JP2010228993A - Production method of dielectric particle aggregate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体粒子凝集体の製造方法に関するものである。かかる誘電体粒子凝集体は、例えばセラミック焼結体の作製に用いられる。 The present invention relates to a method for producing dielectric particle aggregates. Such dielectric particle aggregates are used, for example, in the production of ceramic sintered bodies.
従来より、誘電体粒子凝集体は、例えばセラミック焼結体の作製等、様々な用途に用いられている。 Conventionally, dielectric particle aggregates have been used in various applications such as the production of ceramic sintered bodies.
誘電体粒子凝集体の製造方法としては、特許文献1に、誘電体粒子を溶剤中に分散しスラリー状とした後、該スラリーを回転ディスク法等により噴霧乾燥させる方法が記載されている。かかる方法により得られる誘電体粒子凝集体は、平均粒径が約20μmから約200μmの範囲であって、真球状である。 As a method for producing dielectric particle aggregates, Patent Document 1 describes a method in which dielectric particles are dispersed in a solvent to form a slurry, and then the slurry is spray-dried by a rotating disk method or the like. The dielectric particle aggregate obtained by such a method has an average particle diameter in the range of about 20 μm to about 200 μm and is truly spherical.
誘電体粒子は、特許文献2に、水熱合成法により合成され、平均粒径が0.05μmから0.2μmの範囲であって、非真球状であるものが記載されている。 Patent Document 2 discloses a dielectric particle synthesized by a hydrothermal synthesis method and having an average particle diameter in the range of 0.05 μm to 0.2 μm and non-spherical.
ところで、例えば誘電体粒子をセラミック焼結体の作製に用いる場合、セラミック焼結体は、誘電体粒子凝集体を加圧成形し、焼成することにより得られる。ここで、誘電体粒子凝集体が真球状で且つ微小であれば、かかる加圧成形の際、誘電体粒子凝集体がより均一で且つ緻密に成形され、セラミック焼結体をより均一で且つ緻密にすることができる。 By the way, for example, when using dielectric particles for the production of a ceramic sintered body, the ceramic sintered body is obtained by pressure-molding and firing dielectric particle aggregates. Here, if the dielectric particle aggregates are spherical and minute, the dielectric particle aggregates are more uniformly and densely formed during the pressure forming, and the ceramic sintered body is more uniformly and densely formed. Can be.
しかしながら、特許文献1、2に記載の方法では、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体を形成することは難しく、かかる誘電体粒子凝集体を形成することが可能な製造方法が求められていた。 However, in the methods described in Patent Documents 1 and 2, it is difficult to form a spherical and minute dielectric particle aggregate, and a manufacturing method capable of forming such a dielectric particle aggregate is required. It was.
本発明は、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体の製造方法を提供するものである。 The present invention provides a method for producing a true spherical and fine dielectric particle aggregate.
本発明の一形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法は、誘電体粒子及び溶剤を含むスラリーを帯電させる工程と、前記スラリーを噴霧し、帯電した液滴を発生させる工程と、前記液滴中にて、前記溶剤を蒸発させて、前記誘電体粒子同士を凝集させる工程と、を備えたことを特徴とする。 A method for producing dielectric particle aggregates according to an aspect of the present invention includes a step of charging a slurry containing dielectric particles and a solvent, a step of spraying the slurry to generate charged droplets, and the droplets And evaporating the solvent to agglomerate the dielectric particles.
本発明の一実施形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法によれば、帯電した液滴中で誘電体粒子同士を凝集させることにより、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体を提供することができる。 According to the method for producing a dielectric particle aggregate according to one embodiment of the present invention, a dielectric particle aggregate having a true spherical shape is provided by aggregating dielectric particles in a charged droplet. be able to.
以下に、本発明の一実施形態に係る誘電体粒子凝集体の製造方法を、噴霧装置1を用いた製造方法を例に、図1に基づいて詳細に説明する。 Below, the manufacturing method of the dielectric particle aggregate which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated in detail based on FIG. 1 for the manufacturing method using the spraying apparatus 1 as an example.
本実施形態により作製される誘電体粒子凝集体は、様々な用途に用いることができる。 The dielectric particle aggregate produced according to this embodiment can be used for various applications.
例えば、かかる誘電体粒子凝集体をセラミック焼結体の作製に用いた場合、誘電体粒子凝集体を加圧成形する際に、誘電体粒子凝集体が真球状で且つ微小であるため、より均一で且つ緻密に成形することができる。したがって、より均一で且つ緻密なセラミック焼結体を作製することができる。 For example, when such dielectric particle aggregates are used in the production of ceramic sintered bodies, the dielectric particle aggregates are spherical and minute when forming the dielectric particle aggregates. And can be densely molded. Therefore, a more uniform and dense ceramic sintered body can be produced.
