JP3236641B2 - Manufacturing method of composite ferroelectric ceramics - Google Patents

Manufacturing method of composite ferroelectric ceramics

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JP3236641B2
JP3236641B2 JP27741391A JP27741391A JP3236641B2 JP 3236641 B2 JP3236641 B2 JP 3236641B2 JP 27741391 A JP27741391 A JP 27741391A JP 27741391 A JP27741391 A JP 27741391A JP 3236641 B2 JP3236641 B2 JP 3236641B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複合強誘電性セラミッ
スの製造方法に関するものであり、特に低温で製造、
焼成成型できる複合強誘電性セラミックスの製造方法に
関するものである。また、本発明は、セラミックフイル
タ、セラミック発振子、アクチュエーター等の圧電素
子、赤外線センサー、リニアアレイセンサー等の焦電素
子、不揮発性RAM(ランダムアクセスメモリー)等の
強誘電体メモリー素子等の用途に用いることができる複
合強誘電性セラミックスの製造方法に関するものであ
る。
The present invention relates to is a method of manufacturing a composite ferroelectric ceramics <br/> click scan, especially manufactured at low temperatures,
The method of producing a composite ferroelectric ceramics which can be fired molded relates. The present invention is also applicable to piezoelectric filters such as ceramic filters, ceramic oscillators and actuators, pyroelectric elements such as infrared sensors and linear array sensors, and ferroelectric memory elements such as nonvolatile RAM (random access memory). a process for producing a composite ferroelectric ceramics that can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電性セラミックスあるいは圧電セラ
ミックスとしては、従来よりPb(Ti,Zr)O3
成分系、Pb(Mg1/3 Nb2/3 x Tiy Zrz 3
三成分系、Pb(Zn1/3 Nb2/3 A (Sn1/3 Nb
2/3 B TiC ZrD 3 四成分系組成等より成るセラ
ミックス材料がある。これらの従来のセラミックス材料
は、その構成成分がほとんど全部がセラミックスであ
り、原料あるいは仮焼粉末を所定の形状に成形したの
ち、高温で焼成して作製される。また、比較的低温で作
製できる強誘電体としては、上記セラミックスの粉末と
ゴムやエポキシ樹脂などの有機物との混合物がある。
2. Description of the Related Art As ferroelectric ceramics or piezoelectric ceramics, Pb (Ti, Zr) O 3 binary system, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z O 3 has been conventionally used.
Ternary system, Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) A (Sn 1/3 Nb
2/3) is B Ti C Zr D O 3 ceramic material made of four-component composition and the like. These conventional ceramic materials are almost entirely composed of ceramics, and are produced by molding a raw material or calcined powder into a predetermined shape and then firing at a high temperature. Further, as a ferroelectric which can be manufactured at a relatively low temperature, there is a mixture of the above-mentioned ceramic powder and an organic substance such as rubber or epoxy resin.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の強誘電性セラミ
ックス、圧電セラミックスは、一般に焼成温度が高く、
1100〜1300℃の高温で焼成する必要がある。こ
のため、素子を構成する内部電極などは前記のような高
温の焼成温度にさらされることになり、従って、高温で
も酸化されたり変質したりすることの少ない高価な白金
等を用いることが必要になる。従って、各種の部品など
の素子としてはコストが高くなり、汎用的に使いにくい
といった問題がある。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional ferroelectric ceramics and piezoelectric ceramics generally have high firing temperatures,
It is necessary to fire at a high temperature of 1100 to 1300 ° C. For this reason, the internal electrodes and the like constituting the element are exposed to the high firing temperature as described above, and therefore, it is necessary to use expensive platinum or the like which is hardly oxidized or deteriorated even at a high temperature. Become. Therefore, there is a problem that the cost is high as an element such as various parts, and it is difficult to use it for general purposes.

【0004】また、強誘電性セラミックスが薄膜化でき
ると、例えば圧電素子や強誘電体メモリーを薄くする事
ができ、従って低い電圧で作動させることができ、また
小型化も可能になり、焦電素子では、薄くすることによ
り熱容量が低下し、感度を向上させることができるなど
の大きな利点があるが、従来の材料は、薄膜化が困難で
あるとともに基板材料が高価な白金、耐熱性の優れたセ
ラミックスなどに限定されると言った問題がある。
Further, when the ferroelectric ceramics can be made thinner, for example, a piezoelectric element or a ferroelectric memory can be made thinner, so that it can be operated at a low voltage and the size can be reduced. The element has a great advantage, such as a reduction in heat capacity and an improvement in sensitivity when thinned.However, conventional materials are difficult to make thinner and the substrate material is expensive, and the heat resistance is excellent. There is a problem that it is limited to ceramics and the like.

【0005】一方、有機物との混合物からなる強誘電体
は耐熱性が劣るとともに機械的質係数(機械的Q)が低
く、発振子やセラミックフイルタを構成できないなどの
欠点がある。
On the other hand, ferroelectrics composed of a mixture with an organic substance have disadvantages such as poor heat resistance and low mechanical quality factor (mechanical Q), making it impossible to form an oscillator or a ceramic filter.

