JP2017178744A - Ferroelectric ceramic and method for producing the same - Google Patents

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新納 英明
Hideaki Niino
英明 新納
岩井 裕
Yutaka Iwai
裕 岩井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ferroelectric ceramic having a small variation of relative dielectric constants in the range of -55°C to 200°C.SOLUTION: Ferroelectric ceramic comprises a tungsten bronze type oxide having Nb, and an oxide assistant.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、例えば、車載用や航空宇宙用等、広い温度範囲で利用されるキャパシタに用いることが可能な、強誘電体セラミックス及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a ferroelectric ceramic that can be used for a capacitor used in a wide temperature range, for example, for in-vehicle use or aerospace use, and a method for manufacturing the same.

従来、例えば、車載用や航空宇宙用等、広い温度範囲で利用されるキャパシタに用いることが可能な強誘電体セラミックスの候補として、非特許文献1には、タングステンブロンズ化合物であるKSrNb9.7829.45に、少量のZrOやTaを添加・焼成したものが、KSrNb9.7829.45に対し、キュリー温度以下で比誘電率が増加したり、温度依存性が小さくなったりすることが報告されている。 Conventionally, as a candidate for a ferroelectric ceramic that can be used for a capacitor used in a wide temperature range, for example, for in-vehicle use or aerospace use, Non-Patent Document 1 discloses K 2 Sr 4 that is a tungsten bronze compound. Nb 9.78 O 29.45 with a small amount of ZrO 2 or Ta 2 O 5 added and fired has a relative dielectric constant below the Curie temperature compared to K 2 Sr 4 Nb 9.78 O 29.45. It has been reported that the temperature dependence increases or the temperature dependence decreases.

しかしながら、上記KSrNb9.7829.45に、少量のZrOやTaを添加・焼成したものは、比誘電率変化の温度依存性が大きく、例えば、EIA規格のX7R特性、すなわち、−55℃〜125℃の温度範囲において比誘電率のばらつきが土15%以内である特性を達成できていなかった。
かかる状況下、−55℃〜150℃の温度範囲において比誘電率のばらつきが土15%以内であるX8R特性や、−55℃〜200℃の温度範囲において比誘電率のばらつきが土15%以内であるX9R特性を達成する強誘電体セラミックスの開発が望まれている。
However, a material obtained by adding and baking a small amount of ZrO 2 or Ta 2 O 5 to K 2 Sr 4 Nb 9.78 O 29.45 has a large temperature dependency of a change in relative dielectric constant. The X7R characteristic, that is, the characteristic that the variation of the relative dielectric constant is within 15% of the soil in the temperature range of −55 ° C. to 125 ° C. could not be achieved.
Under such circumstances, the X8R characteristic in which the variation in relative permittivity is within 15% of the soil in the temperature range of −55 ° C. to 150 ° C., and the variation in relative permittivity in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. is within 15% of the soil. Development of ferroelectric ceramics that achieve the X9R characteristic is desired.

Tribotte, B., et al. Journal of the European Ceramic Society 19(6―7) (1999): 1105―1109Tribotte, B., et al. Journal of the European Ceramic Society 19 (6-7) (1999): 1105-1109.

かかる状況下、本発明が解決しようとする課題は、−55℃〜200℃の範囲における比誘電率のばらつきの小さい強誘電体セラミックスを提供することである。   Under such circumstances, a problem to be solved by the present invention is to provide a ferroelectric ceramic having a small variation in relative dielectric constant in a range of −55 ° C. to 200 ° C.

本願発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、以下の構成により課題を解決することに至ったものである。
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[1]Nbを有するタングステンブロンズ型酸化物、及び酸化物助剤を含む、強誘電体セラミックス。
[2]前記タングステンブロンズ型酸化物は、KSrNb15(以下、「KSN」ともいう。)又はNaSrNb15(以下、「NSN」ともいう。)である、前記[1]に記載の強誘電体セラミックス。
[3]前記酸化物助剤は、ZrO又はTaあるいはそれらの混合物である、前記[1]又は[2]に記載の強誘電体セラミックス。
[4]前記タングステンブロンズ型酸化物は、12.46超12.54未満の格子定数aを有するKSrNb15である、前記[1]〜[3]いずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[5]前記タングステンブロンズ型酸化物は、12.30以上12.35未満の格子定数aを有するNaSrNb15である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[6]−55℃〜200℃の範囲において、5000未満の比誘電率を有し、かつ、比誘電率の極大値が2つ以上存在する、前[1]〜[5]のいずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[7]キュリー温度が80℃以上190℃以下である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[8]−55℃〜200℃の範囲における比誘電率の最大値εmaxと最小値εminは、(εmax−εmin)/(εmax+εmin)≦0.4の関係を満たす、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[9]−55℃〜200℃の範囲における比誘電率の最大値εmaxと最小値εminは、(εmax+εmin)/2≧1000の関係を満たす、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の強誘電体セラミックス。
[10]タングステンブロンズ型酸化物、またはその原料又はその前駆体に、酸化物助剤の成分を添加した後に焼結する工程を含む、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の強誘電体セラミックスの製造方法。
[11]前記焼結は、少なくとも1回の仮焼と、その後の、該仮焼の温度より高い温度での焼結を含む、前記[10]に記載の方法。
As a result of intensive studies and repeated experiments to solve the above problems, the inventors of the present application have come to solve the problems with the following configuration.
That is, the present invention is as follows.
[1] A ferroelectric ceramic containing a tungsten bronze type oxide having Nb and an oxide auxiliary agent.
[2] The tungsten bronze oxide is KSr 2 Nb 5 O 15 (hereinafter also referred to as “KSN”) or NaSr 2 Nb 5 O 15 (hereinafter also referred to as “NSN”). ] Ferroelectric ceramics described in the above.
[3] The ferroelectric ceramic according to [1] or [2], wherein the oxide auxiliary agent is ZrO 2 or Ta 2 O 5 or a mixture thereof.
[4] The ferroelectric according to any one of [1] to [3], wherein the tungsten bronze type oxide is KSr 2 Nb 5 O 15 having a lattice constant a of more than 12.46 and less than 12.54. Ceramics.
[5] The ferroelectric material according to any one of [1] to [3], wherein the tungsten bronze oxide is NaSr 2 Nb 5 O 15 having a lattice constant a of 12.30 or more and less than 12.35. Body ceramics.
[6] Any of [1] to [5] above, having a relative dielectric constant of less than 5000 in the range of −55 ° C. to 200 ° C. and having two or more maximum values of relative dielectric constant. The ferroelectric ceramic described.
[7] The ferroelectric ceramic according to any one of [1] to [6], wherein the Curie temperature is 80 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
[8] The maximum value ε max and the minimum value ε min of the relative dielectric constant in the range of −55 ° C. to 200 ° C. satisfy the relationship of (ε max− ε min ) / (ε max + ε min ) ≦ 0.4. The ferroelectric ceramic according to any one of [1] to [7].
[9] The maximum value ε max and the minimum value ε min of the dielectric constant in the range of −55 ° C. to 200 ° C. satisfy the relationship of (ε max + ε min ) / 2 ≧ 1000, [1] to [8] The ferroelectric ceramic according to any one of the above.
[10] The strength according to any one of [1] to [9], including a step of sintering the tungsten bronze-type oxide, or the raw material or the precursor thereof, after adding the component of the oxide auxiliary agent. Dielectric ceramic manufacturing method.
[11] The method according to [10], wherein the sintering includes at least one calcination and subsequent sintering at a temperature higher than the temperature of the calcination.

本発明の強誘電体セラミックスは、タングステンブロンズ型酸化物と酸化物助剤を含み、−55℃〜200℃の範囲において比誘電率のばらつきが小さいため、例えば、車載用や航空宇宙用等、広い温度範囲で利用されるキャパシタに用いることが可能である。尚、上記発明の効果は、以下の実施形態や本発明に関する全ての利点を記載したものではない。   The ferroelectric ceramic of the present invention contains a tungsten bronze type oxide and an oxide auxiliary, and has a small variation in relative permittivity in the range of −55 ° C. to 200 ° C. It can be used for capacitors used in a wide temperature range. In addition, the effect of the said invention does not describe all the advantages regarding the following embodiment and this invention.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
本実施形態の強誘電体セラミックスは、Nbを有するタングステンブロンズ型酸化物、及び酸化物助剤を含む。以下、各成分を詳細に説明する。
<<Nbを有するタングステンブロンズ型酸化物>>
タングステンブロンズ型酸化物は、下記組成式(1):
BO3+α ・・・(1)
{式中、Aは、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ag、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Eu、Tm、Yb、Lu、及びErからなる群から選択される少なくとも一つの元素を表し、Bは、少なくともNbを含むが、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Mo、Ru、In、Sn、Sb、Te、Hf、及びWからなる群から選択される元素をさらに含んでいてもよく、xは、B元素の合計に対するA元素の合計の比を表し、0<x≦1であり、(3+α)は、B元素の合計に対する酸素原子の組成比を表し、−1≦α≦1である。}で表される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to these embodiments.
The ferroelectric ceramic of the present embodiment includes a tungsten bronze type oxide having Nb and an oxide auxiliary agent. Hereinafter, each component will be described in detail.
<< Tungsten bronze oxide with Nb >>
The tungsten bronze type oxide has the following composition formula (1):
A x BO 3 + α (1)
{In the formula, A is Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Ag, Bi, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Eu. Represents at least one element selected from the group consisting of Tm, Yb, Lu, and Er, and B contains at least Nb, but Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, It may further include an element selected from the group consisting of Ga, Mo, Ru, In, Sn, Sb, Te, Hf, and W, and x represents a ratio of the total of the A element to the total of the B element. , 0 <x ≦ 1, and (3 + α) represents the composition ratio of oxygen atoms to the total of B elements, and −1 ≦ α ≦ 1. }.

