JP4853477B2 - 異方形状セラミック粒子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、異方形状セラミック粒子及びその製造方法に関し、より詳しくは結晶配向セラミックを作製するための異方形状セラミック粒子、及びその製造方法に関する。
従来より、圧電セラミック材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の高い圧電性を有する鉛系ペロブスカイト型化合物が広く使用されてきた。
しかしながら、近年では、環境面への配慮から鉛を使用しない非鉛系圧電セラミック材料が好まれるようになってきており、例えば、ニオブ酸アルカリ金属系に代表される非鉛系のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の研究・開発が盛んに行われている。
等方性ペロブスカイト型化合物は、結晶軸の方向によって圧電特性が異なることが知られており、結晶軸を配向させることによって高い圧電特性を得ることができる。したがって、ニオブ酸アルカリ金属系の圧電材料においても、結晶軸を配向させることにより、高い圧電特性が得られるものと期待される。
ところで、等方性ペロブスカイト型化合物の結晶軸を高い配向度で配向させる方法としては、特許文献１に記載された方法が知られている。
この特許文献１では、発達面（最も大きな面積を占める面）が所定の第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物の特定の結晶面と格子整合性を有する第１の異方形状粉末と、該第１の異方形状粉末と反応して、少なくとも前記第１のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を生成する第１の反応原料とを混合する混合工程と、該混合工程で得られた混合物を前記第１の異方形状粉末が配向するように成形する成形工程と、該成形工程で得られた成形体を加熱し、前記第１の異方形状粉末と前記第１の反応原料とを反応させる熱処理工程とを備えた結晶配向セラミックスの製造方法が提案されている。
また、特許文献１では、前記第１の異方形状粉末は、以下の方法で製造されている。
｛００１｝面を発達面とし、かつ一般式：(Ｂｉ２Ｏ２)２＋(Ｂｉ0.5ＡＭm-1.5ＮｂｍＯ3m+1)2-（ただし、ｍは２以上の整数、ＡＭは、Ｎａ、Ｋ及びＬｉからなる群から選ばれる少なくとも１つのアルカリ金属元素である。）で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる第２の異方形状粉末と、該第２の異方形状粉末と反応して、少なくとも第２のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を生成する第２の反応原料とをフラックス中において加熱し、これにより前記第１の異方形状粉末が製造されている。
すなわち、層状ペロブスカイト型化合物の板状粉末は、等方性ペロブスカイト型化合物を生成させるための反応性テンプレートとして機能する。ビスマス層状ペロブスカイト型化合物を反応性テンプレートとしてニオブ酸カリウム等のペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を作製した場合、得られたペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物中には前記反応性テンプレートに含有されるＢｉなどのＡサイト成分が不純物として不可避的に残留し、このため、所望の良好な圧電特性を得るのが困難となる。
しかるに、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物（第２の異方形状粉末）及び第２の反応原料の組成を最適化してフラックス中で共晶点・融点に加熱すると、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物に含まれるＡサイト成分（余剰Ａサイト成分）を余剰成分として排出することができる。
そこで、特許文献１では、まず、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物を反応性テンプレートとして前記余剰Ａサイト成分の除去された第１の異方形状粉末を作製し、該第１の異方形状粉末を反応性テンプレートとして配向性を有するペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物を得ている。
また、前記ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、フラックス法や水熱合成法等、熱処理を含む方法で製造され、これにより組成の最適化されたビスマス層状ペロブスカイト型化合物を得ている。
特開２００３−１２３７３号公報（請求項２、３、段落番号〔００６４〕、〔００７０〕−〔００７５〕等）
しかしながら、特許文献１では、上述したように余剰Ａサイト成分を除去するために、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物及び第２の反応原料の組成を最適化しているが、そのような最適化組成を見出すのは容易なことではない。すなわち、要求される圧電性能は用途等によって異なることから、最終生成物である結晶配向セラミックの最適組成は種々であり、このような種々の結晶配向セラミックに対応してビスマス層状ペロブスカイト型化合物や第２の反応原料の最適組成を見出すのは容易なことではない。