【0006】本発明は、前記従来の課題を解決するた
め、低温で焼成、作製できるとともに耐熱性の優れた強
誘電性セラミックスの製造方法を提供することを目的と
する。
The present invention, wherein in order to solve the conventional problems, and an object thereof is to provide a ferroelectric ceramics manufacturing method having excellent heat resistance with firing at a low temperature, can be manufactured.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の複合強誘電性セラミックスの製造方法は
少なくとも強誘電性セラミックス粉末とガラスとの複合
体よりなる複合強誘電性セラミックスを製造する方法
あって、少なくとも強誘電性セラミックス粉末とガラス
とを媒体攪拌ミルで平均粒子径0.6μm以下に混合粉
砕したのち、成形、焼成することを特徴とする。
To achieve the above object, a method for producing a composite ferroelectric ceramic according to the present invention comprises :
A method for producing a composite ferroelectric ceramic comprising at least a composite of a ferroelectric ceramic powder and a glass , wherein at least the ferroelectric ceramic powder and the glass
And mixed powder having an average particle size of 0.6 μm or less
After crushing, it is molded and fired .

【0008】また、前記構成に於いては、ガラスが結晶
化ガラスである事が好ましい。
In the above structure, the glass is crystallized.
Preferably, it is a fossilized glass .

【0009】また、前記構成に於いては、少なくとも強
誘電性セラミックス粉末とガラスとを媒体攪拌ミルで平
均粒子径0.6μm以下に混合粉砕したのち、成形前
に、更にウイスカーを含有せしめる事が好ましい。
Further, in the above configuration, at least
Flatten the dielectric ceramic powder and glass with a medium stirring mill.
After mixing and grinding to an average particle size of 0.6 μm or less, before molding
In addition, it is preferable to further include a whisker .

【0010】また、前記本発明の複合強誘電性セラミッ
クスの製造方法に於いては、ウイスカーの平均の長さが
50μm以下であることが好ましい
Further, said in the manufacturing method of composite ferroelectric ceramics of the present invention, the average length of the whiskers
It is preferably 50 μm or less .

【0011】本発明で用いる強誘電性セラミックス粉末
としては、強誘電性のセラミックの粉末であれば何でも
よく、具体的には例えばPb(Ti,Zr)O3 二成分
系、Pb(Mg1/3 Nb2/3 x Tiy Zrz 3 三成
分系(但し、X+Y+Z=1)、Pb(Zn1/3 Nb
2/3 A (Sn1/3 Nb2/3 B TiC ZrD 3 四成
分系(但し、A+B+C+D=1)組成等より成るセラ
ミックス材料、BaTiO3 、PbTiO3 、PbNb
2 6 、(Na,K)NbO3 などが挙げられ、平均粒
子径2μm以下のものが好ましく用いられる。平均粒子
径の大きいものを例えばボールミルその他で粉砕して用
いてもよいことは勿論である。強誘電性セラミックス粉
末の粒子径の下限は強誘電性を示す粒子径であればよ
い。また、本発明の目的を阻害しない範囲で、他の各種
のセラミック材料、例えばアルミナ、ジルコニア、チタ
ニアなどの各種のセラミックスなどを適宜併用してもよ
い。ただ、これらは余り多量に使用すると強誘電性が低
下したり、焼結性が低下するので、これらの性質が余り
低下しない程度の範囲で用いることが望ましい。
As the ferroelectric ceramic powder used in the present invention, any ferroelectric ceramic powder may be used. Specifically, for example, a binary Pb (Ti, Zr) O 3 system, Pb (Mg 1 / 3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z O 3 ternary system (however, X + Y + Z = 1), Pb (Zn 1/3 Nb)
2/3) A (Sn 1/3 Nb 2/3 ) B Ti C Zr D O 3 quaternary system (where, A + B + C + D = 1) ceramic material made of such composition, BaTiO 3, PbTiO 3, PbNb
2 O 6 , (Na, K) NbO 3 and the like, and those having an average particle diameter of 2 μm or less are preferably used. Of course, those having a large average particle diameter may be pulverized by a ball mill or the like, for example. The lower limit of the particle size of the ferroelectric ceramic powder may be any particle size that exhibits ferroelectricity. Further, other various ceramic materials, for example, various ceramics such as alumina, zirconia, titania, and the like may be appropriately used within a range not to impair the object of the present invention. However, if these are used in an excessively large amount, the ferroelectricity is lowered and the sinterability is lowered.

【0012】本発明で用いるガラスとしては、特に制限
はなく、各種のガラスを用いる事ができ、好ましい具体
例としては、例えば、PbO・B2 3 系ガラス、Pb
O・B2 3 ・SiO2 系ガラス、PbO・ZnO・B
2 3 系ガラス、ZnO・B2 3 ・SiO2 系ガラス
など各種のガラスを用いいることができる。特にこれら
を結晶化させた結晶化ガラスを用いることは、本発明の
複合強誘電性セラミックスの耐熱性を向上させる上で好
ましい。また、ガラスとしては、化学的に安定で、熱膨
張率が強誘電性セラミックスの熱膨張率に近い値である
ことが望ましい。
The glass used in the present invention is not particularly limited, and various types of glass can be used. Preferred examples thereof include PbO.B 2 O 3 glass, PbO 2
O.B 2 O 3 .SiO 2 glass, PbO.ZnO.B
Various glasses such as 2 O 3 -based glass and ZnO · B 2 O 3 · SiO 2 -based glass can be used. In particular, it is preferable to use crystallized glass obtained by crystallizing these, from the viewpoint of improving the heat resistance of the composite ferroelectric ceramic of the present invention. Further, it is desirable that the glass is chemically stable and has a coefficient of thermal expansion close to that of ferroelectric ceramics.