Aは、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ag、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Eu、Tm、Yb、Lu、及びErからなる群の中から2つ以上の元素が含まれていてもよい。
Bは、少なくともNbを含むが、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Mo、Ru、In、Sn、Sb、Te、Hf、Wからなる群から選択される元素2種類以上をさらに含んでいてもよい。B元素の合計は、組成式(1)で1となる。
xは、B元素の合計に対するA元素の合計の比率であり、0<x≦1であり、好ましくは0.1≦x<1であり、より好ましくは0.2≦x≦0.8であり、さらに好ましくは0.3≦x≦0.7である。
αは、−1≦α≦1であり、結晶構造の安定性の観点から、好ましくは−0.5≦α≦0.5であり、調製の容易さの観点から、より好ましくは−0.4≦α≦0.4である。
A is Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Ag, Bi, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Eu, Tm, Yb Two or more elements from the group consisting of, Lu, and Er may be included.
B includes at least Nb, but is selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Ru, In, Sn, Sb, Te, Hf, and W. It may further contain two or more kinds of elements. The total of B elements is 1 in the composition formula (1).
x is a ratio of the total of the A elements to the total of the B elements, 0 <x ≦ 1, preferably 0.1 ≦ x <1, more preferably 0.2 ≦ x ≦ 0.8. Yes, and more preferably 0.3 ≦ x ≦ 0.7.
α is −1 ≦ α ≦ 1, and from the viewpoint of stability of the crystal structure, preferably −0.5 ≦ α ≦ 0.5, and more preferably −0. 4 ≦ α ≦ 0.4.

本実施形態のタングステンブロンズ型酸化物がNbを含むことは、蛍光X線分析による組成分析により確認することができる。
組成式(1)のタングステンブロンズ型酸化物は、具体的には、SBN(ニオブ酸ストロンチウムバリウム)、BaKNb15、BaLiNb15、BaAgNb15、BaRbNb15、SrNb、SrNaNb15、SrLiNb15、SrKNb15、SrRbNb15、BaNb1028、KLiNb15、KRNb15(R:Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho)、KBiNb15、BaNaNb15、BaKNb15KSrNb15、NaSrNb15等のタングステンブロンズ型酸化物、これらの固溶体等が挙げられる。
The fact that the tungsten bronze type oxide of this embodiment contains Nb can be confirmed by a composition analysis by fluorescent X-ray analysis.
Specifically, the tungsten bronze type oxide of the composition formula (1) includes SBN (strontium barium niobate), Ba 2 KNb 5 O 15 , Ba 2 LiNb 5 O 15 , Ba 2 AgNb 5 O 15 , Ba 2 RbNb. 5 O 15 , SrNb 2 O 6 , Sr 2 NaNb 5 O 15 , Sr 2 LiNb 5 O 15 , Sr 2 KNb 5 O 15 , Sr 2 RbNb 5 O 15 , Ba 3 Nb 10 O 28 , K 3 Li 2 Nb 5 O 15 , K 2 RNb 5 O 15 (R: Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho), K 2 BiNb 5 O 15 , Ba 2 NaNb 5 O 15 , Ba 2 KNb 5 O 15 KSr 2 Nb 5 O 15, NaSr 2 Nb 5 O tungsten bronze-type oxide such as 15, these solid solutions And the like.

本実施形態のタングステンブロンズ型酸化物は、KSrNb15又はNaSrNb15であることが特に好ましい。 The tungsten bronze type oxide of the present embodiment is particularly preferably KSr 2 Nb 5 O 15 or NaSr 2 Nb 5 O 15 .

本実施形態の強誘電体セラミックスがタングステンブロンズ型酸化物を有することは、強誘電体セラミックスをCuKα線をX線源とするX線回折(以下、単に「XRD」ともいう)測定し、タングステンブロンズ型酸化物に帰属されるピークを有することにより、確認することができる。例えば、強誘電体セラミックスをXRD測定し、PDFカード番号00−34―0108に記載の面間隔のピークを有する場合、KSrNb15が含まれることが確認でき、PDFカード番号00−34―0429に記載の面間隔のピークを有する場合は、NaSrNb15を含むことが確認できる。
誘電体セラミックスがKSrNb15を含む場合、その格子定数aは、12.46超12.54未満であると、−55℃〜200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが小さくなるため、好ましい。KSrNb15単体の格子定数aは12.46であるが、酸化物助剤の種類と質量濃度、及び成形焼成条件を調整して調製した、格子定数aが12.46超12.54未満となったKSrNb15を含む強誘電体セラミックスは、驚くべきことに−55℃〜200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが小さくなること、さらに驚くべきことに、格子定数aが12.54以上となると、−55℃から200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが再び大きくなることを、発明者らは予想外に発見した。格子定数aは、より好ましくは12.47以上12.53以下であり、さらに好ましくは12.48以上12.52以下である。格子定数aが12.46超12.54未満であることは、XRDを測定し、(400)面のピークが2θ=28.4474°超28.6339°未満に現れることから、確認することができる。
KSrNb15を含む強誘電体セラミックスを調製する場合、比較的低温で焼成することで、格子定数aを12.46超12.54未満としながら、相対密度80%以上まで焼結することができる。比較的低温で焼成するためには、成形圧力は高めとし、焼成時の雰囲気は酸素濃度を高めることが好ましい。例えば、酸化物助剤としてZrOまたはTaまたはその両方を選択して、質量濃度を0.5%以上10%以下の範囲とした場合、焼成温度は1300℃未満、成形圧力を150MPa以上とし、酸素濃度は50%以上とすることが好ましい。例えば、成形圧力を200MPa、焼成時の酸素濃度を100%(純酸素雰囲気)とした場合、1250℃で8時間焼成すると、格子定数aを12.46超12.54未満としながら、相対密度80%以上まで焼結することができる。
The fact that the ferroelectric ceramic of this embodiment has a tungsten bronze type oxide means that the tungsten ceramic bronze is measured by X-ray diffraction (hereinafter also simply referred to as “XRD”) using the ferroelectric ceramic as an X-ray source. This can be confirmed by having a peak attributed to the type oxide. For example, when the ferroelectric ceramic is measured by XRD and has a peak of interplanar spacing described in PDF card number 00-34-0108, it can be confirmed that KSr 2 Nb 5 O 15 is included, and PDF card number 00-34. It can be confirmed that NaSr 2 Nb 5 O 15 is contained when it has a peak of interplanar spacing described in —0429.
When the dielectric ceramic contains KSr 2 Nb 5 O 15 , if the lattice constant a is more than 12.46 and less than 12.54, the variation in relative dielectric constant in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. is small. Therefore, it is preferable. The lattice constant a of KSr 2 Nb 5 O 15 alone is 12.46. However, the lattice constant a prepared by adjusting the type and mass concentration of the oxide auxiliary agent and the molding and firing conditions is more than 12.46. The ferroelectric ceramic containing KSr 2 Nb 5 O 15 which is less than 54 surprisingly has a small variation in relative dielectric constant in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. The inventors have unexpectedly discovered that when the lattice constant a is 12.54 or more, the variation in relative dielectric constant in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. increases again. The lattice constant a is more preferably 12.47 or more and 12.53 or less, and further preferably 12.48 or more and 12.52 or less. The fact that the lattice constant a is more than 12.46 and less than 12.54 can be confirmed by measuring the XRD, and that the peak of the (400) plane appears at more than 2θ = 28.4474 ° and less than 28.6339 °. it can.
When a ferroelectric ceramic containing KSr 2 Nb 5 O 15 is prepared, it is sintered to a relative density of 80% or more while being fired at a relatively low temperature and having a lattice constant a of more than 12.46 and less than 12.54. be able to. In order to fire at a relatively low temperature, it is preferable to increase the molding pressure and raise the oxygen concentration in the firing atmosphere. For example, when ZrO 2 or Ta 2 O 5 or both are selected as the oxide assistant and the mass concentration is in the range of 0.5% to 10%, the firing temperature is less than 1300 ° C. and the molding pressure is 150 MPa. The oxygen concentration is preferably 50% or more. For example, assuming that the molding pressure is 200 MPa and the oxygen concentration during firing is 100% (pure oxygen atmosphere), firing at 1250 ° C. for 8 hours results in a relative density of 80 while maintaining a lattice constant a of more than 12.46 and less than 12.54. It can be sintered to more than%.