また、特許文献１では、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物を製造するためにフラックス法や水熱合成法等で熱処理を行い、さらにビスマス層状ペロブスカイト型化合物を反応性テンプレートとして第１の異方形状粉末を得るために熱処理を行っている。したがって結晶配向セラミックの反応性テンプレートとなる第１の異方形状粉末を得るためには少なくとも２回の熱処理工程が必要となり、製造コストも高くなる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、非鉛系の結晶配向セラミックを作製するための異方形状セラミック粒子であって、煩雑な製造工程を要することなく、比較的安価な製造コストでもって得ることのできる異方形状セラミック粒子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
反応性テンプレートとして機能する異方形状粉末が、最終生成物であるペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物に必要な構成元素のみを含むようにすれば、Ｂｉなどの不要な成分がこれらペロブスカイト型５価金属酸アルカリ化合物中に含まれることもなくなり、したがって特許文献１のような組成の最適化等の煩雑な処理を行う必要がなくなる。
そこで、本発明者らは斯かる観点から、ニオブ酸アルカリ金属系セラミックを対象に鋭意研究を行ったところ、その主成分を構成するＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の配合モル量を所定範囲とし、かつ副成分として、前記主成分１モルに対し、特定の酸化物を所定範囲で添加することにより、結晶配向したニオブ酸アルカリ金属系セラミックの作製に好適な反応性テンプレートとしての異方形状セラミック粒子を得ることができるという知見を得た。
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る異方形状セラミック粒子は、板状の異方形状セラミック粒子であって、一般式｛（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17＋ａＭｅＯｂ｝（ただし、ＭｅはＳｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を示し、ｂはＭｅの価数によって決まる正の数を示す。）で表され、前記ｘ、ｙ、ｚ、及びａは、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．３、０．００１≦ａ≦０．１であることを特徴としている。
また、上記異方形状セラミック粒子について、平均粒径を測定したところ１〜１００μｍであり、また主面の最大径Ｄと該主面に対する垂直方向の厚みｔとの比Ｄ／ｔ、すなわちアスペクト比を調べたところ、２以上を確保することができ、これにより結晶配向したニオブ酸アルカリ金属系セラミックの作製に好適な反応性テンプレートを実現できることが分かった。
すなわち、本発明の異方形状セラミック粒子は、平均粒径が１〜１００μｍであって、主面の最大径Ｄと該主面に対する垂直方向の厚みｔとの比Ｄ／ｔが２以上であることを特徴としている。
また、本発明に係る異方形状セラミック粒子の製造方法は、結晶配向セラミックを作製するための板状の異方形状セラミック粒子を製造する異方形状セラミック粒子の製造方法であって、主成分が一般式（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17（ただし、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．３）で表わされるように、主成分素原料を秤量して混合し、仮焼処理を施して仮焼粉末を得る仮焼工程と、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＷからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有した酸化物からなる副成分が、前記主成分１モルに対し前記元素を基準に０．００１〜０．１モルの割合で含有されるように、副成分素原料を秤量し、前記仮焼粉末と混合して混合粉末を得る混合工程と、前記混合粉末にフラックス成分を添加して熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理後に前記フラックス成分を除去するフラックス除去工程とを含むことを特徴としている。
また、本発明の異方形状セラミック粒子の製造方法は、前記フラックス成分は、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、及びこれらの混合物のうちのいずれかであることを特徴としている。
上記異方形状セラミック粒子によれば、Ｂｉ等の不要な成分が含まれることはなく、主成分が最終生成物であるニオブ酸アルカリ金属系セラミックに必要な構成元素のみからなる異方形状セラミック粒子を得ることができる。しかも、副成分となるＭｅＯｂの含有モル量ａは、主成分１モルに対し０．００１〜０．１モルと少量であるので、最終生成物であるニオブ酸アルカリ金属化合物系セラミックの圧電性への影響は実用上殆どないと考えられる。
また、平均粒径が１〜１００μｍであって、主面の最大径Ｄと、該主面に対する垂直方向の厚みｔとの比Ｄ／ｔ、すなわちアスペクト比が２以上であるので、ニオブ酸アルカリ金属系セラミックの作製時においても良好な分散性を確保することができ、所望の配向性を有するニオブ酸アルカリ金属系セラミックを得ることが可能となる。
