JP2015113244A - 誘電体セラミックス、誘電体セラミックスの製造方法およびセラミック電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
2.上記1.の誘電体セラミックスを製造する方法であって、
Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子を含む組成物を焼成する工程を含む、誘電体セラミックスの製造方法;
3.前記Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子は、バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)が6.0:14.0〜6.0:16.5の範囲内である原料を用いたフラックス法によって合成される、上記2.の誘電体セラミックスの製造方法;
4.前記Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子が板状である、上記2.または3.の誘電体セラミックスの製造方法;
5.バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)が6.0:14.0〜6.0:16.5の範囲内である原料を用いたフラックス法によって合成する工程を含む、Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子の製造方法;
6.上記1.の誘電体セラミックスまたは上記2.〜4.のいずれかの製造方法により得られる誘電体セラミックスを含む、セラミック電子部品。
本発明の誘電体セラミックスは、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする結晶配向セラミックス(ペロブスカイト型化合物)である。「主成分とする」の用語の定義は上述の通りであって、製造上含まれてしまう不純成分が誘電体セラミックス中に微量含まれていても良い。不純成分としては、アルミニウム、カルシウム、ニオブ、鉄、鉛などの金属由来成分、ガラス成分および炭化水素系の有機成分などが挙げられる。
本発明は、上記のような{111}面の配向度(F)が極めて高いチタン酸バリウムを主成分とする誘電体セラミックスの製造方法もまた提供する。本発明の製造方法は、Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子を前駆体(テンプレート粒子)として用いることを特徴とする。なお、本明細書中、「Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子」を単に「前駆体粒子」と称することもある。なお、「Ba11Ti28O66.5の組成を有する」とは、当該粒子についてXRD解析(測定条件は、実施例に記載の条件とする)を行った際、Ba11Ti28O66.5に帰属されるピークが確認されるものであれば、他の成分を含んでいてもよい。
本発明の誘電体セラミックスの製造方法は、上記の通り、Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子(前駆体粒子)を用いる。
本工程では、バリウム源となる化合物と、チタン源となる化合物と、フラックスとを混合する。これらの混合方法、混合順序は特に制限されないが、バリウム源となる化合物と、チタン源となる化合物とを湿式混合した後、乾燥させ、フラックス(融剤)を添加して乾式混合すると好ましい。かような方法をとることにより、各原料をより均一に混合することができる。
上記の通り原料を混合することによって混合物を得た後、当該混合物の熱処理を行う。当該熱処理は、従来公知の方法により行うことができ、たとえば、上記混合物をるつぼに投入し、加熱することによって行われる。
上記熱処理工程を行った後、必要に応じて、水洗、乾燥等の後処理を行うと好ましい。熱処理後の混合物(前駆体粒子を含む混合物)を水洗することにより、フラックスやその他の不純物を除去することができ、不純物の少ない前駆体粒子を得ることができる。さらに、乾燥することにより、より不純物の少ない前駆体粒子を得ることができる。なお、水洗方法、乾燥方法は特に制限されず、従来公知の方法により行うことができる。
本工程では、上記の工程により製造されたBa11Ti28O66.5の組成を有する粒子(前駆体粒子)を焼成して誘電体セラミックスの製造を行う。このとき、配向を制御するため、TGG(Template Grain Growth:テンプレート粒子成長)法やRTGG(Reactive Template Grain Growth:反応性テンプレート粒子成長法)法を用いると好適である。TGG法やRTGG法は、異方形状のテンプレート粒子と微細なマトリックス粒子とを混合し、テープキャスト法等の方法で異方形状のテンプレート粒子の配置を制御した後、焼成することで配向制御を行う方法であるが、本発明に係る誘電体セラミックスを製造する際、RTGG法が好ましく用いられる。
本工程では、テンプレート粒子としてのBa11Ti28O66.5の組成を有する粒子(前駆体粒子)と、マトリックス粒子とを混合し、グリーンシート作製用の組成物(スラリー)を調製する。さらに、必要に応じて、分散剤、バインダ、可塑剤等の添加剤を混合する。これらの混合方法、混合順序は特に制限されないが、上記粒子および添加剤をより均一に混合できるという点で、湿式混合すると好ましい。
本工程では、Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子(前駆体粒子)と、マトリックス粒子と、各種添加剤とを混合することによって得られた組成物を、適当な大きさ、形状となるようにシート成形し、グリーンシートを作製する。ここで、グリーンシートを作製する方法としては特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。たとえば、ドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形法等によりシート状に成形し、これを乾燥することによりグリーンシートを得る。なかでも、シート面に対する上記前駆体粒子の配向配置が容易に可能であるため、ドクターブレード法を用いることが好ましい。前駆体粒子の配向配置が良好に行われる結果、配向度の高い誘電体セラミックスを得ることができる。
本工程では、上記工程(2−2)において得られたグリーンシート(またはグリーンチップ)を、焼成する。焼成方法は、従来公知の方法により行うことができる。
本発明の第四の形態は、上記誘電体セラミックスまたは上記の製造方法により得られる誘電体セラミックスを含む、セラミック電子部品を提供する。上記誘電体セラミックスは、配向度が高く、優れた誘電特性を有する。したがって、本発明の誘電体セラミックスは、たとえば、種々のセラミック電子部品に好適に用いることができる。以下、セラミック電子部品の一例である、積層セラミックコンデンサについて説明する。