本実施形態の強誘電体セラミックスがNaSrNb15を含む場合、その格子定数aは、12.30以上12.35未満であると、−55℃〜200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが小さくなるため、好ましい。NaSrNb15単体の格子定数aは12.35であるが、酸化物助剤の種類と添加量、及び成形焼成条件を調整して調製した、格子定数aが12.30以上12.35未満となったNaSrNb15を含む強誘電体セラミックスは、驚くべきことに−55℃〜200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが小さくなること、さらに驚くべきことに、格子定数aが12.30未満となると、−55℃〜200℃の温度範囲での比誘電率のばらつきが再び大きくなることを、発明者らは予想外に発見した。格子定数aは、より好ましくは12.31以上12.34以下であり、さらに好ましくは12.32以上12.34以下である。格子定数aが12.30以上12.35未満であることは、XRDを測定し、(400)面のピークが2θ=28.8945°超29.0145°以下に現れることから、確認することができる。
NaSrNb15を含む強誘電体セラミックスを調製する場合、比較的低温で焼成することで、格子定数aを12.30以上12.35未満としながら、相対密度80%以上まで焼結することができる。比較的低温で焼成するためには、成形圧力は高めとし、焼成時の雰囲気は酸素濃度を高めることが好ましい。例えば、酸化物助剤としてZrOまたはTaまたはその両方を選択して、質量濃度を0.5%以上10%以下の範囲とした場合、焼成温度は1400℃未満、成形圧力を150MPa以上とし、酸素濃度は50%以上とすることが好ましい。例えば、成形圧力を200MPa、焼成時の酸素濃度を100%(純酸素雰囲気)とした場合、1300℃で8時間焼成すると、格子定数aを12.30以上12.35未満としながら、相対密度80%以上まで焼結することができる。
When the ferroelectric ceramic of the present embodiment contains NaSr 2 Nb 5 O 15 , the dielectric constant in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. when the lattice constant a is 12.30 or more and less than 12.35. This is preferable because the variation of the rate becomes small. The lattice constant a of NaSr 2 Nb 5 O 15 alone is 12.35, but the lattice constant a is 12.30 or more and 12.12 which is prepared by adjusting the type and amount of the oxide auxiliary and the molding firing conditions. Ferroelectric ceramics containing NaSr 2 Nb 5 O 15 of less than 35 surprisingly have a small variation in relative dielectric constant in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. The inventors have unexpectedly discovered that when the lattice constant a is less than 12.30, the variation in the dielectric constant again in the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. becomes large again. The lattice constant a is more preferably 12.31 or more and 12.34 or less, and further preferably 12.32 or more and 12.34 or less. It can be confirmed that the lattice constant a is 12.30 or more and less than 12.35 because XRD is measured and the peak of the (400) plane appears at 2θ = 28.8945 ° to 29.0145 ° or less. it can.
When a ferroelectric ceramic containing NaSr 2 Nb 5 O 15 is prepared, it is sintered to a relative density of 80% or more by firing at a relatively low temperature while setting the lattice constant a to 12.30 or more and less than 12.35. be able to. In order to fire at a relatively low temperature, it is preferable to increase the molding pressure and raise the oxygen concentration in the firing atmosphere. For example, when ZrO 2 and / or Ta 2 O 5 or both are selected as the oxide assistant and the mass concentration is in the range of 0.5% to 10%, the firing temperature is less than 1400 ° C. and the molding pressure is 150 MPa. The oxygen concentration is preferably 50% or more. For example, when the molding pressure is 200 MPa and the oxygen concentration during firing is 100% (pure oxygen atmosphere), when firing at 1300 ° C. for 8 hours, the relative density of 80 is maintained while the lattice constant a is 12.30 or more and less than 12.35. It can be sintered to more than%.

<<酸化物助剤>>
本実施形態の酸化物助剤としては、B、Mg、Al、Si、P、Ge、Zr、又はTaの酸化物が挙げられる。各々の元素の代表的な酸化物としては、B、MgO、Al、SiO、P、GeO、ZrO、Taが知られているが、酸化物助剤としては、例えば、SiO等の部分酸化物であっても構わない。また、結晶質であっても、非晶質であっても構わない。
本実施形態の酸化物助剤は、好ましくはB、MgO、Al、SiO、ZrO、Taであり、より好ましくはZrO、Taである。強誘電体セラミックスは、酸化物助剤として2種類以上が含まれていてもよい。
酸化物助剤の含有量は、質量濃度(%)として0.01%以上50%未満が好ましく、より好ましくは、0.1%以上40%以下であり、さらに好ましくは0.3%以上30%以下であり、最も好ましくは0.5%以上20%以下である。
酸化物助剤の含有量(質量濃度)は、後述する組成分析法で示すように、X線蛍光分析によりバルクの酸化物として、測定することができる。本実施形態において、酸化物助剤は、酸化物として単独で存在していてもよいし、タングステンブロンズ型酸化物の構成元素を置換していてもよいし、タングステンブロンズ型酸化物と固溶していてもよいし、タングステンブロンズ型酸化物の構成元素と新たな複合酸化物を形成していてもよい。
<< Oxide aid >>
Examples of the oxide auxiliary agent in this embodiment include oxides of B, Mg, Al, Si, P, Ge, Zr, and Ta. As representative oxides of each element, B 2 O 3 , MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , P 2 O 5 , GeO 2 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 are known. As the material aid, for example, a partial oxide such as SiO may be used. Further, it may be crystalline or amorphous.
The oxide auxiliary agent of this embodiment is preferably B 2 O 3 , MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , more preferably ZrO 2 , Ta 2 O 5 . Two or more types of ferroelectric ceramics may be included as oxide assistants.
The content of the oxide auxiliary is preferably 0.01% or more and less than 50% as a mass concentration (%), more preferably 0.1% or more and 40% or less, and further preferably 0.3% or more and 30%. % Or less, and most preferably 0.5% or more and 20% or less.
The content (mass concentration) of the oxide auxiliary agent can be measured as a bulk oxide by X-ray fluorescence analysis, as shown in the composition analysis method described later. In the present embodiment, the oxide auxiliary agent may be present alone as an oxide, may replace a constituent element of the tungsten bronze type oxide, or is in solid solution with the tungsten bronze type oxide. Alternatively, a new composite oxide may be formed with a constituent element of the tungsten bronze oxide.

<<強誘電体セラミックス>>
本明細書中、強誘電体セラミックスとは、強誘電性を有するセラミックスのことをいい、強誘電性とは、外部に電場がなくても電気双極子が整列しており、かつ、双極子の方向が電場によって変化できる性質のことを指す。
<< Ferroelectric Ceramics >>
In this specification, a ferroelectric ceramic means a ceramic having ferroelectricity. Ferroelectricity means that electric dipoles are aligned even if there is no external electric field, and A property whose direction can be changed by an electric field.

本明細書中、セラミックスとは、無機物を焼結したセラミックスのことを指す。
本実施形態における強誘電体セラミックスは、前記タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体と、前記酸化物助剤の成分とを混合し、成形・焼成することにより得られる。非特許文献1にも開示されている通り、Nbを有するタングステンブロンズ型酸化物を含むセラミックスは、強誘電体セラミックスとなることが知られている。
In this specification, ceramics refers to ceramics obtained by sintering an inorganic substance.
The ferroelectric ceramic in the present embodiment is obtained by mixing the tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor and the component of the oxide auxiliary agent, followed by molding and firing. As disclosed in Non-Patent Document 1, it is known that a ceramic containing a tungsten bronze type oxide having Nb becomes a ferroelectric ceramic.

<<比誘電率>>
本明細書中、「比誘電率」とは、測定試料の両側に電極を作製してコンデンサを形成し,LCRメーターを用いて、周波数1kHzにおいて測定して、複素数として求まる比誘電率の実部のことを指す。
−55℃から200℃の範囲における比誘電率の最大値εmaxと最小値εminは、(εmax−εmin)/(εmax+εmin)≦0.4の関係を満たすことがと好ましく、より好ましくは、(εmax−εmin)/(εmax+εmin)≦0.3、さらに好ましくは(εmax−εmin)/(εmax+εmin)≦0.2の関係を満たす。
<< Relative permittivity >>
In this specification, the “relative permittivity” is a real part of a relative permittivity obtained as a complex number by forming electrodes on both sides of a measurement sample to form a capacitor, and measuring at a frequency of 1 kHz using an LCR meter. Refers to that.
It is preferable that the maximum value ε max and the minimum value ε min of the relative dielectric constant in the range of −55 ° C. to 200 ° C. satisfy the relationship of (ε max− ε min ) / (ε max + ε min ) ≦ 0.4. More preferably, the relationship of (ε max− ε min ) / (ε max + ε min ) ≦ 0.3, more preferably (ε max− ε min ) / (ε max + ε min ) ≦ 0.2 is satisfied.

本実施形態の強誘電体セラミックスは、−55℃から200℃の温度範囲内での比誘電率のばらつきを小さくする観点から、−55℃〜200℃の範囲において、比誘電率の最大値εmaxが5000未満であることが好ましい。より好ましくは、εmaxは4000以下であり、さらに好ましくはεmaxは3000以下である。 The ferroelectric ceramic of the present embodiment has a maximum relative dielectric constant ε in the range of −55 ° C. to 200 ° C. from the viewpoint of reducing variation in the relative dielectric constant within the temperature range of −55 ° C. to 200 ° C. It is preferable that max is less than 5000. More preferably, ε max is 4000 or less, and further preferably ε max is 3000 or less.

本実施形態の強誘電体セラミックスは、広い温度範囲で比誘電率の分布を小さくする観点から、X軸を温度、Y軸を比誘電率としたグラフのXが−55℃〜200℃の範囲において、比誘電率が極大値を2つ以上有することが好ましい。   In the ferroelectric ceramic of the present embodiment, from the viewpoint of reducing the relative permittivity distribution over a wide temperature range, the X in the graph with the X axis as the temperature and the Y axis as the relative permittivity is in the range of −55 ° C. to 200 ° C. In the above, it is preferable that the relative dielectric constant has two or more maximum values.

