JP2992667B2 - チタン酸金属塩繊維及び高誘電性材料 - Google Patents
チタン酸金属塩繊維及び高誘電性材料Info
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Description
び高誘電性材料に関する。
として金属材料や高分子材料にはない独特の優れた特性
や機能を有し、あらゆる産業分野で利用され注目されて
いる。中でも電気・電子関連産業分野において高誘電性
磁器は大きく成長しており、その誘電性材料は一般にチ
タン酸バリウムに代表されるチタン酸アルカリ土類金属
塩からなる種々の材料である。これらの材料を成形して
磁器を製造する場合には、比較的肉厚のもの、大型のも
の、円筒形、その他異形のものについては乾式プレス等
によって加圧成形し、また薄板等については押出し成形
又はロール圧延成形等によってグリーンシートを作製
し、パンチングプレス等で所定の形状に打ち抜き成形し
た後、これらの一次成形品を1000〜1400℃で焼
成する操作が行なわれており、更に複雑な形状のものに
対しては冷却後、仕上げのための切削加工等を施す必要
がある等、最終製品を得るまでの工程は極めて複雑で長
く、大量生産には適していない。
脂とチタン酸アルカリ土類金属を主成分とする粉末状材
料とを混練した樹脂組成物を用いて射出成形した高誘電
性の樹脂成形品が提案されており、複雑な加工を単純化
して経済的にも有利な方法を提供しようとしている。し
かしながら、所望の高誘電性能を得ようとすれば、誘電
体であるチタン酸アルカリ土類金属を主成分とする粉末
状誘電性材料の樹脂への添加量を多くしなければなら
ず、そのため当該樹脂組成物の射出成形性が損なわれ、
且つ機械的強度が著しく低下するを避け得ず、粉末状誘
電性材料の添加量が制限されているのが現状である。
械的強度が著しく低下するという原因が、用いられる誘
電性材料が粉末状であることに起因するものと考え、そ
の形状を繊維状にする方向で研究を行なった報告もいく
つかなされているが、合成樹脂と共に繊維状物を混練す
る場合には、樹脂と粉体とを混練する場合に比し、高充
填が困難であるという問題を有している。
が可能な充填量としては、粉体の場合80〜90重量%
であるのに対し、繊維状物の場合は50〜70重量%が
限界である。そのため特定の樹脂に高い誘電性を付与し
ようとした場合、高誘電性のセラミックス粉体を用いて
いるのが実情である。しかしながら、粉体を高充填する
と上述したように樹脂組成物の機械的強度が低下する等
の問題点が生ずるため、繊維状物と粉体との併用も試み
られたが、均一に分散させることが難しく、所期の目的
を達成するまでには至っていない。
高誘電性の粉末状材料(粒状及び球状)を混練した場
合、高充填は可能であるが、加工性や機械的強度の点で
問題があった。
方性形状を有する材料で対応した場合、高充填が困難で
ある上に、混練品の中に空隙が生じ易いという欠点があ
った。これは、70重量%を越えるような充填量になっ
た場合に特に顕著である。高誘電性を目的とする場合に
おいては、このような空隙の発生は大きな機能低下につ
ながるため、高圧をかけてプレス成形する方法、繊維表
面に第三成分を付着もしくは添加する方法等が考えられ
たが、前者は繊維形状の破壊につながり、後者は誘電性
能の悪化をもたらし、未だ有効な方法は見い出されてい
ない。
比(繊維長/繊維径の比)が3〜5に調整された一般式
MO・nTiO2 (式中、Mは二価の金属元素を、nは
実数をそれぞれ示す。)で示されるチタン酸金属塩繊
維、該繊維の製造方法、該繊維と結合剤からなる高誘電
性組成物、該組成物を成形後加熱処理してなる高誘電性
焼結体に係る。
ト比を3〜5に調整したチタン酸金属塩繊維を用いるこ
とにより、粉末状材料と同様に高充填が可能であり、機
械的強度や加工性に優れた高誘電性樹脂組成物や、空隙
の少ない高誘電性の焼結体を得ることができる。
カリ金属塩繊維としては、従来公知のものを広く使用で
きる。斯かるチタン酸金属塩は、具体的には四チタン酸
カリウム、三チタン酸ナトリウム、二チタン酸カリウム
等を例示できる。原料となるチタン酸アルカリ金属塩繊
維の繊維長、繊維径及びアスペクト比は特に制限される
ものではないが、繊維長が5〜500μm程度、繊維径
が0.05〜50μm程度、アスペクト比10〜100
0程度のものが適当である。チタン酸アルカリ金属塩繊
維の製造方法については特に制限がなく、従来公知の一
般的なチタン酸アルカリ金属塩繊維の製造法である焼成
法、フラックス法、溶融法等の方法のいずれでもよい。
これらの中でも、特に均一な繊維長の分布を有するチタ
ン酸アルカリ金属塩が得られる方法によるもの、例えば
フラックス法が好ましい。
クト比を調整するには、高粘度の水溶性液体中に該繊維
を分散させた後、粉砕すればよい。用いられる高粘度の
水溶性液体としては、後の水洗工程で容易に溶出又は除
去できるものである限り従来公知のものを広く使用で
き、例えば水ガラス等の水溶性無機化合物、ポリビニル
アルコール、ポリエチレングリコール等の水溶性有機化
合物等を挙げることができる。粉砕方法としては、粘稠