すなわち、本発明の異方形状セラミック粒子を反応性テンプレートとして使用することにより、圧電特性の良好なＫＮｂＯ３等のニオブ酸アルカリ金属系セラミックを得ることが容易に可能となる。
また、本発明の異方形状セラミック粒子の製造方法によれば、上記異方形状セラミック粒子の製造過程における熱処理は、前記混合粉末にフラックス成分を添加して熱処理する場合のみであり、したがって熱処理は１回しか行う必要がなく、熱処理に要するコストが削減され、製造コストも低減することが可能となる。しかも、特許文献１のようなビスマス層状ペロブスカイト型化合物を使用していないので、Ｂｉ等の不要なＡサイト成分が混入するおそれはなく、したがって組成の最適化を考慮することなく、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子を容易に製造することができる。
また、前記フラックス成分は、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、及びこれらの混合物のうちのいずれかであるので、これらフラックス成分はイオン交換水等で洗浄することにより容易に除去することができる。
試料番号４の試料の一部を走査型電子顕微鏡で撮像した図である。 試料番号６の試料の一部を走査型電子顕微鏡で撮像した図である。 試料番号６の試料を使用して得たセラミック粉末の一部を電子顕微鏡像で撮像した図ある。
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明に係る異方形状セラミック粒子は、組成が下記一般式（１）で表わされ、板状を有している。
尚、本発明において板状とは、主面の最大径と最小径との比が２以下であり、アスペクト比（主面の最大径Ｄと、該主面に対して垂直方向の厚みｔとの比Ｄ／ｔ）が２以上のものをいう。
（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17＋ａＭｅＯｂ …（１）
ここで、ｘ、ｙ、ｚ、及びａは下記数式（２）〜（５）を満足している。
０≦ｘ≦０．５ …（２）
０≦ｙ≦０．３ …（３）
０≦ｚ≦０．３ …（４）
０．００１≦ａ≦０．１ …（５）
すなわち、本発明の異方形状セラミック粒子は、主成分が、一般式（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17で表わされると共に、該主成分１モルに対しａモル、すなわち０．００１〜０．１モルの特定の酸化物ＭｅＯｂが含有されている。
また、元素Ｍｅとしては、主成分１モルに対し０．００１〜０．１モルという少量の添加量でありながら、主成分と混合させて熱処理を行うことにより、平均粒径が１μｍ以上であり、かつ２以上、好ましくは５以上のアスペクト比を確保することが可能な元素が選択される。具体的には、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｉ、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の特定元素が使用される。
尚、ＭｅＯｂ中のｂは、使用されるＭｅの価数によって決まる正の数であり、例えば、Ｍｅが、価数３のＳｂの場合はｂは３／２、価数２のＣｕの場合はｂは１、価数５のＶの場合は５／２となる。
また、上記異方形状セラミック粒子は、平均粒径が１〜１００μｍに形成されている。
すなわち、異方形状セラミック粒子の平均粒径が、１μｍ未満になると粒子同士の凝集が激しくなって取扱い上、支障が生じるおそれがあり、好ましくない。
また、平均粒径が１００μｍを超えた場合は粒子が粗くなり、混合過程で粒子の沈降が生じ、均一な分散が困難となり、好ましくない。
しかるに、本発明の異方形状セラミック粒子は、上述したように平均粒径が１〜１００μｍであり、結晶配向セラミックを得るための反応性テンプレートとして好適な所望の板状を有する異方形状セラミック粒子を実現することが可能となる。
このように本発明の異方形状セラミック粒子は、上記一般式（１）が数式（２）〜（５）を満たしているので、平均粒径が１〜１００μｍであって、アスペクト比が２以上、好ましくは５以上の結晶配向セラミックの作製に適した板状の異方形状セラミック粒子を得ることができる。
次に、ｘ、ｙ、ｚ、及びａを上記範囲とした理由について説明する。
（i）［ｘ］
Ｋの一部をＮａで置換することにより、セラミック粒子の平均粒径やアスペクト比を大きくすることが可能であり、したがって必要に応じてＫの一部をＮａで置換するのも好ましい。しかしながら、Ｎａの置換モル比ｘが０．５を超えると、平均粒径やアスペクト比は飽和し、これら平均粒径やアスペクト比の向上が期待できない。
そこで、本実施の形態では、Ｋの一部をＮａで置換する場合であっても、Ｎａの置換モル比ｘは０．５以下とし、好ましくは０．１以下としている。
(ii)［ｙ］
Ｋの一部をＬｉで置換することにより、セラミック粒子の平均粒径やアスペクト比を大きくすることが可能であることから、必要に応じてＫの一部をＬｉで置換するのも好ましい。しかしながら、Ｌｉの置換モル比ｙが０．３になると、平均粒径やアスペクト比は低下傾向となり、これ以上Ｌｉの含有モル量を増加させても平均粒径やアスペクト比を向上させるのが困難である。
そこで、本実施の形態では、Ｌｉの置換モル比ｙを０．３以下とし、好ましくは０．１以下としている。
（iii）［ｚ］
Ｎｂの一部をＴａで置換することにより、セラミック粒子の平均粒径やアスペクト比を大きくすることが可能であることから、必要に応じてＮｂの一部をＴａで置換するのも好ましい。しかしながら、Ｔａの置換モル比ｚが０．３を超えた場合は、平均粒径やアスペクト比は飽和し、これら平均粒径やアスペクト比の向上が期待できない。