まず、図1に示した噴霧装置1について説明する。 First, the spray device 1 shown in FIG. 1 will be described.
噴霧装置1は、内部が空洞であり且つ下端に開口部2aを有する円筒状のシリンジ2と、該シリンジ2内に接続された印加電圧供給線3と、該印加電圧供給線3に接続された電源4と、シリンジ2の下方に位置し且つグランドに接続された導電性の基板5と、を備えている。開口部2aの径は、微小に設定されており、例えば100μm以下に設定されている。電源4は、印加する電圧を調整することができる。 The spraying device 1 is hollow and has a cylindrical syringe 2 having an opening 2 a at the lower end, an applied voltage supply line 3 connected to the syringe 2, and an applied voltage supply line 3. A power source 4 and a conductive substrate 5 positioned below the syringe 2 and connected to the ground are provided. The diameter of the opening 2a is set to be very small, for example, 100 μm or less. The power supply 4 can adjust the applied voltage.
噴霧装置1は、以下のように試料を噴霧する機能を有する。 The spray device 1 has a function of spraying a sample as follows.
まず、シリンジ2の内部に試料が供給される。試料としては、例えば液状又はスラリー状のもの等が用いられる。供給された試料は、開口部2aの微小な径に起因して表面張力が重力を上回るため、開口部2aから下方に適下されない。 First, a sample is supplied into the syringe 2. As the sample, for example, a liquid or slurry is used. The supplied sample is not lowered downward from the opening 2a because the surface tension exceeds the gravity due to the minute diameter of the opening 2a.
次に、電源4から印加電圧供給線3を介してシリンジ2内の試料に電圧を印加することにより、試料を帯電させるとともに電場を発生させる。基板5が導電性であるため、かかる電場によって試料と基板5との間に静電気力が発生する。かかる静電気力に起因して試料と基板5との間に電気的引力が生じる。かかる電気的引力と重力との和が表面張力を上回ると、試料が開口部2aから基板5に向けて噴霧される。 Next, by applying a voltage from the power source 4 to the sample in the syringe 2 via the applied voltage supply line 3, the sample is charged and an electric field is generated. Since the substrate 5 is conductive, an electrostatic force is generated between the sample and the substrate 5 by the electric field. Due to the electrostatic force, an electric attractive force is generated between the sample and the substrate 5. When the sum of the electric attractive force and gravity exceeds the surface tension, the sample is sprayed toward the substrate 5 from the opening 2a.
かかる噴霧により、帯電した試料から液滴を発生させる。かかる液滴が帯電していることから、試料の液滴同士が電気的斥力により反発するため、試料の液滴を微細化することができる。かかる微細化により、液滴に含まれる液体を効率良く蒸発させるができる。このように蒸発させるため、風圧や遠心力等の外力を試料に印加する必要がない。 By such spraying, droplets are generated from the charged sample. Since the droplets are charged, the sample droplets repel each other due to the electric repulsion, so that the sample droplets can be miniaturized. By such miniaturization, the liquid contained in the droplets can be efficiently evaporated. Since it evaporates in this way, it is not necessary to apply an external force such as wind pressure or centrifugal force to the sample.
以下に、噴霧装置1を用いた誘電体粒子凝集体の製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of the dielectric particle aggregate using the spraying apparatus 1 is demonstrated.
(1)誘電体粒子を準備する。 (1) Prepare dielectric particles.
誘電体粒子は、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸ジルコン酸鉛等の誘電材料により形成されたものを使用することができる。特に、誘電材料として誘電率が高いものを使用することが望ましい。誘電率の高い誘電材料としては、圧電体、焦電体又は強誘電体の性質を有するものを使用することができ、なかでも、誘電率の観点から強誘電体の性質を有するものを使用することが望ましい。なお、誘電体粒子がぺロブスカイト構造を有する場合、同様の観点から、結晶構造が正方晶であるものを用いることが望ましい。 As the dielectric particles, those formed of a dielectric material such as barium titanate, calcium titanate, strontium titanate, or lead zirconate titanate can be used. In particular, it is desirable to use a dielectric material having a high dielectric constant. As a dielectric material having a high dielectric constant, a piezoelectric material, a pyroelectric material, or a ferroelectric material can be used. Among them, a material having a ferroelectric property is used from the viewpoint of dielectric constant. It is desirable. In the case where the dielectric particles have a perovskite structure, it is desirable to use those having a tetragonal crystal structure from the same viewpoint.
