic material made of ceramic powder of a submicron size or larger is used, formed by a dry or wet forming method, and then fired. Usually, the firing temperature is required to be 1300 ° C. or higher when obtaining a structural component, and 1100 ° C. or higher when obtaining an electronic component.

一方、地球規模の省エネルギー、低環境負荷に対する要請が高まっている現在では、省エネルギー型の製造過程を実現することが、大変、重要な問題と認識される。従って、セラミックス材料を用いて上記部品を得る際の、焼成温度を低下させることは、極めて大切な課題ということが出来る。   On the other hand, at the present time when demands for global energy saving and low environmental load are increasing, it is recognized that realizing an energy-saving manufacturing process is a very important problem. Therefore, it can be said that reducing the firing temperature when obtaining the above-mentioned component using a ceramic material is a very important issue.

加えて、一般に、焼成温度を低下させれば、高い温度で焼成する場合に比して、収縮率を抑えることが出来るから、クラックの発生を防止し、歩留まりを向上させる観点からも、焼成温度は低いことが好ましい。   In addition, in general, if the firing temperature is lowered, the shrinkage rate can be suppressed as compared with the case of firing at a higher temperature, and therefore, from the viewpoint of preventing the generation of cracks and improving the yield, Is preferably low.

又、セラミックス材料を用いた部品によっては、個別具体的事情により、焼成温度の低下が要求される場合がある。例えば、内部電極層と誘電体層とを重ねた構造を有する電子部品である積層セラミックスコンデンサ(multilayer ceramic chip capacitors(MLCC))において、内部電極層と誘電体層とを同時に焼成する製造工程を経て作製される場合には、内部電極層に使用される金属材料の融点が、誘電体層を構成するセラミックス材料の焼結温度より、高温である必要がある。そのため、誘電体層を構成するセラミックス材料が、低い温度で焼結させることが出来るものであり、その温度が低ければ低いほど、内部電極層として使用することが可能な金属の選択幅が広がり、例えばより安価な金属を内部電極層として使用可能となる。それが故に、MLCCの製造においては、焼成温度の低下が望まれている。勿論、低温焼成によって、収縮時のクラックの発生も抑制されるので、MLCCの歩留まりの向上も期待される。   Further, depending on the parts using the ceramic material, there are cases where a reduction in the firing temperature is required due to individual specific circumstances. For example, in a multilayer ceramic capacitor (MLCC) that is an electronic component having a structure in which an internal electrode layer and a dielectric layer are stacked, a manufacturing process is performed in which the internal electrode layer and the dielectric layer are simultaneously fired. When manufactured, the melting point of the metal material used for the internal electrode layer needs to be higher than the sintering temperature of the ceramic material constituting the dielectric layer. Therefore, the ceramic material constituting the dielectric layer can be sintered at a low temperature. The lower the temperature, the wider the selection range of metals that can be used as the internal electrode layer. For example, a cheaper metal can be used as the internal electrode layer. Therefore, in the production of MLCC, it is desired to lower the firing temperature. Of course, the low temperature firing also suppresses the occurrence of cracks during shrinkage, so that an improvement in the yield of MLCC is also expected.

MLCCの誘電体層を構成するセラミックス材料を代表するものとしては、チタン酸バリウムが知られている。そして、近年、MLCCについて、小型大容量化、高周波数化等の高性能化の要求が高まっていることから、これらの要求を満たすべく、チタン酸バリウムを、高純度、均質組成、微粒で均一な粒度分布を有するセラミックス粉末にする技術が提案されている。例えば、チタン酸バリウムを製造するための関連する従来技術として、シュウ酸塩法(例えば、特許文献1,2参照)、アルコキシド法(例えば、特許文献3参照)、水熱合成法(例えば、特許文献4、非特許文献1,2参照)等の、液相法が開示されている。   Barium titanate is known as a representative ceramic material constituting the dielectric layer of the MLCC. In recent years, the demand for higher performance of MLCCs, such as higher capacity and higher frequency, has been increasing. To meet these demands, barium titanate is made of high purity, homogeneous composition and fine particles. Techniques have been proposed for making ceramic powders having an appropriate particle size distribution. For example, as related arts for producing barium titanate, oxalate method (for example, see Patent Documents 1 and 2), alkoxide method (for example, see Patent Document 3), hydrothermal synthesis method (for example, Patent A liquid phase method such as Document 4 and Non-Patent Documents 1 and 2) is disclosed.

しかしながら、これら液相法により得られるチタン酸バリウム粉末を焼結するためには、1200℃以上が必要である。焼結体を得るための焼成温度としては、固相法によって
製造された場合よりも、多少、低いといえるが、とても低温焼成といえるレベルではない。
However, in order to sinter the barium titanate powder obtained by these liquid phase methods, 1200 degreeC or more is required. Although it can be said that the firing temperature for obtaining the sintered body is somewhat lower than that produced by the solid phase method, it is not at a level that can be said to be very low temperature firing.

一方、金属アルコキシド前駆体溶液の加水分解又は熱分解反応により得られたセラミックス粉末を成形し焼結させるゾルゲル法も知られるが、このゾルゲル法では、成形操作によって成形体に生ずる歪みの残留を根本的に解決することが出来ない、という問題がある。   On the other hand, a sol-gel method in which ceramic powder obtained by hydrolysis or thermal decomposition reaction of a metal alkoxide precursor solution is formed and sintered is also known. There is a problem that it cannot be solved automatically.

又、ゾルゲル法によって得られるチタン酸バリウムの一次粒子径は、いわゆるナノサイズであることから、低温焼結性を有するものといえるが、ナノサイズのセラミックス粒子であるが故の問題も抱えている。即ち、第1に、その粒径が不均一な二次粒子(凝集粒子)として存在するために、成形が容易ではなく、成形体密度が上がらない、という問題がある。第2に、乾燥、焼結時における成形体の収縮が大きく、且つ、合成反応の条件が複雑である、という問題がある。第3に、緻密な焼結体を得るためには、焼成温度として1100℃以上が必要であり、結局のところ、低温焼成とはいえず、焼成に伴う収縮率は大きくなり、歩留まりが低下してしまう、という問題がある。   Moreover, since the primary particle diameter of barium titanate obtained by the sol-gel method is so-called nano-sized, it can be said that it has low-temperature sinterability, but it also has problems due to being nano-sized ceramic particles. . That is, first, since the particles exist as secondary particles (aggregated particles) having a non-uniform particle size, there is a problem that molding is not easy and the density of the molded body does not increase. Secondly, there is a problem that the compaction of the compact during drying and sintering is large and the conditions for the synthesis reaction are complicated. Third, in order to obtain a dense sintered body, a firing temperature of 1100 ° C. or higher is necessary. After all, it cannot be said to be a low-temperature firing, and the shrinkage rate associated with firing increases, resulting in a decrease in yield. There is a problem that.

これに対し、サブミクロンサイズのセラミックス粉末にナノサイズのセラミックス粉末を混合することで、ナノサイズのセラミックス粒子の低温焼結特性を生かそうとする試みがなされている。しかし、ナノサイズのセラミックス粒子は凝集性が強いので、完全に解砕され成形体に均一に分布することはなく、焼成前の成形体において凝集に伴う空孔が多く生じてしまい、焼成時の収縮の問題、及び低温における焼結は、実現していない。   In contrast, attempts have been made to make use of the low-temperature sintering characteristics of nano-sized ceramic particles by mixing nano-sized ceramic powder with sub-micron-sized ceramic powder. However, since the nano-sized ceramic particles are highly cohesive, they are not completely crushed and distributed uniformly in the molded body, and a large number of voids are generated in the molded body before firing. The shrinkage problem and low temperature sintering have not been realized.

特開2004−26641号公報JP 2004-26641 A 特表2004−521850号公報JP-T-2004-521850 特開2000−128631号公報JP 2000-128631 A 特開2002−211926号公報JP 2002-221926 A H.Xu,L.Gao、「Hydrothermal synthesis of high−purity BaTiO3 powders: control of powder phase and size, sintering density, and dielectric properties」Materials Letters, 58 (2004) 1582−1586.H. Xu, L .; Gao, “Hydrogenetic synthesis of high-purity BaTiO3 powders: control of powder phase and size, 58 sintering density, and 80 liters. H.Xu,L.Gao、「Tetragonal Nanocrystalline Barium Titanate powder: Preparation, Characterization, and Dielectric Properties」J. Am. Ceram. Soc., 86 (2003) 203−205.H. Xu, L .; Gao, “Tetragonal Nanocrystalline Barium Titanate powder: Preparation, Characterization, and Dielectric Properties”, J. Am. Am. Ceram. Soc. , 86 (2003) 203-205.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、低い焼成温度によって緻密で収縮し難い焼結体を得ることが可能なセラミックス粉末を、簡便且つ生産性よく得ることが出来る、セラミックス粉末の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide a ceramic powder capable of obtaining a sintered body that is dense and hardly shrinks at a low firing temperature. Another object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic powder that can be obtained simply and with high productivity.

