JP2012232862A - Anisotropically shaped powder and method for producing the same - Google Patents

Anisotropically shaped powder and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide plate-like crystals having a relatively large particle size and having little contamination of crystals of a relatively small particle size.SOLUTION: Hydrothermal synthesis is carried out by adding oxide powder having an orthorhombic crystal structure and surface active agent to alkali hydroxide solution to synthesize seed crystals, hydrothermal synthesis is carried again by adding seed crystals, oxide powder having an orthorhombic crystal structure, and surface active agent to the seed crystals and the alkali hydroxide solution, the plate-like crystals obtained after the reaction of the second hydrothermal synthesis is washed with an organic solvent, the reaction product of the plate-like crystals after the washing is sintered at 170°C or higher and 700°C or lower.

Description

本発明は、特定の結晶面が配向する配向粒子からなる異方形状粉末及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an anisotropic shaped powder composed of oriented particles in which a specific crystal plane is oriented, and a method for producing the same.

最近、環境保全に対する意識の高まりからPb、Hg、Cd、Cr6+などの重金属有害元素を排除する傾向が高まり、欧州を中心に使用禁止令(RoHS指令)が発令され施行されている。電子材料の高機能化に重要な役割を果たす原材料の酸化鉛(PbO)も、廃棄処理問題に関して、環境問題が懸念されることから、その対象となっている。広くエレクトロニクス・メカトロニクス・自動車等の分野で実用化されている圧電デバイスを構成する圧電材料は、セラミックスを中心として、単結晶や厚膜・薄膜等の多種多様の材料が開発されている。その大部分を占める圧電セラミックスは、Pb系ペロブスカイト型強誘電体セラミックスで、その主流はPbZrO3−PbTiO3(PZT)であり主成分として多量の酸化鉛を含んでいるため、廃棄処理に関して同様の問題を抱えている。 Recently, a tendency to eliminate heavy metal harmful elements such as Pb, Hg, Cd, and Cr 6+ has been increased due to heightened awareness of environmental protection, and a ban on use (RoHS Directive) has been issued and enforced mainly in Europe. Lead oxide (PbO), which is a raw material that plays an important role in enhancing the functionality of electronic materials, is also a subject of concern because of environmental concerns regarding disposal issues. A wide variety of materials such as single crystals, thick films, and thin films have been developed as piezoelectric materials constituting piezoelectric devices that are widely used in fields such as electronics, mechatronics, and automobiles, with a focus on ceramics. Piezoelectric ceramics occupying most of them are Pb-based perovskite ferroelectric ceramics, and the mainstream is PbZrO 3 —PbTiO 3 (PZT), which contains a large amount of lead oxide as a main component. I have a problem.

この様な状況に鑑み、環境に配慮した無鉛圧電材料の研究は急務かつ、必要不可欠であると考えられ、現在のPZT系圧電セラミックスの性能に匹敵する高性能非鉛系圧電セラミックスの研究開発が世界的な関心を集めている。   In view of this situation, research into lead-free piezoelectric materials that considers the environment is considered urgent and indispensable. Research and development of high-performance lead-free piezoelectric ceramics comparable to the performance of current PZT piezoelectric ceramics Has attracted worldwide interest.

その中で近年、ニオブ酸塩系KNbO3−NaNbO3−LiNbO3系セラミックスについて、比較的高い圧電特性を有する組成と製法が考え出され、キュリー温度で約250℃、圧電定数d33は400pm/V程度と、実用可能な性能に近いものも得られている(非特許文献1)。 Among them, in recent years, a composition and a manufacturing method having relatively high piezoelectric characteristics have been devised for niobate-based KNbO 3 —NaNbO 3 —LiNbO 3 -based ceramics. The composition has a Curie temperature of about 250 ° C., and the piezoelectric constant d33 is 400 pm / V. Some are close to practical performance that is practical (Non-Patent Document 1).

特許文献1には、特定の結晶面が配向するNaNbO3等の板状粉末と反応原料を混合し、混合して得られる混合物をシート成形し、得られるシートを複数枚積層して積層体を作製し、その後、積層体の圧延、脱脂、及び静水圧(CIP)処理を行い、酸素中で加熱することにより一般式:ABO3で表される等方性ペロブスカイト型化合物であって、Aサイト元素の主成分がK及び/又はNaであり、Bサイト元素の主成分がNb、Sb及び/又はTaである第1のペロブスカイト型5価金属酸アルカリ化合物を主相とする多結晶体からなり、かつ、この多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向している結晶配向セラミックスとその製造方法が開示されている。 In Patent Document 1, a plate-like powder such as NaNbO 3 in which a specific crystal plane is oriented and a reaction raw material are mixed, a mixture obtained by mixing is formed into a sheet, and a laminate is obtained by laminating a plurality of obtained sheets. An isotropic perovskite compound represented by the general formula: ABO 3 by rolling, degreasing, and hydrostatic pressure (CIP) treatment of the laminate, and heating in oxygen, which is an A site It consists of a polycrystal having a main phase of a first perovskite type pentavalent metal acid alkali compound in which the main component of the element is K and / or Na and the main component of the B site element is Nb, Sb and / or Ta. And the crystal orientation ceramics in which the specific crystal plane of each crystal grain which comprises this polycrystal body has orientated, and its manufacturing method are indicated.

また、特許文献1を更に改善し、CIP処理を省略し、量産性も考慮した製造方法も特許文献2に開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a manufacturing method that further improves Patent Document 1, omits CIP processing, and considers mass productivity.

一方、特許文献3によれば、板状のチタン酸金属化合物を得る方法として、酸化チタンとA元素(Na,K,Rb,Csからなる群の少なくとも一員の元素)の酸化物、水酸化物もしくは塩と、M元素(Li,Mg,Co,Ni,Zn,Mn(III),Fe(III)からなる群の少なくとも一員の元素)の酸化物、水酸化物、もしくは塩とを、水性媒体中で120〜300℃の反応温度で水熱合成法により調製し、得られた層状チタン酸塩を酸と反応させて板状チタン酸水和物に転換し、さらに板状チタン酸水和物をMg、Ca、Sr、Ba、Pbからなる群の少なくとも一員の酸化物、水酸化物、もしくは塩と加熱下に水性媒体中で反応させる製造方法が開示されている。   On the other hand, according to Patent Document 3, as a method for obtaining a plate-like metal titanate compound, an oxide or hydroxide of titanium oxide and an A element (at least one member of the group consisting of Na, K, Rb, and Cs). Alternatively, a salt and an oxide, hydroxide, or salt of M element (at least one member of the group consisting of Li, Mg, Co, Ni, Zn, Mn (III), and Fe (III)) are used in an aqueous medium. Prepared by hydrothermal synthesis at a reaction temperature of 120 to 300 ° C., and the resulting layered titanate is reacted with an acid to convert it into plate-like titanate hydrate, and further plate-like titanate hydrate Discloses a process for reacting at least one member of the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, and Pb with an oxide, hydroxide, or salt in an aqueous medium under heating.

また非特許文献2、3には、KOHまたはNaOHとNb25との水熱合成と、KOHとNaOHおよびNb25とを含んだ溶液を用い、これに界面活性剤であるSDBSを加えて水熱合成を行う技術とがそれぞれ開示されている。 In Non-Patent Documents 2 and 3, a hydrothermal synthesis of KOH or NaOH and Nb 2 O 5 and a solution containing KOH, NaOH and Nb 2 O 5 were used, and SDBS as a surfactant was added thereto. In addition, a technique for performing hydrothermal synthesis is disclosed.

また、特許文献4には、基板上に複合酸化物の薄膜を形成する際に、結晶核生成と結晶成長の2段階で水熱合成を行う薄膜の製造方法が開示されている。   Patent Document 4 discloses a thin film manufacturing method in which hydrothermal synthesis is performed in two stages of crystal nucleation and crystal growth when a complex oxide thin film is formed on a substrate.

特開2003−12373号公報JP 2003-12373 A 特開2008−74693号公報JP 2008-74693 A 特開2007−22857号公報JP 2007-22857 A 特許第2914286号公報Japanese Patent No. 2914286

Y. Saito, H. Takao, T.Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma, T. Nagaya, and M. Nakamura,"Lead-free piezoceramics", Nature, 432, Nov.4, 84-87 (2004)Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma, T. Nagaya, and M. Nakamura, "Lead-free piezoceramics", Nature, 432, Nov. 4, 84- 87 (2004) I.C.M.S. SANTOS, etal., Studies on the hydrothermal synthesis of niobium oxides, Polyhedron, 2002,Vol.21, pp.2009-2015I.C.M.S.SANTOS, etal., Studies on the hydrothermal synthesis of niobium oxides, Polyhedron, 2002, Vol.21, pp.2009-2015 Fan ZHANG, et al.,Hydrothermal synthesis of (K,Na)NbO3 particles, Japanese Journal ofApplied Physics, 2008, Vol.47, No.9, pp.7685-7688Fan ZHANG, et al., Hydrothermal synthesis of (K, Na) NbO3 particles, Japanese Journal of Applied Physics, 2008, Vol.47, No.9, pp.7685-7688

上記特許文献1、2の技術は、特定の面に配向する板状の結晶をBi化合物を経由して作製しており、その反応には多量のNaCl溶融塩を使用する。そのため、反応後のNaClやBiを反応生成物から取り除くため、多量の水や酸で洗浄する工程が含まれ、板状結晶を得るのに長い工程が必要で、特に洗浄工程で取り除くべき物質が多く製造工程が煩雑であった。   In the techniques of Patent Documents 1 and 2, a plate-like crystal oriented in a specific plane is produced via a Bi compound, and a large amount of NaCl molten salt is used for the reaction. Therefore, in order to remove NaCl and Bi after the reaction from the reaction product, a process of washing with a large amount of water and acid is included, and a long process is required to obtain plate crystals. Many manufacturing processes were complicated.

また、特許文献3の技術は、水熱合成法を用いて板状粉末を製造する方法に関与している。しかしながら、まず層状のチタン酸塩を得た後、酸と反応させて板状チタン酸水和物に転換し、さらに水酸化バリウム中で加熱反応させるという比較的長い工程が必要であった。   Moreover, the technique of patent document 3 is concerned with the method of manufacturing plate-shaped powder using a hydrothermal synthesis method. However, first, a layered titanate was obtained, then reacted with an acid to convert it into a plate-like titanic acid hydrate, and further subjected to a heat reaction in barium hydroxide.

なお、特許文献4には、水熱合成法を2段階に分けて行い、チタン基板の表面に厚さ数μmのチタン酸ジルコン酸鉛の結晶質の薄膜を形成する技術が開示されている。   Patent Document 4 discloses a technique of performing a hydrothermal synthesis method in two stages to form a crystalline thin film of lead zirconate titanate having a thickness of several μm on the surface of a titanium substrate.

また、非特許文献2は、NaOHとNb25、およびKOHとNb25の水熱合成により、比較的穏やかな条件下でNaNbO3またはKNbOを合成できることを示したものである。また、非特許文献3は、KOHとNaOHおよびNb25とを含んだ溶液を用い、これに界面活性剤であるSDBSを加えて水熱合成を行い、立方体または球形状のNaNbO3を合成する技術を開示している。また、板状結晶によるテンプレートの可能性について言及しているが、厚さ100nm、幅1.5μm程度のものでテンプレートとしては小さいものであった。 Non-Patent Document 2 shows that NaNbO 3 or KNbO 3 can be synthesized under relatively mild conditions by hydrothermal synthesis of NaOH and Nb 2 O 5 and KOH and Nb 2 O 5 . Non-Patent Document 3 uses a solution containing KOH, NaOH, and Nb 2 O 5 , adds a surfactant, SDBS, and performs hydrothermal synthesis to synthesize cubic or spherical NaNbO 3 . The technology to do is disclosed. Moreover, although the possibility of the template by a plate-like crystal is mentioned, it was about 100 nm in thickness and about 1.5 μm in width and was small as a template.