【0013】強誘電性セラミックス粉末とガラスとの配
合割合は、通常、強誘電性セラミックス粉末10〜90
vol%に対してガラス90〜10vol%の範囲で好
ましく用いられる。
The mixing ratio between the ferroelectric ceramic powder and the glass is usually 10 to 90%.
Glass is preferably used in a range of 90 to 10 vol% with respect to vol%.

【0014】強誘電性セラミックス粉末とガラスとを混
合して粉砕する場合には、媒体攪拌ミルを用いること
が、極めて短時間に微粉砕することができるので好まし
い。ウイスカーを併用する場合には、例えば、マグネシ
アウイスカー、ジルコニアウイスカー、SiCウイスカ
ー、ZnOウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、
Si3 4 ウイスカー、ジルコニアウイスカーなど本発
明の目的が達成出来るものであれば、特に限定されるも
のではなく、他の適宜のウイスカーもが使用できる。ま
た、ウイスカー自体に若干導電性があっても、複合強誘
電性セラミックスとして高抵抗であれば問題はなく、使
用することができる。
In the case where the ferroelectric ceramic powder and glass are mixed and pulverized, it is preferable to use a medium stirring mill because the pulverization can be performed in a very short time. When whiskers are used in combination, for example, magnesia whiskers, zirconia whiskers, SiC whiskers, ZnO whiskers, potassium titanate whiskers,
There is no particular limitation as long as the object of the present invention can be achieved, such as Si 3 N 4 whiskers and zirconia whiskers, and other appropriate whiskers can be used. Even if the whisker itself is slightly conductive, it can be used without any problem as long as it has high resistance as a composite ferroelectric ceramic.

【0015】また、本発明で云うウイスカーとは、ファ
イバーなどの繊維状のガラス例えば耐熱性の良好な石英
ガラスファイバーなど、および例えばチタン酸バリウ
ム、チタン酸ストロンチウムなどセラミックスを含む。
なお、ウイスカーの長さが50μmを超えると複合強誘
電体の密度が小さくなり、強誘電性が低下し望ましくな
く、50μm以下のものを用いることが好ましい。ま
た、ウイスカーの長さは強誘電性セラミックス粉末の平
均粒子径が小さい場合には、それに応じて小さくするの
が良い。通常ウイスカーの長さは2μm以上であること
が、曲げ強度向上効果が発揮されるためには好ましい。
The whiskers in the present invention include fibrous glass such as fiber, for example, quartz glass fiber having good heat resistance, and ceramics, for example, barium titanate, strontium titanate.
If the length of the whiskers exceeds 50 μm, the density of the composite ferroelectric decreases, and the ferroelectricity decreases, which is undesirable. It is preferable to use a whisker having a length of 50 μm or less. When the average particle diameter of the ferroelectric ceramic powder is small, the length of the whisker is preferably reduced accordingly. Usually, the length of the whisker is preferably 2 μm or more in order to exhibit the effect of improving the bending strength.

【0016】ウイスカーは通常15vol%以下の範囲
で用いることが強誘電性の急激な低下を招かない上で好
ましい。成形はセラミックス粉体の成形に使用できる各
種の成型法が採用でき、例えば加圧成形、鋳込み成形、
押し出し成形、ドクターブレード法、ディップ法、印刷
法など適宜のものを適用することができる。
It is preferable to use whiskers in a range of usually 15 vol% or less, since a sharp decrease in ferroelectricity does not occur. For molding, various molding methods that can be used for molding ceramic powders can be adopted, for example, pressure molding, casting molding,
Appropriate materials such as extrusion molding, doctor blade method, dipping method, and printing method can be applied.

【0017】焼成温度はガラスの焼結温度付近でよく、
従って低温での焼成が可能となる。具体的な焼成温度は
用いる材料の種類によって異なるので一概に規定出来な
いが、例えば、通常300℃〜800℃程度の範囲であ
る。但し、何らこれに限定されるものではない。
The firing temperature may be around the sintering temperature of the glass,
Therefore, firing at a low temperature becomes possible. Since the specific firing temperature varies depending on the type of material used, it cannot be specified unconditionally. For example, the firing temperature is usually in the range of about 300 ° C. to 800 ° C. However, it is not limited to this.

【0018】図1は本発明の方法で得られる強誘電性セ
ラミックス粉末2とガラス3よりなる複合強誘電性セラ
ミックス1の断面構造の1例を示す概念図であり、ガラ
ス3がマトリックスとなり、強誘電性セラミックス粉末
2がガラス3のマトリックス中にランダムに入り乱れて
分散された構成になっており、三次元的には、ガラスの
領域はそれ自身三次元連続層を形成している。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a cross-sectional structure of a composite ferroelectric ceramic 1 comprising a ferroelectric ceramic powder 2 and a glass 3 obtained by the method of the present invention. The dielectric ceramic powder 2 has a configuration in which the dielectric ceramic powder 2 is randomly dispersed and dispersed in the matrix of the glass 3, and three-dimensionally, the glass region itself forms a three-dimensional continuous layer.