また、誘電体粒子の平均粒径は、例えば0.001μm以上3μm以下に設定されている。この誘電体粒子は、例えば水熱合成法等により作製される。 The average particle diameter of the dielectric particles is set to 0.001 μm or more and 3 μm or less, for example. The dielectric particles are produced by, for example, a hydrothermal synthesis method.
(2)誘電体粒子と溶剤とを混合し、スラリー6を作製する。 (2) The dielectric particles and the solvent are mixed to prepare the slurry 6.
誘電体粒子と溶剤との混合は、例えばボールミル、ビーズミル又は振動ミル等を用いて、誘電体粒子を溶剤中に分散させることにより行われる。溶剤としては、エタノール又はポリエチレングリコール等を用いることができる。なかでも、エタノールを用いることが望ましい。なお、誘電体粒子及び溶剤を混合する際、更に可塑剤、分散剤又は潤滑剤等を混合させても構わない。 The mixing of the dielectric particles and the solvent is performed by dispersing the dielectric particles in the solvent using, for example, a ball mill, a bead mill, or a vibration mill. As the solvent, ethanol, polyethylene glycol, or the like can be used. Of these, it is desirable to use ethanol. Note that when the dielectric particles and the solvent are mixed, a plasticizer, a dispersant, a lubricant, or the like may be further mixed.
(3)スラリー6を噴霧し、誘電体粒子凝集体を形成する。 (3) The slurry 6 is sprayed to form dielectric particle aggregates.
具体的には、以下のように行われる。 Specifically, it is performed as follows.
まず、スラリー6をシリンジ2内に供給する。 First, the slurry 6 is supplied into the syringe 2.
次に、電源4から印加電圧供給線3を介してシリンジ2内のスラリー6に電圧を印加することにより、スラリー6を帯電させるとともに電場を発生させる。かかる電場に起因して生じる静電気力により、帯電したスラリー6を噴霧させる。 Next, a voltage is applied from the power source 4 to the slurry 6 in the syringe 2 via the applied voltage supply line 3, thereby charging the slurry 6 and generating an electric field. The charged slurry 6 is sprayed by an electrostatic force generated due to the electric field.
スラリー6の噴霧により、帯電した液滴を発生させる。帯電した液滴同士は電気的斥力により反発するため、スラリー6の液滴を微細化し、液滴に含まれる溶剤を効率良く蒸発させるができる。なお、かかる噴霧の際、加熱しないことが望ましい。 Charged droplets are generated by spraying the slurry 6. Since the charged droplets repel each other by an electric repulsive force, the droplets of the slurry 6 can be made finer and the solvent contained in the droplets can be efficiently evaporated. In addition, it is desirable not to heat at the time of this spraying.
以上の方法により、誘電体粒子凝集体を作製することができる。 By the above method, dielectric particle aggregates can be produced.
かかる誘電体粒子凝集体は、帯電した液滴中で誘電体粒子に分極が生じ、分極した誘電体粒子同士が凝集した状態で、液滴中の溶剤が蒸発することにより、形成されると推定される。 Such dielectric particle aggregates are presumed to be formed by polarization of dielectric particles in the charged droplets, and evaporation of the solvent in the droplets in a state where the polarized dielectric particles aggregate together. Is done.
このように作製された誘電体粒子凝集体は、真球状で且つ微小である。誘電体粒子凝集体の真球状である形状は、帯電した液滴中にて、分極した誘電体粒子同士が凝集した状態で、液滴中の溶剤が蒸発することにより、形成されると推定される。また、誘電体粒子凝集体の微小な形状は、上述した凝集体の形成が、微細化した液滴中で行われることに起因すると推定される。 The dielectric particle aggregates thus produced are true spherical and minute. The true spherical shape of the dielectric particle aggregate is presumed to be formed by evaporation of the solvent in the droplet in a state where the charged dielectric particles aggregate in the charged droplet. The In addition, the minute shape of the dielectric particle aggregate is presumed to be caused by the above-described formation of the aggregate in the miniaturized droplet.
また、かかる誘電体粒子凝集体は、誘電体粒子の分極及び溶剤の蒸発により形成され、凝集の際に風圧や遠心力等の外力が印加されていないため、密度が均一であると推定される。 In addition, the dielectric particle aggregate is formed by polarization of the dielectric particles and evaporation of the solvent, and it is estimated that the density is uniform because no external force such as wind pressure or centrifugal force is applied during the aggregation. .