本実施形態の強誘電体セラミックスは、広い温度範囲で比誘電率の分布を小さくする観点から、キュリー温度が80℃以上190℃以下であることが好ましい。キュリー温度とは、30℃から200℃の範囲にみられる比誘電率のピークが極大値を示す温度、又は比誘電率が極大値を有さないショルダーピークを有する場合は、ショルダーピークを分離し得られるピークの頂点の温度のことを指す。   The ferroelectric ceramic of the present embodiment preferably has a Curie temperature of 80 ° C. or higher and 190 ° C. or lower from the viewpoint of reducing the relative permittivity distribution over a wide temperature range. Curie temperature is the temperature at which the peak of relative permittivity in the range of 30 ° C. to 200 ° C. shows a maximum value, or when the relative permittivity has a shoulder peak that does not have a maximum value, the shoulder peak is separated. It refers to the temperature at the peak peak.

本実施形態の強誘電体セラミックスのキュリー温度はより好ましくは100℃以上180℃以下であり、さらに好ましくは120℃以上170℃以下である。   The Curie temperature of the ferroelectric ceramic of the present embodiment is more preferably 100 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 170 ° C. or lower.

本実施形態の強誘電体セラミックスは、比誘電率が高いほうが好ましい。具体的には、(εmax+εmin)/2≧1000が好ましく、より好ましくは(εmax+εmin)/2≧1400であり、さらに好ましくは(εmax+εmin)/2≧1800である。 The ferroelectric ceramic of this embodiment preferably has a high relative dielectric constant. Specifically, (ε max + ε min ) / 2 ≧ 1000 is preferable, (ε max + ε min ) / 2 ≧ 1400 is more preferable, and (ε max + ε min ) / 2 ≧ 1800 is more preferable.

<<タングステンブロンズ型酸化物の製造方法>>
タングステンブロンズ型酸化物は、固相反応により製造することが可能である。固相反応におけるタングステンブロンズ型酸化物の原料としては、元素A(Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ag、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Eu、Tm、Yb、Lu、及びErからなる群から選択される少なくとも一つ又は2つ以上の元素)、及び元素B(少なくともNbを含むが、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Mo、Ru、In、Sn、Sb、Te、Hf、及びWからなる群から選択される元素をさらに1つ又は2つ以上含んでいてもよい)の酸化物、水酸化物、塩化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、アルコキシド等を用いることができる。
<< Production method of tungsten bronze type oxide >>
The tungsten bronze type oxide can be produced by a solid phase reaction. As a raw material of tungsten bronze type oxide in solid phase reaction, element A (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Ag, Bi, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm , Gd, Tb, Dy, Ho, Eu, Tm, Yb, Lu, and Er, and at least one element selected from the group consisting of Er, and element B (including at least Nb, Ti, V , Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Ru, In, Sn, Sb, Te, Hf, and one or more further selected from the group consisting of W May be used), hydroxides, chlorides, carbonates, acetates, nitrates, sulfates, ammonium salts, alkoxides, and the like.

上記原料を、例えば、ボールミル、遊星ボールミルなど等で粉砕混合した後、焼成することにより、タングステンブロンズ型酸化物を得ることができる。混合効率の観点から、各種原料を溶媒に溶解させた後に混合し、混合液を蒸発乾固した後、焼成する方法が好ましい。溶媒としては、アルコール等の有機溶媒も使用可能であるが、水でもよい。各種原料を混合した際、反応により沈殿を生じてもよい。また、各種原料を混合した際、酸や塩基を加えることで、加水分解反応や重合反応を行ってもよく、その結果沈殿を生じてもよい。酸や塩基は、焼成により除去が可能な観点から、有機酸、有機アミン、塩酸や硝酸、アンモニア水などを用いることが好ましい。蒸発乾固は、エバポレーターを使用するなどして、減圧下で行ってもよい。また、混合後沈殿の無い均一溶液を用いて、噴霧乾燥法により蒸発乾固し、得られた蒸発乾固体を焼成して、タングステンブロンズ型酸化物を調製してもよい。噴霧乾燥法による蒸発乾固温度は、100℃〜300℃で行うことが好ましい。噴霧乾燥は、簡易的には、100℃〜300℃に加熱した鉄板などのプレート上に、原料調合液を噴霧して行うことができる。   A tungsten bronze-type oxide can be obtained by pulverizing and mixing the above raw materials with, for example, a ball mill, a planetary ball mill or the like and then firing. From the viewpoint of mixing efficiency, a method in which various raw materials are dissolved in a solvent and then mixed, the mixed solution is evaporated to dryness, and then fired is preferable. As the solvent, an organic solvent such as alcohol can be used, but water may be used. When various raw materials are mixed, precipitation may occur by reaction. Further, when various raw materials are mixed, an acid or a base may be added to perform a hydrolysis reaction or a polymerization reaction, and as a result, precipitation may occur. The acid or base is preferably an organic acid, an organic amine, hydrochloric acid, nitric acid, aqueous ammonia, or the like from the viewpoint that it can be removed by calcination. Evaporation to dryness may be performed under reduced pressure, for example, using an evaporator. Alternatively, a tungsten bronze-type oxide may be prepared by evaporating to dryness by a spray drying method using a uniform solution without precipitation after mixing, and firing the obtained evaporated dry solid. The evaporation to dryness temperature by the spray drying method is preferably 100 ° C to 300 ° C. Spray drying can be simply performed by spraying the raw material preparation liquid on a plate such as an iron plate heated to 100 ° C to 300 ° C.

水溶媒への溶解性の低い元素は、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等有機配位子を配位させた錯体溶液を原料溶液としてもよい。例えば、Nbは、シュウ酸錯体水溶液を原料溶液として用いることが好ましい。シュウ酸/ニオブのモル比は、1以上10以下であり、好ましくは2以上4以下である。
水溶媒中での原料の溶解性、分散性を向上するために、過酸化水素水を添加してもよい。例えば、過酸化水素水/ニオブのモル比は、好ましくは0.5以上10以下、より好ましくは2以上6以下である。
For the element having low solubility in an aqueous solvent, a complex solution in which an organic ligand such as oxalic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid or the like is coordinated may be used as a raw material solution. For example, Nb preferably uses an oxalic acid complex aqueous solution as a raw material solution. The molar ratio of oxalic acid / niobium is 1 or more and 10 or less, preferably 2 or more and 4 or less.
In order to improve the solubility and dispersibility of the raw material in the aqueous solvent, hydrogen peroxide water may be added. For example, the molar ratio of hydrogen peroxide solution / niobium is preferably 0.5 or more and 10 or less, more preferably 2 or more and 6 or less.

水溶媒を使用して原材料を混合する際には、溶解度と熱分解性の観点から、用いる原料は、シュウ酸溶液や酢酸塩等の有機金属錯体や、有機塩、硝酸塩、塩化物が好ましい。
タングステンブロンズ型酸化物は、原料混合後、一度600℃以上1150℃以下の温度で仮焼してタングステンブロンズ型酸化物の前駆体を得て、その前駆体を粉砕混合し、仮焼温度よりも高い温度で焼成して製造すると、副結晶が生成しにくく、好ましい。仮焼は、異なる温度で2回以上行ってもよい。特に、分解温度の異なる複数の成分からタングステンブロンズ型酸化物を製造する場合、各原料が分解する温度ごとに仮焼を行うことが好ましい。タングステンブロンズ型酸化物前駆体は、結晶性の低いタングステンブロンズ型酸化物であってもよいし、焼成によりタングステンブロンズ型酸化物に転移する中間体であってもよい。
When mixing raw materials using an aqueous solvent, the raw materials used are preferably organic metal complexes such as oxalic acid solution and acetate, organic salts, nitrates, and chlorides from the viewpoint of solubility and thermal decomposability.
The tungsten bronze type oxide is temporarily calcined at a temperature of 600 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower after mixing the raw materials to obtain a tungsten bronze type oxide precursor, and the precursor is pulverized and mixed. When it is manufactured by firing at a high temperature, it is preferable because sub-crystals are hardly formed. Calcination may be performed twice or more at different temperatures. In particular, when producing a tungsten bronze type oxide from a plurality of components having different decomposition temperatures, it is preferable to perform calcination at each temperature at which each raw material decomposes. The tungsten bronze type oxide precursor may be a tungsten bronze type oxide having low crystallinity, or an intermediate that transitions to a tungsten bronze type oxide by firing.

焼成時間は、原料の分解や、タングステンブロンズ型酸化物生成の反応の進行度合いに応じて、適宜選択されるが、一焼成温度条件での焼成時間で30分以上20時間以内が好ましく、より好ましくは1時間以上10時間以内である。   The firing time is appropriately selected according to the progress of the decomposition of the raw materials and the reaction of producing the tungsten bronze type oxide, but the firing time under one firing temperature condition is preferably 30 minutes or more and within 20 hours, more preferably. Is between 1 hour and 10 hours.

焼成時の雰囲気は、空気でもよいが、αを所望の値とするために、純酸素、窒素、アルゴン等の雰囲気で焼成してもよい。また、シュウ酸等有機物を添加して焼成することで、還元的に焼成し、α<0とすることができる。   The atmosphere at the time of firing may be air, but may be fired in an atmosphere of pure oxygen, nitrogen, argon or the like in order to set α to a desired value. Further, by adding an organic substance such as oxalic acid and baking, reductive baking can be performed to satisfy α <0.