以上のように、先行技術文献に記載の技術では洗浄工程が煩雑で時間も掛かり工業的な製造にはまだ不十分であった。また、より粒径の大きい板状結晶を安定的に得ることは考えられていなかった。   As described above, the techniques described in the prior art documents are cumbersome and time consuming, and are still insufficient for industrial production. Further, it has not been considered to stably obtain plate crystals having a larger particle size.

本発明は、上記実情に鑑みて為されたもので、粒径が比較的大きい板状結晶であって、粒径の比較的小さい結晶の混入が少ない板状結晶を安定的に得ることをその目的の一つとする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to stably obtain a plate-like crystal having a relatively large particle size and containing less crystals having a relatively small particle size. One of the purposes.

本発明の一態様に係る異方形状粉末の製造方法は、水酸化アルカリ水溶液に斜方晶系の結晶構造を有する酸化物粉末と、界面活性剤とを添加して水熱合成を行い、種結晶を合成する工程と、当該種結晶と、水酸化アルカリ水溶液に前記種結晶と斜方晶系の結晶構造を有する酸化物粉末と、界面活性剤とを添加して再度の水熱合成を行う工程と、当該再度の水熱合成の反応後に得られる板状結晶を有機溶媒で洗浄する工程と、当該洗浄後の板状結晶の反応生成物を170℃以上700℃以下で焼成する工程と、を有することとしたものである。   A method for producing an anisotropically shaped powder according to one embodiment of the present invention includes hydrothermal synthesis by adding an oxide powder having an orthorhombic crystal structure to an aqueous alkali hydroxide solution and a surfactant, A step of synthesizing the crystal, the seed crystal, an oxide powder having an orthorhombic crystal structure with the seed crystal and an alkali hydroxide aqueous solution, and a surfactant are added to perform hydrothermal synthesis again. A step, a step of washing the plate crystal obtained after the reaction of the hydrothermal synthesis again with an organic solvent, a step of firing the reaction product of the plate crystal after the washing at 170 ° C. or more and 700 ° C. or less, It is supposed to have.

ここで、種結晶を合成する水熱合成の反応温度は150℃以上250℃以下であり、再度の水熱合成の反応温度は、種結晶を合成する水熱合成の反応温度よりも低く、かつ40℃を超え、100℃未満の温度としてもよい。また種結晶を合成する水熱合成の反応時間は2時間以上8時間以下とし、再度の水熱合成の反応時間は、種結晶を合成する水熱合成の反応時間よりも長くしてもよい。   Here, the reaction temperature of hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal is 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, the reaction temperature of hydrothermal synthesis again is lower than the reaction temperature of hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal, and It is good also as temperature exceeding 40 degreeC and less than 100 degreeC. The reaction time of hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal may be 2 hours or more and 8 hours or less, and the reaction time of hydrothermal synthesis again may be longer than the reaction time of hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal.

さらに前記酸化物粉末は、平均粒径が100nm以上、2000nm未満のNb25としてもよい。また、少なくとも種結晶を合成する水熱合成で用いる水酸化カリウム(KOH)と水酸化ナトリウム(NaOH)の水酸化アルカリ水溶液の溶液濃度を4mol/l以上、8mol/l以下としてもよい。 Further, the oxide powder may be Nb 2 O 5 having an average particle diameter of 100 nm or more and less than 2000 nm. Further, the solution concentration of an alkali hydroxide aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) and sodium hydroxide (NaOH) used in at least hydrothermal synthesis for synthesizing seed crystals may be 4 mol / l or more and 8 mol / l or less.

また本発明の一態様に係る異方形状粉末は、上述の製造方法で製造され、長径方向の平均粒子長が8μm以上10μm以下で、かつ長径方向の平均粒子長と厚み方向の平均粒子長の比が2以上20以下であり、板状の結晶の面が(100)面に配向する擬立方晶ペロブスカイト構造を有するものである。   The anisotropic shaped powder according to one embodiment of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, the average particle length in the major axis direction is 8 μm or more and 10 μm or less, and the average particle length in the major axis direction and the average particle length in the thickness direction are It has a pseudo cubic perovskite structure in which the ratio is 2 or more and 20 or less and the plane of the plate-like crystal is oriented in the (100) plane.

本発明によると、工業的な製造に適し、粒径の比較的小さい結晶の混入が少なく、より粒径が大きく均一な板状結晶を安定的に得ることができる。   According to the present invention, it is possible to stably obtain plate-like crystals that are suitable for industrial production, are less mixed with crystals having a relatively small particle size, and have a larger particle size and a uniform size.

本発明の実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the manufacturing method of the anisotropic shaped powder which concerns on embodiment of this invention. 単斜晶系Nbの基本構造と結晶構造を表す模式図である。It is a schematic view showing the basic structure and crystal structure of the monoclinic Nb 2 O 5. 斜方晶Nbの基本構造と結晶構造を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the basic structure and crystal structure of orthorhombic Nb 2 O 5 . 本発明の実施の形態に係る界面活性剤の添加量と板状結晶の平均長径の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between the addition amount of surfactant which concerns on embodiment of this invention, and the average major axis of plate-like crystal. 水熱合成による加熱(反応)温度と残留Nb比の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the heating (reaction) temperature by hydrothermal synthesis, and residual Nb ratio. 4Na4Nb619・9H2Oの推定される構造を表す模式図である。It is a schematic view showing a K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O putative structure. 界面活性剤を使用しない場合のK4Na4Nb619・9H2OのSEM像の例を表す説明図である。Is an explanatory view showing an example of K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O SEM image in the case where no surfactant was used. 界面活性剤を使用した場合のK4Na4Nb619・9H2Oの推定される構造を表す模式図である。It is a schematic view showing the putative structure of K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O in the case of using a surfactant. アルカリ水溶液であるKOH+NaOH溶液のモル濃度と板状結晶の平均長径の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between the molar concentration of KOH + NaOH solution which is alkaline aqueous solution, and the average major axis of a plate-like crystal. 本発明の実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法において、再度の水熱合成を60℃、16時間の加熱と40℃、16時間の加熱をそれぞれ行った結果得られた生成物の例を表す説明図である。Example of product obtained as a result of performing hydrothermal synthesis again at 60 ° C. for 16 hours and at 40 ° C. for 16 hours in the method for producing anisotropic shaped powder according to the embodiment of the present invention. It is explanatory drawing showing. 4Na4Nb619・9H2Oの熱重量分析結果を表す説明図である。It is a diagram of the K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O Thermogravimetric analysis of. 本発明の実施の形態に係る板状結晶を各温度で焼成したときのSEM像の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the SEM image when the plate-shaped crystal which concerns on embodiment of this invention is baked at each temperature. 本発明の実施の形態に係る板状結晶を各温度で焼成したときのX線回折パターンを表す説明図である。It is explanatory drawing showing the X-ray-diffraction pattern when the plate-shaped crystal which concerns on embodiment of this invention is baked at each temperature. 本発明の実施の形態に係る異方形状粉末であって、再度の水熱合成を60℃、10時間の条件で行った場合と、80℃、10時間の条件で行った場合とのSEM像である。SEM image of anisotropic shaped powder according to an embodiment of the present invention when hydrothermal synthesis is performed again at 60 ° C. for 10 hours and at 80 ° C. for 10 hours It is. 本発明の実施の形態に係る板状結晶をシート成形し焼成したときのX線回折パターンの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of an X-ray-diffraction pattern when the plate-shaped crystal which concerns on embodiment of this invention is sheet-molded and baked. 本発明の実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法で使用されるNb25粉末の粒子SEM像とX線回折パターンとを表す説明図である。It is a diagram of a Nb 2 O 5 powder of particle SEM images are used with X-ray diffraction pattern anisotropically shaped powder of the manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法で生成される種結晶のSEM像、並びに再度の水熱合成で得られた反応生成物のSEM像である。It is the SEM image of the seed crystal produced | generated with the manufacturing method of the anisotropic shaped powder which concerns on embodiment of this invention, and the SEM image of the reaction product obtained by the again hydrothermal synthesis. 本発明の実施の形態の一態様に係る異方形状粉末のSEM像である。It is a SEM image of anisotropically shaped powder concerning one mode of an embodiment of the invention. 比較例に係る異方形状粉末のSEM像である。It is a SEM image of anisotropically shaped powder concerning a comparative example. 本発明の一実施例に係る種結晶の粒径の分布を表す説明図である。It is explanatory drawing showing distribution of the particle size of the seed crystal which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る板状結晶の粒径の分布を表す説明図である。It is explanatory drawing showing distribution of the particle size of the plate-shaped crystal which concerns on one Example of this invention. 比較例に係るX線回折パターンの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the X-ray-diffraction pattern which concerns on a comparative example.

本発明の実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法について説明する。なお、この異方形状粉末とは、幅方向や厚さ方向の寸法よりも長手方向の寸法が長い長径(つまり結晶に外接する仮想的な円の直径)を持った扁平状の粒子を指し、ここでは板状結晶と呼ぶこととする。   A method for producing the anisotropic shaped powder according to the embodiment of the present invention will be described. The anisotropically shaped powder refers to flat particles having a major axis having a longer dimension in the longitudinal direction than the dimension in the width direction or the thickness direction (that is, the diameter of a virtual circle circumscribing the crystal), Here, they are called plate crystals.

本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法は、図1に例示するように、種結晶となる板状結晶を合成する過程(S1〜S6)と、当該種結晶を用いて板状結晶を生成する過程(S7〜S12)とを含む。   As illustrated in FIG. 1, the method for producing an anisotropic shaped powder according to the present embodiment includes a process of synthesizing a plate crystal serving as a seed crystal (S 1 to S 6), and a plate crystal using the seed crystal. (S7 to S12).

図1に例示する工程では、まず、水酸化アルカリ水溶液を生成する(S1)。ここに水酸化アルカリ水溶液は、例えば水酸化カリウム(KOH)や、水酸化ナトリウム(NaOH)、またはこれらの双方を予め定めた比率でイオン交換水へ溶解させて得る。なお、KOHとNaOHとの双方を用いるときの上記比率、K/Naの比は0.5以上10以下の範囲としておく。   In the process illustrated in FIG. 1, first, an alkali hydroxide aqueous solution is generated (S1). Here, the alkali hydroxide aqueous solution is obtained by, for example, dissolving potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), or both of these in ion-exchanged water at a predetermined ratio. Note that the above ratio when using both KOH and NaOH, the ratio of K / Na, is in the range of 0.5 to 10.

これは、次のような理由による。すなわち、KとNaとでは反応し易さが異なり、Kに比べてNaの方が後に添加する酸化ニオブ(Nb25)と反応し易い。また、一般にK、Na、Nbを含む非鉛圧電材としてはK0.5Na0.5NbOが知られており、この組成を中心とした組成改良が広く行われている。そこでここでも当該組成系を中心に板状結晶を作製することとするが、このときK/Na比が小さいほど、反応生成物の組成がNaNbO3を中心としたものとなる。一方、このK/Na比が大きいほど、反応生成物の組成がKNbO中心となる。実験の結果、K0.5Na0.5NbO近傍の組成を得るにはK/Naの比が、特に1.5以上3.5以下が好ましいことが分かった。 This is due to the following reason. That is, the reactivity of K and Na is different, and Na is easier to react with niobium oxide (Nb 2 O 5 ) added later than K. In general, K 0.5 Na 0.5 NbO 3 is known as a lead-free piezoelectric material containing K, Na, and Nb, and composition improvements centering on this composition have been widely performed. Therefore, a plate-like crystal is produced centering on the composition system, but the composition of the reaction product is centered on NaNbO 3 as the K / Na ratio is reduced. On the other hand, the larger the K / Na ratio, the more the composition of the reaction product is centered on KNbO 3 . As a result of experiment, it was found that the ratio of K / Na is particularly preferably 1.5 or more and 3.5 or less in order to obtain a composition in the vicinity of K 0.5 Na 0.5 NbO 3 .

