JP2015187969A - Dielectric ceramic particles and dielectric ceramic - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide dielectric ceramic particles capable of forming a dielectric ceramic exhibiting a high dielectric constant and having a high relative density.SOLUTION: The dielectric ceramic particles have core particles containing barium titanate as a main component and a shell phase containing a metal oxide as a main component formed on the surface of the core particles. The core particle has a particle diameter of more than 50 nm and 500 nm or less, and the metal oxide has a lattice constant (a) in an axis direction larger than a lattice constant (a) in an axis direction of the barium titanate by 0.5% or more.

Description

本発明は、誘電体セラミックス粒子および誘電体セラミックスに関する。   The present invention relates to dielectric ceramic particles and dielectric ceramics.

スマートフォン、タブレット等の普及にともない、これらに使用される電子部品の小型高性能化が進められており、積層コンデンサとして使用されるMLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor:積層セラミックコンデンサ)も当然のように、小型大容量化が求められている。   With the spread of smartphones, tablets, etc., electronic components used in these devices are becoming smaller and higher performance, and MLCCs (Multi Layer Ceramic Capacitors) used as multilayer capacitors are natural, There is a demand for a smaller and larger capacity.

現在、MLCCの小型大容量化のために、誘電体層を薄膜化し、積層数の増加を図るのが主流である。そのためには、誘電体材料として使用しているチタン酸バリウム(BaTiO:BT)等の誘電体セラミックスを微粒子化(小粒径化)することができる技術が求められている。 At present, in order to increase the size and capacity of MLCCs, the mainstream is to reduce the number of dielectric layers and increase the number of layers. For this purpose, there is a need for a technique that can make the dielectric ceramics such as barium titanate (BaTiO 3 : BT) used as a dielectric material fine (small particle size).

チタン酸バリウムを含む誘電体セラミックスの微粒子化技術として、たとえば、特許文献1では、粒度分布が5〜50nm程度の微細なチタン酸ストロンチウム(SrTiO:ST)ナノキューブの表面にチタン酸バリウムを析出させる技術が開示されている。特許文献1に開示された技術によれば、所謂コア粒子としてのチタン酸ストロンチウム、当該コア粒子を被覆するシェル相としてのチタン酸バリウムを含む、非常に粒径の小さいチタン酸バリウム含有微粒子を作製することができる。 For example, in Patent Document 1, barium titanate is deposited on the surface of fine strontium titanate (SrTiO 3 : ST) nanocubes having a particle size distribution of about 5 to 50 nm as a technique for making fine particles of dielectric ceramics containing barium titanate. Techniques for making them disclosed are disclosed. According to the technique disclosed in Patent Document 1, barium titanate-containing fine particles having a very small particle size are produced, including strontium titanate as a so-called core particle and barium titanate as a shell phase covering the core particle. can do.

特開2012−240860号公報JP 2012-240860 A

一方で、MLCCの小型大容量化のためには、誘電体セラミックス粒子の小粒径化以外にも、当該粒子が集積した誘電体セラミックス(粒子の集積体)を作製した際、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成可能であり、高い誘電率を有するものが求められる。   On the other hand, in order to increase the size and capacity of MLCCs, in addition to reducing the size of dielectric ceramic particles, when producing dielectric ceramics (particle aggregates) in which the particles are integrated, a high relative density is achieved. A dielectric ceramic having a high dielectric constant is required.

したがって、本発明の目的は、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成可能な誘電体セラミックス粒子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide dielectric ceramic particles that can form a dielectric ceramic having a high dielectric constant and a high relative density. Another object of the present invention is to provide a dielectric ceramic having a high dielectric constant and a high relative density.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子の粒径を所定の範囲内とし、さらに、当該コア粒子の表面上に特定の格子定数を有する金属酸化物を主成分とするシェル相を形成することにより、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成可能な誘電体セラミックス粒子が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, the particle size of the core particles mainly composed of barium titanate is within a predetermined range, and a shell phase mainly composed of a metal oxide having a specific lattice constant is formed on the surface of the core particles. As a result, it was found that dielectric ceramic particles exhibiting a high dielectric constant and capable of forming dielectric ceramics having a high relative density were obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。   That is, the above object of the present invention is achieved by the following configuration.

1.チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子と、前記コア粒子の表面上に形成された金属酸化物を主成分とするシェル相と、を有し、前記コア粒子の粒径は50nmを超えて500nm以下であり、前記チタン酸バリウムのa軸方向の格子定数(aBT)に対し、前記金属酸化物のa軸方向の格子定数(a)が、0.5%以上大きい、誘電体セラミックス粒子;
2.前記金属酸化物の室温における結晶構造が、ペロブスカイト型である、上記1.に記載の誘電体セラミックス粒子;
3.前記金属酸化物は、ジルコン酸バリウムである、上記1.または2.に記載の誘電体セラミックス粒子;
4.前記チタン酸バリウムに対する前記ジルコン酸バリウムの含有モル比(MBZ/MBT)は、1以下である、上記3.に記載の誘電体セラミックス粒子;
5.上記1.〜4.のいずれかに記載の誘電体セラミックス粒子を含む、誘電体セラミックス。
1. A core particle mainly composed of barium titanate and a shell phase mainly composed of a metal oxide formed on the surface of the core particle, and the particle diameter of the core particle is more than 50 nm and 500 nm. Dielectric ceramic particles, wherein the lattice constant (a M ) of the metal oxide in the a-axis direction is 0.5% or more larger than the lattice constant (a BT ) of the barium titanate in the a-axis direction ;
2. 1. The crystal structure of the metal oxide at room temperature is a perovskite type. Dielectric ceramic particles according to claim 1;
3. The metal oxide is barium zirconate. Or 2. Dielectric ceramic particles according to claim 1;
4). 2. The molar ratio (M BZ / M BT ) of the barium zirconate to the barium titanate is 1 or less. Dielectric ceramic particles according to claim 1;
5. Above 1. ~ 4. A dielectric ceramic comprising the dielectric ceramic particles according to any one of the above.

本発明によれば、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成可能な誘電体セラミックス粒子が提供される。また、本発明によれば、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dielectric ceramic particle which can form the dielectric ceramic which shows a high dielectric constant and has a high relative density is provided. In addition, according to the present invention, a dielectric ceramic having a high dielectric constant and a high relative density is provided.

実施例2に係る誘電セラミックス粒子のSTEM像である。3 is a STEM image of dielectric ceramic particles according to Example 2. 図1Aと同一視野で測定したTiのマッピングデータである。It is the mapping data of Ti measured in the same visual field as FIG. 1A. 図1Aと同一視野で測定したZrのマッピングデータである。It is the mapping data of Zr measured in the same visual field as FIG. 1A. 図1Aと同一視野で測定したBaのマッピングデータである。It is the mapping data of Ba measured in the same visual field as FIG. 1A. 比較例3に係る誘電体セラミックスのSEM像である。10 is an SEM image of a dielectric ceramic according to Comparative Example 3. 実施例1に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。2 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 1. FIG. 実施例2に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。3 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 2. 実施例3に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。3 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 3. 実施例4に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。7 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 4. 実施例5に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。7 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 5. 実施例6に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。7 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 6. 実施例7に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。7 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 7. 実施例8に係る誘電体セラミックスのXRDスペクトルである。7 is an XRD spectrum of a dielectric ceramic according to Example 8. 実施例に係る誘電体セラミックスの比誘電率と、チタン酸バリウムに対するジルコン酸バリウムの含有モル比(MBZ/MBT)との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant of the dielectric ceramic which concerns on an Example, and the content molar ratio (M BZ / M BT ) of barium zirconate to barium titanate.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明の第一の形態は、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子と、前記コア粒子の表面上に形成された金属酸化物を主成分とするシェル相と、を有し、前記コア粒子の粒径は50nmを超えて500nm以下であり、前記チタン酸バリウムのa軸方向の格子定数(aBT)(以下、単に「格子定数(aBT)」とも称する)に対し、前記金属酸化物のa軸方向の格子定数(a)(以下、単に「格子定数(a)」とも称する)が、0.5%以上大きい、誘電体セラミックス粒子を提供する。 A first aspect of the present invention includes a core particle mainly composed of barium titanate and a shell phase mainly composed of a metal oxide formed on a surface of the core particle, and the core particle particle size is at 500nm or less beyond 50 nm, the a-axis direction of the lattice constant of barium titanate (a BT) (hereinafter, simply referred to as "the lattice constant (a BT)") to the metal oxide A dielectric ceramic particle having a lattice constant (a M ) in the a-axis direction (hereinafter also simply referred to as “lattice constant (a M )”) of 0.5% or more is provided.

なお、本明細書中、「チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子」とは、コア粒子の全量に対して、チタン酸バリウムを90質量%以上含むことを意味する。なお、コア粒子がチタン酸バリウムを90質量%以上含むことは、蛍光X線による分析により確認される。また、「金属酸化物を主成分とするシェル相」とは、シェル相の全量に対して、金属酸化物を90質量%以上含むことを意味する。したがって製造上含まれてしまう不純成分がコア粒子中またはシェル相中に微量含まれていても良い。なお、シェル相が金属酸化物を90質量%以上含むことは、蛍光X線による分析により確認される。   In the present specification, “core particles mainly composed of barium titanate” means that 90% by mass or more of barium titanate is contained with respect to the total amount of the core particles. In addition, it is confirmed by the analysis by a fluorescent X ray that a core particle contains 90 mass% or more of barium titanates. Further, the “shell phase containing a metal oxide as a main component” means that 90% by mass or more of the metal oxide is included with respect to the total amount of the shell phase. Accordingly, an impure component that is included in the production may be contained in a trace amount in the core particle or the shell phase. In addition, it is confirmed by the analysis by a fluorescent X ray that a shell phase contains 90 mass% or more of metal oxides.