研究が重ねられた結果、以下の手段によって、上記課題を解決することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of repeated research, it has been found that the above problems can be solved by the following means, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、先ず、ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、サブ
ミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を予め混合した原料を用い、これを水熱合成し、ナノサイズのセラミックス粒子を合成しつつ、同時に、ナノサイズのセラミックス粒子をサブミクロンサイズのセラミックス粒子の表面に被覆させる工程を含むセラミックス粉末の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention, first, a material comprising nano-sized ceramic particles and a ceramic powder composed of sub-micron-sized ceramic particles are used in advance, and this is hydrothermally synthesized. There is provided a method for producing ceramic powder, which comprises a step of simultaneously coating nano-sized ceramic particles on the surface of submicron-sized ceramic particles while synthesizing the ceramic particles.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法は、ナノサイズのセラミックス粒子で表面が被覆された、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなる、セラミックス粉末を製造する方法である。換言すれば、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法によって、ナノサイズのセラミックス粒子で表面が被覆された、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなる、セラミックス粉末を得ることが出来る。   The method for producing a ceramic powder according to the present invention is a method for producing a ceramic powder comprising submicron sized ceramic particles whose surface is coated with nano-sized ceramic particles. In other words, by the method for producing ceramic powder according to the present invention, a ceramic powder composed of submicron-sized ceramic particles whose surface is coated with nano-sized ceramic particles can be obtained.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法においては、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を、粉砕しながら水熱合成することが好ましい。この場合において、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を、ボールミルにより粉砕することが好ましい。   In the method for producing ceramic powder according to the present invention, it is preferable to hydrothermally synthesize ceramic powder made of ceramic particles of submicron size while pulverizing. In this case, it is preferable to pulverize ceramic powder made of ceramic particles of submicron size with a ball mill.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、ナノサイズのセラミックス粒子と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子とが、同じ材料で構成されることが好ましい。   In the method for producing a ceramic powder according to the present invention, it is preferable that the nano-sized ceramic particles and the submicron-sized ceramic particles are made of the same material.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、セラミックス粉末が、チタン酸バリウム(BaTiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、チタニア(TiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)、モリブデン酸リチウム(LiMoO)、窒化チタン(TiN)、又はムライト(3Al・2SiO)のセラミックス粉末であることが好ましい。 In the method for producing ceramic powder according to the present invention, the ceramic powder is barium titanate (BaTiO 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), lead titanate (PbTiO 3 ). , Lithium niobate (LiNbO 3 ), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ), titanium nitride (TiN), or mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) ceramic powder is preferable.

次に、本発明によれば、上記した何れかのセラミックス粉末の製造方法により製造された、セラミックス粒子の径が0.1〜1μmであるセラミックス粉末が提供される。   Next, according to the present invention, there is provided a ceramic powder having a ceramic particle diameter of 0.1 to 1 μm manufactured by any one of the above-described methods for manufacturing a ceramic powder.

本発明に係るセラミックス粉末は、1000℃以下の焼成温度で、焼結が可能なものであることが好ましい。   The ceramic powder according to the present invention is preferably one that can be sintered at a firing temperature of 1000 ° C. or less.

次に、本発明によれば、上記した何れかのセラミックス粉末を成形してなる、相対密度が95%以上である成形体が提供される。   Next, according to the present invention, there is provided a molded body having a relative density of 95% or more formed by molding any one of the ceramic powders described above.

次に、本発明によれば、上記した何れかのセラミックス粉末を成形し焼成してなる、結晶構造が正方晶である焼結粒により構成された焼結体が提供される。   Next, according to the present invention, there is provided a sintered body composed of sintered grains having a tetragonal crystal structure, which is obtained by molding and firing any one of the above ceramic powders.

本発明に係る焼結体は、焼成時の収縮率が20%以下であることが好ましい。これは、焼成前の成形体から収縮率20%を超えて収縮していない焼結体であることを意味する。   The sintered body according to the present invention preferably has a shrinkage ratio during firing of 20% or less. This means that it is a sintered body that has not shrunk by more than 20% from the compact before firing.

次に、本発明によれば、ナノサイズのセラミックス粒子を、そのセラミックス粒子と同じ材料で構成されたサブミクロンサイズのセラミックス粒子に、被覆させる方法であって、ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、そのセラミックス粒子と同じ材料のサブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を予め混合した原料を用い、これを水熱合成することを含むセラミックス粒子の被覆方法が提供される。   Next, according to the present invention, a method for coating nano-sized ceramic particles onto sub-micron-sized ceramic particles composed of the same material as the ceramic particles, the material constituting the nano-sized ceramic particles And a ceramic particle coating method comprising hydrothermal synthesis of a raw material obtained by previously mixing ceramic powder made of submicron ceramic particles of the same material as the ceramic particles.

本明細書において、ナノサイズのセラミックス粒子をナノ粒子ともいう。又、サブミクロンサイズのセラミックス粒子をコア粒子ともいい、被覆されたコア粒子を被覆粒子ともいう。   In the present specification, nano-sized ceramic particles are also referred to as nanoparticles. The submicron ceramic particles are also called core particles, and the coated core particles are also called coated particles.

本明細書において、ナノサイズとは1nm以上100nm未満を指し、サブミクロンサイズとは0.1μm以上1μm未満を指す。本発明において、ナノ粒子の好ましいサイズは、10nm以上50nm以下であり、コア粒子の好ましいサイズは、0.1μm以上0.5μm以下である。   In this specification, the nano size refers to 1 nm or more and less than 100 nm, and the submicron size refers to 0.1 μm or more and less than 1 μm. In the present invention, the preferred size of the nanoparticles is 10 nm or more and 50 nm or less, and the preferred size of the core particles is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法は、ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を予め混合した原料を水熱合成する工程を含むものであり、ナノサイズのセラミックス粒子を合成しつつ、同時に、ナノサイズのセラミックス粒子をサブミクロンサイズのセラミックス粒子の表面に被覆させるので、得られるセラミックス粉末は、サブミクロンサイズのセラミックス粒子の表面にナノサイズのセラミックス粒子が均一に被覆された被覆セラミックス粒子で構成されるものになり、成形及び焼成の際に、成形体の密度を極めて高くすることが出来、且つ、低温で焼結させることが可能である。又、ナノサイズのセラミックス粒子が充填された状態でサブミクロンサイズのセラミックス粒子が存在するため、収縮を抑えた焼結が可能である。   The method for producing a ceramic powder according to the present invention includes a step of hydrothermally synthesizing a raw material in which a material constituting nano-sized ceramic particles and a ceramic powder composed of submicron-sized ceramic particles are preliminarily mixed. In addition, while synthesizing the nano-sized ceramic particles, the nano-sized ceramic particles are coated on the surface of the sub-micron-sized ceramic particles, so that the resulting ceramic powder is nano-sized on the surface of the sub-micron-sized ceramic particles. The ceramic particles are composed of uniformly coated ceramic particles, and the density of the molded body can be made extremely high during molding and firing, and can be sintered at a low temperature. . In addition, since submicron ceramic particles are present in a state where nano-sized ceramic particles are filled, sintering with reduced shrinkage is possible.