また、K/Naが0.5未満の場合には板状結晶にはならないことが分かり、K/Naが0.5以上1未満の範囲でも板状結晶は得られることが分かった。K/Naが0.5以上1.5以下の範囲にある場合、Na量が比較的多いことで、融点を高くできる。後にテンプレートとなる板状結晶に原材料を加えてシート成形し焼成を行うとき、原材料よりもテンプレートの融点が低いと焼結体を得ることが困難となる。通常の圧電体の焼成温度は1200℃以上1300℃以下である。   Further, it was found that when K / Na is less than 0.5, no plate-like crystal is formed, and it is found that plate-like crystals can be obtained even when K / Na is in the range of 0.5 to less than 1. When K / Na is in the range of 0.5 to 1.5, the melting point can be increased because the amount of Na is relatively large. When a raw material is added to a plate-like crystal to be a template later to form a sheet and fired, it is difficult to obtain a sintered body if the melting point of the template is lower than that of the raw material. The firing temperature of a normal piezoelectric body is 1200 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.

さらに、電極などの融点を考えると900℃以上1000℃以下程度の低温度焼成が有利である。このようにそれぞれの材料の焼成温度に見合った焼成条件の観点も含め、K/Na比を設定する。本実施の形態では、K/Naの比を0.5以上10以下の範囲としている。   Furthermore, considering the melting point of the electrode or the like, low temperature firing at about 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less is advantageous. In this manner, the K / Na ratio is set including the viewpoint of the firing conditions corresponding to the firing temperature of each material. In the present embodiment, the ratio of K / Na is in the range of 0.5 to 10.

また、このK0.5Na0.5NbO近傍の組成を得るときの水酸化アルカリ水溶液(ここではKOH+NaOH溶液)の溶液濃度(モル濃度)はKOH+NaOH溶液のモル濃度(溶液濃度)が、4mol/l以上8mol/l以下とすることが好ましい。溶液濃度が4mol/lのとき長径方向(長手方向)の粒子長が平均12μm程度の板状結晶が得られるようになる。しかし、溶液濃度が4mol/lより濃度が低くなると、例えば酸化ニオブ(Nb25)との反応の効率が極端に悪くなり、板状結晶の生成が鈍る。そして溶液濃度が2mol/lになると反応が起こらず粉砕した状態となることが実験により確認された。 The solution concentration (molar concentration) of the alkali hydroxide aqueous solution (here KOH + NaOH solution) when obtaining a composition in the vicinity of K 0.5 Na 0.5 NbO 3 is 4 mol of the KOH + NaOH solution. / L or more and 8 mol / l or less is preferable. When the solution concentration is 4 mol / l, a plate-like crystal having an average particle length in the major axis direction (longitudinal direction) of about 12 μm can be obtained. However, when the concentration of the solution is lower than 4 mol / l, for example, the efficiency of reaction with niobium oxide (Nb 2 O 5 ) is extremely deteriorated, and the formation of plate crystals is slowed down. It was confirmed by experiments that when the solution concentration reached 2 mol / l, the reaction did not occur and the powder was crushed.

一方、溶液濃度が上記範囲で高くなるほど反応は良く進み、結晶粒径は小さくなる傾向にある。また溶液濃度が高くなると、洗浄すべき余剰アルカリ成分が多くなり、洗浄に使う有機溶媒が多量に必要となって、後の作業負担やコストの増大に繋がる。このことからKOH+NaOH溶液のモル濃度の範囲は4mol/l以上6mol/l以下がより好ましい。なお溶液濃度が8mol/lを超えると反応が進みすぎて、板状結晶の生成が鈍り、10mol/lでは粉砕した状態となることが分かった。   On the other hand, the higher the solution concentration is in the above range, the better the reaction proceeds and the crystal grain size tends to decrease. Further, when the solution concentration is increased, the excess alkali component to be cleaned increases, and a large amount of organic solvent is required for cleaning, which leads to an increase in subsequent work load and cost. For this reason, the molar concentration range of the KOH + NaOH solution is more preferably 4 mol / l or more and 6 mol / l or less. It was found that the reaction proceeded too much when the solution concentration exceeded 8 mol / l, and the formation of plate crystals was dull, and the crushed state was reached at 10 mol / l.

溶液濃度が上記範囲の外にあるとき、結晶が粉砕された状態となる理由は、下記に示すように酸化物粉末の結晶構造が関与していると考えられる。即ち、溶液濃度が低すぎるとNb25との反応が起こらず、隣接する結晶同士の結合が起きないため板状にはならない。また、溶液濃度が高すぎると、反応が進み過ぎて結晶同士の結合部が概ね切断されてしまい、その結果ぼろぼろの粉砕した状態の反応生成物になってしまう。以上より、溶液濃度の限界上限は8mol/lであり、好適な上限は6mol/lであり、KOH+NaOH溶液のモル濃度は、4mol/l以上、8mol/l以下(より好適には6mol/l以下)とする。尚、この溶液濃度はK/Naの比とは関わりがない。 The reason why the crystals are in a crushed state when the solution concentration is outside the above range is considered to be related to the crystal structure of the oxide powder as shown below. That is, when the solution concentration is too low, reaction with Nb 2 O 5 does not occur, and bonding between adjacent crystals does not occur, so that the plate does not have a plate shape. On the other hand, if the solution concentration is too high, the reaction proceeds so much that the bonded portion between the crystals is roughly cut, resulting in a crushed reaction product. From the above, the upper limit of the solution concentration is 8 mol / l, the preferred upper limit is 6 mol / l, and the molar concentration of the KOH + NaOH solution is 4 mol / l or more and 8 mol / l or less (more preferably 6 mol / l or less). ). This solution concentration is not related to the ratio of K / Na.

次に、上述のようにして生成した水酸化アルカリ水溶液(ここではKOH+NaOH溶液)に、酸化物粉末を入れて攪拌し、混合する(S2)。ここで酸化物粉末は、斜方晶系の結晶構造を有するものを用いる。例えば平均粒径(結晶の外接円の直径の算術平均値)が100nm以上、2000nm未満(0.1μm以上、2μm未満)のNb25、TiO、Ta25などとする。この粉末の粒径は小さい方が反応性が良好であるが、100nm未満では凝集し易く粒径調整が難しくなるため量産性のある市販の粉砕機が使えなくなると言う問題がある。また、2000nm以上では、板状結晶ができ難くなると言う問題がある。 Next, the oxide powder is put into the aqueous alkali hydroxide solution (here, KOH + NaOH solution) generated as described above, and the mixture is stirred and mixed (S2). Here, oxide powder having an orthorhombic crystal structure is used. For example, Nb 2 O 5 , TiO 2 , Ta 2 O 5 or the like having an average particle diameter (arithmetic average value of the diameter of the circumscribed circle of the crystal) of 100 nm or more and less than 2000 nm (0.1 μm or more and less than 2 μm) is used. The smaller the particle size of this powder, the better the reactivity. However, if the particle size is less than 100 nm, it tends to agglomerate and it becomes difficult to adjust the particle size, so that there is a problem that a commercially available grinder with mass productivity cannot be used. Further, when the thickness is 2000 nm or more, there is a problem that it is difficult to form a plate-like crystal.

ここでNb25等の酸化物粉末の結晶構造は、斜方晶系であることが好ましい。酸素欠陥がない斜方晶系であれば、酸素欠陥のある単斜晶系に比べて板状結晶ができ易くなるためである。これは、次のような理由によるものと考える。例えばNbには前記のように単斜晶系と斜方晶系の2種類の結晶系が知られている。単斜晶系Nbを図2に示す。単斜晶系では正八面体の頂点に酸素、その中心にNbが配置されているNbO基本構造が、その頂点同士を共有する形で繋がって全体の結晶構造を形成している。このため実際の化学式はNbではなくNb25−δと酸素が少し不足している。この単斜晶系Nb25−δとアルカリ成分が反応して下記するK4Na4Nb619・9H2Oの結晶構造を生成する際、まず頂点同士を共有している部分の結合が切断され反応が進行すると考えられる。その結果、斜方晶系に比べ、生成した粒子に形状異方性が見られないこととなる。 Here, the crystal structure of the oxide powder such as Nb 2 O 5 is preferably orthorhombic. This is because an orthorhombic system having no oxygen defects is more likely to form a plate-like crystal than a monoclinic system having oxygen defects. This is considered to be due to the following reasons. For example, two types of crystal systems, known as monoclinic and orthorhombic, are known for Nb 2 O 5 as described above. Monoclinic Nb 2 O 5 is shown in FIG. In the monoclinic system, an NbO 6 basic structure in which oxygen is arranged at the apex of the regular octahedron and Nb is arranged at the center thereof is connected in such a manner that the apexes are shared to form the entire crystal structure. Therefore the actual chemical formula Nb 2 O in 5 without Nb 2 O 5-[delta] and oxygen is insufficient little. When this monoclinic Nb 2 O 5-δ reacts with an alkali component to produce the crystal structure of K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O described below, It is considered that the bond is broken and the reaction proceeds. As a result, compared to the orthorhombic system, the formed particles have no shape anisotropy.

一方、図3に示した斜方晶Nbは上記正八面体のNbO基本構造と、同じく頂点に酸素、中心にNbが配置される正十面体のNbO基本構造の、2種類の組み合わせで結晶構造を形成している。すると図3からも分かるように、この構造は頂点だけでなく平面内でその辺も共有している部分があり、頂点のみの共有に比べて、辺を共有している部分は結合強度が強いと考えられる。したがって頂点のみ共有している層間で結合が切れやすく、このことが原因で反応生成物が異方性形状、即ち板状形状を形成しやすいと考えられる。このような効果は斜方晶系のTiOやTa25を用いた場合でも同様である。 On the other hand, the orthorhombic Nb 2 O 5 shown in FIG. 3 has two types of structures: the octahedral NbO 6 basic structure and the icosahedral NbO 7 basic structure in which oxygen is arranged at the apex and Nb is arranged at the center. A crystal structure is formed in combination. Then, as can be seen from FIG. 3, this structure has not only vertices but also a part that shares the side in the plane, and the part that shares the side has a stronger coupling strength than the share of only the vertex. it is conceivable that. Therefore, it is considered that the bond is easily cut between the layers sharing only the apex, and this is considered to cause the reaction product to easily form an anisotropic shape, that is, a plate shape. Such an effect is the same even when orthorhombic TiO 2 or Ta 2 O 5 is used.

水酸化アルカリ水溶液(ここではKOH+NaOH溶液)に対する酸化物粉末(ここではNb25)の使用量は、例えばK/Naの比が1.5の場合、1wt%以上15wt%以下程度とするのが好ましい。1wt%未満では反応生成物の生産効率が悪く、15wt%を超えると反応しきれず未反応分が残留し効率的でないことが実験から確認されたためである。生産効率の観点から、より好ましくは、水酸化アルカリ水溶液(ここではKOH+NaOH溶液)に対する酸化物粉末(ここではNb25)の使用量を、例えばK/Naの比が1.5の場合、2wt%以上10wt%以下とする。なお、この反応を決定づけるのは水酸化物イオンなので、K/Naの比に関わらず、例えばK/Naの比が3.5の場合でも同じく2wt%以上10wt%以下とする。 For example, when the K / Na ratio is 1.5, the amount of oxide powder (Nb 2 O 5 ) used relative to the alkali hydroxide aqueous solution (here, KOH + NaOH solution) is about 1 wt% or more and 15 wt% or less. Is preferred. This is because the production efficiency of the reaction product is poor when the amount is less than 1 wt%, and when the amount exceeds 15 wt%, the reaction cannot be completed and unreacted components remain, which is not efficient. From the viewpoint of production efficiency, more preferably, the amount of the oxide powder (Nb 2 O 5 here) used relative to the aqueous alkali hydroxide solution (here, KOH + NaOH solution), for example, when the ratio of K / Na is 1.5, 2 wt% or more and 10 wt% or less. In addition, since it is a hydroxide ion that determines this reaction, regardless of the ratio of K / Na, for example, even when the ratio of K / Na is 3.5, it is set to 2 wt% or more and 10 wt% or less.