さらに、本明細書中、「粒径」は、透過型電子顕微鏡により撮像し、無作為に、50個の粒子を抽出して該粒径を測定し、これを平均したものである。また、粒子の形状が球形でない場合には、長径を測定して算出したものと定義する。   Furthermore, in this specification, “particle size” is obtained by taking an image with a transmission electron microscope, extracting 50 particles at random, measuring the particle size, and averaging the results. Moreover, when the shape of particle | grains is not spherical, it defines as what was calculated by measuring a major axis.

また、格子定数「aBT」および「a」は、室温(25℃)における、チタン酸バリウム(BT)および金属酸化物(M)のa軸長(a軸方向の格子定数)をそれぞれ指すものとする。またこれらの格子定数は、X線回折により得られた回折強度から、リートベルト法により算出された値を採用するものとする。 Further, the lattice constants “a BT ” and “a M ” indicate the a-axis lengths (lattice constants in the a-axis direction) of barium titanate (BT) and metal oxide (M) at room temperature (25 ° C.), respectively. Shall. Further, for these lattice constants, values calculated by the Rietveld method from the diffraction intensity obtained by X-ray diffraction shall be adopted.

本発明の誘電体セラミックス粒子は、チタン酸バリウムを主成分とし、その粒径が50nmを超えて500nm以下であるコア粒子と、当該コア粒子をコーティングするシェル相とを有している。   The dielectric ceramic particles of the present invention have core particles whose main component is barium titanate and whose particle diameter exceeds 50 nm and is 500 nm or less, and a shell phase that coats the core particles.

上述の通り、従来、MLCCの小型大容量化のために、誘電体セラミックスを微粒子化(小粒径化)する技術について検討されてきた。しかしながら、本発明者らは、特許文献1のようなコア−シェル構造を有する粒子の小粒径化を進めると、誘電体セラミックスを作製した際に、十分な相対密度および誘電率が得られない場合があることを見出した。そこで、上記問題点について検討を進めたところ、コア粒子の粒径を特定の範囲とし、さらに、特定の金属酸化物によって当該コア粒子をコーティングすることにより、高い誘電率を示し、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成可能な誘電体セラミックス粒子が得られることを見出し、本発明に至った次第である。   As described above, in order to reduce the size and increase the capacity of MLCC, conventionally, a technique for making dielectric ceramics into fine particles (smaller particle size) has been studied. However, when the present inventors proceeded to reduce the particle size of the particles having a core-shell structure as in Patent Document 1, a sufficient relative density and dielectric constant could not be obtained when dielectric ceramics were produced. Found that there is a case. Therefore, when the above problems were studied, the particle diameter of the core particle was set within a specific range, and further, the core particle was coated with a specific metal oxide, thereby showing a high dielectric constant and a high relative density. The present inventors have found that dielectric ceramic particles capable of forming the dielectric ceramics can be obtained and have reached the present invention.

上記の本発明の構成による作用効果の発揮のメカニズムは、以下のように推測される。   The mechanism for exerting the operational effects of the above-described configuration of the present invention is presumed as follows.

以下で詳説するように、コア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子を製造する際、コア粒子を予め準備し、シェル相を構成する金属酸化物でコア粒子を被覆する方法が好ましく用いられる。ここで、誘電体セラミックスの小粒径化を図る上では、コア粒子の粒径もまた小粒径化する方が好ましい。しかしながら、このような製造過程において、コア粒子の粒径が小さすぎると、コア粒子同士が凝集してしまう場合があることが判明した。さらに、上記のように製造過程においてコア粒子同士が凝集してしまう結果、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成することができず、高い誘電率を得ることが難しくなるという知見が得られた。そして、かような傾向は、チタン酸バリウムをコア粒子とした際に特に顕著となることも明らかとなった。   As described in detail below, when producing dielectric ceramic particles having a core-shell structure, a method of preparing the core particles in advance and coating the core particles with a metal oxide constituting the shell phase is preferably used. Here, in order to reduce the particle size of the dielectric ceramics, it is preferable to reduce the particle size of the core particles. However, in such a manufacturing process, it has been found that if the particle size of the core particles is too small, the core particles may aggregate. Furthermore, as a result of the core particles aggregating during the manufacturing process as described above, it was found that dielectric ceramics having a high relative density could not be formed, and it was difficult to obtain a high dielectric constant. . And it became clear that such a tendency becomes especially remarkable when barium titanate is used as a core particle.

加えて、チタン酸バリウムの微粒子は、微粒子化(小粒径化)すると、誘電率が低下する「サイズ効果」と呼ばれる現象が生じる。よって、小粒径化を図る一方で、粒径を小さくしすぎると、十分な誘電率を得ることが難しくなる。   In addition, when the fine particles of barium titanate are made fine (small particle size), a phenomenon called a “size effect” in which the dielectric constant is reduced occurs. Therefore, if the particle size is too small while reducing the particle size, it is difficult to obtain a sufficient dielectric constant.

これに対し、本発明者らは、コア−シェル構造体において、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子の粒径を、50nmを超えて500nm以下とすることにより、上記不都合を解消することができると考えた。すなわち、本発明の誘電体セラミックス粒子に含まれるコア粒子の粒径を、上記範囲とすることにより、製造過程におけるコア粒子の凝集を抑制すると共に、サイズ効果の影響を小さくすることができる。その結果、高い相対密度を有し、高い誘電率を示す誘電体セラミックスを作製することができる。   On the other hand, the present inventors can eliminate the above inconveniences by setting the particle diameter of the core particles mainly composed of barium titanate in the core-shell structure to more than 50 nm and not more than 500 nm. I thought it was possible. That is, by making the particle size of the core particles contained in the dielectric ceramic particles of the present invention within the above range, aggregation of the core particles in the production process can be suppressed and the influence of the size effect can be reduced. As a result, a dielectric ceramic having a high relative density and a high dielectric constant can be produced.

さらに、本発明の誘電体セラミックス粒子は、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子の表面上に、特定の格子定数の関係を満たす金属酸化物を主成分とするシェル相が形成されてなる。具体的には、シェル相を構成する金属酸化物は、その格子定数(a)が、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に対して0.5%以上大きいことを特徴とする。 Furthermore, the dielectric ceramic particles of the present invention are formed by forming a shell phase mainly composed of a metal oxide satisfying a specific lattice constant relationship on the surface of core particles mainly composed of barium titanate. Specifically, the metal oxide constituting the shell phase is characterized in that its lattice constant (a M ) is 0.5% or more larger than that of barium titanate (a BT ).

このように、シェル相を構成する金属酸化物として、コア粒子を構成するチタン酸バリウムよりも格子定数の大きいものを用いることにより、コア粒子とシェル相との界面において、シェル相の金属酸化物の単位格子に引っ張られるように相互作用してチタン酸バリウムの単位格子が歪む。その結果、コア粒子であるチタン酸バリウム格子中心に位置するチタン原子が移動しやすくなり、これにより自発分極が向上し、コア−シェル構造体の誘電率が向上すると考えられる。したがって、本発明によれば、特定の金属酸化物を主成分とするシェル相を有することにより、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子を有する、誘電率の高い誘電体セラミックスを得ることができる。   As described above, by using a metal oxide constituting the shell phase having a lattice constant larger than that of barium titanate constituting the core particle, the metal oxide of the shell phase is formed at the interface between the core particle and the shell phase. The unit cell of barium titanate is distorted by interaction so as to be pulled by the unit cell. As a result, it is considered that the titanium atom located at the center of the barium titanate lattice, which is the core particle, easily moves, thereby improving the spontaneous polarization and improving the dielectric constant of the core-shell structure. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a dielectric ceramic having a high dielectric constant having core particles mainly composed of barium titanate by having a shell phase mainly composed of a specific metal oxide. .

なお、本発明は、上記メカニズムに何ら制限されるものではない。   The present invention is not limited to the above mechanism.

以下、本発明の誘電体セラミックス粒子の構成要素、および本発明を実施するための形態・態様について詳細に説明する。なお、以下の説明において示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(25℃)/相対湿度40〜50%の条件で測定する。   Hereinafter, constituent elements of the dielectric ceramic particles of the present invention, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, "-" shown in the following description is used in the meaning which contains the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit. Unless otherwise specified, measurement of operation and physical properties is performed under conditions of room temperature (25 ° C.) / Relative humidity 40 to 50%.

≪誘電体セラミックス粒子≫
本発明の誘電体セラミックス粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面を被覆するシェル相と、を有するコア−シェル構造体である。ここで、コア−シェル構造体であることは、STEM−EDS分析やSEM観察により確認することができる。特に、STEM−EDS分析により、元素分布を測定することにより、より明確に確認することができる。
≪Dielectric ceramic particles≫
The dielectric ceramic particle of the present invention is a core-shell structure having a core particle and a shell phase covering the surface of the core particle. Here, the core-shell structure can be confirmed by STEM-EDS analysis or SEM observation. In particular, it can be confirmed more clearly by measuring the element distribution by STEM-EDS analysis.

コア粒子は、その表面の全体がシェル相で被覆されていると好ましいが、本発明の効果を損なわない限りにおいて、表面の一部が露出していてもよい。好ましい実施形態において、コア粒子の表面の50面積%以上がシェル相で被覆されていると好ましく、より好ましくは60面積%以上、さらに好ましくは70面積%以上、特に好ましくは80面積%以上、最も好ましくは90面積%以上がシェル相で被覆されていると好ましい。   The entire surface of the core particle is preferably coated with a shell phase, but a part of the surface may be exposed as long as the effects of the present invention are not impaired. In a preferred embodiment, 50 area% or more of the surface of the core particle is preferably coated with a shell phase, more preferably 60 area% or more, further preferably 70 area% or more, particularly preferably 80 area% or more, most preferably 90% by area or more is preferably covered with a shell phase.