<<酸化物助剤の添加方法>>
酸化物助剤は、本実施形態の強誘電体セラミックス中で、B、Mg、Al、Si、P、Ge、Zr、Taの酸化物の形態として存在してもよいし、タングステンブロンズ型酸化物の構成元素を置換していてもよいし、タングステンブロンズ型酸化物と固溶していてもよいし、タングステンブロンズ型酸化物の構成元素と新たな複合酸化物を形成していてもよい。強誘電体セラミックスは、タングステンブロンズ型酸化物又はその原料又はその前駆体に、酸化物助剤の成分が添加された後、成形焼成されて製造される。
このため、タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体に添加される、酸化物助剤の成分(原料)としては、焼成により酸化物を形成するのであれば、どのような形態でも構わない。すなわち、B、Mg、Al、Si、P、Ge、Zr、Taの酸化物、水酸化物、塩化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、アルコキシド等を用いることができる。
<< Method of adding oxide auxiliary agent >>
The oxide assistant may be present in the form of oxides of B, Mg, Al, Si, P, Ge, Zr, and Ta in the ferroelectric ceramic of the present embodiment, or a tungsten bronze type oxide. These constituent elements may be substituted, or may be solid-solved with the tungsten bronze type oxide, or a new composite oxide may be formed with the constituent element of the tungsten bronze type oxide. Ferroelectric ceramics are manufactured by adding a component of an oxide aid to a tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor, followed by molding and firing.
For this reason, as a component (raw material) of the oxide auxiliary agent added to the tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor, any form may be used as long as the oxide is formed by firing. . That is, B, Mg, Al, Si, P, Ge, Zr, Ta oxides, hydroxides, chlorides, carbonates, acetates, nitrates, sulfates, ammonium salts, alkoxides, and the like can be used.

酸化物助剤の成分を、タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体に混合する際には、例えば、ボールミル、遊星ボールミルなど等で粉砕混合することができる。
混合効率の観点から、酸化物助剤の成分を溶媒に溶解させて溶液とした後に、タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体をその溶液に混合し、混合液を蒸発乾固した後、焼成してもよい。溶媒としては、アルコール等の有機溶媒も使用可能であるが、水でもよい。混合の際、反応により沈殿を生じてもよい。また、原料を混合した際、酸や塩基を加えることで、加水分解反応や重合反応を行ってもよく、その結果沈殿を生じてもよい。酸や塩基は、焼成により除去が可能な観点から、有機酸、有機アミン、塩酸や硝酸、アンモニア水などを用いることが好ましい。蒸発乾固は、エバポレーターを使用するなどして、減圧下で行ってもよい。また、不溶性のタングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体に、酸化物原料を混合時沈殿させる場合には、蒸発乾固の代わりに濾過により溶媒を除去し、その後焼成してもよい。
When the component of the oxide auxiliary agent is mixed with the tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor, it can be pulverized and mixed, for example, with a ball mill, a planetary ball mill or the like.
From the viewpoint of mixing efficiency, after dissolving the oxide auxiliary component in a solvent to form a solution, the tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor is mixed with the solution, and the mixed solution is evaporated to dryness. You may bake. As the solvent, an organic solvent such as alcohol can be used, but water may be used. During mixing, precipitation may occur due to the reaction. Further, when the raw materials are mixed, hydrolysis reaction or polymerization reaction may be performed by adding an acid or a base, and as a result, precipitation may occur. The acid or base is preferably an organic acid, an organic amine, hydrochloric acid, nitric acid, aqueous ammonia, or the like from the viewpoint that it can be removed by calcination. Evaporation to dryness may be performed under reduced pressure, for example, using an evaporator. In addition, when the oxide raw material is precipitated in the insoluble tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor at the time of mixing, the solvent may be removed by filtration instead of evaporation to dryness, and then fired.

また、タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体と、酸化物助剤の成分を混合し、沈殿の無い均一分散液が得られるのであれば、その均一分散液を用いて、噴霧乾燥法により蒸発乾固し、得られた蒸発乾固体を仮焼し成形焼成して、強誘電体セラミックスを形成してもよい。噴霧乾燥法による蒸発乾固温度は、100℃〜300℃で行うことが好ましい。噴霧乾燥は、簡易的には、100℃〜300℃に加熱した鉄板などのプレート上に、原料調合液を噴霧して行うことができる。
水溶媒への溶解性の低い元素は、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等有機配位子を配位させた錯体溶液を原料溶液としてもよい。例えば、Taは、シュウ酸錯体水溶液を原料溶液として用いることが好ましい。シュウ酸/タンタルのモル比は、1以上10以下であり、好ましくは2以上4以下である。
水溶媒中での原料の溶解性、分散性を向上するために、過酸化水素水を添加してもよい。例えば、過酸化水素水/タンタルのモル比は、好ましくは0.5以上10以下、より好ましくは2以上6以下である。
Further, if a tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor and the component of the oxide auxiliary agent are mixed and a uniform dispersion without precipitation is obtained, the uniform dispersion can be used for spray drying. The ferroelectric ceramic may be formed by evaporating to dryness, and preliminarily firing and baking the obtained evaporated dry solid. The evaporation to dryness temperature by the spray drying method is preferably 100 ° C to 300 ° C. Spray drying can be simply performed by spraying the raw material preparation liquid on a plate such as an iron plate heated to 100 ° C to 300 ° C.
For the element having low solubility in an aqueous solvent, a complex solution in which an organic ligand such as oxalic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid or the like is coordinated may be used as a raw material solution. For example, for Ta, an oxalic acid complex aqueous solution is preferably used as a raw material solution. The molar ratio of oxalic acid / tantalum is 1 or more and 10 or less, preferably 2 or more and 4 or less.
In order to improve the solubility and dispersibility of the raw material in the aqueous solvent, hydrogen peroxide water may be added. For example, the molar ratio of hydrogen peroxide solution / tantalum is preferably 0.5 or more and 10 or less, more preferably 2 or more and 6 or less.

水溶媒を使用して材料を混合する際には、溶解度と熱分解性の観点から、用いる原料は、シュウ酸溶液や酢酸塩等の有機金属錯体や、有機塩、硝酸塩、塩化物が好ましい。
タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体に、酸化物助剤の成分を添加後、一度600℃以上1150℃以下の温度で仮焼し、その仮焼した粉体を粉砕混合し、成形焼成して強誘電体セラミックスを製造すると、副結晶が生成しにくく、好ましい。
酸化物助剤の成分添加後の仮焼の焼成時間は、酸化物助剤の成分の分解や、反応の進行度合いに応じて、適宜選択されるが、一焼成温度条件での焼成時間で30分以上20時間以内が好ましく、より好ましくは1時間以上10時間以内である。
酸化物助剤の成分添加後の仮焼の焼成時の雰囲気は、空気でもよいが、酸化物助剤を還元するために、純酸素、窒素、アルゴン等の雰囲気で焼成してもよい。また、シュウ酸等有機物を添加して焼成することで、酸化物助剤を還元することができる。
When mixing materials using an aqueous solvent, the raw materials used are preferably organic metal complexes such as oxalic acid solutions and acetates, organic salts, nitrates, and chlorides from the viewpoints of solubility and thermal decomposability.
After adding the oxide auxiliary component to the tungsten bronze type oxide or its raw material or its precursor, it is temporarily calcined at a temperature of 600 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower, and the calcined powder is pulverized and mixed to form. It is preferable to produce a ferroelectric ceramic by firing because it is difficult to form a sub-crystal.
The calcining time of the calcining after the addition of the oxide auxiliary component is appropriately selected according to the decomposition of the oxide auxiliary component and the progress of the reaction, but the calcining time is 30 under one baking temperature condition. It is preferably within the range of minutes to 20 hours, more preferably 1 hour to 10 hours.
The atmosphere during the calcination firing after the addition of the oxide auxiliary component may be air, but in order to reduce the oxide auxiliary, it may be fired in an atmosphere of pure oxygen, nitrogen, argon or the like. Moreover, an oxide adjuvant can be reduced by adding and baking organic substances, such as an oxalic acid.

緻密な強誘電体セラミックスを得る観点から、酸化物助剤の成分は、タングステンブロンズ型酸化物の原料に添加するよりも、タングステンブロンズ型酸化物の粉体またはその前駆体(仮焼粉体)に添加することが好ましい。タングステンブロンズ型酸化物の前駆体(仮焼粉体)に、酸化物助剤の成分を添加することが、より好ましい。   From the viewpoint of obtaining dense ferroelectric ceramics, the component of the oxide auxiliary is not added to the tungsten bronze type oxide raw material, but the tungsten bronze type oxide powder or its precursor (calcined powder). It is preferable to add to. It is more preferable to add an oxide auxiliary component to the tungsten bronze type oxide precursor (calcined powder).

<<強誘電体セラミックスの製造方法>>
本実施形態の強誘電体セラミックスは、タングステンブロンズ型酸化物またはその前駆体またはその原料に、酸化物助剤の成分が添加された粉体を、金型プレス成形、CIP成形等を行い、成形体とした後、焼成して製造される。成形する際には、金型プレス成形、CIP成形、キャスト成形、射出成形、押し出し成形、グリーンシート成形等の成形方法を用いることが可能である。成形の際には、ポリビニルアルコール等、有機系の各種成形助剤を添加してもよい。
<< Manufacturing method of ferroelectric ceramics >>
The ferroelectric ceramic of the present embodiment is formed by performing die press molding, CIP molding, etc. on a powder obtained by adding a component of an oxide auxiliary agent to a tungsten bronze type oxide or a precursor thereof or a raw material thereof. After being made into a body, it is manufactured by firing. When molding, molding methods such as mold press molding, CIP molding, cast molding, injection molding, extrusion molding, and green sheet molding can be used. In molding, various organic molding aids such as polyvinyl alcohol may be added.