さらに、ここにSDBS(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)等の界面活性剤を添加する(S3)。この界面活性剤としてSDBSを用い、酸化物粉末としてNb25を用いる場合、SDBSの添加量は、図4に例示するように、反応生成物の粒径(生成物の外接円の直径)に影響することが知られている。図4は、Shan Bai, et. al., "Influence of Hydrothermal Conditions on size of template particles for textured ceramics", JJAP, Vol.50 (2011), 01BE17 に示された、SDBS添加量と反応生成物の粒径及び厚さとの関係を表す説明図である。 Further, a surfactant such as SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate) is added here (S3). When SDBS is used as the surfactant and Nb 2 O 5 is used as the oxide powder, the amount of SDBS added is, as illustrated in FIG. 4, the particle size of the reaction product (diameter of circumscribed circle of the product) Is known to affect. Fig. 4 shows the amount of SDBS added and the reaction products shown in Shan Bai, et. Al., "Influence of Hydrothermal Conditions on size of template particles for textured ceramics", JJAP, Vol. 50 (2011), 01BE17. It is explanatory drawing showing the relationship between a particle size and thickness.

本実施形態では、厚さに対する粒径の好適な比をこの図4を参照して見出し、当該好適な比を得るため、Nb25に対して0.1wt%以上5wt%以下の範囲とする。0.1wt%未満では反応後の反応生成物の粒径(生成物の外接円の直径)が大きくなり板状結晶となり難い。また5wt%を超えると板状結晶が細かくなり過ぎる。実験によると、より好適なSDBSの添加量は、Nb25に対して、0.5wt%以上3wt%以下であった。実施に際しては、例えば、1.5wt%とすればよい。 In the present embodiment, a suitable ratio of the particle diameter to the thickness is found with reference to FIG. 4, and in order to obtain the suitable ratio, a range of 0.1 wt% to 5 wt% with respect to Nb 2 O 5 To do. If it is less than 0.1 wt%, the particle size of the reaction product after reaction (diameter of the circumscribed circle of the product) becomes large and it is difficult to form a plate crystal. On the other hand, if it exceeds 5 wt%, the plate crystals become too fine. According to the experiment, the more preferable addition amount of SDBS was 0.5 wt% or more and 3 wt% or less with respect to Nb 2 O 5 . At the time of implementation, for example, it may be 1.5 wt%.

界面活性剤を添加して得られた混合溶液を、テフロン(登録商標)ライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封し、予め設定した温度で、予め定めた時間だけ加熱し、水熱合成を行う(S4)。この加熱温度は、150℃以上250℃以下の間とする。150℃未満では反応が不完全となる。また250℃を限度とするのは、テフロンライニングしたオートクレーブの耐熱性に配慮したものである。望ましくは150℃以上200℃以下である。処理S4での加熱時間は2時間以上8時間以下の程度である。2時間より短いと反応が不十分となる。また反応の進行程度は対数関数的に変化し、初期においては反応が著しいが、時間が経過するほど反応は落ち着いてしまい、時間を長くしても変化が少ないので加熱時間は、2時間を下限として、上限は特に設けず、生産性を考慮して設定すれば良い。例えば加熱温度は150℃とし、加熱時間は4時間とする。   The mixed solution obtained by adding the surfactant is placed in an autoclave container lined with Teflon (registered trademark) and sealed, and heated at a preset temperature for a preset time to perform hydrothermal synthesis (S4). . The heating temperature is between 150 ° C. and 250 ° C. Below 150 ° C, the reaction is incomplete. The limit of 250 ° C. is in consideration of the heat resistance of the Teflon-lined autoclave. Desirably, it is 150 degreeC or more and 200 degrees C or less. The heating time in the process S4 is about 2 hours to 8 hours. If it is shorter than 2 hours, the reaction becomes insufficient. In addition, the progress of the reaction changes logarithmically, and the reaction is remarkable in the initial stage. However, the reaction settles down as time passes, and even if the time is extended, the change is small, so the heating time is lower than 2 hours. The upper limit is not particularly set and may be set in consideration of productivity. For example, the heating temperature is 150 ° C. and the heating time is 4 hours.

ここで水熱合成時の温度について述べる。図5は水熱合成による加熱(反応)温度と残留Nb比の関係を示す説明図である。縦軸の残留Nb比は、加熱温度毎にX線回析による回析強度について2θが約28°(f4)に対する、約10°(f1)、約11°(f2)及び約15°(f3)の比f4/(f1+f2+f3)の値で求めている。図5に示した実験例から理解されるように、加熱温度を高くすることで残留Nb量を減らすことができ、150℃以上で4%以下にでき、180℃前後で極小となる。残留Nbは、K、Naとの未反応分を示しており、この未反応分が多過ぎると、後のシート成形段階でシート原材料にK、Naを加えて、焼成時に当該未反応分のNbを反応させて無くす必要がでてくる場合がある。このように残留Nbは、結局余分な成分となるので、水熱合成の段階で減らしておくことが望ましく、減らすことによりシート成形時の成分調整を容易にできる。   Here, the temperature during hydrothermal synthesis will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the heating (reaction) temperature by hydrothermal synthesis and the residual Nb ratio. The residual Nb ratio on the vertical axis is about 10 ° (f1), about 11 ° (f2) and about 15 ° (f3) with respect to the diffraction intensity by X-ray diffraction at each heating temperature, with 2θ being about 28 ° (f4). ) Ratio f4 / (f1 + f2 + f3). As can be understood from the experimental example shown in FIG. 5, the amount of residual Nb can be reduced by raising the heating temperature, can be reduced from 150 ° C. to 4%, and is minimal at around 180 ° C. Residual Nb indicates an unreacted content with K and Na. If this unreacted content is too large, K and Na are added to the sheet raw material in the subsequent sheet forming stage, and the unreacted Nb at the time of firing. May need to be eliminated by reacting. Thus, since the residual Nb becomes an extra component after all, it is desirable to reduce it at the stage of hydrothermal synthesis, and the adjustment of the component at the time of sheet forming can be facilitated by the reduction.

さて、この段階で界面活性剤を使用していない場合には、まずK4Na4Nb619・9H2O(以下、「446」と呼ぶ)の微粒子が生成される。この446結晶の構造は、図6に示すように2層の酸素八面体層12の両面を、それぞれ1層の結晶水層11で挟み込んだ構造となる。この結晶構造のために、446結晶粉末は結晶水の面方向の成長速度が結晶水の面に平行な方向より若干遅くなり図7に示すSEM写真のように扁平な球状(碁石状)の粉末に成長する。 If no surfactant is used at this stage, fine particles of K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O (hereinafter referred to as “446”) are first generated. The structure of the 446 crystal is a structure in which both sides of the two oxygen octahedron layers 12 are sandwiched by one crystal water layer 11 as shown in FIG. Due to this crystal structure, the 446 crystal powder has a slightly slower growth rate in the crystal water plane direction than the direction parallel to the crystal water plane, and is a flat spherical (meteorite) powder as shown in the SEM photograph shown in FIG. To grow.

しかしながら、この扁平な球状粉末では、直径対厚みの比が、配向セラミックス作製に必要な値になっていない。なお、合成温度を200℃より高くしたり、合成時間を8時間より長くすると、ポテンシャルの高い446粉末は徐々に消えて合成反応がさらに進み、最も安定なペロブスカイト構造の(K,Na)NbO3(以下「112」と呼ぶ)微粒子に変化する。この112結晶はペロブスカイト強誘電体であり、自発分極を持つので、帯電しており、凝集しやすい性質を有する。112粒子が凝集して数百ナノメートル以上の結晶に成長すると、結晶面の表面エネルギーの差が大きいので、結局立方体となってしまうほか、凝集により大きな粒子となってしまうため、配向させるには不向きな粒子形状となるのである。 However, in this flat spherical powder, the ratio of diameter to thickness is not a value necessary for producing oriented ceramics. When the synthesis temperature is higher than 200 ° C. or the synthesis time is longer than 8 hours, the high-potential 446 powder gradually disappears and the synthesis reaction further proceeds, and the (K, Na) NbO 3 having the most stable perovskite structure. It changes to fine particles (hereinafter referred to as “112”). This 112 crystal is a perovskite ferroelectric, and has spontaneous polarization, so that it is charged and has a property of being easily aggregated. When 112 particles agglomerate and grow to a crystal of several hundred nanometers or more, the difference in surface energy of the crystal plane is large, so that eventually it becomes a cube and also becomes a large particle due to aggregation. This is an unsuitable particle shape.

一方、界面活性剤が使用されている場合も、まず446結晶ができあがる。しかしながら図8に示すように界面活性剤(陰イオン系、陽イオン系、非イオン系、両性系を含む)13が446結晶粒子の結晶水層11または酸素八面体層12に付着し、これらの面を覆ってしまうため、これらの面に対する結晶成長に必要な成分の接触を、界面活性剤13が阻害する。このため446結晶の結晶水面11方向の成長速度が、界面活性剤を使用しない場合よりも強く抑えられ、界面活性剤を使用しない場合に比べ、より薄い板状の結晶の形成が促される。また、界面活性剤は、446結晶同士を分散させる役割も果たしている。   On the other hand, when a surfactant is used, first, 446 crystals are formed. However, as shown in FIG. 8, surfactants (including anionic, cationic, nonionic, and amphoteric) 13 are attached to crystal water layer 11 or oxygen octahedron layer 12 of 446 crystal particles. Since the surfaces are covered, the surfactant 13 inhibits contact of components necessary for crystal growth on these surfaces. Therefore, the growth rate of the 446 crystal in the direction of the crystal water surface 11 is suppressed more strongly than when no surfactant is used, and the formation of a thinner plate-like crystal is promoted as compared with the case where no surfactant is used. The surfactant also plays a role of dispersing 446 crystals.

さらに図8に概要を例示したように、界面活性剤13が446粒子の結晶水層11または酸素八面体層12に付着していることにより、446結晶のポテンシャルが低下し、合成温度を200℃よりも高くしたり、合成時間を8時間以上に長くしたりしても446粒子が大きく成長していくだけで、ペロブスカイト構造には変化しない。このために界面活性剤の種類、使用量、合成温度、合成時間の調整によっても、形成される446粒子の大きさや径に対する厚さの比を制御することができ、例えばニオブ酸カリウムナトリウム系の高性能な非鉛圧電配向セラミックス作製に適した板状テンプレートである板状結晶を作製できる。例えば150℃、4時間で、大きいものでは直径約4μm、厚み約250nm(径厚比16対1)の板状結晶が作製される。   Furthermore, as illustrated schematically in FIG. 8, the surfactant 13 is attached to the crystallization water layer 11 or the oxygen octahedron layer 12 of 446 particles, so that the potential of the 446 crystal is lowered and the synthesis temperature is set to 200 ° C. Even if it is made higher or the synthesis time is increased to 8 hours or more, only 446 particles grow large, and the perovskite structure does not change. For this reason, the ratio of the thickness to the size and diameter of the formed 446 particles can also be controlled by adjusting the type, amount used, synthesis temperature, and synthesis time of the surfactant, for example, potassium sodium niobate type A plate-like crystal which is a plate-like template suitable for producing high-performance lead-free piezoelectric oriented ceramics can be produced. For example, a plate-like crystal having a diameter of about 4 μm and a thickness of about 250 nm (diameter / thickness ratio of 16: 1) is produced at 150 ° C. for 4 hours.

それぞれのモル濃度で得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、アルカリ水溶液であるKOH+NaOH溶液のモル濃度と板状結晶の平均長径の関係は、図9に示す結果となった。即ち、KOH+NaOH溶液のモル濃度を4mol/l以上8mol/l以下とすることにより平均長径3μm以上12μm以下の板状結晶が得られることが分かった。   When SEM images of the reaction products obtained at the respective molar concentrations were observed, the relationship between the molar concentration of the KOH + NaOH solution, which is an alkaline aqueous solution, and the average major axis of the plate crystals was as shown in FIG. That is, it was found that plate crystals having an average major axis of 3 μm or more and 12 μm or less can be obtained by setting the molar concentration of the KOH + NaOH solution to 4 mol / l or more and 8 mol / l or less.