また、誘電体セラミックス粒子の粒径(コア粒子上にシェル相が形成された状態の粒径)は、特に制限されないが、50〜500nmであると好ましく、60〜400nmであるとより好ましい。   The particle size of the dielectric ceramic particles (the particle size in a state where a shell phase is formed on the core particles) is not particularly limited, but is preferably 50 to 500 nm, and more preferably 60 to 400 nm.

(コア粒子)
コア粒子は、チタン酸バリウムを主成分とする粒子である。「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コア粒子中に微量含まれていても良い。不純成分としては、カリウム、ナトリウム、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。
(Core particles)
The core particle is a particle mainly composed of barium titanate. The definition of the term “consisting of the main component” is as described above, and the impure component that is included in the production may be contained in a small amount in the core particle. Examples of the impure component include metal-derived components such as potassium, sodium, aluminum, calcium, niobium, iron and lead, glass components and hydrocarbon organic components.

コア粒子は、コア粒子の全量に対して、チタン酸バリウムを93質量%以上含んでいると好ましく、95質量%以上含んでいるとより好ましく、98質量%以上含んでいると特に好ましい。一方、その上限は特に制限されないが、実質的には100質量%である。チタン酸バリウムの含有量が多いほど、シェル相を構成する金属酸化物と相互作用しやすくなり、誘電率の向上に寄与するため、好ましい。   The core particles preferably contain 93% by mass or more of barium titanate, more preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 98% by mass or more with respect to the total amount of the core particles. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is substantially 100% by mass. The higher the barium titanate content, the easier it is to interact with the metal oxide constituting the shell phase, which contributes to the improvement of the dielectric constant.

また、コア粒子は、その粒径が50nmを超えて500nm以下である。コア粒子の粒径を50nm以下とすると、サイズ効果により誘電率が低下し、誘電率の高い誘電体セラミックス粒子を得ることが難しくなる。また、上述したように、粒径が小さすぎる場合、製造段階においてコア粒子同士が凝集して、コア粒子の表面をシェル相で十分に被覆することができず、高い相対密度を有する誘電体セラミックスを形成することが難しい。一方、粒径を大きくすると誘電率を向上させることができるが、500nmを超えると良好なコア−シェル構造を形成することが難しいだけでなく、MLCCにおける実用的な観点から好ましくない。   The core particle has a particle size of more than 50 nm and 500 nm or less. When the particle diameter of the core particles is 50 nm or less, the dielectric constant is lowered due to the size effect, and it becomes difficult to obtain dielectric ceramic particles having a high dielectric constant. In addition, as described above, when the particle size is too small, the core particles aggregate in the manufacturing stage, and the surface of the core particles cannot be sufficiently covered with the shell phase, and the dielectric ceramic has a high relative density. Difficult to form. On the other hand, if the particle size is increased, the dielectric constant can be improved, but if it exceeds 500 nm, it is difficult not only to form a good core-shell structure, but also from the practical viewpoint in MLCC.

したがって、サイズ効果の影響を抑制し、良好なコア−シェル構造体を形成することにより誘電率を向上させると共に、誘電体セラミックス粒子の小粒径化を図るという実用的な観点から、コア粒子の粒径は、80〜400nmがより好ましく、100〜450nmがさらにより好ましく、200〜400nmが特に好ましい。   Therefore, from the practical viewpoint of suppressing the influence of the size effect, improving the dielectric constant by forming a good core-shell structure, and reducing the particle size of the dielectric ceramic particles, The particle size is more preferably 80 to 400 nm, even more preferably 100 to 450 nm, and particularly preferably 200 to 400 nm.

(シェル相)
シェル相は、特定の金属酸化物を主成分とし、上記コア粒子の表面を被覆するように形成されている。「主成分とする」の用語の定義は上述の通りであるが、シェル相は、シェル相の全量に対して、金属酸化物を93質量%以上含んでいると好ましく、95質量%以上含んでいるとより好ましく、98質量%以上含んでいると特に好ましい。一方、その上限は特に制限されないが、実質的には100質量%である。金属酸化物の含有量が多いほど、コア粒子に含まれるチタン酸バリウムと相互作用しやすくなり、誘電率の向上に寄与するため、好ましい。
(Shell phase)
The shell phase has a specific metal oxide as a main component and is formed so as to cover the surface of the core particle. The definition of the term “main component” is as described above, but the shell phase preferably contains 93% by mass or more, and 95% by mass or more of the metal oxide based on the total amount of the shell phase. It is more preferable if it is contained, and it is particularly preferable if it contains 98% by mass or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is substantially 100% by mass. The higher the content of the metal oxide, the easier it is to interact with barium titanate contained in the core particles, which contributes to the improvement of the dielectric constant.

シェル相を構成する金属酸化物は、その室温におけるa軸方向の格子定数(a)が、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に対して0.5%以上大きいものである。すなわち、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に対する金属酸化物のa軸方向の格子定数(a)の比(a/aBT)が1.005以上である。 The metal oxide constituting the shell phase has a lattice constant (a M ) in the a-axis direction at room temperature that is 0.5% or more larger than the lattice constant (a BT ) of barium titanate. That is, the ratio (a M / a BT ) of the lattice constant (a M ) in the a-axis direction of the metal oxide to the lattice constant (a BT ) of barium titanate is 1.005 or more.

格子定数(a)の大きさの割合が0.5%未満であると、誘電率を向上させることができる程度に、コア粒子中のチタン酸バリウムの単位格子を歪ませることが難しい。一方、シェル相を構成する金属酸化物の格子定数(a)が、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に比して大きいほど、界面におけるチタン酸バリウムの単位格子を大きく歪ませることができ、結果として誘電率を向上させることができるため、好ましい。したがって、格子定数(a)の、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に対する大きさの割合の上限は、特に制限されるものではないが、実質的に使用可能な金属酸化物種を考慮すると、45%程度である。 When the proportion of the lattice constant (a M ) is less than 0.5%, it is difficult to distort the unit lattice of barium titanate in the core particles to such an extent that the dielectric constant can be improved. On the other hand, as the lattice constant (a M ) of the metal oxide constituting the shell phase is larger than the lattice constant (a BT ) of barium titanate, the unit lattice of barium titanate at the interface may be greatly distorted. This is preferable because the dielectric constant can be improved as a result. Therefore, the upper limit of the ratio of the lattice constant (a M ) to the lattice constant (a BT ) of barium titanate is not particularly limited, but considering the metal oxide species that can be substantially used. About 45%.

換言すると、室温におけるチタン酸バリウムの格子定数(aBT)は、3.992Åであるため、シェル相を構成する金属酸化物の格子定数(a)は、3.992×(100+0.5)/100=4.012Å以上である。一方、格子定数(a)の上限は、3.992×(100+45)/100=5.79Å程度である。 In other words, since the lattice constant (a BT ) of barium titanate at room temperature is 3.992Å, the lattice constant (a M ) of the metal oxide constituting the shell phase is 3.992 × (100 + 0.5) /100=4.012 mm or more. On the other hand, the upper limit of the lattice constant (a M ) is about 3.992 × (100 + 45) /100=5.79Å.

本発明におけるシェル相を構成する金属酸化物の格子定数(a)については、上記の通りであるが、格子定数(a)は、格子定数(aBT)に対してより大きい方が好ましい。格子定数(a)が大きい金属酸化物を用いることで、コア粒子とシェル相との界面におけるチタン酸バリウムの単位格子がより大きく歪み、より誘電率を高くすることができるためである。したがって、格子定数(a)は、格子定数(aBT)に対し、0.6〜8%大きいと好ましく、1〜7%大きいとより好ましく、3〜6%大きいと特に好ましい。すなわち、チタン酸バリウムの格子定数(aBT)に対する金属酸化物のa軸方向の格子定数(a)の比(a/aBT)が1.006〜1.08であると好ましく、1.01〜1.07であるとより好ましく、1.03〜1.06であると特に好ましい。 The lattice constant (a M ) of the metal oxide constituting the shell phase in the present invention is as described above, but the lattice constant (a M ) is preferably larger than the lattice constant (a BT ). . This is because by using a metal oxide having a large lattice constant (a M ), the unit lattice of barium titanate at the interface between the core particle and the shell phase is more distorted and the dielectric constant can be further increased. Therefore, the lattice constant (a M ) is preferably 0.6 to 8% larger, more preferably 1 to 7% larger, and particularly preferably 3 to 6% larger than the lattice constant (a BT ). That is, the ratio (a M / a BT ) of the lattice constant (a M ) in the a-axis direction of the metal oxide to the lattice constant (a BT ) of barium titanate is preferably 1.006 to 1.08. More preferably, it is 0.01 to 1.07, and particularly preferably 1.03 to 1.06.

シェル相を構成する金属酸化物としては、上記格子定数(a)を有するものであれば、いかなる金属酸化物であってもよいが、たとえば、ジルコン酸バリウム(BaZrO:BZ aBZ=4.193Å)、ジルコン酸ストロンチウム(SrZrO:SZ aSZ=4.103Å)、ニオブ酸カリウム(KNbO:KN aKN=4.016Å)、ニオブ酸リチウム(LiNbO:LN aLN=5.148Å)、チタン酸カルシウム(CaTiO:CT aCT=5.381Å)ビスマスフェライト(BiFeO:BF aBF=5.631Å)が挙げられる。なお、上記金属酸化物は、単独であっても、または2種以上が併用されてもよい。 The metal oxide constituting the shell phase may be any metal oxide as long as it has the lattice constant (a M ). For example, barium zirconate (BaZrO 3 : BZ a BZ = 4). 193Å), strontium zirconate (SrZrO 3 : SZ a SZ = 4.103Å), potassium niobate (KNbO 3 : KN a KN = 4.016Å), lithium niobate (LiNbO 3 : LN a LN = 5.1481) ), Calcium titanate (CaTiO 3 : CT a CT = 5.381Å), bismuth ferrite (BiFeO 3 : BF a BF = 5.631Å). In addition, the said metal oxide may be individual, or 2 or more types may be used together.