成形圧力は、10MPa以上400MPa以下であることが好ましい。成形圧力が10MPa未満では、成形体の強度が不足し、400MPa超では、加圧工程の所要時間が長くなり、生産性の観点から好ましくない。成形圧力は、より好ましくは100MPa以上350MPa以下であり、さらに好ましくは150MPa以上300MPa以下である。   The molding pressure is preferably 10 MPa or more and 400 MPa or less. If the molding pressure is less than 10 MPa, the strength of the molded body is insufficient, and if it exceeds 400 MPa, the time required for the pressurizing step is increased, which is not preferable from the viewpoint of productivity. The molding pressure is more preferably 100 MPa or more and 350 MPa or less, and further preferably 150 MPa or more and 300 MPa or less.

成形体の相対密度は、30%以上70%以下であることが好ましい。30%未満では成形体の強度が不足し、70%超とするためには、高い成形圧力が必要となり、加圧工程の所要時間が長くなるため、生産性の観点から好ましくない。成形体を焼成し得られる強誘電体セラミックスの相対密度は、80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。相対密度が80%以下では、強誘電体セラミックスの比誘電率が低くなり、好ましくない。本実施形態の強誘電体セラミックスの成形体の相対密度は、タングステンブロンズ型酸化物となる単体化合物のバルク密度を100%としたときの密度の測定値の相対的な大きさから求めた。   The relative density of the molded body is preferably 30% or more and 70% or less. If it is less than 30%, the strength of the molded product is insufficient, and in order to achieve more than 70%, a high molding pressure is required, and the time required for the pressurizing step becomes long, which is not preferable from the viewpoint of productivity. The relative density of the ferroelectric ceramic obtained by firing the formed body is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more. If the relative density is 80% or less, the relative dielectric constant of the ferroelectric ceramic is lowered, which is not preferable. The relative density of the formed body of the ferroelectric ceramic of the present embodiment was determined from the relative magnitude of the measured density value when the bulk density of the single compound serving as the tungsten bronze type oxide was 100%.

成形体の焼成温度は、900℃以上1400℃以下が好ましい。900℃未満であると、成形体の焼結が進まず、強誘電体セラミックスの相対密度が低くなり、比誘電率が低くなり好ましくない。1400℃超であると、タングステンブロンズ型酸化物が得られなかったり、焼成中の粘度低下のため、成形体と著しく異なる形状の強誘電体セラミックスしか得られないため、好ましくない。   The firing temperature of the molded body is preferably 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. When the temperature is less than 900 ° C., sintering of the molded body does not proceed, the relative density of the ferroelectric ceramic is lowered, and the relative dielectric constant is lowered, which is not preferable. If it exceeds 1400 ° C., a tungsten bronze-type oxide cannot be obtained, or only a ferroelectric ceramic having a shape remarkably different from that of the formed body can be obtained due to a decrease in viscosity during firing.

酸化物助剤の成分添加後の仮焼の焼成時間は、成形体の焼結の進行度合いにより、適宜選択されるが、一焼成温度条件での焼成時間で30分以上20時間以内が好ましく、より好ましくは1時間以上10時間以内である。焼成時の雰囲気は、空気でもよいが、上記組成式(1):ABO3+α中のαを所望の値とするために、純酸素、窒素、アルゴン等の雰囲気で焼成してもよい。特に、純酸素雰囲気で焼成すると、相対密度の高い強誘電体セラミックスが得られるため、好ましい。 The calcining time of the calcining after the addition of the oxide auxiliary component is appropriately selected depending on the degree of progress of the sintering of the molded body, but it is preferably 30 minutes or more and 20 hours or less in the calcining time under one firing temperature condition, More preferably, it is 1 hour or more and 10 hours or less. The atmosphere at the time of firing may be air, but may be fired in an atmosphere of pure oxygen, nitrogen, argon or the like in order to set α in the composition formula (1): A x BO 3 + α to a desired value. In particular, firing in a pure oxygen atmosphere is preferable because a ferroelectric ceramic with a high relative density can be obtained.

以下の実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれにより限定されるものではない。
[ペレットの調製法]
成形用粉体0.5gを直径10mmの錠剤成形機を使用して、成形圧力200MPaにて成形し、直径10mm、厚み約2mmのペレットを調製した。
The present invention will be specifically described by the following examples, but the scope of the present invention is not limited thereby.
[Preparation method of pellet]
Using a tablet molding machine having a diameter of 10 mm, 0.5 g of the molding powder was molded at a molding pressure of 200 MPa to prepare pellets having a diameter of 10 mm and a thickness of about 2 mm.

[相対密度の測定法]
ペレットの厚みは中心部をマイクロメーターで測定して求め、ペレットの直径は直交する向きで2箇所ノギスで測定した測定値の平均値とし、(ペレットの直径(cm))×3.14/4×(ペレットの厚み(cm))からペレットの体積(cm)を求めた。
電子天秤により、ペレットの重量(g)を求め、ペレットの重量をペレットの体積で除して、ペレットの密度(g/cm)を求めた。
KSrNb15を含む強誘電体セラミックスの場合は、相対密度(%)=(ペレットの密度)/4.98×100として、相対密度を求めた。
NaSrNb15を含む強誘電体セラミックスの場合は、相対密度(%)=(ペレットの密度)/5.04×100として、相対密度を求めた。
[Measurement of relative density]
The thickness of the pellet is determined by measuring the center with a micrometer, and the diameter of the pellet is the average value of the measured values measured with two calipers in the orthogonal direction, (pellet diameter (cm)) 2 × 3.14 / The volume (cm 3 ) of the pellet was determined from 4 × (the thickness of the pellet (cm)).
The weight (g) of the pellet was determined by an electronic balance, and the density of the pellet (g / cm 3 ) was determined by dividing the weight of the pellet by the volume of the pellet.
In the case of a ferroelectric ceramic containing KSr 2 Nb 5 O 15 , the relative density was determined as relative density (%) = (pellet density) /4.98×100.
In the case of a ferroelectric ceramic containing NaSr 2 Nb 5 O 15 , the relative density was determined as relative density (%) = (pellet density) /5.04×100.

[比誘電率の測定法]
強誘電体セラミックスペレットの両面に、銀ペーストを使用して直径8mmの電極を作製し、白金線を接続し、ヒューレットパッカード社製LCRメーター(品番4284A)を使用し、2端子法にて比誘電率を測定した。測定周波数は1kHzとした。
試料はヒーター付きセルに設置し、液体窒素で−195.8℃まで冷却後、徐々に200℃まで加熱し、各温度での比誘電率を測定した。
比誘電率測定時の強誘電体セラミックスペレットの温度は、ネツシン社製白金抵抗体UNR−141−100Sを用いて、アドバンテスト社製温度計(品番TR2114)により測定した。
−55℃〜200℃の範囲で、比誘電率の最大値εmaxと最小値εminを求め、(εmax−εmin)/(εmax+εmin)を求めた。
また、30℃〜200℃の範囲にみられる比誘電率のピークが極大値を示す温度、又は比誘電率が極大値を有さないショルダーピークを有する場合は、ショルダーピークを分離し得られるピークの頂点の温度をもとめ、キュリー温度とした。
−55℃〜200℃の範囲で、比誘電率が極大値を2つ以上有ししていた場合、以下の表1の「比誘電率2山」の行に「○」を、極大値を1つだけ有していた場合、「×」を記入した。
[Measurement method of relative permittivity]
Electrodes with a diameter of 8 mm were prepared on both sides of the ferroelectric ceramic pellets using silver paste, platinum wires were connected, and an LCR meter (Part No. 4284A) manufactured by Hewlett-Packard Company was used, and the dielectric constant was determined by the two-terminal method. The rate was measured. The measurement frequency was 1 kHz.
The sample was placed in a cell with a heater, cooled to −195.8 ° C. with liquid nitrogen, gradually heated to 200 ° C., and the relative dielectric constant at each temperature was measured.
The temperature of the ferroelectric ceramic pellet at the time of measuring the relative dielectric constant was measured with a thermometer (product number TR2114) manufactured by Advantest Corporation using a platinum resistor UNR-141-100S manufactured by Nethshin.
In the range of −55 ° C. to 200 ° C., the maximum value ε max and the minimum value ε min of the dielectric constant were determined, and (ε max −ε min ) / (ε max + ε min ) was determined.
In addition, when the relative dielectric constant peak seen in the range of 30 ° C. to 200 ° C. has a maximum value, or when the relative dielectric constant has a shoulder peak that does not have a maximum value, the peak obtained by separating the shoulder peak The temperature at the top of the curve was obtained and used as the Curie temperature.
When the relative permittivity has two or more maximum values in the range of −55 ° C. to 200 ° C., “○” in the row of “Relative permittivity two peaks” in Table 1 below, If there was only one, “x” was entered.

[組成分析法]
実施例および比較例の強誘電体セラミックスを粉砕し得られた粉体を、内径25mm、厚さ5mm、幅3mmの塩化ビニル製のリング内に充填し、プレス機により加圧成形して厚さ3mm程度のペレットとし、蛍光X線分析の測定試料とした。走査型蛍光X線分析装置ZSX PrimusII(商品名、株式会社リガク製)により、測定試料を全定性分析した後、試料モデルはバルク、成分形態は酸化物を選択し、SQX計算を実施して、KO、NaO、SrO、Nb、ZrO、Taの質量濃度を測定した。
[Composition analysis method]
The powder obtained by pulverizing the ferroelectric ceramics of Examples and Comparative Examples was filled into a ring made of vinyl chloride having an inner diameter of 25 mm, a thickness of 5 mm, and a width of 3 mm, and pressure-molded by a press to obtain a thickness. A pellet of about 3 mm was used as a measurement sample for fluorescent X-ray analysis. After total qualitative analysis of the measurement sample using a scanning X-ray fluorescence analyzer ZSX Primus II (trade name, manufactured by Rigaku Corporation), the sample model is selected as bulk, the component form is selected as oxide, and the SQX calculation is performed. The mass concentrations of K 2 O, Na 2 O, SrO, Nb 2 O 5 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 were measured.