そこで、本実施の形態では、Ｔａの置換モル比ｚを０．３以下としている。
（iv）［ａ］
副成分として特定の酸化物ＭｅＯｂをセラミック粒子に含有させることにより、該セラミック粒子の平均粒径やアスペクト比を大きくすることができる。しかしながら、特定の酸化物ＭｅＯｂの含有量が主成分１モルに対し０．００１モル未満の場合は、特定の酸化物ＭｅＯｂの含有量が少なすぎるため、平均粒径やアスペクト比の向上効果を発揮することができない。一方、特定の酸化物ＭｅＯｂの含有量が主成分１モルに対し０．１モルを超えて含有させても平均粒径やアスペクト比は低下傾向となる。また、この異方形状セラミック粒子は、反応性テンプレートとして結晶配向セラミックの作製に使用されるため、該副成分の含有量は少ない方が好ましいと考えられる。
そこで、本実施の形態では、副成分である特定の酸化物ＭｅＯｂの含有モル量ａを、主成分１モルに対し０．００１〜０．１モルとし、好ましくは、０．０１〜０．１モルとしている。
尚、副成分としての特定の酸化物ＭｅＯｂの存在形態としては、特定の酸化物ＭｅＯｂの全部が主成分に固溶している場合、或いは一部が主成分に固溶し、一部が結晶粒界や結晶三重点に存在する場合のいずれであってもよい。
次に、上記異方形状セラミック粒子の製造方法を説明する。
まず、主成分素原料としてＫ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、必要に応じてＮａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、及びＴａ２Ｏ５を用意し、所定量秤量して混合し、７００〜８００℃の温度で２〜３時間仮焼処理を施し、主成分となるべき仮焼粉末を作製する。
次に、元素Ｍｅを含有したＳｂ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＭｎＣＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、及びＷＯ３のうちの少なくとも１種の副成分素原料を用意する。
次いで、前記仮焼粉末主成分１モルに対し、特定の酸化物ＭｅＯｂの含有量が最終的に０．００１〜０．１モルとなるように前記副成分素原料を秤量し、該副成分素原料と仮焼粉末とを混合し、混合物を得る。
次に、フラックスとしてＫＣｌ、ＮａＣｌ、又はＮａＣｌとＫＣｌとの混合物を用意する。
そして、前記混合物とフラックスとが重量比で１：１となるように両者を混合し、次いでアルミナ製の坩堝に投入して熱処理を行い、その後冷却させて結晶を析出させる。ここで、熱処理温度としては９００℃〜１１００℃が好ましい。これは熱処理温度が９００℃未満の場合は、温度が低いため結晶の成長が十分に進まず、板状のセラミック粒子を得ることができない場合があり、また１１００℃以上の高温にしても不必要なエネルギーを消費することになるからである。
そしてその後、フラックス成分をイオン交換水で洗浄・除去し、これにより所望の板状を有する異方形状セラミック粒子が得られる。
このように本実施の形態では、異方形状セラミック粒子の製造過程における熱処理は、前記混合粉末にフラックス成分を添加して熱処理する場合のみであり、したがって熱処理は１回しか行う必要がなく、熱処理に要するコストが削減され、製造コストも低減させることが可能となる。しかも、異方形状セラミック粒子の出発原料としてビスマス層状ペロブスカイト型化合物を使用していないので、Ｂｉ等の不要なＡサイト成分が混入するおそれはない。したがって特許文献１に示す従来技術のような組成の最適化を考慮する必要はなく、容易に所望の板状を有する異方形状セラミック粒子を製造することが可能となる。
そして、この異方形状セラミック粒子を反応性テンプレートとして使用することにより、以下のように結晶配向したペロブスカイト型のニオブ酸アルカリ金属系セラミックを得ることができる。
すなわち、一般式（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17（ただし、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．３）で表わされる異方形状セラミック粒子の主成分１モルに対し、Ｋ２ＣＯ３等のアルカリ金属化合物が１モルとなるように、上記異方形状セラミック粉末とアルカリ金属化合物とを混合する。そしてこの混合物をエタノールと共にボールミルに投入し、ボールミル中で所定時間、十分に湿式で混合し、混合粉末を得る。
そしてこの後、例えばフラックス法を適用してニオブ酸アルカリ金属系セラミックを得る。すなわち、混合粉末とフラックス（ＫＣｌ、ＮａＣｌ、或いはこれらの混合物等）との配合量が、重量比で例えば１：１となるように、フラックスと前記混合粉末とを混合し、続いてアルミナ製の坩堝内で１０００℃程度の温度で約１０時間の熱処理を行い、その後、冷却させて結晶を析出させる。そしてこの後、約８０℃に加温されたイオン交換水で洗浄してフラックスを除去し、これによりニオブ酸アルカリ金属系セラミックを得ることができる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、副成分は熱処理後に酸化物ＭｅＯｂの状態となるものであればよく、したがって主成分との混合時に酸化物である必要はなく、上記実施の形態に示したＭｎＣＯ３のような炭酸塩や、水酸化物であってもよい。