【0019】本発明の方法で得られた複合強誘電性セラ
ミックスに電極を付与した圧電素子は、発振子、セラミ
ックフイルター、圧電アクチュエーターとして使用でき
るとともに、本発明の複合強誘電性セラミックスに電極
を付与することによって焦電素子、強誘電体メモリーと
して使用できる。
The piezoelectric element obtained by applying an electrode to the composite ferroelectric ceramic obtained by the method of the present invention can be used as an oscillator, a ceramic filter, a piezoelectric actuator, and an electrode is provided to the composite ferroelectric ceramic of the present invention. By doing so, it can be used as a pyroelectric element or a ferroelectric memory.

【0020】図2は本発明の方法で得られた複合強誘電
性セラミックス1よりなる圧電素子、焦電素子または強
誘電体メモリー素子4の構造の一例を示す断面略図であ
る。複合強誘電性セラミックス1の両面に電極5が形成
されている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the structure of a piezoelectric element, a pyroelectric element or a ferroelectric memory element 4 made of the composite ferroelectric ceramics 1 obtained by the method of the present invention. Electrodes 5 are formed on both surfaces of the composite ferroelectric ceramic 1.

【0021】また、本発明の方法で得られた複合強誘電
性セラミックスは、ガラスとの配合割合などを変化させ
ることにより、その強誘電性を従来より一層広い範囲で
制御できる。
Further, the ferroelectricity of the composite ferroelectric ceramic obtained by the method of the present invention can be controlled in a wider range than before by changing the mixing ratio with glass.

【0022】[0022]

【作用】本発明の複合強誘電性セラミックスの製造方法
は、少なくとも強誘電性セラミックス粉末とガラスとを
平均粒子径0.6μm以下に混合粉砕したのち、成形、
焼成するので、高密度の強誘電性セラミックスを低温で
製造することができる。
The method for producing a composite ferroelectric ceramic of the present invention.
At least ferroelectric ceramic powder and glass
After mixing and grinding to an average particle diameter of 0.6 μm or less, molding,
Since firing, high-density ferroelectric ceramics at low temperature
Can be manufactured.

【0023】また、本発明の複合強誘電性セラミックス
の製造方法に於いて、ガラスを結晶化ガラスとする事に
より、低温で製造することができる耐熱性の優れた複合
強誘電性セラミックスを提供できる。
The composite ferroelectric ceramic of the present invention
In the manufacturing method of
More heat-resistant composite that can be manufactured at lower temperatures
Ferroelectric ceramics can be provided.

【0024】また、本発明の複合強誘電性セラミックス
の製造方法に於いて、ウイスカーを更に含有させること
により、低温で製造することができる機械的強度の大き
い複合強誘電性セラミックスを提供できる。
The composite ferroelectric ceramic of the present invention
In the production method of the above , by further adding a whisker , it is possible to provide a composite ferroelectric ceramic having high mechanical strength, which can be produced at a low temperature.

【0025】また、上記でウイスカーの平均の長さ
0μm以下とすることにより、低温で製造することがで
きる機械的強度の大きい高密度の複合強誘電性セラミッ
クスを提供できる。
[0025] In addition, the length of the average of the Daewoo Isuka 5
By setting the thickness to 0 μm or less, it is possible to provide a high-density composite ferroelectric ceramic having high mechanical strength and which can be manufactured at a low temperature.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の理解を容易にするために実施
例を挙げて説明するが、本発明は、これらの実施例のみ
に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples to facilitate understanding of the present invention, but the present invention is not limited to only these examples.

【0027】実施例1 強誘電性セラミックス粉末として、Pb(Zn1/3 Nb
2/3 0.09(Sn1/3Nb2/3 0.09Ti0.42Zr0.40
3 +0.5wt.%MnO2 の組成比の仮焼粉末(原料を
混合後1250℃で2時間仮焼したのち、ボールミルで
平均粒子径約4μmに粉砕した粉末)とガラス粉末(日
本電気硝子(株)製PbO・B2 3 系ガラス粉末、品
番CF−8、平均粒子径3.8μm、尚、このガラスに
は若干のセラミックス粉末を含む)を(表1)に示す比
率で秤量したのち、エタノールを分散媒として、媒体撹
拌ミル(アイガーエンジニアリング社製“モーターミル
M50”、粉砕媒体:直径0.4mmのジルコニア玉
石、撹拌器の周速10m/s)で平均粒子径約0.2μ
mに混合粉砕後乾燥させた。
Example 1 Pb (Zn 1/3 Nb) was used as a ferroelectric ceramic powder.
2/3 ) 0.09 (Sn 1/3 Nb 2/3 ) 0.09 Ti 0.42 Zr 0.40
A calcined powder having a composition ratio of O 3 +0.5 wt.% MnO 2 (a powder obtained by mixing the raw materials, calcining at 1250 ° C. for 2 hours, and then pulverizing with a ball mill to an average particle diameter of about 4 μm) and a glass powder (Nippon Electric Glass) Ltd. PbO · B 2 O 3 based glass powder, No. CF-8, average particle size 3.8 .mu.m, Note, and weighed in the proportions shown this to the glass contains some ceramic powder) to (Table 1) After that, using ethanol as a dispersion medium, a medium stirring mill (“Motor Mill M50” manufactured by Eiger Engineering Co., Ltd., pulverizing medium: zirconia cobblestone having a diameter of 0.4 mm, peripheral speed of a stirrer of 10 m / s), an average particle diameter of about 0.2 μm
m, and then dried.