な液状物中の固体成分を粉砕する能力があるものである
限り特に限定されるものではないが、粉砕時の金属成分
や不純物の混入を避けるために、硬質セラミックボール
とセラミックコートした撹拌棒を用いた方式やボールミ
ル方式によるのが好ましい。
塩繊維のアスペクト比は3〜5に調整されるが、次いで
該繊維を酸性溶液中に分散させ、攪拌することによりア
ルカリ金属イオンが溶出せしめられ、引続き水洗処理を
行なうことによりアスペクト比が3〜5のチタニア繊維
が製造される。ここで酸性溶液とは、例えば塩酸、硫
酸、硝酸等の無機酸、有機酸等の酸、好ましくは無機酸
を含む溶液である。酸の濃度は特に限定されないが、通
常0.1〜5N/リットル程度がよい。
繊維の表面に、目的の組成比MO・nTiO2 になるよ
うに、金属元素Mの化合物を均一に被覆した後、500
〜1300℃の温度に加熱する。金属元素Mの化合物と
しては、500〜1300℃の加熱によってMの酸化物
を生成するものである限り、従来公知のものを広く使用
でき、例えば錫、ニオブ、銅、ニッケル、マグネシウ
ム、カルシウム、バリウム、亜鉛、ストロンチウム、バ
ナジウム、ルビジウム、パラジウム、コバルト、クロ
ム、銀、鉛等の二価金属の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、水
酸化物、ハロゲン化物等の無機化合物、蓚酸塩、酢酸塩
等の有機酸塩を含む有機化合物等を挙げることができ
る。これらの化合物の中でも、水に対する溶解度が小さ
く且つ水溶液中でチタニア繊維表面に沈着する化合物が
好ましい。このような化合物としては、例えば炭酸塩を
挙げることができる。本発明ではこれら金属元素M化合
物を1種単独で使用してもよいし、2種以上併用しても
よい。
一に被覆するには、例えば金属元素M化合物を含有する
水溶液中にチタニア繊維を分散させ、攪拌すればよい。
引続き行なわれる加熱処理は、通常500〜1300
℃、好ましくは700〜1000℃の温度範囲で行なう
のがよい。加熱温度が低すぎると、金属元素M化合物の
分解が不十分であり、逆に高すぎると繊維同志の融着、
複合化合物の生成等の現象が認められ、いずれも不都合
となる。この加熱は、通常の加熱炉、例えば電気炉、ガ
ス燃焼炉、高周波炉等を用いて行なわれる。加熱時間と
しては、30分間〜6時間程度、通常は2時間程度でよ
い。
調整された一般式MO・nTiO2で示されるチタン酸
金属塩繊維が製造される。
合剤と混合して高誘電性組成物として使用されるが、該
繊維を予め各種表面処理剤で表面処理を施しておいても
よい。斯かる表面処理剤としては、従来公知のものを広
く使用でき、例えばシランカップリング剤、チタネート
系カップリング剤、アルミニウム系処理剤等を挙げるこ
とができる。
合剤としては、従来公知のものを広く使用でき、例えば
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、炭化水素化合物もしくは
その誘導体、脂肪酸、脂肪酸と多価アルコールとの重縮
合物、天然樹脂もしくはその誘導体、無機質結合剤、含
金属有機化合物等を例示でき、より具体的にはポリオレ
フィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ
ブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサ
ルフェート(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PP
E)、ポリフロロビニリデン(PVDF)、液晶ポリマ
ー等が挙げられる。またこれらを加熱してアロイにした
ものやこれらのブレンド物も同様に使用できる。
記チタン酸金属塩繊維と結合剤との配合割合としては、
特に限定されるものではないが、通常前者:後者を重量
比で60/40〜95/5、好ましくは75/25〜9
0/10とするのがよい。
ルム、塗料、接着剤、封止剤、抄紙、繊維素材等の幅広
い分野に好適に使用され得る。
で、又は水や適宜の結合剤、焼結助剤等を加えて、成型
し、加熱することにより焼結体にされることもできる。
ここで用いられる結合剤としては、使用目的に応じて従
来公知のものを適宜選択して使用することができ、例え
ばポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、グ
リセリン、フェノール樹脂等の有機化合物、或いは水ガ
ラスを含む無機化合物の溶液等を挙げることができる。
また焼結助剤としては、例えばCdO、TiO2 、Al
2 O3 、Y2 O3 、MgO、NiO、ホウ素系化合物、
炭素等が挙げられる。焼結体を製造するに当り、焼結温
度は1000〜1500℃の温度範囲が適当である。ま
た焼結雰囲気は、大気、酸化雰囲気及び窒素ガス、水素
ガス等の還元雰囲気のいずれであってもよい。還元雰囲
気下で焼結を行なうと、得られる焼結体に半導性を持た
せ、見掛けの誘電率を向上させることも可能になる。
及びそれを用いてなる高誘電性組成物は、粉粒状の高誘
電性物に比し、繊維状物の有する補強効果、機械的強度