一般に、ナノサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を成形することにより、低温で焼結可能となることは知られている。そのため、従来、ナノサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を成形し焼成することや、ナノサイズのセラミックス粒子の特性である低温焼結性を引き出すために、ナノサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末とを、湿式又は乾式の機械的方式によって混合したものを成形し焼成することが行われている。しかしながら、100nm未満のナノサイズのセラミックス粒子は、凝集力が強く、一次粒子として存在することが難しいため、粒度分布幅がある凝集粒子として存在してしまう。例えばボールミル工程を経ることで、ナノサイズのセラミックス粒子の凝集を解砕、分散させることは、凝集力が強いため困難である。それが故に、ナノサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を用いて成形し焼成した場合には、成形体の密度は低く、焼結のためには高温での焼成が必要となり、焼成による収縮は大きくなってしまう。又、ナノサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末とサブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末とを、湿式又は乾式の機械的方式によって混合したものを成形し焼成すると、ナノサイズのセラミックス粒子が均一に成形体の中に導入されず、加えて、ナノサイズのセラミックス粒子の凝集によって成形体の中で空孔が発生し、それによる焼成時の収縮や、焼結するために高温を要する等の問題が生じ得る。本発明に係るセラミックス粉末の製造方法及び得られるセラミックス粉末によれば、これらの問題を回避出来る。   In general, it is known that sintering is possible at a low temperature by molding ceramic powder made of nano-sized ceramic particles. Therefore, conventionally, in order to form and fire ceramic powder composed of nano-sized ceramic particles, and to extract low-temperature sinterability that is a characteristic of nano-sized ceramic particles, ceramic powder composed of nano-sized ceramic particles; Forming and firing a mixture of ceramic powder made of ceramic particles of submicron size by a wet or dry mechanical method is performed. However, nano-sized ceramic particles of less than 100 nm have strong cohesive force and are difficult to exist as primary particles, and therefore exist as aggregated particles having a particle size distribution width. For example, it is difficult to crush and disperse the agglomeration of nano-sized ceramic particles through a ball mill process because the agglomeration force is strong. Therefore, when molded and fired using ceramic powder composed of nano-sized ceramic particles, the density of the molded body is low, and firing at high temperature is necessary for sintering, and shrinkage due to firing is large. turn into. In addition, when a ceramic powder composed of nano-sized ceramic particles and a ceramic powder composed of sub-micron-sized ceramic particles are mixed and molded by a wet or dry mechanical method, the nano-sized ceramic particles are uniformly distributed. In addition to being introduced into the compact, in addition to the formation of voids in the compact due to the aggregation of nano-sized ceramic particles, the shrinkage during firing and the high temperature required for sintering Can occur. According to the ceramic powder manufacturing method and the ceramic powder obtained according to the present invention, these problems can be avoided.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法は、水熱合成法を利用しているので、高純度で、組成均一性に優れ、粒子径の均一なセラミックス粒子からなるセラミックス粉末が得られる。   Since the method for producing a ceramic powder according to the present invention uses a hydrothermal synthesis method, a ceramic powder composed of ceramic particles having high purity, excellent composition uniformity, and uniform particle diameter can be obtained.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法は、ナノサイズのセラミックス粉末を合成することが出来る他の手段、例えばゾルゲル法に比して、製造工程が簡便であり、生産性に優れ、設備投資が少なく済む。それでいて、成形が容易で成形体密度を高くすることが出来、低温で焼結させることが可能なセラミックス粉末、例えばチタン酸バリウム系セラミックス粉末を、製造することが可能である。   The method for producing a ceramic powder according to the present invention has a simpler production process, excellent productivity, and less capital investment compared to other means capable of synthesizing nano-sized ceramic powder, such as the sol-gel method. That's it. Nevertheless, it is possible to produce a ceramic powder that can be easily molded, can increase the density of the compact, and can be sintered at a low temperature, for example, a barium titanate ceramic powder.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法によって製造されるセラミックス粉末、例えばチタン酸バリウム系セラミックス粉末は、サブミクロンサイズのセラミックス粒子から
なるものであり、プレス成形、鋳込成形、押出成形、静水圧成形、テープ成形(ドクターブレード法等)等の従来知られたセラミックス成形方法を適応することが出来る。従って、成形体、焼結体の製造にかかり、生産効率に優れる。
Ceramic powder produced by the ceramic powder production method according to the present invention, for example, barium titanate ceramic powder, is made of ceramic particles of submicron size, and is formed by press molding, casting molding, extrusion molding, isostatic pressing. Conventionally known ceramic forming methods such as tape forming (doctor blade method etc.) can be applied. Therefore, it is related to production of a molded body and a sintered body, and is excellent in production efficiency.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法によって製造されるチタン酸バリウム系セラミックス粉末によれば、積層セラミックスコンデンサの製造にかかり、内部電極層として使用可能な金属の選択幅が広がり、安価な金属を使用することが可能になる。積層セラミックスコンデンサは、内部電極層と誘電体層とを重ね、同時に焼結して製造されて場合があり、内部電極層に使用される金属の融点は、成形体の焼結温度よりも高くなければならないが、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法によって製造されるチタン酸バリウム系セラミックス粉末は、低温で焼成(焼結)可能なものだからである。又、焼成エネルギーが低減され、低環境負荷を実現する。更に、収縮率が小さくなるので歩留まりの向上が図れ、積層セラミックスコンデンサ製造のコスト低減につながり、産業上、極めて有用である。   According to the barium titanate-based ceramic powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention, it is involved in the production of a multilayer ceramic capacitor, and the selection range of metals that can be used as internal electrode layers is widened, so that inexpensive metals are used. It becomes possible to do. Multilayer ceramic capacitors may be manufactured by laminating an internal electrode layer and a dielectric layer and sintering them simultaneously. The melting point of the metal used for the internal electrode layer must be higher than the sintering temperature of the molded body. This is because the barium titanate ceramic powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention can be fired (sintered) at a low temperature. Moreover, the firing energy is reduced, and a low environmental load is realized. Furthermore, since the shrinkage rate is reduced, the yield can be improved, the manufacturing cost of the multilayer ceramic capacitor can be reduced, and this is extremely useful industrially.

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with appropriate reference to the drawings, but the present invention should not be construed as being limited thereto. Various changes, modifications, improvements, and substitutions can be added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the drawings show preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited by the modes shown in the drawings or the information shown in the drawings. In practicing or verifying the present invention, the same means as described in this specification or equivalent means can be applied, but preferred means are those described below.

図1は、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で使用される装置の一例を示す模式図である。図1に示される装置は、ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を入れるための、外側の耐熱耐圧容器1と内側の耐薬品性容器5で構成される容器6と、この容器6を所定の温度に保持するためのヒーター4とを備えたものである。容器6の外側には回転軸棒3が配設されており、加熱、加圧条件下で容器6を回転させることが出来る。容器6は、例えばテトラフルオロエチレン樹脂製の耐薬品性容器5、ステンレス製の耐熱耐圧容器1で構成されていることが好ましい。但し、水熱合成での温度に対し破損しない、加熱した際及び圧力がかかった時に破損しない、溶媒によって容器が反応しない、ものであれば、容器を限定するものではない。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus used in the method for producing ceramic powder according to the present invention. The apparatus shown in FIG. 1 includes an outer heat-resistant pressure-resistant container 1 and an inner chemical-resistant container 5 for containing materials constituting nano-sized ceramic particles and ceramic powder made of sub-micron-sized ceramic particles. And a heater 4 for maintaining the container 6 at a predetermined temperature. A rotating shaft rod 3 is disposed outside the container 6, and the container 6 can be rotated under heating and pressurizing conditions. The container 6 is preferably composed of, for example, a chemical-resistant container 5 made of tetrafluoroethylene resin and a heat-resistant pressure-resistant container 1 made of stainless steel. However, the container is not limited as long as it does not break with respect to the temperature in hydrothermal synthesis, does not break when heated or when pressure is applied, and does not react with the solvent by the solvent.

容器6の中に粉砕混合用ボール2を入れ、コア粒子の凝集を防ぎながら、セラミックス粉末の合成と被覆反応とを同時に行ってもよい。但し、水熱合成によってナノ粒子を合成することが出来れば、粉砕混合用ボール2を導入してもしなくてもよい。粉砕混合用ボールは、例えば直径5mmのZrOボールを用いることが出来るが、反応において不純物として影響しなければ、粉砕混合用ボール2の種類、径は、限定されるものではない。粉砕混合用ボール2を容器6に導入してもしなくても、従来より、低温において低収縮で焼結可能なセラミックス粉末を得ることが出来る。 It is also possible to place the ball 2 for pulverizing and mixing in the container 6 and simultaneously perform the synthesis of the ceramic powder and the coating reaction while preventing the core particles from aggregating. However, if the nanoparticles can be synthesized by hydrothermal synthesis, the pulverizing and mixing balls 2 may or may not be introduced. For example, a ZrO 2 ball having a diameter of 5 mm can be used as the pulverizing and mixing ball, but the type and diameter of the pulverizing and mixing ball 2 are not limited as long as they do not affect impurities in the reaction. Whether or not the pulverizing and mixing balls 2 are introduced into the container 6, a ceramic powder that can be sintered at a low temperature and with low shrinkage can be obtained.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法において、コア粒子と同種(同じ材料)のナノ粒子が被覆されたセラミックス粉末を得るためには、セラミックス粒子の表面の電荷を考慮しなければならない。即ち、異なる表面電荷、正と負の表面電荷を持つセラミックス粒子どうしは互いに引き合うため、いわゆるヘテロ凝集によって、コア粒子表面上にナノ粒子が被覆される。一方、コア粒子とナノ粒子とが異種(異なる材料)のセラミックス粒子であれば、pH調整によって正電荷と負電荷の表面状態を調整することが出来、ヘテロ凝集によって被覆粒子を形成させることが可能である。しかし、一般には、同種のセラミ
ックス粒子どうしでは、pH調整だけでは同じ表面電荷になり、ヘテロ凝集を引き起こさないため、均一に被覆を行うことは出来ない。本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、例えば、チタン酸バリウム粉末の場合には、コア粒子の凝集を解砕するために、pH11以下で正電荷を帯びているポリエチレンイミン(PEI)を添加し、コア粒子を解砕するとともに、コア粒子の表面にPEIを吸着させる。この工程を行うことで、チタン酸バリウムの表面電荷は、pH11以下で正電荷を帯びることになる。チタン酸バリウムの等電点は6で、その等電点より、pHが高くなると負電荷、低いと正電荷になるため、チタン酸バリウムの水熱合成において必要とされるpH8以上の条件では、ヘテロ凝集による被覆反応を行うことが可能である。
In the method for producing a ceramic powder according to the present invention, in order to obtain a ceramic powder coated with nanoparticles of the same kind (same material) as the core particles, the surface charge of the ceramic particles must be considered. That is, ceramic particles having different surface charges, positive and negative surface charges attract each other, so that the nanoparticles are coated on the core particle surface by so-called heteroaggregation. On the other hand, if the core particles and nanoparticles are different (different materials) ceramic particles, the surface state of positive and negative charges can be adjusted by adjusting the pH, and coated particles can be formed by heteroaggregation. It is. However, in general, the same kind of ceramic particles have the same surface charge only by pH adjustment, and does not cause hetero-aggregation. Therefore, uniform coating cannot be performed. In the method for producing a ceramic powder according to the present invention, for example, in the case of a barium titanate powder, a polyethyleneimine (PEI) having a positive charge at a pH of 11 or less is added to break up the aggregation of the core particles. The core particles are crushed and PEI is adsorbed on the surfaces of the core particles. By performing this step, the surface charge of barium titanate is positively charged at pH 11 or less. Since the isoelectric point of barium titanate is 6, and when the pH is higher than that isoelectric point, it becomes a negative charge, and when it is lower, it becomes a positive charge. It is possible to perform a coating reaction by heteroaggregation.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、例えば、ナノサイズのチタン酸バリウム系セラミックス粉末を得るために、水酸化バリウム(Ba(OH))水溶液とチタニウムテトライソプロポキシド([(CH3)2CHO]Ti)溶液を混合する。この場合のBaとTiの比は1:1、望ましくは1.03〜1.5:1として、Ba成分を僅かながら多く混合する。これは、水酸化バリウムを溶解する際、僅かながら炭酸バリウムが生成するためと、水溶液のpHを高pHにすることで、生成されるチタン酸バリウムの分解、即ち、バリウム成分の溶出による未反応物、組成変化を、少なくするためである。 In the method for producing a ceramic powder according to the present invention, for example, in order to obtain a nano-sized barium titanate ceramic powder, an aqueous barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) solution and titanium tetraisopropoxide ([(CH 3) 2 CHO) are used. ] 4 Ti) solution are mixed. In this case, the ratio of Ba to Ti is 1: 1, preferably 1.03 to 1.5: 1, and a little Ba component is mixed. This is because when barium hydroxide is dissolved, a little amount of barium carbonate is generated, and by increasing the pH of the aqueous solution, the generated barium titanate is decomposed, that is, unreacted due to elution of the barium component. This is to reduce the change in composition and composition.