上記金属酸化物は、室温(25℃)における結晶構造が、ペロブスカイト型であるものであると好ましい。コア粒子の構成するチタン酸バリウムがペロブスカイト構造をとるため、シェル相を構成する金属酸化物もまた同様に、ペロブスカイト型構造をとるものであると好ましい。このような金属酸化物を用いることにより、チタン酸バリウムと金属酸化物とが相互作用しやすくなり、界面においてチタン酸バリウムの単位格子が歪みやすくなるため、結果として高い誘電率を得ることができる。   The metal oxide preferably has a perovskite crystal structure at room temperature (25 ° C.). Since barium titanate constituting the core particle has a perovskite structure, the metal oxide constituting the shell phase is also preferably a perovskite structure. By using such a metal oxide, the barium titanate and the metal oxide easily interact with each other, and the unit lattice of the barium titanate is easily distorted at the interface. As a result, a high dielectric constant can be obtained. .

したがって、上記格子定数の規定を満たす金属酸化物であって、チタン酸バリウムと共にコア−シェル構造を形成しやすいという観点から、シェル相を構成する金属酸化物としては、ジルコン酸バリウム、ニオブ酸カリウムが好ましく、ジルコン酸バリウムがより好ましく用いられる。   Therefore, from the viewpoint of easily forming a core-shell structure together with barium titanate, which is a metal oxide satisfying the above-mentioned definition of the lattice constant, the metal oxides constituting the shell phase include barium zirconate and potassium niobate. Is preferable, and barium zirconate is more preferably used.

シェル相を構成する金属酸化物の含有量(モル量)は、本発明の効果を得られる限りにおいて、特に制限はないが、金属酸化物が、コア粒子を構成するチタン酸バリウムに対して、等モル量であるか、または少ないモル比で含有されていると好ましい。すなわち、コア粒子を構成するチタン酸バリウムに対する、シェル相を構成する金属酸化物の含有モル比(M/MBT)は、1以下であると好ましい。より好ましくは0.9以下、特に好ましくは0.65以下である。 The content (molar amount) of the metal oxide constituting the shell phase is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, but the metal oxide is based on barium titanate constituting the core particles. It is preferable that they are contained in equimolar amounts or in a small molar ratio. That is, the content molar ratio (M M / M BT ) of the metal oxide constituting the shell phase to the barium titanate constituting the core particle is preferably 1 or less. More preferably, it is 0.9 or less, and particularly preferably 0.65 or less.

上述したように、本発明のシェル相を構成する所定の金属酸化物は、チタン酸バリウムと相互作用することにより、チタン酸バリウムの単位格子を歪ませて誘電率を向上させることができる。しかしながら、その一方で、金属酸化物自体は誘電率が比較的小さいものがあるため、金属酸化物量を多くしてしまうと、誘電体セラミックス粒子全体としての誘電率が低下する可能性がある。したがって、チタン酸バリウムの含有量に対する金属酸化物の含有量を少なくして上記範囲とすることにより、誘電体セラミックス粒子全体としての誘電率の低下を抑制することができる。   As described above, the predetermined metal oxide constituting the shell phase of the present invention interacts with barium titanate, thereby distorting the unit cell of barium titanate and improving the dielectric constant. However, on the other hand, some metal oxides themselves have a relatively low dielectric constant, so if the amount of metal oxide is increased, the dielectric constant of the dielectric ceramic particles as a whole may decrease. Therefore, by reducing the content of the metal oxide with respect to the content of barium titanate within the above range, it is possible to suppress a decrease in the dielectric constant of the dielectric ceramic particles as a whole.

一方、コア粒子を構成するチタン酸バリウムに対する、シェル相を構成する金属酸化物の含有モル比(M/MBT)の下限は特に制限されないが、本発明の効果を十分に得るため、M/MBTは、0.005以上であると好ましく、0.1以上であるとより好ましく、0.2以上であると特に好ましい。 On the other hand, the lower limit of the molar ratio (M M / M BT ) of the metal oxide constituting the shell phase to the barium titanate constituting the core particle is not particularly limited, but in order to sufficiently obtain the effects of the present invention, M M / MBT is preferably 0.005 or more, more preferably 0.1 or more, and particularly preferably 0.2 or more.

なお、金属酸化物を二種類以上用いる場合は、すべての金属酸化物の和が、チタン酸バリウムに対して上記範囲内であると好ましい。   In addition, when using 2 or more types of metal oxides, it is preferable that the sum of all the metal oxides exists in the said range with respect to barium titanate.

特に、金属酸化物をジルコン酸バリウムとした場合、チタン酸バリウムに対するジルコン酸バリウムの含有モル比(MBZ/MBT)は、1以下であると好ましい。また、このとき、MBZ/MBTは、0.85以下であるとより好ましく、0.7以下であるとさらにより好ましく、0.6以下であると特に好ましい。一方で、その下限は、特に制限されないが、本発明の効果を十分に得るため、MBZ/MBTは、0.01以上であると好ましく、0.15以上であるとより好ましい。 In particular, when the metal oxide is barium zirconate, the molar ratio (M BZ / M BT ) of barium zirconate to barium titanate is preferably 1 or less. At this time, M BZ / M BT is more preferably 0.85 or less, even more preferably 0.7 or less, and particularly preferably 0.6 or less. On the other hand, the lower limit is not particularly limited, but M BZ / M BT is preferably 0.01 or more and more preferably 0.15 or more in order to sufficiently obtain the effects of the present invention.

このように、チタン酸バリウムに対するジルコン酸バリウムを上記範囲とすることにより、チタン酸バリウムの単位格子が歪むことに起因する誘電率向上効果を最大限に引き出すことができると共に、それ自身は誘電率の低いジルコン酸バリウムの含有量を最小限に抑えることができる。   Thus, by making barium zirconate relative to barium titanate in the above range, the dielectric constant improvement effect due to the distortion of the barium titanate unit cell can be maximized, and the dielectric constant itself is The content of low barium zirconate can be minimized.

また、シェル相は、構造的な欠陥を抑制するために、コア粒子上に略均一の厚みで被覆されていると好ましい。   The shell phase is preferably coated on the core particle with a substantially uniform thickness in order to suppress structural defects.

≪誘電体セラミックス≫
本発明の第二の形態は、上記誘電体セラミックス粒子を含む、誘電体セラミックスを提供する。
≪Dielectric ceramics≫
A second aspect of the present invention provides a dielectric ceramic including the dielectric ceramic particles.

誘電体セラミックスは、上記誘電体セラミックス粒子を含むものであれば、その形態は限定されるものではないが、上記誘電体セラミックス粒子の集合体であると好ましく、たとえば、球状物、板状物、ペレット、またはこれらの混合物の形態をとることができる。   The form of the dielectric ceramic is not limited as long as it includes the dielectric ceramic particles. However, the dielectric ceramic is preferably an aggregate of the dielectric ceramic particles, for example, a spherical object, a plate-like object, It can take the form of pellets, or mixtures thereof.

本発明の誘電体セラミックスは、比誘電率(ε)が、89以上であると好ましく、100以上であるとより好ましく、150以上であるとさらにより好ましく、200以上であると特に好ましい。   The dielectric ceramic of the present invention has a relative dielectric constant (ε) of preferably 89 or more, more preferably 100 or more, still more preferably 150 or more, and particularly preferably 200 or more.

また、本発明の誘電体セラミックスは、相対密度が90%以上であることが好ましい。相対密度が90%以上であると、十分な誘電特性や機械的強度を得ることができる。さらに、相対密度は、95%以上であるとより好ましく、96%以上であるとさらにより好ましく、97%以上であると特に好ましい。また、その上限は特に制限されないが、実質的には100%である。なお、相対密度は、実施例に記載の方法により測定された値を採用するものとする。   Further, the dielectric ceramic of the present invention preferably has a relative density of 90% or more. When the relative density is 90% or more, sufficient dielectric properties and mechanical strength can be obtained. Furthermore, the relative density is more preferably 95% or more, even more preferably 96% or more, and particularly preferably 97% or more. The upper limit is not particularly limited, but is substantially 100%. In addition, the value measured by the method as described in an Example shall be employ | adopted for a relative density.

本発明の誘電体セラミックスは、上記誘電体セラミックス粒子を含むため、高い誘電率を示す。また、高い相対密度を有するため、高い誘電率を有するだけでなく、強度(特に機械的強度)もまた向上する。   Since the dielectric ceramic of the present invention contains the dielectric ceramic particles, it exhibits a high dielectric constant. Moreover, since it has a high relative density, not only has a high dielectric constant, but also strength (particularly mechanical strength) is improved.

≪誘電体セラミックス粒子(誘電体セラミックス)の製造方法≫
本発明の誘電体セラミックス粒子(誘電体セラミックス)の製造方法は、(1)コア粒子を準備する工程、(2)シェル相を形成する工程に大別される。また、これら以外に、必要に応じて(3)洗浄・乾燥工程を行ってもよい。以下、各工程について詳細に説明する。
≪Method for producing dielectric ceramic particles (dielectric ceramics) ≫
The method for producing dielectric ceramic particles (dielectric ceramics) of the present invention is roughly divided into (1) a step of preparing core particles and (2) a step of forming a shell phase. In addition to these, (3) a cleaning / drying step may be performed as necessary. Hereinafter, each step will be described in detail.

(1)コア粒子準備工程(工程(1))
本工程では、チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子を準備し、必要に応じて当該コア粒子を他の材料と混合する。さらに、必要に応じてバインダーを用いて成型を行ってもよい。
(1) Core particle preparation step (step (1))
In this step, core particles mainly composed of barium titanate are prepared, and the core particles are mixed with other materials as necessary. Furthermore, you may shape | mold using a binder as needed.