【0028】その後、純水を用いて造粒したのち、50
0μmの篩を通過させて整粒した。この粉体を、金型を
用いて加圧成形で直径13mm、厚さ約1mmの円板状の成
形体を作製し、これを電気炉で2時間焼成し、複合強誘
電性セラミックスを作製した。昇・降温速度は400℃
/hである。
Then, after granulation using pure water, 50
The mixture was passed through a 0 μm sieve and sized. This powder was formed into a disc-shaped compact having a diameter of 13 mm and a thickness of about 1 mm by pressure molding using a mold, and was fired in an electric furnace for 2 hours to produce a composite ferroelectric ceramic. . Temperature rise / fall rate is 400 ℃
/ H.

【0029】焼成後その両面にCr−Auの蒸着電極を付与
した。その後、この素子に100℃のシリコンオイル中
で両電極間に3kV/mm の直流電界を30分間印加して分
極処理し、後述する図2に示すような圧電素子を作製し
た。この試料について、誘電率、結合係数、などを測定
した。測定結果を(表1)に示す。
After firing, a Cr-Au vapor deposition electrode was provided on both surfaces. Then, a DC electric field of 3 kV / mm was applied between the electrodes for 30 minutes in silicon oil at 100 ° C. for 30 minutes to perform polarization treatment, thereby producing a piezoelectric element as shown in FIG. This sample was measured for dielectric constant, coupling coefficient, and the like. The measurement results are shown in (Table 1).

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】(表1)から明らかなように、本発明の複
合強誘電性セラミックスは、比較例のNo.8の強誘電
性セラミックスに比べて結合係数と誘電率は少し低下す
るが、著しく低温で作製することができる。なお、N
o.8のガラスを含まない比較例において、もし焼成温
1000℃以下とした場合は、全く焼結しないと
ともに、結合係数(電気機械結合係数(kp))は0であ
り、全く圧電性を示さない。
As is clear from Table 1, the composite ferroelectric ceramics of the present invention was the same as that of Comparative Example. Although the coupling coefficient and the dielectric constant are slightly lower than those of the ferroelectric ceramic of No. 8, they can be manufactured at a remarkably low temperature. Note that N
o. In Comparative Examples not containing 8 glass, if when the sintering temperature was 1000 ° C. or less, with none sinter, the coupling coefficient (electromechanical coupling factor (kp)) is 0, not exhibit piezoelectricity Absent.

【0032】なお、No.5と同じ配合比で媒体撹拌ミ
ルによる混合粉砕後の混合粉砕物の平均粒子径が、1.
9、0.92、0.58、0.22、と0.052μm
では、焼結体の密度は理論密度に対して、それぞれ9
2、94、98、98と98%であり、混合粉砕後の平
均粒子径が0.6μm以下では高密度に焼成できるが、
0.6μm以上では焼成密度が小さく緻密なセラミック
スが得難い。
In addition, No. The average particle size of the mixed and pulverized product after mixing and pulverization with a medium stirring mill at the same compounding ratio as in Example 1 was 1.
9, 0.92, 0.58, 0.22, and 0.052 μm
Then, the density of the sintered body is 9
2, 94, 98, 98 and 98%, and when the average particle diameter after mixing and pulverization is 0.6 μm or less, firing can be performed at high density.
If it is 0.6 μm or more, it is difficult to obtain a dense ceramic having a low firing density.

【0033】また、上記の実施例では強誘電性セラミッ
クス粉末とガラスとを媒体撹拌ミルで混合粉砕したが、
両者を別々に粉砕したのち、混合してもよい。この場合
には、強誘電性セラミックス粉末の平均粒子径は、2μ
m以下であることが望ましい。2μmを超えると焼結性
の低下が著しい。即ち、強誘電性セラミックス粉末の平
均粒子径が、4.2、1.8、と0.45μmでは、焼
結体の密度は理論密度に対して、それぞれ69、88と
94%であり、強誘電性セラミックス粉末の平均粒子径
が2μmを超えるものでは焼結密度が小さい。なお、媒
体撹拌ミルで混合粉砕すると強誘電性セラミックス粉末
とガラスとの混合度が向上し、複合強誘電性セラミック
スの均質性が向上するとともに、焼結性も改善されるの
で好ましい。
In the above embodiment, the ferroelectric ceramic powder and glass were mixed and pulverized with a medium stirring mill.
After both are pulverized separately, they may be mixed. In this case, the average particle size of the ferroelectric ceramic powder is 2 μm.
m or less. If it exceeds 2 μm, the sinterability is significantly reduced. That is, when the average particle diameter of the ferroelectric ceramic powder is 4.2, 1.8, and 0.45 μm, the density of the sintered body is 69, 88, and 94% of the theoretical density, respectively. When the average particle size of the dielectric ceramic powder exceeds 2 μm, the sintered density is low. Mixing and grinding with a medium stirring mill is preferable because the degree of mixing of the ferroelectric ceramic powder and the glass is improved, and the homogeneity of the composite ferroelectric ceramic is improved and the sinterability is also improved.