なお、界面活性剤として、上の例ではSDBSを用いることとしたが、上記結晶水層または酸素八面体層に付着して結晶面と反応生成物質の接触を阻害する効果のある界面活性剤であればよく、これに代えて、陰イオン性界面活性剤として、SH(ヘキサメタ燐酸ナトリウム)のほか、SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)、LIDS(ドデシルスルホン酸リチウム)、HDBS(ドデシルベンゼンスルホン酸)等を用いてもよい。また、陽イオン性界面活性剤として、CTAC(塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム)、DTAC(塩化ドデシルトリメチルアンモニウム)、DDAC(塩化ジドデシルジメチルアンモニウム)、DODAC(塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム)等を用いても良い。さらに、非イオン性界面活性剤として、PEG(ポリエチレングリコール)のほか、PVA(ポリビニルアルコール)、PA(ポリアクリルアミド)、AGE(アルキルモノグリセリルエーテル)等を用いてもよい。また、両性界面活性剤として、LDAB(ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン)、ADAO(アルキルジメチルアミンオキシド)、ACB(アルキルカルボキシベタイン)等を用いても構わない。   As the surfactant, SDBS is used in the above example, but it is a surfactant that adheres to the crystal water layer or the oxygen octahedron layer and has an effect of inhibiting the contact between the crystal surface and the reaction product. Instead of this, as an anionic surfactant, in addition to SH (sodium hexametaphosphate), SDS (sodium dodecyl sulfate), LIDS (lithium dodecyl sulfonate), HDBS (dodecylbenzene sulfonic acid), etc. It may be used. Further, as a cationic surfactant, CTAC (hexadecyltrimethylammonium chloride), DTAC (dodecyltrimethylammonium chloride), DDAC (didodecyldimethylammonium chloride), DODAC (dioctadecyldimethylammonium chloride) or the like may be used. . In addition to PEG (polyethylene glycol), PVA (polyvinyl alcohol), PA (polyacrylamide), AGE (alkyl monoglyceryl ether), and the like may be used as the nonionic surfactant. In addition, LAB (lauryl dimethylaminoacetic acid betaine), ADAO (alkyl dimethylamine oxide), ACB (alkyl carboxy betaine), or the like may be used as the amphoteric surfactant.

その後冷却し、冷却後に容器を開けて、反応生成物である種結晶を取り出す(S5)。この種結晶には、種々の大きさの板状結晶が含まれる。その後、この種結晶を濾過し、反応生成物である種結晶からアルカリ分を除去するため、エタノールやメタノール等の有機溶媒で中性になるまで洗浄してもよい(S6)。このとき、純水を使った洗浄の場合、反応生成物の一部が水に溶けて懸濁液状となることが分かった。そこで本実施の形態では、アルカリ成分の洗浄が可能でかつ、反応生成物の一部を溶解させない洗浄液を用いる。取扱いの容易さや入手性の面を考慮しエタノールやメタノール等の有機溶媒が好ましく、さらにコストを考慮すればメタノールとすることが好ましい。なお、工程S6は、必ずしも行わなくてもよい。   Thereafter, the system is cooled, and after cooling, the container is opened, and the seed crystal as a reaction product is taken out (S5). This seed crystal includes plate crystals of various sizes. Thereafter, this seed crystal is filtered and washed with an organic solvent such as ethanol or methanol until neutrality is removed from the seed crystal as a reaction product (S6). At this time, it was found that in the case of washing with pure water, a part of the reaction product was dissolved in water to form a suspension. Therefore, in the present embodiment, a cleaning solution that can clean the alkali component and does not dissolve a part of the reaction product is used. In view of ease of handling and availability, an organic solvent such as ethanol or methanol is preferable, and methanol is preferable in consideration of cost. Note that step S6 is not necessarily performed.

続いて、ここで得た種結晶を用いて、当該種結晶をほぼ均一に成長させて、比較的大きい板状結晶を生成する過程(S7〜S12)を行う。ここでもまず、水酸化アルカリ水溶液を生成する(S7)。ここに水酸化アルカリ水溶液は、工程S1におけるものと同じものとする。そして、工程S7で生成した水酸化アルカリ水溶液(ここではKOH+NaOH溶液)に、Nb25等の酸化物粉末と、工程S6までに生成された種結晶とを入れて攪拌し、混合する(S8)。ここでも酸化物粉末は、工程S2で用いるものと同じものとし、斜方晶系の結晶構造を有するものとする。 Subsequently, using the seed crystal obtained here, the seed crystal is grown almost uniformly to generate a relatively large plate crystal (S7 to S12). Also here, first, an alkali hydroxide aqueous solution is generated (S7). Here, the aqueous alkali hydroxide solution is the same as that in step S1. Then, the oxide powder such as Nb 2 O 5 and the seed crystal generated up to step S6 are added to the alkali hydroxide aqueous solution (here, KOH + NaOH solution) generated in step S7, and stirred and mixed (S8). ). Here again, the oxide powder is the same as that used in step S2 and has an orthorhombic crystal structure.

また、使用する種結晶粉末は全粉末に対して50wt%以下、特に20wt%以上40wt%以下とする。   The seed crystal powder to be used is 50 wt% or less, particularly 20 wt% or more and 40 wt% or less with respect to the total powder.

さらに、工程S3におけると同様、ここにSDBS(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)等の界面活性剤を添加する(S9)。この界面活性剤としてSDBSを用い、酸化物粉末としてNb25を用いる場合、SDBSの添加量は、図4を参照して、Nb25に対して0.1wt%以上5wt%以下の範囲とする。 Further, as in step S3, a surfactant such as SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate) is added here (S9). When SDBS is used as the surfactant and Nb 2 O 5 is used as the oxide powder, the amount of SDBS added is 0.1 wt% or more and 5 wt% or less with respect to Nb 2 O 5 with reference to FIG. Range.

界面活性剤を添加して得られた混合溶液を、テフロン(登録商標)ライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封し、予め設定した温度で、予め定めた時間だけ加熱し、水熱合成を行う(S10)。これは種結晶を生成する工程S4と同様であるが、加熱温度が異なる。なお、ここでは狭義の水熱合成よりも低い加熱温度での合成であっても、水熱合成と呼ぶこととする。すなわちこの工程S10での加熱温度は、種結晶を生成する工程S4における温度よりは低く、40℃よりは高い温度とする。   The mixed solution obtained by adding the surfactant is placed in an autoclave container lined with Teflon (registered trademark) and sealed, and heated at a preset temperature for a preset time to perform hydrothermal synthesis (S10). . This is the same as step S4 in which the seed crystal is generated, but the heating temperature is different. Here, even a synthesis at a heating temperature lower than that in the narrowly defined hydrothermal synthesis is referred to as a hydrothermal synthesis. That is, the heating temperature in this step S10 is set lower than the temperature in step S4 for generating the seed crystal and higher than 40 ° C.

これは、図10に60℃、16時間の加熱(実施例4)と40℃、16時間の加熱(比較例2)をそれぞれ行った例を示すように、40℃では種結晶が成長しないためである。また、100℃より高い温度では、種結晶ではなく、工程S8で新たに添加した酸化物粉末同士の反応が促進され、結果として長径方向の成長は止まり、厚み方向への成長に変わる温度であると考えられる。そして加熱時間は種結晶を生成する工程S4における時間より長くすればするほど成長するが、16時間以上としても約12μm以上には及ばない。生産効率も考えると24時間以下とすべきである。具体的に、加熱温度を50℃以上100℃以下、加熱時間を1時間以上6時間以下、より好ましくは60℃以上80℃以下で2時間以上4時間以下とする。実験的に、この温度範囲が種結晶の成長により好適であったためである。   This is because the seed crystal does not grow at 40 ° C. as shown in FIG. 10 in which heating is performed at 60 ° C. for 16 hours (Example 4) and heating at 40 ° C. for 16 hours (Comparative Example 2). It is. Further, at a temperature higher than 100 ° C., the reaction is not a seed crystal but a reaction between the oxide powders newly added in step S8, and as a result, the growth in the major axis direction stops and the temperature changes to the growth in the thickness direction. it is conceivable that. The heating time grows as the time is longer than the time in the step S4 of generating the seed crystal, but even if it is 16 hours or more, it does not reach about 12 μm or more. Considering production efficiency, it should be 24 hours or less. Specifically, the heating temperature is 50 ° C. or more and 100 ° C. or less, the heating time is 1 hour or more and 6 hours or less, more preferably 60 ° C. or more and 80 ° C. or less and 2 hours or more and 4 hours or less. Experimentally, this temperature range is more suitable for seed crystal growth.

その後冷却し、冷却後に容器を開けて、反応生成物を濾過して取り出し、当該反応生成物からアルカリ分を除去するため、エタノールやメタノール等の有機溶媒で中性になるまで洗浄する(S11)。このとき、純水を使った洗浄の場合、反応生成物の一部が水に溶けて懸濁液状となることがあるので、アルカリ成分の洗浄が可能でかつ、反応生成物の一部を溶解させない洗浄液を用いる。取扱いの容易さや入手性の面を考慮しエタノールやメタノール等の有機溶媒が好ましく、さらにコストを考慮すればメタノールとすることが好ましい。   After cooling, the container is opened after cooling, and the reaction product is filtered out and washed with an organic solvent such as ethanol or methanol until neutrality is removed from the reaction product (S11). . At this time, in the case of washing with pure water, a part of the reaction product may be dissolved in water to form a suspension, so that the alkaline component can be washed and a part of the reaction product is dissolved. Use non-cleaning solution. In view of ease of handling and availability, an organic solvent such as ethanol or methanol is preferable, and methanol is preferable in consideration of cost.

次に、洗浄が完了した後、反応生成物を70℃以上200℃以下の程度で乾燥もしくは室温で自然乾燥させ(S12)、さらに当該反応生成物を170℃以上700℃以下で焼成する(S13)。なお、工程S13において乾燥工程を兼ねることとして、工程S12を省いてもよい。この工程S13の焼成により結晶中に存在する結晶水の脱水を行い板状結晶を得る。焼成雰囲気は特に限定しないが、先の乾燥工程と兼ねて大気中で行ってもよい。図11に工程S11で得られた板状結晶の熱重量分析結果を示す。図11において上段は熱重量分析を示し縦軸に質量比、横軸に温度をとり、加熱による質量比の変化を示している。ここで温度170℃まで加熱すると重量変化が認められるが、これは、この温度で結晶中から結晶水が脱離したものと考えられる。この結果から焼成温度は170℃以上としなければ結晶水を脱水する効果がないと言える。また、図11の下段は示差熱分析結果を示す。この図11下段のグラフより、170℃で吸熱作用がみられ、300℃〜350℃では結晶構造の変化があったとみられる。   Next, after the washing is completed, the reaction product is dried at a temperature of 70 ° C. to 200 ° C. or naturally dried at room temperature (S12), and further the reaction product is baked at 170 ° C. to 700 ° C. (S13). ). Note that step S12 may be omitted as it also serves as a drying step in step S13. By calcination in this step S13, the crystal water present in the crystals is dehydrated to obtain plate crystals. Although the firing atmosphere is not particularly limited, it may be performed in the air in combination with the previous drying step. FIG. 11 shows the results of thermogravimetric analysis of the plate crystals obtained in step S11. In FIG. 11, the upper part shows thermogravimetric analysis, the vertical axis represents the mass ratio, the horizontal axis represents the temperature, and the change in the mass ratio due to heating is shown. Here, when heated to a temperature of 170 ° C., a change in weight is observed, which is considered to be due to elimination of crystal water from the crystal at this temperature. From this result, it can be said that there is no effect of dehydrating crystal water unless the firing temperature is 170 ° C. or higher. Moreover, the lower part of FIG. 11 shows a differential thermal analysis result. From the graph in the lower part of FIG. 11, an endothermic effect is observed at 170 ° C., and it is considered that there is a change in crystal structure at 300 ° C. to 350 ° C.