原料としてのコア粒子は、市販のチタン酸バリウム粉末を用いてもよいし、従来公知の方法により製造してもよい。このとき、原料としてのコア粒子の粒径は、50nmを超えて、500nm以下である。用いるコア粒子の粒径が50nm以下であると、以下で詳述するシェル相形成工程時、コア粒子同士が凝集してしまい、シェル相を均一に形成することができず、相対密度や誘電率の向上効果を得ることが難しくなる。   The core particle as a raw material may be a commercially available barium titanate powder or may be produced by a conventionally known method. At this time, the particle diameter of the core particle as a raw material is more than 50 nm and 500 nm or less. When the particle size of the core particles used is 50 nm or less, the core particles are aggregated during the shell phase forming step described in detail below, and the shell phase cannot be formed uniformly, and the relative density and dielectric constant It becomes difficult to obtain the improvement effect.

また、本工程において、コア粒子となるチタン酸バリウム粉末以外にも、必要に応じて、シェル相を形成するための他の材料、すなわち、金属酸化物の原料を予め添加してもよい。このとき、添加されうる他の材料としては、シェル相を構成する金属酸化物種により決定されるが、たとえば、酸化ジルコニウム(ZrO)、炭酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ジルコニウムアルコキシド、酸化ニオブ(Nb)等が挙げられる。これらの中でも、取り扱いが容易であり、比較的安価である、酸化ジルコニウムを添加することが好ましい。 In this step, other than the barium titanate powder used as the core particles, another material for forming the shell phase, that is, a metal oxide raw material, may be added in advance. At this time, other materials that can be added are determined by the metal oxide species constituting the shell phase. For example, zirconium oxide (ZrO 2 ), zirconium carbonate, zirconium acetate, zirconium alkoxide, niobium oxide (Nb 2 O) 5 ) and the like. Among these, it is preferable to add zirconium oxide, which is easy to handle and relatively inexpensive.

ここで、チタン酸バリウム粉末以外に添加されうる他の材料(金属酸化物原料)と、チタン酸バリウム粒子の添加量により、上述のM/MBTを制御することが可能である。
より具体的には、チタン酸バリウム中のチタンの含有量と、金属酸化物原料中に含まれる金属の含有量で、M/MBTを制御することが可能である。
Here, the above-mentioned M M / M BT can be controlled by other materials (metal oxide raw materials) that can be added in addition to the barium titanate powder and the addition amount of the barium titanate particles.
More specifically, M M / M BT can be controlled by the content of titanium in barium titanate and the content of metal contained in the metal oxide raw material.

たとえば、最も好ましい形態の一つであるジルコン酸バリウム(BaZrO)を主成分とするシェル相を形成する場合、チタン(Ti)とジルコニウム(Zr)の全量がそれぞれ誘電体セラミックス粒子の形成に用いられるため、酸化ジルコニウム(ZrO)/チタン酸バリウム(BaTiO)を0.25/1のモル比で混合した場合、MBZ/MBT=0.25である誘電体セラミックス粒子を得ることができる。 For example, when a shell phase mainly composed of barium zirconate (BaZrO 3 ), which is one of the most preferable forms, is formed, the total amount of titanium (Ti) and zirconium (Zr) is used for forming dielectric ceramic particles. Therefore, when zirconium oxide (ZrO 2 ) / barium titanate (BaTiO 3 ) is mixed at a molar ratio of 0.25 / 1, dielectric ceramic particles having M BZ / M BT = 0.25 can be obtained. it can.

さらに、上記のようにチタン酸バリウム粉末と金属酸化物原料を混合する際、溶媒を添加してもよい。このとき用いられる溶媒は特に限定されるものではないが、たとえば、水系溶媒、有機系溶媒を適宜選択することができる。使用可能な溶媒として、たとえば、水(純水);エタノール、メタノール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸ブチル、酢酸エチル、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のエステル系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒等が挙げられる。なかでも、後で行われるシェル相形成工程の操作性を考慮すると、水やアルコール溶媒を用いることが好ましい。   Furthermore, when mixing the barium titanate powder and the metal oxide raw material as described above, a solvent may be added. Although the solvent used at this time is not specifically limited, For example, an aqueous solvent and an organic solvent can be selected suitably. Usable solvents include, for example, water (pure water); alcohol solvents such as ethanol, methanol, benzyl alcohol, and methoxyethanol; glycol solvents such as ethylene glycol and diethylene glycol; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and the like. Ketone solvents; ester solvents such as butyl acetate, ethyl acetate, carbitol acetate, and butyl carbitol acetate; ether solvents such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl ether, and tetrahydrofuran; amine solvents such as methylethanolamine and diethanolamine; Aromatic solvents such as benzene, toluene, xylene and the like can be mentioned. Of these, water or an alcohol solvent is preferably used in consideration of the operability of the shell phase forming step performed later.

上記溶媒を用いてチタン酸バリウム粉末と金属酸化物原料を湿式混合する場合は、湿式ボールミルまたは撹拌ミルにより行われると好ましい。湿式ボールミルにおいてジルコニアボールを用いる場合には、直径1〜10mmの多数のジルコニアボールを用いて8〜24時間、好ましくは10〜20時間湿式混合すると好ましい。   When the barium titanate powder and the metal oxide raw material are wet mixed using the solvent, it is preferably carried out by a wet ball mill or a stirring mill. In the case of using zirconia balls in a wet ball mill, it is preferable to perform wet mixing for 8 to 24 hours, preferably 10 to 20 hours using a large number of zirconia balls having a diameter of 1 to 10 mm.

原料となるチタン酸バリウム粉末または上記のようにして得られた金属酸化物原料との混合物をさらに乾燥させ、適当なバインダーを用いてプレス成型してもよい。   The barium titanate powder as a raw material or a mixture with the metal oxide raw material obtained as described above may be further dried and press-molded using a suitable binder.

このとき使用可能なバインダーの例としては、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、アクリル系樹脂が挙げられる。添加するバインダーの量は、チタン酸バリウム粉末と金属酸化物原料の全質量(合計質量)に対して、0.01質量%〜10質量%であると好ましく、成型体の密度を向上させるという観点から、0.5質量%〜5質量%であるとより好ましい。   Examples of binders that can be used at this time include PVA (polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), and acrylic resins. The amount of the binder to be added is preferably 0.01% by mass to 10% by mass with respect to the total mass (total mass) of the barium titanate powder and the metal oxide raw material, and the viewpoint of improving the density of the molded body From 0.5 mass% to 5 mass%, it is more preferable.

上記バインダーを用いて成型した後は、脱バインダー処理を行う。当該脱バインダー処理は、成型体を300〜800℃に加熱することにより行われると好ましく、より好ましくは、400〜600℃である。   After molding using the binder, a binder removal treatment is performed. The binder removal treatment is preferably performed by heating the molded body to 300 to 800 ° C, and more preferably 400 to 600 ° C.

(2)シェル相形成工程(工程(2))
本工程では、上記の工程において準備されたコア粒子に対してシェル相を被覆する。このとき、コア−シェル構造体を形成することができるものであれば、その方法は限定されず、従来公知の方法を採用することができる。たとえば、固相法、液相法、噴霧熱分解法等、種々の方法を適用することができるが、特に、粒径が均一である微細な粒子を得るには、噴霧熱分解法、晶析法、ゾルゲル法、ソルボサーマル法等により合成する方法が好ましく、なかでも、ソルボサーマル法が特に好ましく用いられる。
(2) Shell phase forming step (step (2))
In this step, the shell phase is coated on the core particles prepared in the above step. At this time, the method is not limited as long as the core-shell structure can be formed, and a conventionally known method can be adopted. For example, various methods such as a solid phase method, a liquid phase method, and a spray pyrolysis method can be applied. In particular, in order to obtain fine particles having a uniform particle size, spray pyrolysis method, crystallization A method of synthesis by a method, a sol-gel method, a solvothermal method or the like is preferable, and a solvothermal method is particularly preferably used among them.

以下、ソルボサーマル法による本発明の誘電体セラミックス粒子(および誘電体セラミックス)の製造方法の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a method for producing the dielectric ceramic particles (and dielectric ceramics) of the present invention by the solvothermal method will be described.

ソルボサーマル反応とは、中〜高程度の圧力(通常、0.10〜1,000MPa)と中〜高程度の温度(通常100℃〜1000℃)の下で行われる反応であり、水を溶媒として使用する場合は特に「水熱反応」と呼ばれる。本発明の誘電体セラミックス粒子(および誘電体セラミックス)は、この工程を経ることにより、コア粒子を被覆するシェル相を形成することができる。   The solvothermal reaction is a reaction performed under a medium to high pressure (usually 0.10 to 1,000 MPa) and a medium to high temperature (usually 100 ° C. to 1000 ° C.). Especially when used as “hydrothermal reaction”. The dielectric ceramic particles (and dielectric ceramics) of the present invention can form a shell phase covering the core particles through this step.

この際、上記工程(1)で準備したコア粒子(またはその成型体)に対し、シェル相を形成するための材料がさらに添加される。つまり、上記コア粒子準備工程で添加した金属酸化物原料以外に、シェル相を形成するために必要な元素を含む材料が添加される。ここで添加される材料としては、たとえば、シェル相を構成する金属酸化物種に依存するが、上記工程(1)で添加した金属酸化物原料では補えない元素を含む化合物が挙げられる。当該化合物として、たとえば、バリウム源となる化合物や、カリウム源となる化合物、リチウム源となる化合物等が挙げられる。   At this time, a material for forming a shell phase is further added to the core particles (or a molded body thereof) prepared in the step (1). That is, in addition to the metal oxide raw material added in the core particle preparation step, a material containing an element necessary for forming a shell phase is added. Examples of the material added here include a compound containing an element that depends on the metal oxide species constituting the shell phase but cannot be supplemented by the metal oxide raw material added in the step (1). Examples of the compound include a compound serving as a barium source, a compound serving as a potassium source, and a compound serving as a lithium source.