[X線回折(XRD)の測定法、格子定数aの計算方法]
ブルカー・エイエックスエス(株)製D8 ADVANCE型X線回折装置を使用して、X線回折(XRD)の測定を行った。強誘電体セラミックスを、メノウ乳鉢で粉砕後、XRD測定用セルに載せ、表面を平らにして測定した。X線源はCuKα1+CuKα2、管電圧は40kV、管電流は40mA、発散スリット(DS):0.3°、Step幅:0.02°/step、計数Time:0.5sec、測定範囲:2θ=5°〜90°とした。
タングステンブロンズ型酸化物の格子定数aは、(400)面に相当するピークの2θを求め、そのθから、a=1.54059/2/sinθ×4として求めた。(400)面に相当するピークは、強誘電体セラミックスがKSrNb15を含む場合、PDFカード番号00−34―0108記載の2θ値と強度を参照し、強誘電体セラミックスがNaSrNb15を含む場合、PDFカード番号00−34−0429記載の2θ値と強度を参照し同定した。
[X-ray diffraction (XRD) measurement method, lattice constant a calculation method]
X-ray diffraction (XRD) was measured using a D8 ADVANCE type X-ray diffractometer manufactured by Bruker AXS. Ferroelectric ceramics were pulverized in an agate mortar and then placed on an XRD measurement cell, and the surface was flattened for measurement. X-ray source is CuKα1 + CuKα2, tube voltage is 40 kV, tube current is 40 mA, divergence slit (DS): 0.3 °, step width: 0.02 ° / step, counting time: 0.5 sec, measurement range: 2θ = 5 It was set to -90 degree.
The lattice constant a of the tungsten bronze type oxide was obtained as 2θ of the peak corresponding to the (400) plane, and from that θ, a = 1.54059 / 2 / sin θ × 4. The peak corresponding to the (400) plane refers to the 2θ value and strength described in PDF card number 00-34-0108 when the ferroelectric ceramic contains KSr 2 Nb 5 O 15 , and the ferroelectric ceramic is NaSr 2. When Nb 5 O 15 was included, the identification was made with reference to the 2θ value and intensity described in PDF card number 00-34-0429.

[実施例1]
CO粉体6.91g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、イソプロパノール溶媒、直径10mmのプラスチックポリアミド製ボールとともに、500mLのプラスチックポリアミド製ボールミル容器に充填し、フリッチュ社製遊星型ボールミル装置P−5を使用し、200rpmにて20時間混合した。
混合後、エバポレーターによりイソプロパノール溶媒を留去し、混合粉体を得た。
この混合粉体92.6gに、200mLのイソプロパノール溶媒を添加し、その後、撹拌しながらジルコニウムテトラプロポキシド(Zr(CO))70%1−プロパノール溶液を使用して、ジルコニウムテトラプロポキシドとして2.95gを添加し、さらに40mLのイソプロパノール溶媒で希釈した10mLの1mol/Lの酢酸水溶液を添加し、25℃で24時間撹拌後、静置した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、得られた粉体を600℃、8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体を成形用粉体としてペレットを作製し、純酸素雰囲気で1250℃、8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてKSrNb15を、酸化物助剤としてZrOを含む実施例1の強誘電体セラミックスを得た。
実施例1の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 1]
Filling a 500 mL plastic polyamide ball mill container with 6.91 g of K 2 CO 3 powder, 29.5 g of SrCO 3 powder and 66.5 g of Nb 2 O 5 powder together with a plastic polyamide ball having a diameter of 10 mm and an isopropanol solvent. Then, using a planetary ball mill device P-5 manufactured by Fritsch, mixing was performed at 200 rpm for 20 hours.
After mixing, the isopropanol solvent was distilled off with an evaporator to obtain a mixed powder.
200 mL of isopropanol solvent was added to 92.6 g of this mixed powder, and then zirconium tetrapropoxide (Zr (C 3 H 7 O) 4 ) 70% 1-propanol solution was used while stirring. 2.95 g was added as propoxide, and further 10 mL of 1 mol / L acetic acid aqueous solution diluted with 40 mL of isopropanol solvent was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 24 hours and allowed to stand.
Thereafter, the solvent was removed by an evaporator, and the obtained powder was baked at 600 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
Pellets are prepared using the calcined powder as a molding powder, fired at 1250 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, and contain KSr 2 Nb 5 O 15 as a tungsten bronze type oxide and ZrO 2 as an oxide auxiliary. The ferroelectric ceramic of Example 1 was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramic of Example 1 are shown in Table 1 below.

[実施例2]
CO粉体6.91g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様に混合して、混合粉体を得た。
この混合粉体92.6gに、200mLのイソプロパノール溶媒を添加し、その後、撹拌しながらタンタルペンタエトキシド(Ta(CO))11.0gと、40mLのイソプロパノール溶媒で希釈した10mLの1mol/Lの酢酸水溶液を添加し、25℃で24時間撹拌後、静置した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、得られた粉体を600℃、8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体を成形用粉体としてペレットを作製し、純酸素雰囲気で1250℃、8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてKSrNb15を、酸化物助剤としてTaを含む実施例2の強誘電体セラミックスを得た。
実施例2の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 2]
6. 2 g of K 2 CO 3 powder, 29.5 g of SrCO 3 powder and 66.5 g of Nb 2 O 5 powder were mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
200 mL of isopropanol solvent was added to 92.6 g of this mixed powder, and then 10 mL diluted with 11.0 g of tantalum pentaethoxide (Ta (C 2 H 5 O) 5 ) and 40 mL of isopropanol solvent while stirring. Of 1 mol / L acetic acid aqueous solution was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 24 hours and then allowed to stand.
Thereafter, the solvent was removed by an evaporator, and the obtained powder was baked at 600 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
Pellets were prepared using the calcined powder as a molding powder, fired at 1250 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, KSr 2 Nb 5 O 15 as a tungsten bronze type oxide, and Ta 2 O 5 as an oxide auxiliary. A ferroelectric ceramic of Example 2 containing was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramics of Example 2 are shown in Table 1 below.

[実施例3]
NaCO粉体5.30g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様の方法で混合し、混合粉体を得た。
混合粉体を1150℃8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体81.3gに、ZrO粉体1.11gを添加し、イソプロパノール溶媒、直径3mmのジルコニア製ボールとともに、500mLのジルコニア製ボールミル容器に充填し、フリッチュ社製遊星型ボールミル装置P−5を使用し、200rpmにて1時間混合した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、成形用粉体を得た。
成形用粉体からペレットを作製し、純酸素雰囲気で1300℃、8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてNaSrNb15を、酸化物助剤としてZrOを含む実施例3の強誘電体セラミックスを得た。
実施例3の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 3]
Na 2 CO 3 powder 5.30 g, SrCO 3 powder 29.5 g, a Nb 2 O 5 powder 66.5 g, was mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
The mixed powder was fired at 1150 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
1.11 g of ZrO 2 powder was added to 81.3 g of the calcined powder, filled in a 500 mL zirconia ball mill container together with an isopropanol solvent and a zirconia ball having a diameter of 3 mm, and a planetary ball mill device P- 5 and mixed at 200 rpm for 1 hour.
Thereafter, the solvent was distilled off by an evaporator to obtain a molding powder.
Pellets were produced from the powder for molding, fired at 1300 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, and strong in Example 3 containing NaSr 2 Nb 5 O 15 as a tungsten bronze type oxide and ZrO 2 as an oxide auxiliary. A dielectric ceramic was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramic of Example 3 are shown in Table 1 below.

[実施例4]
NaCO粉体5.30g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様の方法で混合し、混合粉体を得た。
この混合粉体91.2gに、200mLのイソプロパノール溶媒を添加し、その後、撹拌しながらタンタルペンタエトキシド(Ta(CO))3.66gと、40mLのイソプロパノール溶媒で希釈した10mLの1mol/Lの酢酸水溶液を添加し、25℃で24時間撹拌後、静置した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、得られた粉体を600℃、8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体を成形用粉体としてペレットを作製し、純酸素雰囲気で1300℃、8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてNaSrNb15を、酸化物助剤としてTaを含む実施例4の強誘電体セラミックスを得た。
実施例4の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 4]
Na 2 CO 3 powder 5.30 g, SrCO 3 powder 29.5 g, a Nb 2 O 5 powder 66.5 g, was mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
200 mL of isopropanol solvent was added to 91.2 g of the mixed powder, and then, with stirring, 3.66 g of tantalum pentaethoxide (Ta (C 2 H 5 O) 5 ) and 10 mL diluted with 40 mL of isopropanol solvent. Of 1 mol / L acetic acid aqueous solution was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 24 hours and then allowed to stand.
Thereafter, the solvent was removed by an evaporator, and the obtained powder was baked at 600 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
Pellets were prepared using the calcined powder as a molding powder, fired at 1300 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, NaSr 2 Nb 5 O 15 as a tungsten bronze type oxide, and Ta 2 O 5 as an oxide auxiliary. Thus, a ferroelectric ceramic of Example 4 was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramics of Example 4 are shown in Table 1 below.