図12に工程S13で得られた板状結晶を250℃、450℃、600℃で1.5時間焼成し脱水した後のSEM像を示す。いずれの温度でも板状の形状を維持していることが分かる。また、この例の板状結晶のX線回折パターンを図13に示す。図13によると、焼成温度が450℃、600℃のものは、2θが22°付近及び、32°付近でピークを示しており、ペロブスカイト構造になっていることが分かる。尚、焼成温度が700℃を超えると板状結晶にクラックが入り、粒子同士が焼結して板状の形状ではなくなる場合があることが確認された。そこで、焼成温度は好ましくは350℃以上、700℃以下、特に450℃以上600℃以下がより好ましい。   FIG. 12 shows an SEM image after the plate crystals obtained in step S13 were baked at 250 ° C., 450 ° C., and 600 ° C. for 1.5 hours and dehydrated. It can be seen that the plate-like shape is maintained at any temperature. The X-ray diffraction pattern of the plate crystal of this example is shown in FIG. According to FIG. 13, when the firing temperatures are 450 ° C. and 600 ° C., 2θ shows peaks at around 22 ° and around 32 °, and it can be seen that a perovskite structure is formed. It has been confirmed that when the firing temperature exceeds 700 ° C., cracks occur in the plate-like crystals, and the particles may sinter and lose their plate-like shape. Therefore, the firing temperature is preferably 350 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and more preferably 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

図14に、再度の水熱合成を60℃、10時間の条件で行った場合(実施例1、(a))と、80℃、10時間の条件で行った場合(実施例2、(b))のSEM像を示す。図14に示すように、結晶は六角形状をなし、その長径(最長の対角線の距離)はいずれも約10μmを超えない。実験によると、長径が10μmを超えたところで結晶の成長が止まり、いずれも長径約10μm程度の大きさに揃うことがわかった。本実施の形態では、このように略同じ大きさに結晶が揃うことで、シート成形に適した材料とすることができる。   In FIG. 14, when hydrothermal synthesis is performed again at 60 ° C. for 10 hours (Example 1, (a)) and when performed at 80 ° C. for 10 hours (Example 2, (b) The SEM image of)) is shown. As shown in FIG. 14, the crystal has a hexagonal shape, and the major axis (longest diagonal distance) does not exceed about 10 μm. According to experiments, it was found that the growth of crystals stopped when the major axis exceeded 10 μm, and all of them had a major axis of about 10 μm. In the present embodiment, when the crystals are arranged in substantially the same size as described above, a material suitable for sheet molding can be obtained.

次に、得られた板状結晶をシート成形し、このシートを10層重ねて積層体とした後CIP(Cold Isostatic Pressing:冷間静水圧)成形し、その後950℃で焼成したときのX線回折パターンを図15に示す。この図15に示されるように、この積層体は、擬立方晶ペロブスカイト構造で(100)面やその二次反射である(200)面のピーク強度が強いことが観測された。   Next, the obtained plate-like crystal is formed into a sheet, and 10 sheets of this sheet are stacked to form a laminate, then formed into CIP (Cold Isostatic Pressing), and then baked at 950 ° C. The diffraction pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 15, it was observed that this laminate had a pseudo cubic perovskite structure and a strong peak intensity on the (100) plane and the (200) plane that was the secondary reflection.

このように、本実施の形態では、長径方向の平均粒子長が少なくとも8μm以上、望ましくは10μm以上あり、且つ長径方向の粒子長の平均(長径方向の平均粒子長、ここで平均は算術平均でよい)と厚み方向の平均粒子長の平均(厚み方向の平均粒子長)との比が2以上20以下であり、擬立方晶ペロブスカイト構造の板状の結晶からなり、当該板状の結晶の主面(面積が比較的大きい表裏面、以下、結晶面という)が(100)面に配向する異方形状粉末(板状結晶)を得ることが出来る。   Thus, in the present embodiment, the average particle length in the major axis direction is at least 8 μm or more, preferably 10 μm or more, and the average particle length in the major axis direction (average particle length in the major axis direction, where the average is an arithmetic average) The average particle length in the thickness direction (average particle length in the thickness direction) is 2 or more and 20 or less, and is composed of a plate-like crystal having a pseudo cubic perovskite structure. An anisotropically shaped powder (plate crystal) having a plane (front and back surfaces having a relatively large area, hereinafter referred to as a crystal plane) oriented in the (100) plane can be obtained.

さらに、本実施の形態の製造方法で得られた、特定の結晶面に配向する板状結晶をニオブ酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の反応原料と混合して組成調整した後、上記と同様にシート状に成形し、当該シートを積層して積層体となし、当該積層体を焼成する。この焼成によって得られるセラミックス焼結体は結晶配向があり、高いキュリー温度で高い圧電定数特性を有する圧電セラミックスとなる。このときの焼結は、900℃から1300℃の温度で、2時間から10時間だけ行うこととすればよい。   Further, after adjusting the composition obtained by mixing the plate-like crystal oriented in a specific crystal plane obtained by the manufacturing method of the present embodiment with a reaction raw material such as potassium niobate, barium titanate, strontium titanate, etc. In the same manner as above, the sheet is formed into a sheet, and the sheets are laminated to form a laminate, and the laminate is fired. The ceramic sintered body obtained by this firing has crystal orientation and becomes a piezoelectric ceramic having high piezoelectric constant characteristics at a high Curie temperature. Sintering at this time may be performed at a temperature of 900 ° C. to 1300 ° C. for only 2 hours to 10 hours.

次に、本実施の形態の異方形状粉末の製造方法により異方形状粉末を作製する場合の実施例、及びそれに対する比較例について説明する。各条件をまとめると、次の[表1]乃至[表4]に示すものとなる。このうち、[表1],[表2]は種結晶の合成工程に係る条件(一つの表が長いので分割している)、[表3],[表4]は板状結晶の生成工程に係る条件である(こちらも一つの表が長いので分割している)。   Next, an example in the case of producing an anisotropic shaped powder by the method for producing an anisotropic shaped powder of the present embodiment and a comparative example for the same will be described. The conditions are summarized as shown in the following [Table 1] to [Table 4]. Among these, [Table 1] and [Table 2] are conditions relating to the seed crystal synthesis process (one table is divided because it is long), and [Table 3] and [Table 4] are plate crystal production processes. (This is also divided because one table is long).

Figure 2012232862
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(実施例1)
本実施の形態の異方形状粉末の製造方法により異方形状粉末を作製する場合の実施例について説明する。まず、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。
Example 1
An example in the case of producing an anisotropically shaped powder by the method for producing an anisotropically shaped powder of the present embodiment will be described. First, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を1.87gを秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。尚、ここで用いたNb25粉末の粒子SEM像(加速電圧5kV、15000倍)とX線回折パターンを図16(a),(b)に示している。 Next, 1.87 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred. Here, Nb 2 O 5 powder of particle SEM images using FIG 16 (acceleration voltage 5 kV, 15000 times) and X-ray diffraction pattern (a), showing the (b).

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。150℃で4時間だけ加熱する。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は2.24gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄し、洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥、種結晶となる粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 150 ° C. for only 4 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 2.24g. The reaction product was washed several times with ethanol. After the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and a powder that became seed crystals was taken out.

次に再度の水熱合成を行うためにアルカリ溶液を用意する。KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   Next, an alkaline solution is prepared in order to perform hydrothermal synthesis again. KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

そして平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.94g(67wt%)と先の水熱合成で得られた種結晶としての反応生成物0.46g(33wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Then, 0.94 g (67 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and 0.46 g (33 wt%) of the reaction product as a seed crystal obtained by the previous hydrothermal synthesis. Is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。60℃で10時間だけ加熱した。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は1.7gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heated at 60 ° C. for only 10 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 1.7g. The reaction product was washed several times with ethanol and dried, and the powder was taken out.

図17(a)は、種結晶を生成するための水熱合成で得られた反応生成物(種結晶)の走査型電子顕微鏡(SEM)像(SEM:日立製作所製、加速電圧:8kV、倍率:3000倍)を示したものである。このSEM像から、得られた粉末は、長径(板状の面内で最も長い方向の長さ)が1〜6μm、厚みが0.1〜0.8μmで、平均が長径5μm、厚さ0.5μm(500nm)となっていることが観察された。また、図20はこの種結晶の粒径の分布を示したものである。粒径ごとに当該粒径の結晶の体積が全体の体積に対して占める割合を体積頻度とすると、種結晶では、体積頻度で3%以上にある粒子径は、2μmから8μmの範囲にあり、ピーク(粒径別に、最も体積が大きい粒径)は5μmであることが分かる。   FIG. 17A shows a scanning electron microscope (SEM) image (SEM: manufactured by Hitachi, accelerating voltage: 8 kV, magnification) of a reaction product (seed crystal) obtained by hydrothermal synthesis for generating a seed crystal. : 3000 times). From this SEM image, the obtained powder had a major axis (length in the longest direction in the plate-like plane) of 1 to 6 μm, a thickness of 0.1 to 0.8 μm, an average of 5 μm of major axis, and a thickness of 0 It was observed to be 5 μm (500 nm). FIG. 20 shows the particle size distribution of this seed crystal. When the ratio of the volume of the crystal of the particle diameter to the total volume is the volume frequency for each particle diameter, the seed crystal has a particle diameter of 3% or more in the volume frequency in the range of 2 μm to 8 μm, It can be seen that the peak (particle size with the largest volume for each particle size) is 5 μm.

図17(b)は、再度の水熱合成で得られた反応生成物の走査型電子顕微鏡(SEM)像(SEM:日立製作所製、加速電圧:20kV、倍率:3500倍)を示したものである。SEM像から、得られた粉末は、長径が5〜12μm、厚みが0.5〜1μmで、平均長径10μm、平均厚さ0.7μm(700nm)となっていることが観察された。尚、粉末は小さく崩れたものがなく一様に均整がとれた成長をしており、形状はほぼ六角形状のものが多く、その幅も長径に近いものであった。また、図21はこの板状結晶の粒径の分布を示す。これによると、粒径ごとに当該粒径の結晶の体積が全体の体積に対して占める割合を体積頻度とすると、再度の水熱合成後には、体積頻度で3%以上にある粒子径は、5μmから11μmの範囲にあり、ピーク(粒径別に、最も体積が大きい粒径)は10μmである。   FIG. 17B shows a scanning electron microscope (SEM) image (SEM: manufactured by Hitachi, accelerating voltage: 20 kV, magnification: 3500 times) of the reaction product obtained by the second hydrothermal synthesis. is there. From the SEM image, it was observed that the obtained powder had a major axis of 5 to 12 μm, a thickness of 0.5 to 1 μm, an average major axis of 10 μm, and an average thickness of 0.7 μm (700 nm). In addition, the powder did not collapse small and grew uniformly, and the shape was mostly hexagonal and the width was close to the major axis. FIG. 21 shows the particle size distribution of the plate crystals. According to this, if the ratio of the volume of the crystal of the particle size to the total volume for each particle size is the volume frequency, the particle size at 3% or more by volume frequency after the second hydrothermal synthesis is It is in the range of 5 μm to 11 μm, and the peak (particle size with the largest volume for each particle size) is 10 μm.

また、得られた板状結晶を450℃で焼成し脱水した後、シート成形し10層積層化した。さらにCIP成形して950℃で焼成した。このときのX線回折パターンは図13に示した通りであり、擬立方晶ペロブスカイト構造で(100)やその二次反射の(200)のピーク強度が強いことが確認された。以上により、(100)面の結晶面が配向する異方形状粉末が得られたことがわかった。   Further, the obtained plate-like crystal was baked at 450 ° C. and dehydrated, and then formed into a sheet and laminated into 10 layers. Further, CIP molding was performed and firing was performed at 950 ° C. The X-ray diffraction pattern at this time is as shown in FIG. 13, and it was confirmed that the peak intensity of (100) and its secondary reflection (200) is strong in the pseudo cubic perovskite structure. From the above, it was found that an anisotropically shaped powder in which the (100) crystal plane was oriented was obtained.

(実施例2)
次に、実施例1と同様の条件であるが、再度の水熱合成における反応温度を80℃とした実施例2について説明する。この例でも、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。
(Example 2)
Next, Example 2 under the same conditions as in Example 1 except that the reaction temperature in the second hydrothermal synthesis is 80 ° C. will be described. Also in this example, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を1.87gを秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Next, 1.87 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。150℃で4時間だけ加熱する。冷却後、容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応生成物の量は2.24gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させる。そして種結晶である粉末を取り出す。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 150 ° C. for only 4 hours. After cooling, the container is opened and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 2.24 g. After washing the reaction product several times with ethanol, the reaction product is dried in air at 80 ° C. And the powder which is a seed crystal is taken out.