また、本発明の異方形状セラミック粒子は、上述のようにＫやＮｂの一部を所定の置換モル比でもって必要に応じてＮａ、Ｌｉ、Ｔａで置換することができることから、最終生成物であるニオブ酸アルカリ金属系セラミックの組成比率の設計自由度を比較的大きくすることが可能であるという利点がある。
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
まず、主成分素原料としてＫ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＴａ２Ｏ５を用意し、主成分（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17のｘ、ｙ、ｚが表１の組成となるようにこれら主成分素原料を秤量し、この秤量物をエタノールと共にボールミルに投入し、約８時間湿式で混合し、混合物を作製した。
次いで、得られた混合物を乾燥させた後、７５０℃の温度で２時間仮焼し、仮焼粉末を得た。
次に、副成分素原料としてＳｂ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＭｎＣＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＷＯ３を用意した。そして、副成分となる特定の酸化物ＭｅＯｂの含有量が最終的に表１の組成となるように、これら副成分素原料を秤量した。
そして、前記仮焼粉末と副成分素原料を混合し、エタノールと共にボールミル中で約８時間、湿式で混合し、混合物を得た。
次に、フラックスとしてＫＣｌを用意した。そして、この混合物とＫＣｌとの配合量が重量比で１：１となるように両者を混合し、アルミナ製の坩堝に投入し、９００〜１１００℃の温度で１０時間の熱処理を行い、その後冷却させた。次いで、イオン交換水で洗浄してＫＣｌを除去し、試料番号１〜３８のセラミック粒子を得た。
次に、これら試料番号１〜３８のセラミック粒子を走査型電子顕微鏡で観察し、主面の平均粒径を求めた。すなわち、セラミック粒子の最大面を主面として該主面の面積を求め、真円と見做して前記求められた面積から平均粒径を求めた。
また、アスペクト比は、主面の最大径Ｄ、及び主面に対し垂直方向の厚みｔをそれぞれ測定し、最大径Ｄを厚みｔで除算して求めた。
表１は、試料番号１〜３８の組成成分、熱処理温度、平均粒径、及びアスペクト比を示している。
試料番号１、２は、平均粒径が０．８μｍと小さく、アスペクト比も１．１〜１．２と小さかった。これはセラミック粒子中に特定の酸化物ＭｅＯｂが含有されていない上、熱処理温度が９００〜１０００℃と低いため、結晶の成長が十分になされず、所望の板状の異方形状セラミック粒子を得ることができなかったものと思われる。
試料番号３は、熱処理温度を１１００℃まで上昇させているため、試料番号１、２に比べると結晶成長が促進されて平均粒径は１．２μｍとなり、１μｍを超えているものの、セラミック粒子中に特定の酸化物ＭｅＯｂが含有されていないため、アスペクト比は１．５と小さく、所望の異方形状セラミック粒子を得ることができないことが分かった。
試料番号４〜１０は、特定の酸化物としてのＳｂ２Ｏ３が副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号４は、セラミック粒子中にＳｂ２Ｏ３が含有されているものの、その含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．０００５モルと少ないため、平均粒径が０．８μｍと小さく、アスペクト比も１．４と小さく、所望の異方形状セラミック粒子を得ることができなかった。
これに対し試料番号５〜９は、セラミック粒子中のＳｂ２Ｏ３の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．００１〜０．１モルであるので、平均粒径が１．０μｍ以上となり、アスペクト比も２．６以上となって所望の板状の異方形状セラミック粒子の得ことができた。しかも、含有モル量ａがこの範囲ではＳｂ２Ｏ３の含有モル量が増加するに伴い、平均粒径やアスペクト比も大きくなることが確認された。
特に、試料番号６〜９は、Ｓｂ２Ｏ３の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が２８．０μｍ以上、アスペクト比が５．３以上と飛躍的に向上することが分かった。
また、試料番号８と試料番号９との対比から明らかなように、セラミック粒子が同一組成であれば、熱処理温度を高くした方が、平均粒径やアスペクト比が大きくなる傾向にあることも分かった。
一方、試料番号１０は、セラミック粒子中のＳｂ２Ｏ３の含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号８と比べ平均粒径が小さくなっている。しかも、この異方形状セラミック粒子は、結晶配向セラミックの反応性テンプレートとして使用されることを考慮すると、平均粒径及びアスペクト比が所望値を確保できるのであれば、副成分としてのＳｂ２Ｏ３は極力少ない方が好ましい。
すなわち、セラミック粒子中のＳｂ２Ｏ３の含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．００１〜０．１モルが好ましいことが分かった。
図１は試料番号４のセラミック粒子を走査型電子顕微鏡で撮像した図であり、図２は試料番号６のセラミック粒子を走査型電子顕微鏡で撮像した図を示している。
試料番号４は、Ｓｂ２Ｏ３の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０００５モルと少なく、本発明範囲外であるので、図１に示すように板状の異方形状セラミック粒子が得られないことが分かった。