なお、(1)の工程にて、誘電材料として誘電率が高いものを使用すると、スラリー6を噴霧する際、効率良く誘電体粒子を凝集させることができる。これは、帯電した液滴中にて誘電体粒子が分極しやすいため、帯電した液滴中にて誘電体粒子同士が凝集しやすくなることに起因すると推定される。 In the step (1), when a dielectric material having a high dielectric constant is used, dielectric particles can be efficiently aggregated when the slurry 6 is sprayed. This is presumably because the dielectric particles are easily polarized in the charged droplets, and the dielectric particles are likely to aggregate in the charged droplets.
また、(2)の工程にて、溶剤としてエタノールを使用すると、誘電体粒子を効率良く凝集させることができる。これは、スラリー6を噴霧する際、溶剤を効率良く蒸発させることができることに起因すると推定される。 Moreover, when ethanol is used as the solvent in the step (2), the dielectric particles can be efficiently aggregated. It is estimated that this is because the solvent can be efficiently evaporated when the slurry 6 is sprayed.
また、(2)の工程にて、スラリー6における誘電体粒子の濃度を適宜調整することにより、所望の大きさの誘電体粒子凝集体を作製することができる。例えば、スラリー6における誘電体粒子の濃度を高めると、誘電体粒子凝集体の形状を大きくすることができる。これは、誘電体粒子の濃度により、帯電した液滴中にて凝集する誘電体粒子の量が変化することに起因すると推定される。 Further, in the step (2), by appropriately adjusting the concentration of the dielectric particles in the slurry 6, a dielectric particle aggregate having a desired size can be produced. For example, when the concentration of dielectric particles in the slurry 6 is increased, the shape of the dielectric particle aggregate can be increased. This is presumed to be due to the change in the amount of dielectric particles that aggregate in the charged droplets depending on the concentration of the dielectric particles.
また、(4)の工程にて、スラリー6を噴霧する際、加熱しないことが望ましい。その結果、誘電体粒子凝集体の密度をより均一に形成することができる。なお、本実施形態によると、液滴を微細化しているため、加熱することなく効率良く溶剤を蒸発させることができる。 Moreover, when spraying the slurry 6 in the step (4), it is desirable not to heat it. As a result, the density of dielectric particle aggregates can be formed more uniformly. In addition, according to this embodiment, since the droplets are miniaturized, the solvent can be efficiently evaporated without heating.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例を記載する。 Examples of the present invention will be described below.
実施例1
まず、エタノールに、正方晶のチタン酸バリウム(平均粒径0.1μm)を加え、ビーズミルで5時間混合することにより、チタン酸バリウムの質量濃度が55%であるスラリーを作製した。次に、上述の噴霧装置を用いてかかるスラリーに30KVの電圧を印加して噴霧し、エタノールを蒸発させてチタン酸バリウム凝集体を得た。
Example 1
First, tetragonal barium titanate (average particle size: 0.1 μm) was added to ethanol and mixed for 5 hours by a bead mill to prepare a slurry having a barium titanate mass concentration of 55%. Next, the slurry was sprayed by applying a voltage of 30 KV using the above-mentioned spraying apparatus, and ethanol was evaporated to obtain a barium titanate aggregate.
得られたチタン酸バリウム凝集体の走査電子顕微鏡写真を図2に示す。図2に示した写真の画像解析を、「MacView」という市販のソフトを用いて行い、円形度及び平均粒径を測定した。その結果を表1及び図3に示す。なお、粒径は、JISR1670:2006に規定された円相当径に準ずる。また、円形度は、JISB2711:2005に準ずる。 A scanning electron micrograph of the obtained barium titanate aggregate is shown in FIG. The image analysis of the photograph shown in FIG. 2 was performed using commercially available software called “MacView”, and the circularity and the average particle diameter were measured. The results are shown in Table 1 and FIG. In addition, a particle size is based on the equivalent circle diameter prescribed | regulated to JISR1670: 2006. The circularity conforms to JIS B2711: 2005.