【0034】実施例2 強誘電性セラミックス粉末として、Pb(Zn1/3 Nb
2/3 0.09(Sn1/3Nb2/3 0.09Ti0.42Zr0.40
3 +0.5wt.%MnO2 の組成比の仮焼粉末(原料を
混合後1250℃で2時間仮焼したのち、ボールミルで
平均粒子径約4μmに粉砕した粉末)とガラス粉末(日
本電気硝子(株)製PbO・B2 3 系ガラス粉末、品
番CF−8、平均粒子径3.8μm、尚、このガラスに
は若干のセラミックス粉末を含む)を(表2)に示す比
率で秤量したのち、エタノールを分散媒として、媒体撹
拌ミル(アイガーエンジニアリング社製“モーターミル
M50”、粉砕媒体:直径0.4mmのジルコニア玉
石、撹拌器の周速10m/s)で平均粒子径約0.2μ
mに混合粉砕後乾燥させた。
Example 2 Pb (Zn 1/3 Nb) was used as a ferroelectric ceramic powder.
2/3 ) 0.09 (Sn 1/3 Nb 2/3 ) 0.09 Ti 0.42 Zr 0.40
A calcined powder having a composition ratio of O 3 +0.5 wt.% MnO 2 (a powder obtained by mixing the raw materials, calcining at 1250 ° C. for 2 hours, and then pulverizing with a ball mill to an average particle diameter of about 4 μm) and a glass powder (Nippon Electric Glass) Ltd. PbO · B 2 O 3 based glass powder, No. CF-8, average particle size 3.8 .mu.m, Note, and weighed in the proportions shown this to the glass contains some ceramic powder) to (Table 2) After that, using ethanol as a dispersion medium, a medium stirring mill (“Motor Mill M50” manufactured by Eiger Engineering Co., Ltd., pulverizing medium: zirconia cobblestone having a diameter of 0.4 mm, peripheral speed of a stirrer of 10 m / s), an average particle diameter of about 0.2 μm
m, and then dried.

【0035】この混合粉砕粉末とマグネシアウイスカー
(平均直径約2μm、平均長さ24μmのマグネシア)
とを(表2)に示す比率に混合した後、純水を用いて造
粒し、500μmの篩を通過させて整粒した。この粉体
を、金型を用いて加圧成形で直径13mm、厚さ約1mmの
円板状の成形体を作製し、これを電気炉で2時間焼成
し、複合強誘電性セラミックスを作製した。昇・降温速
度は400℃/hである。焼成後その両面にCr−Auの蒸
着電極を付与した。その後、この素子に100℃のシリ
コンオイル中で両電極間に3kV/mm の直流電界を30分
間印加して分極処理し、圧電素子を作製した。この試料
について、誘電率、結合係数、曲げ強度などを測定し
た。測定結果を(表2)に示す。
The mixed and ground powder and magnesia whisker (magnesia having an average diameter of about 2 μm and an average length of 24 μm)
Was mixed in the ratio shown in Table 2 and granulated using pure water, and passed through a 500 μm sieve to regulate the size. This powder was formed into a disc-shaped compact having a diameter of 13 mm and a thickness of about 1 mm by pressure molding using a mold, and was baked in an electric furnace for 2 hours to produce a composite ferroelectric ceramic. . The rate of temperature rise / fall is 400 ° C./h. After baking, a vapor deposition electrode of Cr-Au was provided on both surfaces. Thereafter, a DC electric field of 3 kV / mm was applied between the two electrodes in silicon oil at 100 ° C. for 30 minutes to perform a polarization treatment to produce a piezoelectric element. This sample was measured for dielectric constant, coupling coefficient, bending strength and the like. The measurement results are shown in (Table 2).

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】(表2)に示すように、ウイスカーを含む
複合強誘電性セラミックスは、ウイスカーを含まないも
のに比べて曲げ強度を大きくすることができる。なお、
ウイスカーとしては、ジルコニア、SiCウイスカーな
ど本発明の目的が達成出来るものであれば、実施例以外
の他の適宜のウイスカーが使用できることは前述の通り
である。
As shown in Table 2, the composite ferroelectric ceramics containing whiskers can have higher bending strength than those not containing whiskers. In addition,
As described above, any suitable whisker other than the examples can be used as the whisker as long as the object of the present invention can be achieved, such as zirconia and SiC whisker.

【0038】実施例3 実施例1と2のNo.3と10について、ガラスの材質
として、結晶化ガラス(日本電気硝子(株)製PbO・
ZnO・B2 3 系粉末ガラス:品番LS−7105、
平均粒子径7.5μm)を用いる以外は上記実施例とほ
ぼ同じ方法で複合強誘電性セラミックスを作製した。な
お、変形温度は各温度に5時間保持した場合、円板状試
料の角が丸みを帯びる温度とした。これらの試料につい
て、結合係数、誘電率、誘電正接、変形温度などを測定
した。測定結果を(表3)に示す。
Embodiment 3 Nos. 1 and 2 of Embodiments 1 and 2. Regarding 3 and 10, as the material of the glass, crystallized glass (PbO.
ZnO / B 2 O 3 powder glass: Part number LS-7105,
A composite ferroelectric ceramic was produced in substantially the same manner as in the above example except that the average particle diameter was 7.5 μm. The deformation temperature was a temperature at which the corners of the disc-shaped sample were rounded when each temperature was maintained for 5 hours. For these samples, the coupling coefficient, dielectric constant, dielectric loss tangent, deformation temperature, and the like were measured. The measurement results are shown in (Table 3).