グリーンシート(またはグリーンチップ)を焼成することにより得られる誘電体セラミックスは、薄膜状となっており、積層セラミックコンデンサ(MLCC)の誘電体層として用いることができる。積層セラミックコンデンサの製造方法としては特に制限されないが、例えば、以下のようにして製造される。
(実施例1)
・前駆体粒子の製造
フラックス法を用いて、以下の通り、結晶配向セラミックス製造用板状粉末(前駆体粒子)を作製した。まず、チタン酸バリウム(BaTiO3)粉末(戸田工業株式会社製 T−BTO−100RK)30.0gと二酸化チタン(TiO2)粉末(昭和電工株式会社製 F−6A)14.55gを、溶媒としてエタノール400mLを用いて湿式ボールミル(ジルコニアボール、φ3mm)で混合した。なお、このとき、バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)は6.0:14.5となる。次いで、得られたスラリーを80℃で16時間乾燥させて混合物を得た後、当該混合物と同じ重量のNaCl(キシダ化学株式会社製)をフラックスとして添加し、乳鉢で混合した。得られた粉末をるつぼに入れ、1100℃の温度で1時間加熱した。室温まで冷却した後の塊を繰り返し水洗して塩化物を除去し、合成粉末(前駆体粒子)を得た。表1に原料の調合比等の詳細を示す。
上記の通り得られた前駆体粒子を用いて、以下の通り、結晶配向セラミックスを作製した。まず、全体でモル比がBa:Ti=1:1になるように、前駆体粒子 26.7g、BaCO3(堺化学工業株式会社製 BW−KS) 36.8gを配合し、リン酸エステル系分散剤(ビックケミージャパン株式会社製 DISPERBYK(登録商標)−103) 0.46g、トルエン 48.4g、エタノール 44.0gの混合液を溶媒として加え、これをボールミルで湿式混合した。16時間経過後、バインダとしてのポリビニルブチラール 7.2gと可塑剤としてのフタル酸ジブチル 1.73gを加えて、さらにボールミルで16時間湿式混合した。得られたスラリーを用いて、ドクターブレード装置にてシート成形した。シート厚みは、20μm程度とした。乾燥後のシートを厚みが約1.5mm程度になるまで積層し、静水圧下で80℃、49MPaで圧着し、配向成形体とした。これを1cm角にカットし、300℃にて、24時間、脱脂処理を行い、さらに、大気中1400℃の温度で2時間加熱し、誘電体セラミックス(1)を得た。
上記実施例1の前駆体粒子の製造において、チタン酸バリウム粉末と二酸化チタン(TiO2)粉末の使用量を変更し、バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)を表1に記載の値にそれぞれ変更し、さらに、誘電体セラミックスの製造において、前駆体粒子とBaCO3の使用量を変更して、トータルでモル比がBa:Ti=1:1になるようにしたこと以外は、上記実施例1と同様にして誘電体セラミックス(2)〜(6)をそれぞれ得た。
上記実施例1の前駆体粒子の製造において、チタン酸バリウム粉末と二酸化チタン(TiO2)粉末の使用量を変更し、バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)を表1に記載の値にそれぞれ変更し、さらに、誘電体セラミックスの製造において、前駆体粒子とBaCO3の使用量を変更して、トータルでモル比がBa:Ti=1:1になるようにしたこと以外は、上記実施例1と同様にして比較誘電体セラミックス(1)および(2)をそれぞれ得た。
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックスについて、以下の通り、評価した。
上記実施例4で得られた前駆体粒子について、SEM分析を行った。なお、測定は、日本電子株式会社製S−4800を用いて行った。得られたSEM像を図1に示す。
上記SEM観察において、前駆体粒子の板面直径およびアスペクト比を測定した。
上記実施例および比較例において得られた前駆体粒子および誘電体セラミックスの主成分(主生成物)をXRD測定により特定した。このとき、XRD測定は、X線回折装置(PANalytical社製 Empyreを用いて行い、線源はCu−Kα、電圧45kV、電流40mAとした。
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックスについて、配向度を求めた。配向度はXRD回折パターンから算出した。このとき、XRD測定は、X線回折装置(PANalytical社製 Empyreを用いて行い、線源はCu−Kα、電圧45kV、電流40mAとした。配向度を表すパラメータとしてはLotgeringの提唱するFファクターを用い、配向度(F)は以下の数式(1)により求めた。
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックスについて、アルキメデス法を用いて密度を測定した。相対密度は、試料の実測密度を理論密度で除することで算出し、このとき、理論密度は6.02g/cm3をとした。
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックスについて、比誘電率および誘電損失について評価した。
Claims (6)
- チタン酸バリウムを主成分とし、{111}面の配向度が0.72超である、誘電体セラミックス。
- 請求項1に記載の誘電体セラミックスを製造する方法であって、
Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子を含む組成物を焼成する工程を含む、誘電体セラミックスの製造方法。 - 前記Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子は、バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)が6.0:14.0〜6.0:16.5の範囲内である原料を用いたフラックス法によって合成される、請求項2に記載の誘電体セラミックスの製造方法。
- 前記Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子が板状である、請求項2または3に記載の誘電体セラミックスの製造方法。
- バリウムとチタンのモル比(Ba:Ti)が6.0:14.0〜6.0:16.5の範囲内である原料を用いたフラックス法によって合成する工程を含む、Ba11Ti28O66.5の組成を有する粒子の製造方法。
- 請求項1に記載の誘電体セラミックスまたは請求項2〜4のいずれか1項に記載の製造方法により得られる誘電体セラミックスを含む、セラミック電子部品。
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