上記バリウム源となる化合物の例としては、特に制限されないが、水酸化バリウム八水和物(Ba(OH)・8HO)等の水酸化バリウム、各種のバリウムアルコキシド、炭酸バリウム、酢酸バリウム、等が挙げられる。これらの中でも、取り扱いが容易であり、比較的安価である、水酸化バリウム八水和物を添加することが好ましい。 Examples of compounds serving as the barium source is not particularly limited, barium hydroxide, such as barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2 · 8H 2 O), various barium alkoxides, barium carbonate, barium acetate , Etc. Among these, it is preferable to add barium hydroxide octahydrate, which is easy to handle and relatively inexpensive.

上記カリウム源となる化合物の例としては、特に制限されないが、水酸化カリウム等が挙げられる。また、上記リチウム源となる化合物の例としては、特に制限されないが、水酸化リチウム等が挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as an example of the compound used as the said potassium source, Potassium hydroxide etc. are mentioned. Moreover, although it does not restrict | limit especially as an example of the compound used as the said lithium source, Lithium hydroxide etc. are mentioned.

上記シェル相を形成するための材料の添加量については、特に制限されないが、シェル相を構成する金属酸化物種や、上記工程(1)において添加された金属酸化物原料の種類(組成)に依存して決定される。たとえば、最も好ましい形態の一つであるジルコン酸バリウム(BaZrO)を主成分とするシェル相を形成する場合であって、上記工程(1)において酸化ジルコニウムを添加した場合は、本工程(2)において、当該酸化ジルコニウムに対して、バリウム源となる化合物として最も好ましい材料の一つである水酸化バリウム八水和物を、1.0〜2.0当量(モル比)添加すると好ましい。上記範囲とすることにより、酸化ジルコニウムが残存することなくジルコン酸バリウムに変換され、また、不純物となりうる未反応物の生成を抑制することができる。 The addition amount of the material for forming the shell phase is not particularly limited, but depends on the metal oxide species constituting the shell phase and the type (composition) of the metal oxide raw material added in the step (1). To be determined. For example, when a shell phase mainly composed of barium zirconate (BaZrO 3 ), which is one of the most preferable forms, is formed and zirconium oxide is added in the above step (1), this step (2 In this case, it is preferable to add 1.0 to 2.0 equivalents (molar ratio) of barium hydroxide octahydrate, which is one of the most preferable materials as a barium source compound, with respect to the zirconium oxide. By setting it as the said range, it can convert into barium zirconate, without a zirconium oxide remaining, and can suppress the production | generation of the unreacted substance which can become an impurity.

このとき用いる溶媒としては、シェル相を構成する材料に応じて、水系溶媒、有機系溶媒を適宜選択することができる。使用可能な溶媒として、たとえば、水(水熱合成);エタノール、メタノール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸ブチル、酢酸エチル、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のエステル系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒等が挙げられる。なお、上記溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、上記溶媒は、容器の腐食などの観点から、非酸性の(すなわち、中性または塩基性の)混合液(反応混合液)とすると好ましい。   As the solvent used at this time, an aqueous solvent or an organic solvent can be appropriately selected according to the material constituting the shell phase. Usable solvents include, for example, water (hydrothermal synthesis); alcohol solvents such as ethanol, methanol, benzyl alcohol and methoxyethanol; glycol solvents such as ethylene glycol and diethylene glycol; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and the like Ketone solvents; ester solvents such as butyl acetate, ethyl acetate, carbitol acetate and butyl carbitol acetate; ether solvents such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl ether and tetrahydrofuran; amine solvents such as methylethanolamine and diethanolamine An aromatic solvent such as benzene, toluene, xylene and the like. In addition, the said solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The solvent is preferably a non-acidic (that is, neutral or basic) mixed solution (reaction mixed solution) from the viewpoint of corrosion of the container.

上記溶媒の中でも、水およびアルコール系溶媒は、強い極性溶媒であるため、好ましい。さらに、安価という点に加え、より極性が高い溶媒であるという点で、溶媒として水を用いると特に好ましい。ソルボサーマル合成時、極性が高い溶媒を用いることにより、コア粒子とシェル相とがより強固に密着し、界面におけるコア粒子の結晶歪みが大きくなる。   Among the above solvents, water and alcohol solvents are preferable because they are strong polar solvents. Furthermore, it is particularly preferable to use water as a solvent in that it is a solvent having higher polarity in addition to being inexpensive. During the solvothermal synthesis, by using a highly polar solvent, the core particles and the shell phase adhere more firmly, and the crystal distortion of the core particles at the interface increases.

ソルボサーマル反応時の温度は特に限定されないが、150℃〜400℃であると好ましく、200℃〜300℃であるとより好ましい。   Although the temperature at the time of solvothermal reaction is not specifically limited, It is preferable in it being 150 to 400 degreeC, and it is more preferable in it being 200 to 300 degreeC.

また、ソルボサーマル反応を行う時間についても特に限定されないが、好ましくは1〜72時間、より好ましくは5〜50時間、さらに好ましくは10〜30時間である。   Moreover, it is although it does not specifically limit about the time which performs solvothermal reaction, Preferably it is 1 to 72 hours, More preferably, it is 5 to 50 hours, More preferably, it is 10 to 30 hours.

ソルボサーマル反応を行う際の圧力は、特に限定されないが、0.10〜4.0MPa程度で行うと好ましい。このような圧力下での反応は、オートクレーブ等の耐圧容器中で行うことができる。   Although the pressure at the time of performing solvothermal reaction is not specifically limited, It is preferable when it carries out at about 0.10-4.0 Mpa. The reaction under such pressure can be performed in a pressure-resistant vessel such as an autoclave.

(3)洗浄・乾燥工程
上記工程によりシェル相を形成した後、必要に応じて洗浄・乾燥工程を行ってもよい。本工程は、主として、上記工程(2)により生じた不純物や未反応物を除去するために行われる。したがって、洗浄溶媒は、これらを溶解させることができると共に、生成した誘電体セラミックス粒子に影響しない溶媒が用いられる。たとえば、酢酸水溶液、水(純水)等を用いて洗浄すると好ましい。
(3) Washing / drying step After the shell phase is formed by the above steps, a washing / drying step may be performed as necessary. This step is mainly performed to remove impurities and unreacted substances generated in the step (2). Therefore, as the cleaning solvent, a solvent that can dissolve them and does not affect the generated dielectric ceramic particles is used. For example, it is preferable to wash using an acetic acid aqueous solution, water (pure water) or the like.

また、乾燥条件も特に制限されないが、100〜150℃で乾燥させると好ましい。   The drying conditions are not particularly limited, but it is preferable to dry at 100 to 150 ° C.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

≪誘電体セラミックスの製造≫
(実施例1)
粒径300nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO 品名T−BTO−300:戸田工業株式会社)と酸化ジルコニウム(ZrO 品名UEP−100:第一稀元素化学株式会社)をモル比でZrO:BT=0.25:1.00となるように湿式ボールミル(ジルコニアボール、φ3mm)で16時間混合した(溶媒:純水、固形分濃度30wt%)。得られたスラリーを乾燥させ、乳鉢と乳棒で粉砕し、粉末を得た。当該粉末に対して、PVAバインダーを1質量%の割合となるように添加した。
≪Manufacture of dielectric ceramics≫
(Example 1)
Barium titanate having a particle size of 300 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-300: Toda Kogyo Co., Ltd.) and zirconium oxide (ZrO 2 product name UEP-100: Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) in a molar ratio of ZrO 2 : The mixture was mixed for 16 hours in a wet ball mill (zirconia balls, φ3 mm) so that BT = 0.25: 1.00 (solvent: pure water, solid content concentration 30 wt%). The obtained slurry was dried and pulverized with a mortar and pestle to obtain a powder. A PVA binder was added to the powder so as to have a ratio of 1% by mass.

1cm角の金型を使用して、上記粉末を圧力2tでプレス成型を行い、得られた成型体(ペレット)を500℃で3時間処理し、脱バインダー処理を行った。   Using a 1 cm square mold, the powder was press-molded at a pressure of 2 t, and the resulting molded body (pellet) was treated at 500 ° C. for 3 hours to remove the binder.

上記の通り作製した成型体を25mlのオートクレーブ容器(三愛科学株式会社製:HU−25)に入れ、水酸化バリウム8水和物(Ba(OH)・8HO:キシダ化学株式会社)を成型体中に含まれるZrOと同じモル量の1.2倍添加し、純水を5ml添加した後、乾燥オーブン器にて230℃×18時間の条件で水熱合成処理を行った。 The molded body produced as described above is put into a 25 ml autoclave container (manufactured by Sanai Kagaku Co., Ltd .: HU-25), and barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2 .8H 2 O: Kishida Chemical Co., Ltd.) is added. After 1.2 times the same molar amount as ZrO 2 contained in the molded body and 5 ml of pure water were added, hydrothermal synthesis treatment was performed in a drying oven at 230 ° C. for 18 hours.

未反応分のBa(BaCOとなっている)を除去するため、取り出した試料を酢酸水溶液(酢酸:水=1:1)により洗浄し、さらに純水で洗浄した後、乾燥した。この一連の操作により、BZ/BTコア−シェル構造を有する誘電体セラミックス(1)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(1)中、BZ/BT=0.25/1.00モル比である。 In order to remove unreacted Ba (becomes BaCO 3 ), the sample taken out was washed with an acetic acid aqueous solution (acetic acid: water = 1: 1), further washed with pure water, and then dried. By this series of operations, a dielectric ceramic (1) having a BZ / BT core-shell structure was obtained. In the dielectric ceramic (1), BZ / BT = 0.25 / 1.00 molar ratio.

(実施例2)
チタン酸バリウムと酸化ジルコニウムのモル比を、ZrO:BT=0.5:1.00に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス(2)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(2)中、BZ/BT=0.5/1.00モル比である。
(Example 2)
A dielectric ceramic (2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of barium titanate and zirconium oxide was changed to ZrO 2 : BT = 0.5: 1.00. In the dielectric ceramic (2), BZ / BT = 0.5 / 1.00 molar ratio.