等を有し、且つ通常の繊維状物の弱点である高充填が困
難という点を克服するものである。またこのような繊維
を用いて得られる焼結体は、配向性を有し、且つ空隙の
少ない緻密なものである。
り一層明らかにする。
長16μm、大塚化学(株)製〕を、ポリエチレングリ
コール中、ボールミル型連続粉砕機で10分間粉砕した
ところ、平均繊維長1.5μm、平均繊維径0.4μ
m、平均アスペクト比3.7の繊維状物が得られた。
にて2時間攪拌後、充分に水洗し、乾燥後、分級し、チ
タニア繊維状物を得た。この繊維状物10gを10%酢
酸バリウム水溶液260ml中に分散させ、攪拌しなが
ら、更に20%炭酸アンモニウム水溶液70gを約1時
間要して滴下し、反応させた。脱水濾過した後、水洗し
て、乾燥した。このものをX線回折した結果、炭酸バリ
ウムのピークが検出された。また、SEM写真を観察し
たところ、ほぼ均一なアスペクト比に揃った繊維状物で
あった。更にこのもの10gをアルミナ製るつぼに入
れ、電気炉中で酸化雰囲気下970℃で2時間加熱し
た。空冷後、このものをX線回折した結果、チタン酸バ
リウムのピークのみが検出された。また、このもののS
EM写真を観察したところ、上記観察物とほぼ同様に均
一なアスペクト比に揃った繊維状物であり、長さ及び径
共に加熱前後で殆んど差異は認められなかった。
gをPPS樹脂〔商品名フォートロン、ポリプラスチッ
クス(株)製〕200gと充分に混練した後、厚さ1m
mの円板状に成形し、上下表面に金蒸着を行なった後、
誘電率を測定したところ39であった。
物をJIS−K−7113に従って試料を作成し、引張
強度を測定したところ600kgf/cm2 であった。
径3cm、厚み2mmの円板状に成形し、1350℃で
4時間焼成し、焼結体を作成した。この焼結体の上下表
面に金蒸着を行なった後、誘電率を測定したところ35
00であった。
維を用いて粉砕を行ない、粉砕時間を1分(比較例
1)、2分(比較例2)、3分(比較例3)、5分(比
較例4)、7分(比較例5)とし、その後実施例1と同
様の処理を行なった。得られた最終の繊維状物の平均ア
スペクト比は、各々18.0(比較例1)、15.3
(同2)、12.4(同3)、8.5(同4)、5.1
(同5)であった。その後も実施例1と同様に処理し、
測定を行なった。
平均粒径0.5μm、富士チタン工業(株)製〕を実施
例1と同様にPPS樹脂200gとの混練を試みたとこ
ろ、820gが混練限界であった。この混練物を厚さ1
mmの円板に成形し、上下表面に金蒸着を行なった後、
誘電率を測定したところ35であった。
を作成し、引張強度を測定したところ430kgf/c
m2 であった。
5gをプレスしたが、成形体が得られなかったため、バ
インダーとしてポリビニルアルコール〔商品名PVA1
77、クラレ(株)製〕の6%水溶液を、パウダーに対
して10重量%添加して混練した後、プレスして直径3
cm、厚み2mmの円板状に成形し、1350℃で5時
間焼成し、焼結体を作成した。この焼結体の上下表面に
金蒸着を行なった後、誘電率を測定したところ3300
であった。
繊維状物の平均アスペクト比、樹脂への最高充填可能量
(重量%)、樹脂配合後の誘電率及び焼結体作成後の誘
電率をまとめて表1に示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 アスペクト比が3〜5に調整された一般
式MO・nTiO2(式中、Mは二価の金属元素を、n
は実数をそれぞれ示す。)で示されるチタン酸金属塩繊
維。 - 【請求項2】 チタン酸アルカリ金属塩繊維を、高粘度
の水溶性液体中に分散させた後、粉砕して、アスペクト
比を3〜5に調整し、酸処理を行なって得られるチタニ
ア繊維に対し、目的の組成比MO・nTiO2 (M及び
nは前記に同じ)になるように、金属元素Mの化合物を
該チタニア繊維の表面に、均一に被覆した後、500〜
1300℃の温度に加熱することを特徴とする請求項1
に記載のチタン酸金属塩繊維の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載のチタン酸金属塩繊維と
結合剤とからなる高誘電性組成物。 - 【請求項4】 結合剤が熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、
炭化水素化合物もしくはその誘導体、脂肪酸、脂肪酸と
多価アルコールとの重縮合物、天然樹脂もしくはその誘
導体、無機質結合剤及び含金属有機化合物からなる群か
ら選ばれた少なくとも一種、これらのアロイ又はブレン
ド物である請求項3に記載の高誘電性組成物。 - 【請求項5】 請求項1に記載のチタン酸金属塩繊維か
らなる高誘電性焼結体。
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-
1993
- 1993-03-31 JP JP5073836A patent/JP2992667B2/ja not_active Expired - Lifetime
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