チタンアルコキシドであるチタニウムテトライソプロポキシドは、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、ノルマルペンチル基等が挙げられるが、限定されるものではない。又、チタンアルコキシドを溶解する溶媒は、チタンアルコキシドが可溶であればよく、メチル、エチル、イソプロピル、ノルマルブチルアルコール等のアルコール、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素類の溶媒を使用することが出来、これら溶媒の混合系でもよい。望ましくは、水と相溶可能な溶媒を使用し、相溶しない場合にはアルコール類を添加することが好ましい。何故ならば、水酸化バリウム水溶液との相溶で、均一に加水分解をすることが出来るので、微細なセラミックス粒子を調製することが可能になるからである。   Examples of titanium tetraisopropoxide that is a titanium alkoxide include, but are not limited to, a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, an isobutyl group, and a normal pentyl group. The solvent for dissolving the titanium alkoxide is not limited as long as the titanium alkoxide is soluble, and alcohols such as methyl, ethyl, isopropyl, and normal butyl alcohol, and aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, benzene, toluene, and xylene. A solvent of aromatic hydrocarbons can be used, and a mixed system of these solvents may be used. Desirably, it is preferable to use a solvent that is compatible with water, and to add an alcohol if it is not compatible. This is because it can be hydrolyzed uniformly by being compatible with an aqueous barium hydroxide solution, so that fine ceramic particles can be prepared.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、コア粒子からなるセラミックス粉末は、ポリエチレンイミン(PEI)の分散剤を用いて予め分散させておくことが好ましい。これによって、凝集しているコア粒子からなるセラミックス粉末を解砕することが出来、被覆反応時に個々のコア粒子の表面にナノ粒子を被覆させることが可能になるからである。   In the method for producing a ceramic powder according to the present invention, the ceramic powder composed of the core particles is preferably dispersed in advance using a dispersant of polyethyleneimine (PEI). This is because the ceramic powder composed of the agglomerated core particles can be crushed, and the surface of each core particle can be coated with the nanoparticles during the coating reaction.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法では、バリウムとチタンの混合溶液を容器6に入れ、上記PEIによって分散させたコア粒子のスラリーを加える。そして、好ましくは、容器6に粉砕混合用ボール2を入れ、ボールミル工程を行いながら、同時に、水熱合成工程を行う。これによって、ナノ粒子を合成するとともに、コア粒子の表面上に、ナノ粒子を被覆させることが出来る。合成可能な好ましいナノ粒子として、20nm以上50nm以下の粒子径のものが挙げられる。これは、粉砕混合用ボール2を入れない場合でも同じである。   In the method for producing ceramic powder according to the present invention, a mixed solution of barium and titanium is placed in a container 6 and a slurry of core particles dispersed by the PEI is added. Preferably, the pulverizing and mixing balls 2 are put in the container 6 and the hydrothermal synthesis step is simultaneously performed while performing the ball mill step. Thus, the nanoparticles can be synthesized and the nanoparticles can be coated on the surface of the core particles. Preferred nanoparticles that can be synthesized include those having a particle size of 20 nm or more and 50 nm or less. This is the same even when the grinding and mixing balls 2 are not inserted.

容器6の回転速度は、粉砕混合用ボール2が、容器6の中で跳ねることなく、常に、回転に合わせて回るものであればよい。そうであれば、水熱合成により生成されるナノ粒子の表面を活性化させ、且つ、凝集粒子(コア粒子)を、均一、均質、活性化させることが出来るからである。容器6の回転方向は、横、縦、斜め、何れの方向でもよい。又、固液分離は、濾過、遠心分離等の既存の分離方法により行うことが出来る。   The rotation speed of the container 6 may be any as long as the pulverizing and mixing ball 2 always rotates in accordance with the rotation without jumping in the container 6. If so, the surface of the nanoparticles produced by hydrothermal synthesis can be activated, and the aggregated particles (core particles) can be uniformly, homogeneously and activated. The rotation direction of the container 6 may be any of horizontal, vertical, and diagonal directions. Solid-liquid separation can be performed by existing separation methods such as filtration and centrifugation.

製造された被覆粒子からなるセラミックス粉末の乾燥は、自然乾燥、通風乾燥、加熱乾
燥、真空乾燥、凍結乾燥等の乾燥方法の1つにより又は組み合わせて行うことが出来るが、乾燥時の凝集を防ぐために、出来るだけ乾燥温度は低い方が望ましい。乾燥時の凝集を防ぐ観点から、凍結乾燥が最も望ましい。乾燥させたセラミックス粉末は、そのまま、成形材料として使用することが可能である。
The ceramic powder made of the coated particles produced can be dried by one or a combination of drying methods such as natural drying, ventilation drying, heat drying, vacuum drying, freeze drying, etc., but it prevents aggregation during drying. Therefore, it is desirable that the drying temperature is as low as possible. From the viewpoint of preventing aggregation during drying, freeze-drying is most desirable. The dried ceramic powder can be used as a molding material as it is.

図2は、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製された、ナノ粒子及びコア粒子がともにチタン酸バリウムであるセラミックス粉末の、被覆粒子のTEM(透過型電子顕微鏡)による写真である。この図2では、およそ20nmのナノ粒子が、コア粒子の表面上に、均一に被覆している様子が観察される。   FIG. 2 is a TEM (transmission electron microscope) photograph of coated particles of a ceramic powder in which the nanoparticles and core particles are both barium titanate, produced by the method for producing a ceramic powder according to the present invention. In FIG. 2, it can be observed that approximately 20 nm nanoparticles are uniformly coated on the surface of the core particles.

又、図3は、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製された、ナノ粒子及びコア粒子がともにチタン酸バリウムであるセラミックス粉末の、被覆粒子のSEM(走査型電子顕微鏡)による写真である。この図3によれば、被覆粒子の他に、概ね20nmの被覆に関与しないナノ粒子が凝集して0.1〜0.2μmの均一径を有する均質の凝集粒子が存在し、これらの混合系であることが確認される。   FIG. 3 is a photograph taken by SEM (scanning electron microscope) of the coated particles of the ceramic powder in which the nanoparticles and the core particles are both barium titanate prepared by the method for producing ceramic powder according to the present invention. . According to FIG. 3, in addition to the coated particles, there is a homogeneous aggregated particle having a uniform diameter of 0.1 to 0.2 μm by aggregation of nanoparticles that are not involved in the coating of about 20 nm. It is confirmed that

更に、図4は、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製された、ナノ粒子及びコア粒子がともにチタン酸バリウムであるセラミックス粉末の、X線回折測定結果を示すグラフである。製造されたものが、確かに、チタン酸バリウム粉末であることが理解出来る。   Furthermore, FIG. 4 is a graph showing the X-ray diffraction measurement results of the ceramic powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention, in which both the nanoparticles and the core particle are barium titanate. It can be understood that the manufactured product is indeed barium titanate powder.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたセラミックス粉末は、サブミクロンサイズのコア粒子を用いていること、及び、上記のように、被覆に関与していないナノ粒子はサブミクロンサイズの凝集粒子の形態をとっていることから、従来、知られたセラミックス成形法に適応可能である。セラミックス粉末を金型に詰め、プレス成形し、静水圧成形してもよいし(乾式成形)、セラミックス粉末を分散させ鋳込成形し、テープ成形を行ってもよい(湿式成形)。何れにしても、ナノ粒子が被覆したコア粒子と、均質なナノ粒子が凝集した均一径の凝集粒子と、からなるセラミックス粉末が成形されることによって、焼結時に、異常粒成長が抑制される上、ナノ粒子の活性が高いことから、焼結性の向上につながる。   The ceramic powder produced by the method for producing a ceramic powder according to the present invention uses submicron-sized core particles, and, as described above, nanoparticles that are not involved in coating are submicron-sized agglomerates. Since it is in the form of particles, it can be applied to conventionally known ceramic forming methods. The ceramic powder may be packed in a mold, press-molded, and hydrostatic-pressure molded (dry molding), or the ceramic powder may be dispersed and cast-molded, and then tape-molded (wet molding). In any case, abnormal grain growth is suppressed during sintering by molding a ceramic powder composed of core particles coated with nanoparticles and aggregated particles of uniform diameter obtained by agglomerating homogeneous nanoparticles. Moreover, since the activity of the nanoparticles is high, it leads to an improvement in sinterability.