次に再度の水熱合成を行うためにアルカリ溶液を用意する。KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.94g(67wt%)と種結晶を生成する水熱合成から得られた、種結晶としての反応生成物0.46g(33wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBS(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)を加えて攪拌する。 Next, an alkaline solution is prepared in order to perform hydrothermal synthesis again. KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water. Next, 0.94 g (67 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and a reaction product 0 as a seed crystal obtained from hydrothermal synthesis to produce a seed crystal .46 g (33 wt%) is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate) is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。80℃で10時間だけ加熱する。冷却後、容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応生成物の量は1.7gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出す。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 80 ° C. for only 10 hours. After cooling, the container is opened and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 1.7 g. The reaction product is washed several times with ethanol, dried and the powder is removed.

次に洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、その後、反応生成物を450℃で焼成した。   Next, after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and then the reaction product was calcined at 450 ° C.

図18は、この結果得られた反応生成物の走査型電子顕微鏡(SEM)像(SEM:日立製作所製、加速電圧:8kV、倍率:3000倍)を示したものである。SEM像から、得られた粉末は、長径が5〜10μm、厚みが0.5〜1μmで、平均長径8μm、平均厚さ0.7μm(700nm)となっていることが観察された。   FIG. 18 shows a scanning electron microscope (SEM) image (SEM: manufactured by Hitachi, accelerating voltage: 8 kV, magnification: 3000 times) of the reaction product obtained as a result. From the SEM image, it was observed that the obtained powder had a major axis of 5 to 10 μm, a thickness of 0.5 to 1 μm, an average major axis of 8 μm, and an average thickness of 0.7 μm (700 nm).

(比較例1)
次に、上記実施例1の種結晶を用いて再度の水熱合成における反応温度を100℃とした比較例について説明する。
(Comparative Example 1)
Next, a comparative example in which the reaction temperature in the second hydrothermal synthesis is set to 100 ° C. using the seed crystal of Example 1 will be described.

この例でもKOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   Also in this example, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を1.87gを秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Next, 1.87 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。150℃で4時間だけ加熱する。冷却後、容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応生成物の量は2.24gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、種結晶としての粉末を取り出す。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 150 ° C. for only 4 hours. After cooling, the container is opened and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 2.24 g. After washing the reaction product with ethanol several times, the reaction product is dried in air at 80 ° C., and the powder as a seed crystal is taken out.

次に再度の水熱合成を行うためにアルカリ溶液を用意する。KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。そして平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.94g(67wt%)と種結晶を生成する水熱合成から得られた種結晶である反応生成物0.46g(33wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Next, an alkaline solution is prepared in order to perform hydrothermal synthesis again. KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water. Then, 0.94 g (67 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and 0.46 g of a reaction product, which is a seed crystal obtained from hydrothermal synthesis to produce a seed crystal ( 33 wt%) is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。100℃で4時間以上加熱する。冷却後、容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応生成物の量は1.7gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出す。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 100 ° C. for 4 hours or more. After cooling, the container is opened and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 1.7 g. The reaction product is washed several times with ethanol, dried and the powder is removed.

図19は、得られた反応生成物の走査型電子顕微鏡(SEM)像(SEM:日立製作所製、加速電圧:7kV、倍率:5000倍)を示したものである。このSEM像から、得られた粉末は、長径が1〜5μm、厚みが1〜3μmで、平均長径4μm、平均厚さ2μmとなっていた。これにより反応温度が100℃となると長手方向の成長が止まり、反応時間を長くしても長径は成長せず、厚み方向のみに成長することが分かった。この結果、比較例は各実施例より厚く、板状ではなくなっており、シート成形には適さない状態であることが観察された   FIG. 19 shows a scanning electron microscope (SEM) image (SEM: manufactured by Hitachi, accelerating voltage: 7 kV, magnification: 5000 times) of the obtained reaction product. From this SEM image, the obtained powder had a major axis of 1 to 5 μm, a thickness of 1 to 3 μm, an average major axis of 4 μm, and an average thickness of 2 μm. As a result, it was found that when the reaction temperature reached 100 ° C., the growth in the longitudinal direction stopped, and even when the reaction time was increased, the major axis did not grow and grew only in the thickness direction. As a result, it was observed that the comparative example was thicker than each of the examples, was no longer plate-like, and was not suitable for sheet molding.

(実施例3)
次に、再度の水熱合成における反応時間を長くした例について説明する。
(Example 3)
Next, an example in which the reaction time in the second hydrothermal synthesis is increased will be described.

まず、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=6mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   First, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 6 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.8gを秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Next, 0.8 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。150℃で4時間だけ加熱する。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.96gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄し、洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、種結晶となる粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 150 ° C. for only 4 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.96g. The reaction product was washed several times with ethanol, and after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and a powder serving as a seed crystal was taken out.

得られた種結晶について上記と同様にSEM像を観察したところ、得られた粉末は、長径が1〜6μm、厚みが0.2〜0.5μmで、平均が長径4μm、厚さ0.2μm(200nm)となっていることが観察された。   When the SEM image of the obtained seed crystal was observed in the same manner as described above, the obtained powder had a major axis of 1 to 6 μm, a thickness of 0.2 to 0.5 μm, an average of a major axis of 4 μm, and a thickness of 0.2 μm. (200 nm) was observed.

次に再度の水熱合成を行うためにアルカリ溶液を用意する。KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   Next, an alkaline solution is prepared in order to perform hydrothermal synthesis again. KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

そして平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.53g(70wt%)と先の水熱合成で得られた種結晶としての反応生成物0.16g(30wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Then, 0.53 g (70 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and 0.16 g (30 wt%) of a reaction product as a seed crystal obtained by the previous hydrothermal synthesis Is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。80℃で16時間だけ加熱した。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.8gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heated at 80 ° C. for only 16 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.8g. The reaction product was washed several times with ethanol and dried, and the powder was taken out.

次に洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、その後、反応生成物を450℃で焼成した。   Next, after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and then the reaction product was calcined at 450 ° C.

得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、得られた粉末は、長径が5〜10μm、厚みが0.3〜0.6μmで、平均長径8μm、平均厚さ0.5μm(500nm)となっていることが観察された。   When the SEM image of the obtained reaction product was observed, the obtained powder had a major axis of 5 to 10 μm, a thickness of 0.3 to 0.6 μm, an average major axis of 8 μm, and an average thickness of 0.5 μm (500 nm). It was observed that

(実施例4)
上記実施例3と同様の方法で合成した種結晶を用いて、別の条件で再度の水熱合成を行った例について次に説明する。
Example 4
Next, an example in which hydrothermal synthesis is performed again under different conditions using a seed crystal synthesized by the same method as in Example 3 will be described.

KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合したアルカリ溶液を用い、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   An alkaline solution in which KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5 is used and weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

そして平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.53g(70wt%)と先の水熱合成で得られた種結晶としての反応生成物0.16g(30wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Then, 0.53 g (70 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and 0.16 g (30 wt%) of a reaction product as a seed crystal obtained by the previous hydrothermal synthesis Is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。60℃で16時間だけ加熱した。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.8gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heated at 60 ° C. for only 16 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.8g. The reaction product was washed several times with ethanol and dried, and the powder was taken out.

次に洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、その後、反応生成物を450℃で焼成した。   Next, after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and then the reaction product was calcined at 450 ° C.

再度の水熱合成で得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、得られた粉末は、長径が5〜10μm、厚みが0.3〜0.5μmで、平均長径8μm、平均厚さ0.4μm(400nm)となっていることが観察された。   When the SEM image was observed about the reaction product obtained by hydrothermal synthesis again, the obtained powder had a major axis of 5 to 10 μm, a thickness of 0.3 to 0.5 μm, an average major axis of 8 μm, and an average thickness. It was observed to be 0.4 μm (400 nm).

(比較例2)
上記実施例3と同様の方法で合成した種結晶を用いて、また別の条件で再度の水熱合成を行った例について次に説明する。
(Comparative Example 2)
Next, an example in which hydrothermal synthesis is performed again under another condition using a seed crystal synthesized by the same method as in Example 3 will be described.

再度の水熱合成を行うためのアルカリ溶液として、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   As an alkaline solution for performing hydrothermal synthesis again, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

そして平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.53g(70wt%)と先の水熱合成で得られた種結晶としての反応生成物0.16g(30wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Then, 0.53 g (70 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure and 0.16 g (30 wt%) of a reaction product as a seed crystal obtained by the previous hydrothermal synthesis Is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。40℃で16時間だけ加熱した。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.8gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heated at 40 ° C. for only 16 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.8g. The reaction product was washed several times with ethanol and dried, and the powder was taken out.

再度の水熱合成で得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、得られた粉末は粉砕状態となっており測定不能であった。つまり板状結晶を得ることは出来なかった。   When an SEM image of the reaction product obtained by the second hydrothermal synthesis was observed, the obtained powder was in a pulverized state and could not be measured. In other words, plate crystals could not be obtained.

(比較例3)
上記実施例3と同様の方法で合成した種結晶を用いて、さらに別の条件で再度の水熱合成を行った例について次に説明する。
(Comparative Example 3)
Next, an example in which hydrothermal synthesis is performed again under different conditions using a seed crystal synthesized by the same method as in Example 3 will be described.

再度の水熱合成を行うためのアルカリ溶液として、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=4mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   As an alkaline solution for performing hydrothermal synthesis again, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 4 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

そして平均粒径2000nmで単斜晶の構造を有するNb25粉末を0.53g(70wt%)と先の水熱合成で得られた種結晶としての反応生成物0.16g(30wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Then, 0.53 g (70 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 2000 nm and a monoclinic structure and 0.16 g (30 wt%) of a reaction product as a seed crystal obtained by the previous hydrothermal synthesis Is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。80℃で16時間だけ加熱した。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.8gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heated at 80 ° C. for only 16 hours. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.8g. The reaction product was washed several times with ethanol and dried, and the powder was taken out.

再度の水熱合成で得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、得られた粉末は成長しておらず板状結晶を得ることは出来なかった。   When an SEM image of the reaction product obtained by hydrothermal synthesis again was observed, the obtained powder was not grown and a plate-like crystal could not be obtained.

また、上記Nb25粉末を96時間ボールミルで粉砕して平均粒径500nmの粉末となした。この粉末粒子のX線回折パターンをとったところ結晶構造は単斜晶のままであった。この粉砕したNb25粉末を用いて上記と同様の製造工程で反応生成物を得た。この反応生成物のSEM像をみたところ板状結晶はできていなかった。 The Nb 2 O 5 powder was pulverized with a ball mill for 96 hours to obtain a powder having an average particle diameter of 500 nm. When the X-ray diffraction pattern of the powder particles was taken, the crystal structure remained monoclinic. Using this pulverized Nb 2 O 5 powder, a reaction product was obtained in the same production process as described above. When an SEM image of this reaction product was observed, plate crystals were not formed.

以上の例より、斜方晶系の結晶構造を有する酸化物粉末を用いることで板状結晶が得られることが分かった。   From the above examples, it was found that a plate-like crystal can be obtained by using an oxide powder having an orthorhombic crystal structure.

(実施例5)
次に、種結晶を製造する過程においてKOH+NaOH溶液のモル濃度を変えた例を説明する。
(Example 5)
Next, an example in which the molar concentration of the KOH + NaOH solution is changed in the process of manufacturing the seed crystal will be described.

まず、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH溶液のモル濃度がそれぞれ2mol/l、4mol/l、6mol/l、8mol/l、10mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させた例を作製する。   First, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, and weighed so that the molar concentrations of the KOH + NaOH solution are 2 mol / l, 4 mol / l, 6 mol / l, 8 mol / l and 10 mol / l, respectively. Then, an example of dissolving in ion-exchanged water is prepared.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末0.8gを秤量し、先に作製した各KOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 Next, 0.8 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of each KOH + NaOH solution prepared earlier. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。170℃で4時間だけ加熱する。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応物の量はそれぞれ0.95gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄し、洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、種結晶となる粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 170 ° C. for 4 hours. Then, it is cooled, the container is opened after cooling, and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 0.95 g, respectively. The reaction product was washed several times with ethanol, and after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and a powder serving as a seed crystal was taken out.