また、得られたチタン酸バリウム凝集体を集束イオンビーム加工し、その断面を形成した。かかる加工を行ったチタン酸バリウム凝集体の走査イオン顕微鏡写真を図4に示す。図4に示すように、かかる断面に多数のボイドが観察される(図中の矢印)。かかる断面におけるボイドについて、最も近接するボイドとの重心間距離を計測し、その重心間距離の標準偏差を求めた。その結果を表2に示す。なお、重心間距離の計測は、「MacView」を用いて行った。また、標準偏差は、異なる3つの断面について求めた。 Further, the obtained barium titanate aggregate was subjected to focused ion beam processing to form a cross section. FIG. 4 shows a scanning ion micrograph of the barium titanate aggregate subjected to such processing. As shown in FIG. 4, many voids are observed in the cross section (arrows in the figure). For the voids in the cross section, the distance between the centers of gravity with the closest void was measured, and the standard deviation of the distance between the centers of gravity was determined. The results are shown in Table 2. The distance between the centers of gravity was measured using “MacView”. Moreover, the standard deviation was calculated | required about three different cross sections.
実施例2
まず、エタノールに、正方晶のチタン酸バリウム(平均粒径0.1μm)を加え、ビーズミルで5時間混合することにより、チタン酸バリウムの質量濃度が1%であるスラリーを作製した。次ぎに実施例1と同様にスラリーを噴霧し、チタン酸バリウム凝集体を得た。
Example 2
First, tetragonal barium titanate (average particle size: 0.1 μm) was added to ethanol and mixed for 5 hours by a bead mill to prepare a slurry having a barium titanate mass concentration of 1%. Next, the slurry was sprayed in the same manner as in Example 1 to obtain barium titanate aggregates.
得られたチタン酸バリウム凝集体の走査電子顕微鏡写真を図5に示す。図2と図5とを比較すると、実施例1に係る図2に示されたチタン酸バリウム凝集体の粒径の方が大きい。したがって、スラリーにおけるチタン酸バリウムの質量濃度を高めることにより、得られるチタン酸バリウム凝集体の粒径を大きくすることができると推定される。 A scanning electron micrograph of the obtained barium titanate aggregate is shown in FIG. When FIG. 2 is compared with FIG. 5, the particle diameter of the barium titanate aggregate shown in FIG. Therefore, it is estimated that the particle size of the barium titanate aggregate obtained can be increased by increasing the mass concentration of barium titanate in the slurry.
1 噴霧装置
2 シリンジ
2a 開口部
3 印加電圧供給線
4 電源
5 基板
6 スラリー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spraying apparatus 2 Syringe 2a Opening part 3 Applied voltage supply line 4 Power supply 5 Board | substrate 6 Slurry
Claims (6)
前記スラリーを噴霧し、帯電した液滴を発生させる工程と、
前記液滴中にて、前記溶剤を蒸発させて、前記誘電体粒子同士を凝集させる工程と、
を備えたことを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 Charging a slurry containing dielectric particles and a solvent;
Spraying the slurry to generate charged droplets;
Evaporating the solvent in the droplets to agglomerate the dielectric particles;
A method for producing dielectric particle aggregates, comprising:
前記誘電体粒子を凝集させる工程は、
前記帯電した液滴中にて、誘電体粒子を分極させつつ、前記溶剤を蒸発させる工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 In the manufacturing method of the dielectric particle aggregate according to claim 1,
The step of aggregating the dielectric particles includes
A method for producing a dielectric particle aggregate, comprising the step of evaporating the solvent while polarizing the dielectric particles in the charged droplets.
前記液滴を発生させる工程は、
前記スラリーに静電気力を印加することにより、前記スラリーを噴霧する工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 In the manufacturing method of the dielectric particle aggregate according to claim 1,
The step of generating the droplet includes
A method for producing a dielectric particle aggregate comprising the step of spraying the slurry by applying an electrostatic force to the slurry.
前記誘電体粒子を凝集させる工程は、
前記帯電した液適同士を電気的斥力により反発させることにより、前記帯電した液適を微細化しつつ前記溶剤を蒸発させる工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 In the manufacturing method of the dielectric particle aggregate according to claim 1,
The step of aggregating the dielectric particles includes
A method for producing a dielectric particle aggregate, comprising: a step of evaporating the solvent while refining the charged liquid properties by repelling the charged liquid properties by an electric repulsive force.
前記誘電体粒子は、強誘電体であることを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 In the manufacturing method of the dielectric particle aggregate according to claim 1,
The method for producing an aggregate of dielectric particles, wherein the dielectric particles are ferroelectric.
前記誘電体粒子は、ペロブスカイト構造を有し、正方晶であることを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。 In the manufacturing method of the dielectric particle aggregate according to claim 1,
The method for producing an aggregate of dielectric particles, wherein the dielectric particles have a perovskite structure and are tetragonal.
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- 2009-03-27 JP JP2009079905A patent/JP2010228993A/en active Pending
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