【0039】[0039]

【表3】 [Table 3]

【0040】(表3)に示すように、ガラスとして結晶
化ガラスを用いると非結晶化ガラスを用いた場合に比べ
て、変形温度が著しく高くなり、複合強誘電性セラミッ
クスの耐熱性が著しく向上した。このため、結晶化ガラ
スを用いた複合強誘電性セラミックスは高温での加工や
熱処理に耐える事ができ好ましい。
As shown in Table 3, when crystallized glass is used as the glass, the deformation temperature is significantly higher than when non-crystallized glass is used, and the heat resistance of the composite ferroelectric ceramic is significantly improved. did. Therefore, composite ferroelectric ceramics using crystallized glass are preferable because they can withstand high-temperature processing and heat treatment.

【0041】本発明で得られた複合強誘電性セラミック
スに電極を付与したのち分極処理した実施例1のNo.
5の複合強誘電性セラミックスよりなる圧電素子につい
て、円板状素子の両電極間に2kV/mmの直流電界を
印加して、差動トランス式変位計を用いて変位量を測定
した結果、厚み方向で0.38μmであり、アクチュエ
ーターとして作動を確認した。
The composite ferroelectric ceramic obtained in the present invention was provided with an electrode and then subjected to a polarization treatment.
The piezoelectric element made of the composite ferroelectric ceramic of No. 5 was applied with a DC electric field of 2 kV / mm between both electrodes of the disc-shaped element, and the displacement was measured using a differential transformer type displacement meter. It was 0.38 μm in the direction, and the operation was confirmed as an actuator.

【0042】また、本発明で得られた複合強誘電性セラ
ミックスの両面にCr−Auの蒸着電極を付与したのち分極
処理した実施例1のNo.5の複合強誘電性セラミック
スよりなる素子に温度変化を与えることにより円板状素
子の両電極間に電圧が発生し、焦電素子としての作動を
確認した。
The composite ferroelectric ceramics obtained in the present invention was provided with Cr-Au vapor deposition electrodes on both surfaces and then subjected to polarization treatment. By applying a temperature change to the element made of the composite ferroelectric ceramic of No. 5, a voltage was generated between both electrodes of the disc-shaped element, and the operation as a pyroelectric element was confirmed.

【0043】本発明で得られた複合強誘電性セラミック
スに電極を付与した実施例1のNo.5の複合強誘電性
セラミックス素子について、電束密度−電界ヒステリシ
ス曲線(D−Eヒステリシス曲線)を測定した結果、抗
電場Ecは2.3kV/mm、残留分極Prは14.6
μC/cm2 であり、強誘電体メモリー素子として作動
した。
The composite ferroelectric ceramic obtained according to the present invention was provided with an electrode in Example 1, As a result of measuring the electric flux density-electric field hysteresis curve (DE hysteresis curve) of the composite ferroelectric ceramic element No. 5, the coercive electric field Ec was 2.3 kV / mm, and the remanent polarization Pr was 14.6.
μC / cm 2 and operated as a ferroelectric memory element.

【0044】以上、本発明の実施例ではバルク状素子の
特性を示したが、本発明はバルクに限定されるものでは
なく、薄膜状でもよい。強誘電性セラミックス粉末やガ
ラス粉末の粒子径を小さくすることにより複合強誘電性
セラミックスの厚みを限りなく薄くできる。また、各種
セラミックスやステンレス等の金属の基板や電極上に本
発明の複合強誘電性セラミックスを作製してもよい。ま
た、本発明で得られた複合強誘電性セラミックスには、
その工程上少量の気孔を含むことがある。
As described above, in the embodiments of the present invention, the characteristics of the bulk element are shown. However, the present invention is not limited to the bulk, and may be a thin film element. By reducing the particle diameter of the ferroelectric ceramic powder or the glass powder, the thickness of the composite ferroelectric ceramic can be reduced as much as possible. Further, the composite ferroelectric ceramic of the present invention may be formed on a substrate or an electrode of various ceramics or a metal such as stainless steel. In addition, the composite ferroelectric ceramics obtained in the present invention,
The process may include a small amount of pores.