例えば、金型に、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたチタン酸バリウム粉末を詰め、プレス成形し、静水圧成形の後、焼成することによって、900〜1000℃で焼結され、従来よりも300〜400℃程度低い焼成温度で、緻密な焼結体を得ることが出来る。又、従来の、ナノ粒子で被覆されていないコア粒子のみからなるチタン酸バリウム粉末を成形した場合には、その成形体を焼成すると、1300℃の焼成温度、95%の相対密度の場合に、収縮率は17%であるのに対し、本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたチタン酸バリウム粉末を使用した成形体では、従来より300℃以上低い温度で焼成し、95%以上の相対密度の場合に、収縮率は17%以下に抑えることが出来る。   For example, the mold is filled with barium titanate powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention, press-molded, sintered after isostatic pressing, and sintered at 900 to 1000 ° C., A dense sintered body can be obtained at a firing temperature lower by about 300 to 400 ° C. than the conventional one. In addition, when a conventional barium titanate powder composed only of core particles not coated with nanoparticles is molded, when the molded body is fired, in the case of a firing temperature of 1300 ° C. and a relative density of 95%, Whereas the shrinkage rate is 17%, the molded body using the barium titanate powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention is fired at a temperature lower by 300 ° C. or more than the conventional one, and is 95% or more. In the case of relative density, the shrinkage rate can be suppressed to 17% or less.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製された、ナノ粒子及びコア粒子がともにチタン酸バリウムであるチタン酸バリウム粉末を用いて成形し、得られた成形体を焼成することにより、特性を低下させる異常粒成長のない、1μm以下の、正方相の焼結粒で構成された、チタン酸バリウムの焼結体が得られる。図5は、その焼結体のSEM(走査型電子顕微鏡)による写真であり、図6は、その焼結体のX線回折測定結果を示すグラフである。図5によって、焼結体の焼結粒の形状が確かめられる。又、通常、tetragonal型、即ち正方晶のチタン酸バリウムの場合には、X線回折による測定で45度のピークが2本に分離されることから、図6によって、この焼結体がtetragonal型、即ち正方晶の結晶相で構成されたものであることが確認される。   By using the barium titanate powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention, in which both the nanoparticles and the core particles are barium titanate, the resulting molded body is fired to lower the characteristics. Thus, a sintered body of barium titanate composed of square-phase sintered grains having a size of 1 μm or less without abnormal grain growth is obtained. FIG. 5 is a photograph of the sintered body by SEM (scanning electron microscope), and FIG. 6 is a graph showing the X-ray diffraction measurement result of the sintered body. FIG. 5 confirms the shape of the sintered grains of the sintered body. Also, usually, in the case of tetragonal type, that is, tetragonal barium titanate, the 45 degree peak is separated into two as measured by X-ray diffraction. That is, it is confirmed to be composed of a tetragonal crystal phase.

次に、本発明について、以下の実施例を参照して、より具体的に説明する。尚、以下の説明においては、セラミックス粉末としてチタン酸バリウム粉末を掲げて説明するが、要旨を越えない限り、本発明は、チタン酸バリウム系セラミックス粉末の他の種類や、酸化物セラミックス(Al、ZrO、TiO、PbTiO、LiNbO等)等の他のセラミックス粉末にも、適応することが出来、限定されるものではない。又、ナノサイズのセラミックス粒子とサブミクロンサイズのセラミックス粒子とは、異種、同種の材料からなるものに限定されず、水熱合成反応、及び被覆反応を可能とするものであれば、材料を限定しない。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. In the following description, barium titanate powder is used as the ceramic powder. However, as long as the gist of the present invention is not exceeded, other types of barium titanate ceramic powder and oxide ceramics (Al 2 It can be applied to other ceramic powders such as O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , PbTiO 3 , LiNbO 3, etc., and is not limited. The nano-sized ceramic particles and the sub-micron-sized ceramic particles are not limited to those made of different types and the same kind of materials, and the materials are limited as long as they enable a hydrothermal synthesis reaction and a coating reaction. do not do.

(実施例1)(1)80℃の蒸留水38mlに、6.1645gの水酸化バリウム(Ba(OH)・8HO)を加え、溶解し、水酸化バリウム溶液を得た。僅かに生成されたBaCOは、濾過によって除去した。そして、3.7002gのチタニウムテトライソプロポキシド([(CHCHO]Ti)を、イソプロピルアルコール8mlに溶かし、これを、水酸化バリウム溶液に加え、混合溶液を得た。 Example 1 (1) 6.1645 g of barium hydroxide (Ba (OH) 2 .8H 2 O) was added to and dissolved in 38 ml of distilled water at 80 ° C. to obtain a barium hydroxide solution. Slightly produced BaCO 3 was removed by filtration. Then, 3.7002 g of titanium tetraisopropoxide ([(CH 3 ) 2 CHO] 4 Ti) was dissolved in 8 ml of isopropyl alcohol, and this was added to the barium hydroxide solution to obtain a mixed solution.

(2)合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を1体積%とし、これをポリエチレンイミン(PEI)1質量%で分散させて、チタン酸バリウム分散スラリーを得た。尚、PEIは、正の電荷を持つため、チタン酸バリウムの表面は正の電荷を持つことになる。   (2) The amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles is 1% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles to be synthesized, and this is 1% by mass of polyethyleneimine (PEI) To obtain a barium titanate dispersion slurry. Since PEI has a positive charge, the surface of barium titanate has a positive charge.

(3)次いで、チタン酸バリウム分散スラリーを、上記の混合溶液に加えて、テフロン(登録商標)製容器(耐薬品性容器)に入れ、粉砕解砕用の直径5mmのZrOボールを加えた。更に、このテフロン(登録商標)製容器をステンレス製容器(耐熱耐圧容器)にセットし、水熱合成を行った。具体的には、テフロン(登録商標)製容器をステンレス製容器にセットしてなる容器を、回転数150rpmで回転させながら、昇温速度5℃/minで、100℃まで上げ、2時間保持して、冷却し、容器内に沈殿物を得た。そして、沈殿物を、洗浄した後、凍結乾燥を行うことで、チタン酸バリウム粉末を得た。 (3) Next, the barium titanate-dispersed slurry was added to the above mixed solution, placed in a Teflon (registered trademark) container (chemical resistant container), and ZrO 2 balls having a diameter of 5 mm for crushing and crushing were added. . Furthermore, this Teflon (registered trademark) container was set in a stainless steel container (heat-resistant pressure-resistant container), and hydrothermal synthesis was performed. Specifically, a container formed by setting a Teflon (registered trademark) container in a stainless steel container is raised to 100 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min while being rotated at a rotation speed of 150 rpm, and held for 2 hours. And cooled to obtain a precipitate in the container. The precipitate was washed and then freeze-dried to obtain barium titanate powder.

得られたチタン酸バリウム粉末のX線回折を行ったところ、確かにチタン酸バリウムの粉末であることが確認された。更に、SEM及びTEMにより、粉末形態、粒子形態を観察したところ、コア粒子の表面に、20nm程度のナノ粒子が被覆されている様子が観察され、粉末形態は、被覆粒子と、被覆に関与しなかったナノ粒子が凝集した凝集粒子で構成されていた。被覆粒子は、コア粒子の大きさ(0.3μm)より大きい0.5μm程度であり、凝集粒子は、サブミクロンサイズであり、ほぼ0.12〜0.2μmの均一径の形態を有していた。   When the obtained barium titanate powder was subjected to X-ray diffraction, it was confirmed that it was certainly a barium titanate powder. Furthermore, when the powder form and the particle form were observed by SEM and TEM, it was observed that the surface of the core particle was coated with nanoparticles of about 20 nm, and the powder form was involved in the coated particles and the coating. The nanoparticles that did not exist were composed of aggregated particles. The coated particles are about 0.5 μm larger than the size of the core particles (0.3 μm), and the agglomerated particles are submicron-sized and have a uniform diameter of approximately 0.12 to 0.2 μm. It was.

(4)得られたチタン酸バリウム粉末を使用して、2000Nでプレス成形し、更に、静水中で100MPaの圧力をかけ静水圧成形を行い、4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は52%であった(図7を参照)。後述する比較例1における相対密度と比較すると、かなり高い値である(図7を参照)。   (4) Using the obtained barium titanate powder, press molding was performed at 2000 N, and further, hydrostatic pressure molding was performed by applying a pressure of 100 MPa in still water to obtain four compacts. The average relative density of the four molded bodies obtained was 52% (see FIG. 7). Compared to the relative density in Comparative Example 1 described later, this is a considerably high value (see FIG. 7).

(5)次いで、得られた4体の成形体を、それぞれ個別に、昇温速度100℃/hで、所定の温度(800℃、900℃、1000℃、1100℃)まで上げ、5時間、常圧で焼成し、焼成温度の異なるチタン酸バリウムの焼結体を得た。   (5) Next, the obtained four compacts were individually raised at a heating rate of 100 ° C./h to a predetermined temperature (800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C.) for 5 hours. Sintered at normal pressure to obtain barium titanate sintered bodies having different firing temperatures.