(実施例3)
チタン酸バリウムと酸化ジルコニウムのモル比を、ZrO:BT=0.75:1.00に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス(3)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(3)中、BZ/BT=0.75/1.00モル比である。
(Example 3)
A dielectric ceramic (3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of barium titanate and zirconium oxide was changed to ZrO 2 : BT = 0.75: 1.00. In the dielectric ceramic (3), BZ / BT = 0.75 / 1.00 molar ratio.

(実施例4)
チタン酸バリウムと酸化ジルコニウムのモル比を、ZrO:BT=1.0:1.00に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス(4)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(4)中、BZ/BT=1.0/1.00モル比である。
Example 4
A dielectric ceramic (4) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of barium titanate and zirconium oxide was changed to ZrO 2 : BT = 1.0: 1.00. In the dielectric ceramic (4), BZ / BT = 1.0 / 1.00 molar ratio.

(実施例5)
水熱合成処理に代わり、エタノールを用いたソルボサーマル合成処理とした(水の代わりにエタノールを溶媒として用いた)こと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス(5)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(5)中、BZ/BT=0.25/1.00モル比である。
(Example 5)
Dielectric ceramics (5) was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used instead of hydrothermal synthesis treatment (ethanol was used instead of water as a solvent). In the dielectric ceramic (5), BZ / BT = 0.25 / 1.00 molar ratio.

(実施例6)
水熱合成処理に代わり、エタノールを用いたソルボサーマル合成処理とした(水の代わりにエタノールを溶媒として用いた)こと以外は、実施例2と同様にして誘電体セラミックス(6)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(6)中、BZ/BT=0.5/1.00モル比である。
(Example 6)
Dielectric ceramics (6) were obtained in the same manner as in Example 2 except that ethanol was used instead of hydrothermal synthesis treatment (ethanol was used instead of water as a solvent). In the dielectric ceramic (6), BZ / BT = 0.5 / 1.00 molar ratio.

(実施例7)
水熱合成処理に代わり、エタノールを用いたソルボサーマル合成処理とした(水の代わりにエタノールを溶媒として用いた)こと以外は、実施例3と同様にして誘電体セラミックス(7)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(7)中、BZ/BT=0.75/1.00モル比である。
(Example 7)
Dielectric ceramics (7) was obtained in the same manner as in Example 3 except that ethanol was used instead of hydrothermal synthesis, and ethanol was used instead of water (ethanol was used instead of water). In the dielectric ceramic (7), BZ / BT = 0.75 / 1.00 molar ratio.

(実施例8)
水熱合成処理に代わり、エタノールを用いたソルボサーマル合成処理とした(水の代わりにエタノールを溶媒として用いた)こと以外は、実施例4と同様にして誘電体セラミックス(8)を得た。なお、当該誘電体セラミックス(8)中、BZ/BT=1.0/1.00モル比である。
(Example 8)
A dielectric ceramic (8) was obtained in the same manner as in Example 4 except that instead of the hydrothermal synthesis treatment, a solvothermal synthesis treatment using ethanol was used (ethanol was used instead of water as a solvent). In the dielectric ceramic (8), BZ / BT = 1.0 / 1.00 molar ratio.

(比較例1)
粒径300nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO 品名T−BTO−300:戸田工業株式会社)に対して、PVAバインダーを1質量%の割合となるように添加した。
(Comparative Example 1)
A PVA binder was added to a barium titanate having a particle size of 300 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-300: Toda Kogyo Co., Ltd.) at a ratio of 1% by mass.

1cm角の金型を使用して、上記粉末を圧力2tでプレス成型を行い、得られた成型体(ペレット)を500℃で3時間処理し、脱バインダー処理を行った。この一連の操作により、BT粒子からなる比較誘電体セラミックス(1)(比較誘電体セラミックス(1)とも称する)を得た。   Using a 1 cm square mold, the powder was press-molded at a pressure of 2 t, and the resulting molded body (pellet) was treated at 500 ° C. for 3 hours to remove the binder. By this series of operations, a comparative dielectric ceramic (1) made of BT particles (also referred to as comparative dielectric ceramic (1)) was obtained.

(比較例2)
粒径300nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO 品名T−BTO−300:戸田工業株式会社)と、水熱合成法により合成した粒径100nmのBaZrOとを、モル比で1:1の割合となるように湿式ボールミル(ジルコニアボール、φ3mm)で混合した(溶媒:純水、固形分濃度30wt%)。得られたスラリーを乾燥させ、乳鉢と乳棒で粉砕し、粉末を得た。当該粉末に対して、PVAバインダーを1質量%の割合となるように添加した。
(Comparative Example 2)
Barium titanate having a particle size of 300 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-300: Toda Kogyo Co., Ltd.) and BaZrO 3 having a particle size of 100 nm synthesized by a hydrothermal synthesis method in a molar ratio of 1: 1. The mixture was mixed with a wet ball mill (zirconia balls, φ3 mm) (solvent: pure water, solid content concentration 30 wt%). The obtained slurry was dried and pulverized with a mortar and pestle to obtain a powder. A PVA binder was added to the powder so as to have a ratio of 1% by mass.

1cm角の金型を使用して、上記粉末を圧力2tでプレス成型を行い、得られた成型体(ペレット)を500℃で3時間処理し、脱バインダー処理を行った。この一連の操作により、BT粒子およびBZ粒子からなる比較誘電体セラミックス(2)(比較誘電体セラミックス(2)とも称する)を得た。   Using a 1 cm square mold, the powder was press-molded at a pressure of 2 t, and the resulting molded body (pellet) was treated at 500 ° C. for 3 hours to remove the binder. By this series of operations, a comparative dielectric ceramic (2) (also referred to as a comparative dielectric ceramic (2)) composed of BT particles and BZ particles was obtained.

(比較例3)
水熱合成法により合成した粒子径50nmのチタン酸バリウムと酸化ジルコニウム(ZrO 品名UEP−100:第一稀元素化学株式会社)をモル比でZrO:BT=0.25:1.00となるように湿式ボールミル(ジルコニアボール、φ3mm)で16時間混合した(溶媒:純水、固形分濃度30wt%)。得られたスラリーを乾燥させ、乳鉢と乳棒で粉砕し、粉末を得た。当該粉末に対して、たのち、PVAバインダーを1質量%の割合となるように添加した。
(Comparative Example 3)
Barium titanate having a particle size of 50 nm synthesized by hydrothermal synthesis and zirconium oxide (ZrO 2 product name UEP-100: Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) in a molar ratio of ZrO 2 : BT = 0.25: 1.00 The mixture was mixed with a wet ball mill (zirconia balls, φ3 mm) for 16 hours (solvent: pure water, solid content concentration 30 wt%). The obtained slurry was dried and pulverized with a mortar and pestle to obtain a powder. After that, a PVA binder was added to the powder so as to have a ratio of 1% by mass.

1cm角の金型を使用して、上記粉末を圧力2tでプレス成型を行い、得られた成型体(ペレット)を500℃で3時間処理し、脱バインダー処理を行った。   Using a 1 cm square mold, the powder was press-molded at a pressure of 2 t, and the resulting molded body (pellet) was treated at 500 ° C. for 3 hours to remove the binder.

上記の通り作製した成型体を25mlのオートクレーブ容器(三愛科学株式会社製:HU−25)に入れ、水酸化バリウム8水和物(Ba(OH)・8HO:キシダ化学株式会社)を成型体中に含まれるZrOと同じモル量の1.2倍添加し、純水を5ml添加した後、乾燥オーブン器にて230℃×18時間の条件で水熱合成処理を行った。 The molded body produced as described above is put into a 25 ml autoclave container (manufactured by Sanai Kagaku Co., Ltd .: HU-25), and barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2 .8H 2 O: Kishida Chemical Co., Ltd.) is added. After 1.2 times the same molar amount as ZrO 2 contained in the molded body and 5 ml of pure water were added, hydrothermal synthesis treatment was performed in a drying oven at 230 ° C. for 18 hours.

未反応分のBa(BaCOとなっている)を除去するため、取り出した試料を酢酸水溶液(酢酸:水=1:1)により洗浄し、さらに純水で洗浄した後、乾燥した。この一連の作業により、比較誘電体セラミックス(3)(比較誘電体セラミックス(3)とも称する)を得た。 In order to remove unreacted Ba (becomes BaCO 3 ), the sample taken out was washed with an acetic acid aqueous solution (acetic acid: water = 1: 1), further washed with pure water, and then dried. By this series of operations, a comparative dielectric ceramic (3) (also referred to as comparative dielectric ceramic (3)) was obtained.

≪評価≫
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。
≪Evaluation≫
The dielectric ceramics obtained in the above examples and comparative examples were evaluated as follows.

(STEM−EDS分析)
上記実施例で得られた誘電体セラミックスについて、FE−STEM−EDS分析を行った。なお、測定は、日本電子株式会社 JM2800を用いて行った。一例として、実施例2による誘電体セラミックス(2)に関し、得られたSTEM像を図1Aに示す。なお、図1B〜1Dには、図1Aと同一視野で測定したTi、Zr、Baのマッピングデータをそれぞれ示す。
(STEM-EDS analysis)
FE-STEM-EDS analysis was performed about the dielectric ceramic obtained in the said Example. In addition, the measurement was performed using JEOL Ltd. JM2800. As an example, the obtained STEM image of the dielectric ceramic (2) according to Example 2 is shown in FIG. 1A. 1B to 1D show Ti, Zr, and Ba mapping data measured in the same field of view as FIG. 1A.