それぞれのモル濃度で得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、アルカリ水溶液であるKOH+NaOH溶液のモル濃度と板状結晶の平均長径の関係は、図9に示す結果となった。即ち、KOH+NaOH溶液のモル濃度を4mol/l以上8mol/l以下とすることにより平均長径3μm〜12μmの板状結晶が得られることが分かった。また、4mol/lと8mol/lに臨界点があり、4mol/l未満あるいは、8mol/lを超えると板状結晶が得られにくいことが分かった。なお、KOH+NaOH溶液のモル濃度が4mol/l未満あるいは、8mol/lを超えている範囲では、板状結晶がほとんど観察できないため、平均長径が算出できず、このグラフに表すことができなかった。   When SEM images of the reaction products obtained at the respective molar concentrations were observed, the relationship between the molar concentration of the KOH + NaOH solution, which is an alkaline aqueous solution, and the average major axis of the plate crystals was as shown in FIG. That is, it was found that plate crystals having an average major axis of 3 μm to 12 μm can be obtained by setting the molar concentration of the KOH + NaOH solution to 4 mol / l or more and 8 mol / l or less. Further, it was found that there is a critical point at 4 mol / l and 8 mol / l, and that it is difficult to obtain a plate-like crystal if it is less than 4 mol / l or exceeds 8 mol / l. In the range where the molar concentration of the KOH + NaOH solution was less than 4 mol / l or more than 8 mol / l, plate crystals could hardly be observed, so the average major axis could not be calculated and could not be represented in this graph.

以上の結果より、少なくとも種結晶を合成する水熱合成においては、水酸化アルカリ水溶液の溶液濃度を4mol/l以上、8mol/l以下とすることが好ましいことが分かった。   From the above results, it was found that the solution concentration of the aqueous alkali hydroxide solution is preferably 4 mol / l or more and 8 mol / l or less in at least hydrothermal synthesis for synthesizing seed crystals.

次に、上記実施例のうちモル濃度が6mol/lの場合の種結晶を用いて下記に示す再度の水熱合成を行った。   Next, the second hydrothermal synthesis shown below was performed using the seed crystal in the case where the molar concentration was 6 mol / l.

アルカリ溶液は、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=6mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.53g(70wt%)と種結晶を生成する水熱合成から得られた、種結晶としての反応生成物0.16g(30wt%)を秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加える。また、さらにNb25粉末に対して1.5wt%の界面活性剤SDBSを加えて攪拌する。 In the alkaline solution, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 6 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water. Next, a reaction product 0 as a seed crystal obtained from hydrothermal synthesis in which 0.53 g (70 wt%) of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure was formed as a seed crystal. .16 g (30 wt%) is weighed and added into 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution. Further, 1.5 wt% surfactant SDBS is added to the Nb 2 O 5 powder and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。90℃で16時間だけ加熱する。冷却後、容器を開け、反応生成物を取り出す。ここで得られた反応生成物の量は0.7gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄して乾燥し、粉末を取り出す。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at 90 ° C. for 16 hours. After cooling, the container is opened and the reaction product is taken out. The amount of the reaction product obtained here was 0.7 g. The reaction product is washed several times with ethanol, dried and the powder is removed.

次に洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、その後、反応生成物を450℃で焼成した。   Next, after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and then the reaction product was calcined at 450 ° C.

得られた反応生成物についてSEM像を観察したところ、得られた粉末は、長径が5〜12μm、厚みが0.5〜0.8μmで、平均長径10μm、平均厚さ0.6μm(600nm)となっていることが観察された。   When the SEM image of the obtained reaction product was observed, the obtained powder had a major axis of 5 to 12 μm, a thickness of 0.5 to 0.8 μm, an average major axis of 10 μm, and an average thickness of 0.6 μm (600 nm). It was observed that

(比較例4)
実施例3におけるのと同様の条件で粉末を製造するが、界面活性剤SDBSを添加しない例を比較例4として説明する。
(Comparative Example 4)
An example in which the powder is produced under the same conditions as in Example 3 but no surfactant SDBS is added will be described as Comparative Example 4.

すなわち、KOHとNaOHをK/Na=1.5の割合で混合し、KOH+NaOH=6mol/lとなるように秤量した後に、イオン交換水へ溶解させる。   That is, KOH and NaOH are mixed at a ratio of K / Na = 1.5, weighed so that KOH + NaOH = 6 mol / l, and then dissolved in ion-exchanged water.

次に、平均粒径200nmで斜方晶の構造を有するNb25粉末を0.8gを秤量し、先に作製したKOH+NaOH溶液15ml中へ加えて攪拌する。 Next, 0.8 g of Nb 2 O 5 powder having an average particle diameter of 200 nm and an orthorhombic structure is weighed and added to 15 ml of the previously prepared KOH + NaOH solution and stirred.

こうして得られた混合溶液を、テフロンライニングしたオートクレーブ容器に入れ密封する。約150℃で予め定めた時間だけ加熱する。その後冷却し、冷却後に容器を開け、反応生成物を取り出すと、ここで得られた反応生成物の量は0.96gであった。反応生成物をエタノールで数回洗浄し、洗浄が完了した後、反応生成物を80℃の空気中で乾燥させ、種結晶となる粉末を取り出した。   The mixed solution thus obtained is sealed in a Teflon-lined autoclave container. Heat at about 150 ° C. for a predetermined time. Then, it cooled, the container was opened after cooling, and when the reaction product was taken out, the quantity of the reaction product obtained here was 0.96g. The reaction product was washed several times with ethanol, and after the washing was completed, the reaction product was dried in air at 80 ° C., and a powder serving as a seed crystal was taken out.

図22(a)に、種結晶を合成する水熱合成における加熱時間をそれぞれ2時間、4時間、16時間、24時間として得られた粉末のX線回折パターンを示す。図22(a)によると、2時間加熱時、及び4時間加熱時に得られた粉末についてのX線回折パターンは、図22(b)にレファレンスパターンとして示したK4Na4Nb619・9H2OのX線回折パターンと一致する部分が多くあり、主たる成分は、K4Na4Nb619・9H2Oと推察されるが、16時間を超えるときには、X線回折パターンが図22(b)の例と大きく異なっており、作製された粉末の主たる成分が、K4Na4Nb619・9H2Oとは異なるものとなったと推測される。 FIG. 22 (a) shows X-ray diffraction patterns of powders obtained by setting the heating time in hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal to 2 hours, 4 hours, 16 hours, and 24 hours, respectively. According to FIG. 22 (a), the X-ray diffraction pattern of the powder obtained at the time of heating for 2 hours and at the time of heating for 4 hours is K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · shown as the reference pattern in FIG. 22 (b). There are many portions that match the X-ray diffraction pattern of 9H 2 O, and the main component is assumed to be K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O. However, when it exceeds 16 hours, the X-ray diffraction pattern is This is largely different from the example of 22 (b), and it is presumed that the main component of the produced powder was different from that of K 4 Na 4 Nb 6 O 19 · 9H 2 O.

さらに、それらのSEM像を参照すると、16時間加熱して得られた粉末では、ペロブスカイト構造となっており、板状の結晶は認められない。また、4時間加熱して得た粉末のSEM像は、図7に示したものだが、実施例1の図17(a)で例示した結晶と比べて、丸みを帯び、結晶配向セラミックスを得にくい構造となっている。
以上の結果より、界面活性剤を添加することにより板状結晶が得られ易くなることが分かる。
Furthermore, referring to those SEM images, the powder obtained by heating for 16 hours has a perovskite structure, and no plate-like crystals are observed. Moreover, although the SEM image of the powder obtained by heating for 4 hours is shown in FIG. 7, it is rounder than the crystal illustrated in FIG. It has a structure.
From the above results, it can be seen that plate crystals are easily obtained by adding a surfactant.

Claims (6)

水酸化アルカリ水溶液に斜方晶系の結晶構造を有する酸化物粉末と、界面活性剤とを添加して水熱合成を行い、種結晶を合成する工程と、
当該種結晶と、水酸化アルカリ水溶液に前記種結晶と斜方晶系の結晶構造を有する酸化物粉末と、界面活性剤とを添加して再度の水熱合成を行う工程と、
当該再度の水熱合成の反応後に得られる板状結晶を有機溶媒で洗浄する工程と、
当該洗浄後の板状結晶の反応生成物を170℃以上700℃以下で焼成する工程と、
を有することを特徴とする異方形状粉末の製造方法。
Adding an oxide powder having an orthorhombic crystal structure to an aqueous alkali hydroxide solution and a surfactant to perform hydrothermal synthesis to synthesize a seed crystal;
Adding the seed crystal, the oxide powder having an orthorhombic crystal structure to the aqueous alkali hydroxide solution, and a surfactant, and performing hydrothermal synthesis again;
Washing the plate crystal obtained after the reaction of the hydrothermal synthesis again with an organic solvent;
Baking the reaction product of the plate crystal after the washing at 170 ° C. or higher and 700 ° C. or lower;
A method for producing an anisotropically shaped powder characterized by comprising:
請求項1記載の製造方法であって、種結晶を合成する水熱合成の反応温度は150℃以上250℃以下であり、再度の水熱合成の反応温度は、種結晶を合成する水熱合成の反応温度よりも低く、かつ40℃を超え、100℃未満であることを特徴とする異方形状粉末の製造方法。   2. The production method according to claim 1, wherein a reaction temperature of hydrothermal synthesis for synthesizing a seed crystal is 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, and a reaction temperature of hydrothermal synthesis again is hydrothermal synthesis for synthesizing a seed crystal. The method for producing an anisotropically shaped powder, characterized in that the temperature is lower than the reaction temperature of, and exceeds 40 ° C and less than 100 ° C. 請求項1または2記載の製造方法であって、種結晶を合成する水熱合成の反応時間は2時間以上8時間以下とし、再度の水熱合成の反応時間は、種結晶を合成する水熱合成の反応時間よりも長くすることを特徴とする異方形状粉末の製造方法。   3. The production method according to claim 1, wherein the reaction time of hydrothermal synthesis for synthesizing the seed crystal is 2 hours or more and 8 hours or less, and the reaction time of hydrothermal synthesis again is hydrothermal for synthesizing the seed crystal. A method for producing an anisotropically shaped powder characterized in that the reaction time is longer than the synthesis reaction time. 請求項1から3のいずれか一項に記載の製造方法であって、前記酸化物粉末は、平均粒径が100nm以上、2000nm未満のNb25であることを特徴とする異方形状粉末の製造方法。 4. The method according to claim 1, wherein the oxide powder is Nb 2 O 5 having an average particle diameter of 100 nm or more and less than 2000 nm. Manufacturing method. 請求項1から4のいずれか一項に記載の製造方法であって、少なくとも種結晶を合成する水熱合成で用いる水酸化カリウム(KOH)と水酸化ナトリウム(NaOH)の水酸化アルカリ水溶液の溶液濃度を4mol/l以上、8mol/l以下としたことを特徴とする異方形状粉末の製造方法。   5. The production method according to claim 1, wherein a solution of an alkali hydroxide aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) and sodium hydroxide (NaOH) used in hydrothermal synthesis for synthesizing at least a seed crystal. A method for producing an anisotropically shaped powder, characterized in that the concentration is 4 mol / l or more and 8 mol / l or less. 請求項1から5のいずれか一項に記載の製造方法を用いて製造される異方形状粉末であって、
長径方向の平均粒子長が8μm以上10μm以下で、かつ長径方向の平均粒子長と厚み方向の平均粒子長の比が2以上20以下であり、板状の結晶の面が(100)面に配向する擬立方晶ペロブスカイト構造を有する異方形状粉末。
An anisotropic shaped powder produced using the production method according to any one of claims 1 to 5,
The average particle length in the major axis direction is 8 μm or more and 10 μm or less, and the ratio of the average particle length in the major axis direction to the average particle length in the thickness direction is 2 or more and 20 or less, and the plane of the plate-like crystal is oriented in the (100) plane An anisotropically shaped powder having a pseudo cubic perovskite structure.
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