そして、得られた焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果を、図8及び図9に示す。焼成温度900℃で相対密度96%、収縮率22%、1000℃で相対密度98%、収縮率22%であり、低温焼結が可能であることを確認することが出来た。   And the relative density and shrinkage | contraction rate (linear shrinkage rate) of the obtained sintered compact were measured. The results are shown in FIGS. The relative density was 96% at a firing temperature of 900 ° C. and the shrinkage was 22%, and the relative density was 98% and the shrinkage was 22% at 1000 ° C., confirming that low temperature sintering was possible.

又、焼結体のX線回折を行ったところ、焼結体の焼結粒構造は、45度のピークが2本に分離され、tetragonal型、即ち正方相の、チタン酸バリウムの焼結体であることが確認された。更に、焼結体を、走査型電子顕微鏡を使用して観察したところ、tetragonal型、即ち正方相の、焼結粒で構成されたチタン酸バリウムの焼結体であることを、確認することが出来た。   In addition, when X-ray diffraction of the sintered body was performed, the sintered grain structure of the sintered body was separated into two 45-degree peaks and was tetragonal, that is, a tetragonal barium titanate sintered body. It was confirmed that. Further, when the sintered body was observed using a scanning electron microscope, it was confirmed that the sintered body was a tetragonal type, that is, a sintered body of barium titanate composed of sintered grains of a tetragonal phase. done.

(実施例2)チタン酸バリウム分散スラリーの調製に際し、合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を5体積%としたこと以外は、実施例1の(1)〜(4)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は57%であった(図7を参照)。後述する比較例2における相対密度と比較すると、かなり高い値である(図7を参照)。   (Example 2) In preparation of the barium titanate dispersion slurry, the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 5% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles to be synthesized. Except for the above, barium titanate powder was produced in the same manner as in (1) to (4) of Example 1, and four compacts were obtained using it. The average relative density of the four molded bodies obtained was 57% (see FIG. 7). Compared to the relative density in Comparative Example 2 described later, this is a considerably high value (see FIG. 7).

そして、実施例1の(5)と同じ条件で、4体の成形体を焼成し、焼結体を得て、その焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果を、図8及び図9に示す。900℃で相対密度90%、収縮率11%、1000℃で相対密度96%、収縮率16%となった。サブミクロンサイズの従来のチタン酸バリウム粉末を成形してなる成形体の焼結温度(1300℃以上)と収縮率(17%)と比較すると、300℃以上低い温度で焼結させることが出来、且つ、収縮を抑制することが出来た。   Then, four compacts were fired under the same conditions as (5) of Example 1, a sintered body was obtained, and the relative density and shrinkage rate (linear shrinkage rate) of the sintered body were measured. The results are shown in FIGS. At 900 ° C., the relative density was 90% and the shrinkage was 11%. At 1000 ° C., the relative density was 96% and the shrinkage was 16%. Compared with the sintering temperature (1300 ° C or higher) and shrinkage rate (17%) of the compact formed by molding submicron-sized conventional barium titanate powder, it can be sintered at a temperature lower by 300 ° C or higher. Moreover, the shrinkage could be suppressed.

図10は、実施例2において、1000℃で焼成した焼結体の、SEMによる写真である。図10によって、焼結粒の大きさが1μm以下であることが確認された。又、図11の(a)は、実施例2において、900℃で焼成した焼結体の破断面の、SEMによる写真である。   FIG. 10 is a SEM photograph of the sintered body fired at 1000 ° C. in Example 2. FIG. 10 confirmed that the size of the sintered grains was 1 μm or less. FIG. 11A is a SEM photograph of the fracture surface of the sintered body fired at 900 ° C. in Example 2.

(実施例3)チタン酸バリウム分散スラリーの調製に際し、合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を10体積%としたこと以外は、実施例1の(1)〜(4)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は59%であった(図7を参照)。後述する比較例3における相対密度と比較すると、かなり高い値である(図7を参照)。   (Example 3) In preparation of the barium titanate dispersion slurry, the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 10% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles to be synthesized. Except for the above, barium titanate powder was produced in the same manner as in (1) to (4) of Example 1, and four compacts were obtained using it. The average relative density of the four molded bodies obtained was 59% (see FIG. 7). Compared to the relative density in Comparative Example 3 described later, this is a considerably high value (see FIG. 7).

(実施例4)水熱合成を行うに際し、粉砕解砕用のZrOボールを使用しなかったこと以外は、実施例1の(1)〜(3)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造した。チタン酸バリウム分散スラリーの調製に際し、合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量は1体積%である。 (Example 4) Barium titanate powder was prepared in the same manner as (1) to (3) of Example 1 except that ZrO 2 balls for pulverization and disintegration were not used in hydrothermal synthesis. Manufactured. When preparing the barium titanate-dispersed slurry, the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles is 1% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles synthesized.

得られたチタン酸バリウム粉末について、SEM及びTEMにより、粉末形態、粒子形態を観察したところ、コア粒子の表面に、20nm程度のナノ粒子が被覆されている様子が観察され、粉末形態は、被覆粒子と、被覆に関与しなかったナノ粒子が凝集した凝集粒子で構成されていた。被覆粒子は、コア粒子の大きさ(0.3μm)より大きい0.5μm程度であり、凝集粒子は、サブミクロンサイズであり、ほぼ0.12〜0.2μmの均一径の形態を有していた。   About the obtained barium titanate powder, when the powder form and particle form were observed by SEM and TEM, it was observed that the surface of the core particle was coated with nanoparticles of about 20 nm, and the powder form was coated. It was composed of particles and aggregated particles in which nanoparticles that were not involved in the coating were aggregated. The coated particles are about 0.5 μm larger than the size of the core particles (0.3 μm), and the agglomerated particles are submicron-sized and have a uniform diameter of approximately 0.12 to 0.2 μm. It was.

次いで、得られたチタン酸バリウム粉末を使用し、実施例1の(4)と同様にして、4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は52%であり、実施例1における成形体の相対密度と同じであった。   Next, using the obtained barium titanate powder, four molded bodies were obtained in the same manner as in (4) of Example 1. The average relative density of the obtained four compacts was 52%, which was the same as the relative density of the compacts in Example 1.

(実施例5)水熱合成を行うに際し、粉砕解砕用のZrOボールを使用しなかった。又、チタン酸バリウム分散スラリーの調製に際し、合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を5体積%とした。これら以外は、実施例1の(1)〜(4)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は57%であり、実施例2における成形体の相対密度と同じであった。 (Example 5) In carrying out hydrothermal synthesis, ZrO 2 balls for pulverization and disintegration were not used. In preparing the barium titanate-dispersed slurry, the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 5% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of synthesized nanoparticles. Except these, it carried out similarly to (1)-(4) of Example 1, and manufactured the barium titanate powder, and obtained the 4 molded object using it. The average relative density of the obtained four compacts was 57%, which was the same as the relative density of the compacts in Example 2.

そして、実施例1の(5)と同じ条件で、4体の成形体を焼成し、焼結体を得て、その焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果は、900℃で相対密度95%、収縮率7%であり、1000℃で相対密度97%、収縮率16%となった。サブミクロンサイズの従来のチタン酸バリウム粉末を成形してなる成形体の焼結温度(1300℃以上)と収縮率(17%)と比較すると、400℃以上低い温度で焼結させることが出来、且つ、収縮を抑制することが出来た。   Then, four compacts were fired under the same conditions as (5) of Example 1, a sintered body was obtained, and the relative density and shrinkage rate (linear shrinkage rate) of the sintered body were measured. As a result, the relative density was 95% and the shrinkage rate was 7% at 900 ° C., and the relative density was 97% and the shrinkage rate was 16% at 1000 ° C. Compared to the sintering temperature (1300 ° C or higher) and shrinkage rate (17%) of the molded body formed by molding submicron-sized conventional barium titanate powder, it can be sintered at a temperature lower than 400 ° C, Moreover, the shrinkage could be suppressed.

この実施例5における成形体は、実施例1の成形体よりも、低温で緻密化し、収縮を抑えることが可能である。図11の(b)は、実施例5において、900℃で焼成した焼結体の破断面の、SEMによる写真である。   The molded body in Example 5 can be densified at a lower temperature than the molded body of Example 1, and shrinkage can be suppressed. FIG. 11B is a SEM photograph of the fracture surface of the sintered body fired at 900 ° C. in Example 5.

実施例2にかかる図11の(a)と、実施例5にかかる図11の(b)を比較して、焼結体の破断面を観察すると、実施例5では、実施例2より、明らかに緻密な焼結が進んでいるのが理解出来る。これは、実施例2においては、粉砕解砕用のZrOボールを導入してボールミル工程を付加しながら水熱合成するため、焼結に対して高活性なナノ粒子が合成されるため、と考えられる。即ち、被覆に関与しないナノ粒子も高活性であるため、それが凝集してなる凝集粒子が急激に焼結されて生じる焼結粒が、実施例5における凝集粒子が焼結してなる焼結粒よりも大きくなるので、焼結性が低下する、と考察される。 FIG. 11A according to Example 2 and FIG. 11B according to Example 5 are compared, and the fracture surface of the sintered body is observed. It can be seen that dense sintering is progressing. This is because, in Example 2, since hydrothermal synthesis is performed while introducing a ZrO 2 ball for pulverization and disintegration and adding a ball mill process, nanoparticles highly active against sintering are synthesized. Conceivable. That is, since the nanoparticles not involved in the coating are also highly active, the sintered particles formed by agglomerating the agglomerated particles formed by agglomeration of the agglomerated particles are sintered by the agglomerated particles in Example 5 being sintered Since it becomes larger than the grain, it is considered that the sinterability is lowered.

