JP2009184916A - 固相単結晶の成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】異常粒成長が起こる多結晶体のマトリックス粒子の平均粒径を調節し、これにより異常粒子の個数密度を減少させ、極めて制限された個数の異常粒子だけを生成するか、または、異常粒子の生成を異常粒成長の駆動力の保障範囲内に抑える。この結果、極めて制限された個数の異常粒子だけ、または種単結晶だけを多結晶体中へと成長させ続け、50mmより大きい単結晶を得る。
【選択図】図1a
Description
術を必要とすることなく、一般の熱処理工程により純粋なチタン酸バリウム単結晶、固溶体組成のチタン酸バリウム単結晶、PZT単結晶、固溶体組成のPZT単結晶、PMN−PT単結晶および固溶体組成のPMN−PT単結晶等のような種々の単結晶を製造することができるため、低コストで数cm以上の大きさの実用的価値のある充分に大きい単結晶を大量生産することができるという長所がある。また、本発明による単結晶の成長方法では、単結晶の大きさを限りなく成長させることができ、単結晶製造の再現性が高く、その中に組成勾配を有する単結晶を製造することができる。本発明の方法は、また、単結晶中の気孔率、気孔の大きさ及び気孔の形状を調節することができ、且つ種単結晶と接する多結晶体を所望の形状にして熱処理すると、複雑な形状の単結晶を複雑な単結晶加工工程を要することなく製造することができる。さらに、本発明の方法は、製造された単結晶を再度繰返し種単結晶として用いることができるため、種々の種単結晶を安価に製造することができるという点で経済であり、チタン酸バリウム (BaTiO3) 及びPb系ペロブスカイト型構造の酸化物のみならず、異常粒成長が起こる全ての材料に適用することができる 。
.6)BaTiO3−(0.4)ZrO2組成)を使用した。
本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、当業者であれば、修正および変更が可能である。
Claims (12)
- 固相単結晶の成長方法において、
異常粒子の個数密度がゼロになるマトリックス粒子の平均粒径(R C )の0.5倍以上2倍以下の範囲にある、マトリックス粒子の平均粒径(R)を有する多結晶体(0.5R C ≦R≦2R C )を熱処理する段階を含み、
前記多結晶体は下記の群より選ばれることを特徴とする固相単結晶の成長方法。
(1−x)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ](0≦x≦1)(PMN−PT);PMN−PT固溶体;Pb(Zr X Ti 1-X )O 3 (0≦x≦1)(PZT);PZT固溶体(((Pb X M 1-X )(Zr a Ti b N C )O 3 (0≦x≦1;0≦a,b,c≦1;a+b+c=1)));(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PMN−PT−PZ);PMN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(Yb 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PYbN−PT−PZ);PYbN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PIN−PT−PZ);PIN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[Pb(Yb 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−y[PbTiO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PMN−PYbN−PT);PMN−PYbN−PT固溶体;(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−y[PbTiO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0 ≦x+y≦1)(PMN−PIN−PT);及びPMN−PIN−PT固溶体。 - 固相単結晶の成長方法において、
異常粒子の個数密度がゼロになるマトリックス粒子の平均粒径(R C )の0.5倍以上2倍以下の範囲にある、マトリックス粒子の平均粒径(R)を有する多結晶体(0.5R C ≦R≦2R C )に種単結晶を接合した後、熱処理する段階を含み、
前記多結晶体は下記の群より選ばれることを特徴とする固相単結晶の成長方法。
(1−x)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ](0≦x≦1)(PMN−PT);PMN−PT固溶体;Pb(Zr X Ti 1-X )O 3 (0≦x≦1)(PZT);PZT固溶体(((Pb X M 1-X )(Zr a Ti b N C )O 3 (0≦x≦1;0≦a,b,c≦1;a+b+c=1)));(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PMN−PT−PZ);PMN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(Yb 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PYbN−PT−PZ);PYbN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−x[PbTiO 3 ]−y[PbZrO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PIN−PT−PZ);PIN−PT−PZ固溶体;(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[Pb(Yb 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−y[PbTiO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0≦x+y≦1)(PMN−PYbN−PT);PMN−PYbN−PT固溶体;(1−x−y)[Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ]−x[Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 ]−y[PbTiO 3 ](0≦x≦1;0≦y≦1;0 ≦x+y≦1)(PMN−PIN−PT);及びPMN−PIN−PT固溶体。 - 前記多結晶体のマトリックス粒子の特定の構成成分のいずれか1種または1種以上を、前記多結晶体の原組成より過剰に添加し、または少なくすることで、前記多結晶体のマトリックス粒子の平均粒径は前記範囲に調節されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体のマトリックス粒子の構成元素の成分比を変えることで、前記多結晶体のマトリックス粒子の平均粒径は前記範囲に調節されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体のマトリックス粒子の構成成分とは異なる1種または2種以上の添加物を前記多結晶体に添加することで、前記多結晶体のマトリックス粒子の平均粒径は前記範囲に調節されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体は、その組成が不連続的にまたは連続的に変わる組成勾配を有することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記熱処理は、前記多結晶体がPb系である場合、前記多結晶体の構成成分であるPbOが組成式より過剰に添加される条件下で行われることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記種単結晶に多結晶体薄膜を接合し、前記種単結晶が多結晶体薄膜へと成長し続けるようにすることで種単結晶上に薄膜単結晶が形成されることを特徴とする請求項2記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記種単結晶は、単一双晶境界、二重双晶境界および低傾角粒界のような欠陥を含み、この種の種単結晶と同じ欠陥を含む単結晶を製造することを特徴とする請求項2記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体は気孔を含み、気孔を含む多結晶体に種単結晶を接合して熱処理することで単結晶を成長させ、成長した単結晶の表面に形成された完全に緻密化した層を用いて内部には気孔を含み、表面には気孔のない単結晶を製造することを特徴とする請求項2記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体は、粉体を所望の形状に成形または加工したものであり、成形または加工された多結晶体を種単結晶と接合することにより、単結晶の加工工程を要することなく所望の形状を有する単結晶を製造することを特徴とする請求項2記載の固相単結晶の成長方法。
- 前記多結晶体は、添加物を添加するか、または液相量、焼結温度、焼結雰囲気及び焼結圧力を変えることによって、特有の気孔率と気孔の大きさと気孔形状を有し、前記多結晶体を種単結晶と接合して熱処理することで多結晶体において成長する単結晶中の気孔率と気孔の大きさと気孔形状を制御し、気孔を含まない完全に緻密化した単結晶または種々の気孔率を有する単結晶を製造することを特徴とする請求項2記載の固相単結晶の成長方法。
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