【0045】以上、本発明の複合強誘電性セラミックス
の製造方法は、従来の強誘電性セラミックスに比べて著
しく低温で作製できる。このため、ステンレス等の金属
板などの各種基板上には塗布法などで、大面積の薄膜状
の強誘電性セラミックスを作製できる。また、本発明に
於いては、薄膜化容易であり、強誘電性セラミックス粉
末及びガラス粉末を細かくすることにより、複合強誘電
性セラミックスとこれより構成する圧電素子、焦電素子
及び強誘電体メモリー素子の厚みをナノメーターのオー
ダーまで薄くできる。
As described above, the composite ferroelectric ceramic of the present invention
The method of manufacturing is significantly can be produced at a lower temperature than the conventional ferroelectric ceramics. For this reason, a large-area thin-film ferroelectric ceramic can be formed on various substrates such as a metal plate such as stainless steel by a coating method or the like. In the present invention, the composite ferroelectric ceramics and the piezoelectric element, the pyroelectric element, and the ferroelectric memory which are easily formed into a thin film by making the ferroelectric ceramic powder and the glass powder finer can be used. The thickness of the element can be reduced to the order of nanometers.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の複合強誘電性セラミックスの製
造方法は、高密度の強誘電性セラミックスを低温で製造
する方法を提供できる。従って本発明方法で得られる複
合強誘電性セラミックスは、今まで使用できなかった耐
熱性の低い材料との組合わせでも各種の素子などの作成
に有効に使用できる。
The production of the composite ferroelectric ceramic of the present invention.
Manufacturing method produces high density ferroelectric ceramics at low temperature
Can provide a way to Therefore, the composite obtained by the method of the present invention
Synthetic ferroelectric ceramics can be effectively used for the production of various elements even in combination with a material having low heat resistance, which could not be used until now.

【0047】また、本発明の複合強誘電性セラミックス
の製造方法に於いて、ガラスを結晶化ガラスとする事に
より、低温で製造することができる耐熱性の優れた複合
強誘電性セラミックスの製造方法を提供できる。
The composite ferroelectric ceramic of the present invention
In the manufacturing method of
More heat-resistant composite that can be manufactured at lower temperatures
A method for producing a ferroelectric ceramic can be provided.

【0048】また、本発明の複合強誘電性セラミックス
の製造方法に於いて、ウイスカーを更に含有させること
により、より機械的強度の大きい低温で製造することが
できる複合強誘電性セラミックスの製造方法を提供でき
る。
Further, the composite ferroelectric ceramic of the present invention
In the production method of the above , by further adding a whisker , it is possible to provide a production method of a composite ferroelectric ceramic which can be produced at a low temperature with higher mechanical strength.

【0049】また、上記でウイスカーの平均の長さ
0μm以下とすることにより、低温で製造することがで
きる機械的強度の大きい高密度の複合強誘電性セラミッ
クスの製造方法を提供できる。
[0049] In addition, the length of the average of the Daewoo Isuka 5
When the thickness is 0 μm or less, it is possible to provide a method for producing a high-density composite ferroelectric ceramic having high mechanical strength and capable of being produced at a low temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法で得られる複合強誘電性セラミッ
クスの断面構造の一例を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a cross-sectional structure of a composite ferroelectric ceramic obtained by a method of the present invention.

【図2】本発明の方法で得られた複合強誘電性セラミッ
クスよりなる圧電素子、焦電素子または強誘電体メモリ
ー素子の構造の一例を示す断面略図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the structure of a piezoelectric element, a pyroelectric element or a ferroelectric memory element made of a composite ferroelectric ceramic obtained by the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.複合強誘電性セラミックス 2.強誘電性セラミックス粉末 3.ガラス 4.圧電素子、焦電素子または強誘電体メモリー素子 5.電極 1. 1. Composite ferroelectric ceramics 2. Ferroelectric ceramic powder Glass 4. 4. Piezoelectric element, pyroelectric element or ferroelectric memory element electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−100052(JP,A) 特開 昭54−118564(JP,A) 特開 昭58−194758(JP,A) 特開 平3−184207(JP,A) 特公 昭54−4077(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 3/00 - 3/02 C03C 8/24 C03C 14/00 H01L 41/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-100052 (JP, A) JP-A-54-118564 (JP, A) JP-A-58-194758 (JP, A) 184207 (JP, A) JP 54-4077 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01B 3/00-3/02 C03C 8/24 C03C 14/00 H01L 41/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも強誘電性セラミックス粉末と
ガラスとの複合体よりなる複合強誘電性セラミックスを
製造する方法であって、少なくとも強誘電性セラミック
ス粉末とガラスとを媒体攪拌ミルで平均粒子径0.6μ
m以下に混合粉砕したのち、成形、焼成することを特徴
とする複合強誘電性セラミックスの製造方法。
1. A method for producing a composite ferroelectric ceramic comprising at least a composite of a ferroelectric ceramic powder and a glass, wherein at least the ferroelectric ceramic powder and the glass are mixed in a medium stirring mill with an average particle size of 0%. 0.6μ
m, followed by mixing and grinding, followed by molding and firing.
【請求項2】 ガラスが結晶化ガラスである請求項1に
記載の複合強誘電性セラミックスの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the glass is crystallized glass.
A method for producing the composite ferroelectric ceramic according to the above.
【請求項3】 少なくとも強誘電性セラミックス粉末と
ガラスとを媒体攪拌ミルで平均粒子径0.6μm以下に
混合粉砕したのち、成形前に、更にウイスカーを含有せ
しめる請求項1または2のいずれかに記載の複合強誘電
性セラミックスの製造方法。
3. At least a ferroelectric ceramic powder and
Reduce the average particle diameter to 0.6μm or less with a medium stirring mill with glass
After mixing and pulverizing, add whiskers before molding.
The composite ferroelectric according to claim 1 or 2, wherein
Method for producing conductive ceramics.
【請求項4】 ウイスカーの平均の長さが50μm以下
である請求項3に記載の複合強誘電性セラミックスの製
造方法。
4. The whisker has an average length of 50 μm or less.
The composite ferroelectric ceramics according to claim 3,
Construction method.
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