(実施例6)水熱合成を行うに際し、粉砕解砕用のZrOボールを使用しなかった。又、チタン酸バリウム分散スラリーの調製に際し、合成されるナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を10体積%とした。これら以外は、実施例1の(1)〜(4)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は59%であり、実施例3における成形体の相対密度と同じであった。 (Example 6) When hydrothermal synthesis was performed, ZrO 2 balls for pulverization and disintegration were not used. In preparing the barium titanate-dispersed slurry, the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 10% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of synthesized nanoparticles. Except these, it carried out similarly to (1)-(4) of Example 1, and manufactured the barium titanate powder, and obtained the 4 molded object using it. The average relative density of the obtained four compacts was 59%, which was the same as the relative density of the compacts in Example 3.

(比較例1)コア粒子からなるセラミックス粉末とナノ粒子からなるセラミックス粉末とを、機械的に混合した場合の例である。   (Comparative example 1) It is an example at the time of mixing mechanically the ceramic powder which consists of core particles, and the ceramic powder which consists of nanoparticles.

(a)80℃の蒸留水38mlに、6.1645gの水酸化バリウム(Ba(OH)・8HO)を加え、溶解し、水酸化バリウム溶液を得た。僅かに生成されたBaCOは、濾過によって除去した。そして、3.7002gのチタニウムテトライソプロポキシド([(CHCHO]Ti)を、イソプロピルアルコール8mlに溶かし、これを、水酸化バリウム溶液に加え、混合溶液を得た。 (A) To 61 ml of distilled water at 80 ° C., 6.1645 g of barium hydroxide (Ba (OH) 2 .8H 2 O) was added and dissolved to obtain a barium hydroxide solution. Slightly produced BaCO 3 was removed by filtration. Then, 3.7002 g of titanium tetraisopropoxide ([(CH 3 ) 2 CHO] 4 Ti) was dissolved in 8 ml of isopropyl alcohol, and this was added to the barium hydroxide solution to obtain a mixed solution.

(b)この混合溶液をテフロン(登録商標)製容器(耐薬品性容器)に入れ、粉砕解砕用の直径5mmのZrOボールを、テフロン(登録商標)製容器の体積の1/2まで加えた。更に、このテフロン(登録商標)製容器をステンレス製容器(耐熱耐圧容器、100ml)にセットし、水熱合成を行った。具体的には、テフロン(登録商標)製容器をステンレス製容器にセットしてなる容器を、回転数150rpmで回転させながら、昇温速度5℃/minで、100℃まで上げ、2時間保持して、冷却し、容器内に沈殿物を得た。そして、沈殿物を、洗浄した後、凍結乾燥を行うことで、ナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末を得た。 (B) This mixed solution is put in a Teflon (registered trademark) container (chemical resistant container), and a ZrO 2 ball having a diameter of 5 mm for pulverization / disintegration is reduced to half the volume of the Teflon (registered trademark) container. added. Furthermore, this Teflon (registered trademark) container was set in a stainless steel container (heat-resistant pressure-resistant container, 100 ml), and hydrothermal synthesis was performed. Specifically, a container formed by setting a Teflon (registered trademark) container in a stainless steel container is raised to 100 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min while being rotated at a rotation speed of 150 rpm, and held for 2 hours. And cooled to obtain a precipitate in the container. And after wash | cleaning a deposit, the barium titanate powder which consists of nanoparticles was obtained by freeze-drying.

得られたチタン酸バリウム粉末のX線回折を行ったところ、確かにチタン酸バリウムの(セラミック)粉末であることが確認された。更に、SEMにより、粉末形態、粒子形態を観察したところ、チタン酸バリウム粉末のナノ粒子(一次粒子)は10〜50nmであり、そのナノ粒子が凝集した凝集粒子が存在していたが、その凝集粒子は、サブミクロンサイズのほぼ均一径であり、粒度分布幅の狭い形態を有していた。   When the obtained barium titanate powder was subjected to X-ray diffraction, it was confirmed to be a (ceramic) powder of barium titanate. Furthermore, when the powder form and the particle form were observed by SEM, the nanoparticles (primary particles) of the barium titanate powder were 10 to 50 nm, and there were aggregated particles in which the nanoparticles were aggregated. The particles had a substantially uniform diameter of submicron size and a form with a narrow particle size distribution width.

(c)得られた(ナノ粒子からなる)チタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を1体積%とし、両者を、乳鉢にて、5分間、乾式混合し、ナノ粒子とコア粒子とを機械的に混合させたチタン酸バリウム粉末を得た。   (C) The amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles is 1% by volume with respect to the amount of barium titanate powder (comprised of nanoparticles) obtained. Barium titanate powder in which nanoparticles and core particles were mechanically mixed was obtained by dry mixing for a minute.

(d)得られたチタン酸バリウム粉末を使用して、2000Nでプレス成形し、更に、静水中で100MPaの圧力をかけ静水圧成形を行い、4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は46%であった(図7を参照)。先の実施例1における相対密度と比較すると、かなり低い値である(図7を参照)。   (D) Using the obtained barium titanate powder, press molding was performed at 2000 N, and further, hydrostatic pressing was performed by applying a pressure of 100 MPa in still water to obtain four compacts. The average relative density of the four molded bodies obtained was 46% (see FIG. 7). Compared with the relative density in the previous Example 1, it is a considerably low value (see FIG. 7).

(e)次いで、得られた4体の成形体を、それぞれ個別に、昇温速度100℃/hで、所定の温度(800℃、900℃、1000℃、1100℃)まで上げ、5時間、常圧で焼成し、焼成温度の異なるチタン酸バリウムの焼結体を得た。   (E) Next, the obtained four compacts were individually raised to a predetermined temperature (800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C.) at a heating rate of 100 ° C./h for 5 hours, Sintered at normal pressure to obtain barium titanate sintered bodies having different firing temperatures.

そして、得られた焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果を、図8及び図9に示す。焼成温度900℃で相対密度85%、収縮率19%、1000℃で相対密度95%、収縮率23%であった。低温焼結が可能であることを確認することが出来た。実施例1と比較すると、低温焼結性は小さく、収縮も抑えられていないことがわかる。即ち、単にナノ粒子とコア粒子とを機械的に混合するだけでは、低収縮、且つ低温焼結を可能とするセラミックス粉末を得ることは不可能なのである。   And the relative density and shrinkage | contraction rate (linear shrinkage rate) of the obtained sintered compact were measured. The results are shown in FIGS. At a firing temperature of 900 ° C., the relative density was 85% and the shrinkage was 19%. At 1000 ° C., the relative density was 95% and the shrinkage was 23%. It was confirmed that low temperature sintering was possible. Compared with Example 1, it can be seen that the low-temperature sinterability is small and the shrinkage is not suppressed. That is, it is impossible to obtain a ceramic powder that can be sintered at low temperature and can be sintered at low temperature by simply mechanically mixing the nanoparticles and the core particles.

(比較例2)ナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を5体積%としたこと以外は、比較例1の(a)〜(d)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は48%であった(図7を参照)。先の実施例2における相対密度と比較すると、かなり低い値である(図7を参照)。   (Comparative Example 2) (a) of Comparative Example 1 except that the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 5% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles. In the same manner as in (d), barium titanate powder was produced, and four compacts were obtained using it. The average relative density of the four molded bodies obtained was 48% (see FIG. 7). Compared with the relative density in the previous Example 2, it is a considerably low value (see FIG. 7).

そして、比較例1の(e)と同じ条件で、4体の成形体を焼成し、焼結体を得て、その焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果を、図8及び図9に示す。900℃で相対密度64%、収縮率10%、1000℃で相対密度90%、収縮率19%となった。実施例2と比較すると、低温焼結性は小さく、収縮も抑えられていないことがわかる。   And the four molded object was baked on the same conditions as (e) of the comparative example 1, the sintered compact was obtained, and the relative density and shrinkage | contraction rate (linear shrinkage rate) of the sintered compact were measured. The results are shown in FIGS. At 900 ° C., the relative density was 64% and the shrinkage was 10%. At 1000 ° C., the relative density was 90% and the shrinkage was 19%. Compared to Example 2, it can be seen that the low-temperature sinterability is small and the shrinkage is not suppressed.

(比較例3)ナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対して、0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量を10体積%としたこと以外は、比較例1の(a)〜(d)と同様にして、チタン酸バリウム粉末を製造し、それを用いて4体の成形体を得た。得られた4体の成形体の平均の相対密度は51%であった(図7を参照)。先の実施例3における相対密度と比較すると、かなり低い値である(図7を参照)。   (Comparative Example 3) (a) of Comparative Example 1 except that the amount of barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles was 10% by volume with respect to the amount of barium titanate powder composed of nanoparticles. In the same manner as in (d), barium titanate powder was produced, and four compacts were obtained using it. The average relative density of the four molded bodies obtained was 51% (see FIG. 7). Compared with the relative density in the previous Example 3, it is a considerably low value (see FIG. 7).