[実施例5]
CO粉体6.91g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様に混合して、混合粉体を得た。
混合粉体を1150℃8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体82.7gに、ZrO粉体0.111g、Ta粉末3.98gを添加し、イソプロパノール溶媒、直径3mmのジルコニア製ボールとともに、500mLのジルコニア製ボールミル容器に充填し、フリッチュ社製遊星型ボールミル装置P−5を使用し、200rpmにて1時間混合した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、成形用粉体を得た。
成形用粉体からペレットを作製し、純酸素雰囲気で1250℃、8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてKSrNb15を、酸化物助剤としてZrOとTaを含む実施例5の強誘電体セラミックスを得た。
実施例5の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 5]
6. 2 g of K 2 CO 3 powder, 29.5 g of SrCO 3 powder and 66.5 g of Nb 2 O 5 powder were mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
The mixed powder was fired at 1150 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
To 112.7 g of the calcined powder, 0.111 g of ZrO 2 powder and 3.98 g of Ta 2 O 5 powder are added, and together with an isopropanol solvent and a zirconia ball having a diameter of 3 mm, filled into a 500 mL zirconia ball mill container, Using a planetary ball mill device P-5 manufactured by Frichtu, mixing was performed at 200 rpm for 1 hour.
Thereafter, the solvent was distilled off by an evaporator to obtain a molding powder.
Pellets are prepared from the powder for molding, fired at 1250 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, and contain KSr 2 Nb 5 O 15 as a tungsten bronze type oxide and ZrO 2 and Ta 2 O 5 as oxide assistants. A ferroelectric ceramic of Example 5 was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramics of Example 5 are shown in Table 1 below.

[実施例6]
NaCO粉体5.30g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様の方法で混合し、混合粉体を得た。
混合粉体を1150℃8時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体81.3gに、ZrO粉体0.111gとTa粉末1.99gを添加し、イソプロパノール溶媒、直径3mmのジルコニア製ボールとともに、500mLのジルコニア製ボールミル容器に充填し、フリッチュ社製遊星型ボールミル装置P−5を使用し、200rpmにて1時間混合した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、成形用粉体を得た。
成形用粉体からペレットを作製し、純酸素雰囲気で1300℃8時間焼成し、タングステンブロンズ型酸化物としてNaSrNb15を、酸化物助剤としてZrOとTaを含む実施例6の強誘電体セラミックスを得た。
実施例6の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Example 6]
Na 2 CO 3 powder 5.30 g, SrCO 3 powder 29.5 g, a Nb 2 O 5 powder 66.5 g, was mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
The mixed powder was fired at 1150 ° C. for 8 hours to obtain a calcined powder.
To 81.3 g of the calcined powder, 0.111 g of ZrO 2 powder and 1.99 g of Ta 2 O 5 powder are added, and together with an isopropanol solvent and a zirconia ball having a diameter of 3 mm, filled into a 500 mL zirconia ball mill container, Using a planetary ball mill device P-5 manufactured by Frichtu, mixing was performed at 200 rpm for 1 hour.
Thereafter, the solvent was distilled off by an evaporator to obtain a molding powder.
Pellet is produced from powder for molding, fired at 1300 ° C. for 8 hours in a pure oxygen atmosphere, and contains NaSr 2 Nb 5 O 15 as tungsten bronze type oxide and ZrO 2 and Ta 2 O 5 as oxide assistants The ferroelectric ceramic of Example 6 was obtained.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramic of Example 6 are shown in Table 1 below.

[比較例1]
CO粉体6.91g、SrCO粉体29.5g、Nb粉体66.5gを、実施例1と同様に混合して、混合粉体を得た。
混合粉体を1200℃4時間焼成し、仮焼粉体を得た。
仮焼粉体82.7gに、1.26g(仮焼粉体の1.52重量%)のZrO粉末を添加し、イソプロパノール溶媒、直径3mmのジルコニア製ボールとともに、500mLのジルコニア製ボールミル容器に充填し、フリッチュ社製遊星型ボールミル装置P−5を使用し、200rpmにて1時間混合した。
その後、エバポレーターにより溶媒を留去し、成形用粉体を得た。
成形用粉体を、錠剤成形機を用いて100MPaで成形し、得られたペレットを空気中で1300℃2時間焼成し、比較例1の強誘電体セラミックスを得た。
比較例1の強誘電体セラミックスの相対密度測定結果、組成分析結果、誘電率測定結果、XRD測定結果を、以下の表1に示す。
[Comparative Example 1]
6. 2 g of K 2 CO 3 powder, 29.5 g of SrCO 3 powder and 66.5 g of Nb 2 O 5 powder were mixed in the same manner as in Example 1 to obtain a mixed powder.
The mixed powder was fired at 1200 ° C. for 4 hours to obtain a calcined powder.
1.26 g (1.52% by weight of the calcined powder) of ZrO 2 powder is added to 82.7 g of the calcined powder, together with an isopropanol solvent and a zirconia ball having a diameter of 3 mm, in a 500 mL zirconia ball mill container. The mixture was filled and mixed at 200 rpm for 1 hour using a planetary ball mill device P-5 manufactured by Fritsch.
Thereafter, the solvent was distilled off by an evaporator to obtain a molding powder.
The molding powder was molded at 100 MPa using a tablet molding machine, and the obtained pellets were fired in air at 1300 ° C. for 2 hours to obtain a ferroelectric ceramic of Comparative Example 1.
The relative density measurement results, composition analysis results, dielectric constant measurement results, and XRD measurement results of the ferroelectric ceramic of Comparative Example 1 are shown in Table 1 below.

Figure 2017178744
Figure 2017178744

本発明の強誘電体セラミックスは、タングステンブロンズ型酸化物と酸化物助剤を含み、−55℃〜200℃の範囲において比誘電率のばらつきが小さいため、例えば、車載用や航空宇宙用等、広い温度範囲で利用されるキャパシタに用いることが可能である。   The ferroelectric ceramic of the present invention contains a tungsten bronze type oxide and an oxide auxiliary, and has a small variation in relative permittivity in the range of −55 ° C. to 200 ° C. It can be used for capacitors used in a wide temperature range.

Claims (11)

Nbを有するタングステンブロンズ型酸化物、及び酸化物助剤を含む、強誘電体セラミックス。   A ferroelectric ceramic comprising a tungsten bronze oxide having Nb and an oxide auxiliary. 前記タングステンブロンズ型酸化物は、KSrNb15又はNaSrNb15である、請求項1記載の強誘電体セラミックス。 2. The ferroelectric ceramic according to claim 1, wherein the tungsten bronze oxide is KSr 2 Nb 5 O 15 or NaSr 2 Nb 5 O 15 . 前記酸化物助剤は、ZrO又はTaあるいはそれらの混合物である、請求項1又は2に記載の強誘電体セラミックス。 The ferroelectric ceramic according to claim 1, wherein the oxide auxiliary agent is ZrO 2 or Ta 2 O 5 or a mixture thereof. 前記タングステンブロンズ型酸化物は、12.46超12.54未満の格子定数aを有するKSrNb15である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックス。 4. The ferroelectric ceramic according to claim 1, wherein the tungsten bronze type oxide is KSr 2 Nb 5 O 15 having a lattice constant a of more than 12.46 and less than 12.54. 5 . 前記タングステンブロンズ型酸化物は、12.30以上12.35未満の格子定数aを有するNaSrNb15である、請求項1〜3のいずれか1に記載の強誘電体セラミックス。 4. The ferroelectric ceramic according to claim 1, wherein the tungsten bronze oxide is NaSr 2 Nb 5 O 15 having a lattice constant a of 12.30 or more and less than 12.35. −55℃〜200℃の範囲において、5000未満の比誘電率を有し、かつ、誘電率の極大値が2つ以上存在する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックス。   The ferroelectric according to any one of claims 1 to 5, having a relative dielectric constant of less than 5000 in a range of -55 ° C to 200 ° C and having two or more maximum values of dielectric constant. Ceramics. キュリー温度が80℃以上190℃以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックス。   The ferroelectric ceramic according to any one of claims 1 to 6, wherein the Curie temperature is 80 ° C or higher and 190 ° C or lower. −55℃〜200℃の範囲における比誘電率の最大値εmaxと最小値εminは、(εmax−εmin)/(εmax+εmin)≦0.4の関係を満たす、請求項1〜7のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックス。 The maximum value ε max and the minimum value ε min of the relative dielectric constant in the range of −55 ° C. to 200 ° C. satisfy a relationship of (ε max− ε min ) / (ε max + ε min ) ≦ 0.4. The ferroelectric ceramic according to any one of? 7. −55℃〜200℃の範囲における比誘電率の最大値εmaxと最小値εminは、(εmax+εmin)/2≧1000の関係を満たす、請求項1〜8のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックス。 The maximum value ε max and the minimum value ε min of the relative dielectric constant in the range of −55 ° C. to 200 ° C. satisfy a relationship of (ε max + ε min ) / 2 ≧ 1000, according to claim 1. The ferroelectric ceramic described. タングステンブロンズ型酸化物またはその原料又はその前駆体に、酸化物助剤の成分を添加した後に焼結する工程を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の強誘電体セラミックスの製造方法。   The production of a ferroelectric ceramic according to any one of claims 1 to 9, comprising a step of sintering after adding a component of an oxide auxiliary agent to a tungsten bronze type oxide or a raw material or a precursor thereof. Method. 前記焼結は、少なくとも1回の仮焼と、その後の、該仮焼の温度より高い温度での焼結を含む、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein the sintering includes at least one calcination followed by sintering at a temperature higher than the temperature of the calcination.
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