その結果、誘電体セラミックス(2)において、チタン酸バリウム粒子(コア粒子)の表面に、ジルコン酸バリウムからなるシェル相が形成されている(コーティングされている)ことが確認された。また、このようなコア−シェル構造が、他の実施例による誘電体セラミックスにおいても同様に形成されていることをSTEM−EDS分析により確認した。   As a result, it was confirmed that a shell phase composed of barium zirconate was formed (coated) on the surface of the barium titanate particles (core particles) in the dielectric ceramic (2). Further, it was confirmed by STEM-EDS analysis that such a core-shell structure was similarly formed in dielectric ceramics according to other examples.

(SEM観察)
上記比較例3で得られた比較誘電体セラミックス(3)について、SEM分析を行った。なお、測定は、日本電子株式会社 JSM−7800Fを用いて行った。得られたSEM像を図2に示す。
(SEM observation)
The comparative dielectric ceramic (3) obtained in Comparative Example 3 was subjected to SEM analysis. In addition, the measurement was performed using JEOL Co., Ltd. JSM-7800F. The obtained SEM image is shown in FIG.

その結果、比較誘電体セラミックス(3)では、成型体(ペレット)の表面上にジルコン酸バリウム粒子が観察され、良好なコア−シェル構造は確認されなかった。これは、コア粒子となるチタン酸バリウム粒子の粒径が小さく、当該チタン酸バリウム粒子同士が凝集した結果、ペレット内部でジルコン酸バリウムが合成されず、コア粒子の表面上にジルコン酸バリウムからなるシェル相が形成されなかったものと考えられる。   As a result, in the comparative dielectric ceramic (3), barium zirconate particles were observed on the surface of the molded body (pellet), and a good core-shell structure was not confirmed. This is because the barium titanate particles used as the core particles are small in size, and as a result of aggregation of the barium titanate particles, barium zirconate is not synthesized inside the pellet, and barium zirconate is formed on the surface of the core particles. It is considered that a shell phase was not formed.

(XRD測定)
XRD測定により、水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理前後のチタン酸バリウムの構造変化を観察した。測定は、X線回折装置(PANalytical、RAYONS Xを用いて行い、線源はCu−Kα、電圧45kV、電流40mAとした。得られた結果から、2θが44〜46°の領域に観測されたピークについて、図3〜図10に示す。
(XRD measurement)
The structural change of barium titanate before and after hydrothermal synthesis or solvothermal synthesis was observed by XRD measurement. The measurement was performed using an X-ray diffractometer (PANalytical, RAYONS X, and the radiation source was Cu-Kα, voltage 45 kV, current 40 mA. From the obtained results, 2θ was observed in the region of 44 to 46 °. About a peak, it shows in FIGS.

図のXRDスペクトル中、「反応前」とは、水熱合成反応前またはソルボサーマル合成処理前であって、脱バインダー処理後、「反応後」とは、水熱合成反応後またはソルボサーマル合成処理後を示す。その結果、実施例のすべてのサンプルにおいて、反応後のスペクトルのピーク幅が拡大していることから、チタン酸バリウムのコア粒子と、ジルコン酸バリウムのシェル相との界面において、チタン酸バリウムの結晶構造が変化していることが示唆される。より詳細には、XRDスペクトルにより、チタン酸バリウムのコア粒子表面に、ジルコン酸バリウムのシェル相がコーティングされ、シェル相との界面におけるチタン酸バリウムの結晶構造が歪んでいることが示唆される。   In the XRD spectrum of the figure, “before reaction” means before hydrothermal synthesis reaction or before solvothermal synthesis treatment, and after debinding treatment, and “after reaction” means after hydrothermal synthesis reaction or solvothermal synthesis treatment. Shown later. As a result, in all the samples of the examples, the peak width of the spectrum after the reaction is expanded, so that the crystal of barium titanate is formed at the interface between the barium titanate core particle and the shell phase of barium zirconate. This suggests that the structure has changed. More specifically, the XRD spectrum suggests that the surface of barium titanate core particles is coated with a shell phase of barium zirconate, and the crystal structure of barium titanate at the interface with the shell phase is distorted.

(比誘電率測定)
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、導電性ペーストであるDOTITE(登録商標)TYPE D550(藤倉化成株式会社)を塗布し、300℃×15分の条件で電極を焼き付けし、LCRメーター(Agilent社製 4284A 測定条件:1KHz、1.0V)を用いて比誘電率の測定を行った。得られた結果を表1および図11に示す。なお、表中の「−」は、測定できなかったことを示す。
(Specific permittivity measurement)
About the dielectric ceramics obtained in the above examples and comparative examples, the conductive paste DOTITE (registered trademark) TYPE D550 (Fujikura Kasei Co., Ltd.) was applied, and the electrodes were baked under conditions of 300 ° C. × 15 minutes, The relative dielectric constant was measured using an LCR meter (Agilent 4284A measurement conditions: 1 KHz, 1.0 V). The obtained results are shown in Table 1 and FIG. In addition, "-" in a table | surface shows that it was not able to measure.

(密度測定)
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。得られた結果を表1に示す。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、チタン酸バリウムの密度を6.06g/cm、ジルコン酸バリウムの密度を5.52g/cmとして求めた。なお、表中の「−」は、測定していないか、または測定できなかったことを示す。
(Density measurement)
About the dielectric ceramics obtained by the said Example and the comparative example, the density was measured using the Archimedes method. The obtained results are shown in Table 1. The relative density was calculated by dividing the measured density of the sample by the theoretical density. At this time, the density of barium titanate was determined to be 6.06 g / cm 3 and the density of barium zirconate was determined to be 5.52 g / cm 3 . . In addition, "-" in a table | surface shows that it was not measuring or was not able to measure.

上記表1より、実施例のすべてにおいて、通常のチタン酸バリウム粒子(比較例1)よりも、誘電率が向上する結果が得られた。また、チタン酸バリウム粒子とジルコン酸バリウム粒子とを単に混合して得られた試料(比較例2)と比較しても、本発明に係る実施例で得られた試料の方が、誘電率が高かった。このような結果は、XRD測定の結果も考慮すると、チタン酸バリウム粒子がジルコン酸バリウムによりコーティングされてコア−シェル構造が形成され、その結果、界面のチタン酸バリウム結晶が歪んだことに起因して、誘電率が向上したためと考えられる。   From Table 1 above, in all of the examples, the result that the dielectric constant was improved as compared with the normal barium titanate particles (Comparative Example 1) was obtained. Even when compared with a sample obtained by simply mixing barium titanate particles and barium zirconate particles (Comparative Example 2), the sample obtained in the example according to the present invention has a dielectric constant. it was high. In consideration of the result of XRD measurement, such a result is due to the fact that barium titanate particles are coated with barium zirconate to form a core-shell structure, and as a result, the barium titanate crystal at the interface is distorted. This is probably because the dielectric constant has been improved.

さらに、ソルボサーマル合成時、溶媒をエタノールとした場合(実施例5〜8)よりも、溶媒を水とした場合(実施例1〜4)の方が、高い誘電率を示す試料が得られた。この理由は、水の方がエタノールよりも極性が大きい溶媒であるため、合成反応における反応性が高くなり、ジルコン酸バリウムシェル相がより強くチタン酸バリウムに密着することでチタン酸バリウム結晶の歪み割合が大きくなったためであると考えられる。   Furthermore, at the time of solvothermal synthesis, a sample having a higher dielectric constant was obtained when the solvent was water (Examples 1 to 4) than when the solvent was ethanol (Examples 5 to 8). . The reason for this is that water is a solvent that is more polar than ethanol, so the reactivity in the synthesis reaction is higher, and the barium zirconate shell phase is more strongly adhered to the barium titanate, which causes distortion of the barium titanate crystals. This is probably because the ratio has increased.

また、チタン酸バリウムに対するジルコン酸バリウムのモル比(MBZ/MBT)が小さくなるほど、比誘電率が向上する傾向があるという結果も示された。 In addition, the results showed that the relative permittivity tends to improve as the molar ratio of barium zirconate to barium titanate (M BZ / M BT ) decreases.

さらに、相対密度を評価したところ、実施例では、相対密度も高い誘電体セラミックスが得られたことが示されている。このように、相対密度が高いこともまた、誘電率の向上に寄与していると考えられる。
Furthermore, when the relative density was evaluated, the examples show that dielectric ceramics having a high relative density were obtained. Thus, it is considered that the high relative density also contributes to the improvement of the dielectric constant.

Claims (5)

チタン酸バリウムを主成分とするコア粒子と、
前記コア粒子の表面上に形成された金属酸化物を主成分とするシェル相と、を有し、
前記コア粒子の粒径は50nmを超えて500nm以下であり、
前記チタン酸バリウムのa軸方向の格子定数(aBT)に対し、前記金属酸化物のa軸方向の格子定数(a)が、0.5%以上大きい、誘電体セラミックス粒子。
Core particles mainly composed of barium titanate;
A shell phase mainly composed of a metal oxide formed on the surface of the core particles,
The core particle has a particle size of more than 50 nm and not more than 500 nm,
Dielectric ceramic particles in which the lattice constant (a M ) in the a-axis direction of the metal oxide is 0.5% or more larger than the lattice constant (a BT ) in the a-axis direction of the barium titanate.
前記金属酸化物の室温における結晶構造が、ペロブスカイト型である、請求項1に記載の誘電体セラミックス粒子。   The dielectric ceramic particle according to claim 1, wherein a crystal structure of the metal oxide at room temperature is a perovskite type. 前記金属酸化物は、ジルコン酸バリウムである、請求項1または2に記載の誘電体セラミックス粒子。   The dielectric ceramic particle according to claim 1, wherein the metal oxide is barium zirconate. 前記チタン酸バリウムに対する前記ジルコン酸バリウムの含有モル比(MBZ/MBT)は、1以下である、請求項3に記載の誘電体セラミックス粒子。 The dielectric ceramic particles according to claim 3, wherein a content molar ratio (M BZ / M BT ) of the barium zirconate to the barium titanate is 1 or less. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の誘電体セラミックス粒子を含む、誘電体セラミックス。

Dielectric ceramics including the dielectric ceramic particles according to claim 1.

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