(比較例4)0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末のみを使用して、2000Nでプレス成形し、更に、静水中で100MPaの圧力をかけ静水圧成形を行い、5体の成形体を得た。次いで、得られた5体の成形体を、それぞれ個別に、昇温速度100℃/hで、所定の温度(1100℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350
℃)まで上げ、5時間、常圧で焼成し、焼成温度の異なるチタン酸バリウムの焼結体を得た。そして、得られた焼結体の相対密度と収縮率(線収縮率)を測定した。結果を、図8及び図9に示す。
(Comparative Example 4) Using only barium titanate powder composed of 0.3 μm core particles, press molding at 2000 N, and further hydrostatic pressing by applying a pressure of 100 MPa in still water, 5 compacts Got. Next, the obtained five compacts were individually heated at a predetermined temperature (1100 ° C, 1200 ° C, 1250 ° C, 1300 ° C, 1350 ° C) at a heating rate of 100 ° C / h.
C.) and fired at normal pressure for 5 hours to obtain sintered bodies of barium titanate having different firing temperatures. And the relative density and shrinkage | contraction rate (linear shrinkage rate) of the obtained sintered compact were measured. The results are shown in FIGS.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法は、例えば電子部品材料を構成するためのセラミック粉末を製造する手段として好適に利用される。本発明に係るセラミックス粉末の製造方法によって製造されるセラミックス粉末が、チタン酸バリウム粉末である場合には、このチタン酸バリウム粉末は、積層セラミックスコンデンサ(MLCC)、サーミスタ、及び抵抗体等の誘電材料、圧電材料、半導体、その他各種電子部品材料を構成するための材料として好適である。   The method for producing a ceramic powder according to the present invention is suitably used as a means for producing a ceramic powder for constituting an electronic component material, for example. When the ceramic powder produced by the method for producing ceramic powder according to the present invention is a barium titanate powder, the barium titanate powder is a dielectric material such as a multilayer ceramic capacitor (MLCC), a thermistor, and a resistor. It is suitable as a material for constituting piezoelectric materials, semiconductors, and other various electronic component materials.

本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で用いられる装置の一例を示す模式図であり、ボールミル工程と水熱合成工程を同時に行える装置を表した図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus used with the manufacturing method of the ceramic powder concerning this invention, and is a figure showing the apparatus which can perform a ball mill process and a hydrothermal synthesis process simultaneously. 本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたセラミックス粉末の、粒子のTEM(透過型電子顕微鏡)による写真である。It is the photograph by the TEM (transmission electron microscope) of particle | grains of the ceramic powder produced with the manufacturing method of the ceramic powder concerning this invention. 本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたセラミックス粉末の、粒子のSEM(走査型電子顕微鏡)による写真である。It is the photograph by the SEM (scanning electron microscope) of particle | grains of the ceramic powder produced with the manufacturing method of the ceramic powder concerning this invention. 本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたセラミックス粉末の、X線回折測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction measurement result of the ceramic powder produced with the manufacturing method of the ceramic powder concerning this invention. 本発明に係るセラミックス粉末の製造方法で作製されたセラミックス粉末を用いて成形し焼成して得られた、焼結体のSEM(走査型電子顕微鏡)による写真である。It is the photograph by SEM (scanning electron microscope) of the sintered compact obtained by shape | molding and baking using the ceramic powder produced with the manufacturing method of the ceramic powder concerning this invention. 図5に示される焼結体のX線回折測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction measurement result of the sintered compact shown by FIG. 実施例の結果を示すグラフであり、ナノ粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量に対する0.3μmのコア粒子からなるチタン酸バリウム粉末の量の比(体積%)と、成形体の相対密度(%)と、の関係を示すものである。It is a graph which shows the result of an Example, ratio (volume%) of the quantity of the barium titanate powder which consists of 0.3 micrometer core particles with respect to the quantity of the barium titanate powder which consists of nanoparticles, and the relative density (%) of a molded object ). 実施例の結果を示すグラフであり、焼結体を得るのに要した焼成温度(℃)と、焼結体の相対密度(%)と、の関係を示すものである。It is a graph which shows the result of an Example, and shows the relationship between the calcination temperature (degreeC) required in order to obtain a sintered compact, and the relative density (%) of a sintered compact. 実施例の結果を示すグラフであり、焼結体を得るのに要した焼成温度(℃)と、焼結体の収縮率(%)と、の関係を示すものである。It is a graph which shows the result of an Example, and shows the relationship between the calcination temperature (degreeC) required in order to obtain a sintered compact, and the shrinkage | contraction rate (%) of a sintered compact. 実施例のうち実施例2において、1000℃で焼成した焼結体の、SEMによる写真である。It is a photograph by SEM of the sintered compact baked at 1000 degreeC in Example 2 among Examples. (a)は、実施例のうち実施例2において、900℃で焼成した焼結体の破断面の、SEMによる写真であり、(b)は、実施例のうち実施例5において、900℃で焼成した焼結体の破断面の、SEMによる写真である。(A) is the photograph by SEM of the fracture surface of the sintered compact baked at 900 degreeC in Example 2 in Example, (b) is 900 degreeC in Example 5 in Example. It is the photograph by SEM of the fracture surface of the sintered body which baked.

符号の説明Explanation of symbols

1:耐熱耐圧容器
2:粉砕混合用ボール
3:回転軸棒
4:ヒーター
5:耐薬品性容器
6:容器
1: heat-resistant pressure-resistant container 2: ball for grinding and mixing 3: rotating shaft rod 4: heater 5: chemical-resistant container 6: container

Claims (11)

ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を予め混合した原料を用い、これを水熱合成し、
ナノサイズのセラミックス粒子を合成しつつ、同時に、ナノサイズのセラミックス粒子をサブミクロンサイズのセラミックス粒子の表面に被覆させる工程を含むセラミックス粉末の製造方法。
Using a raw material in which the material constituting the nano-sized ceramic particles and the ceramic powder made of sub-micron-sized ceramic particles are mixed in advance, this is hydrothermally synthesized,
A method for producing ceramic powder, comprising synthesizing nano-sized ceramic particles and simultaneously coating nano-sized ceramic particles on the surface of sub-micron ceramic particles.
前記サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を、粉砕しながら水熱合成する請求項1に記載のセラミックス粉末の製造方法。   The method for producing a ceramic powder according to claim 1, wherein the ceramic powder composed of the submicron ceramic particles is hydrothermally synthesized while being pulverized. 前記サブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末を、ボールミルにより粉砕する請求項2に記載のセラミックス粉末の製造方法。   The method for producing a ceramic powder according to claim 2, wherein the ceramic powder comprising the submicron-sized ceramic particles is pulverized by a ball mill. 前記ナノサイズのセラミックス粒子と、サブミクロンサイズのセラミックス粒子とが、同じ材料で構成される請求項1〜3の何れか一項に記載のセラミックス粉末の製造方法。   The method for producing ceramic powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the nano-sized ceramic particles and the submicron-sized ceramic particles are made of the same material. 前記セラミックス粉末が、チタン酸バリウム(BaTiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、チタニア(TiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)、モリブデン酸リチウム(LiMoO)、窒化チタン(TiN)、又はムライト(3Al・2SiO)のセラミックス粉末である請求項1〜4の何れか一項に記載のセラミックス粉末の合成方法。 The ceramic powder is barium titanate (BaTiO 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), lead titanate (PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), carbonized. Ceramic powder of silicon (SiC), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ), titanium nitride (TiN), or mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) The method for synthesizing ceramic powder according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜5の何れか一項に記載のセラミックス粉末の製造方法により製造された、セラミックス粒子の径が0.1〜1μmであるセラミックス粉末。   The ceramic powder with which the diameter of the ceramic particle manufactured by the manufacturing method of the ceramic powder as described in any one of Claims 1-5 is 0.1-1 micrometer. 1000℃以下の焼成温度で、焼結が可能な請求項6に記載のセラミックス粉末。   The ceramic powder according to claim 6, which can be sintered at a firing temperature of 1000 ° C or lower. 請求項6又は7に記載のセラミックス粉末を成形してなる、相対密度が95%以上である成形体。   A molded body obtained by molding the ceramic powder according to claim 6 or 7 and having a relative density of 95% or more. 請求項6又は7に記載のセラミックス粉末を成形し焼成してなる、結晶構造が正方晶である焼結粒により構成された焼結体。   A sintered body formed by sintering and sintering the ceramic powder according to claim 6 or 7 and having a crystal structure of tetragonal crystal. 焼成時の収縮率が20%以下である請求項9に記載の焼結体。   The sintered body according to claim 9, wherein a shrinkage rate during firing is 20% or less. ナノサイズのセラミックス粒子を、そのセラミックス粒子と同じ材料で構成されたサブミクロンサイズのセラミックス粒子に、被覆させる方法であって、
ナノサイズのセラミックス粒子を構成する材料と、そのセラミックス粒子と同じ材料のサブミクロンサイズのセラミックス粒子からなるセラミックス粉末と、を予め混合した原料を用い、これを水熱合成することを含むセラミックス粒子の被覆方法。
A method of coating nano-sized ceramic particles onto sub-micron-sized ceramic particles composed of the same material as the ceramic particles,
A ceramic particle comprising hydrothermal synthesis of a material comprising nano-sized ceramic particles and a ceramic powder composed of sub-micron-sized ceramic particles of the same material as the ceramic particles. Coating method.
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