これに対し試料番号６は、Ｓｂ２Ｏ３の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１モルであり、本発明範囲内であるので、図２に示すように所望の板状を有する異方形状セラミック粒子が得られることが確認された。
試料番号１１〜１４は、ＭｎＯが副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号１１〜１３は、セラミック粒子中のＭｎＯの含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が３２．０〜４８．０μｍ、アスペクト比が５．１〜６．１となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号１４は、セラミック粒子中のＭｎＯの含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号１３と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＭｎＯの含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
試料番号１５〜１７は、ＣｕＯが副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号１５、１６は、セラミック粒子中のＣｕＯの含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が２２．０〜２６．０μｍ、アスペクト比が５．４〜６．５となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号１７は、セラミック粒子中のＣｕＯの含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号１６と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＣｕＯの含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
試料番号１８〜２０は、ＳｉＯ２が副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号１８、１９は、セラミック粒子中のＳｉＯ２の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が２０．０〜２３．０μｍ、アスペクト比が５．１〜５．９となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号２０は、セラミック粒子中のＳｉＯ２の含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号１９と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＳｉＯ２の含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
試料番号２１〜２３は、ＴｉＯ２が副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号２１、２２は、セラミック粒子中のＴｉＯ２の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が２４．０〜２６．０μｍ、アスペクト比が５．３〜５．５となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号２３は、セラミック粒子中のＴｉＯ２の含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号２２と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＴｉＯ２の含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
試料番号２４〜２６は、Ｖ２Ｏ５が副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号２４、２５は、セラミック粒子中のＶ２Ｏ５の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が３８．０〜４０．０μｍ、アスペクト比が６．４〜６．７となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号２６は、セラミック粒子中のＶ２Ｏ５の含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号２２と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＶ２Ｏ５の含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
試料番号２７〜２９は、ＷＯ３が副成分としてセラミック粒子中に含有されている。
試料番号２７、２８は、セラミック粒子中のＷＯ３の含有モル量ａが主成分１モルに対し０．０１〜０．１モルであるので、平均粒径が１９．０〜２５．０μｍ、アスペクト比が５．１〜５．２となり、試料番号６〜９と同様、所望の板状を有する異方形状セラミック粒子の得られることが分かった。
一方、試料番号２９は、セラミック粒子中のＷＯ３の含有モル量ａが、主成分１モルに対し０．２モルと過剰であるため、同一の熱処理温度で得られた試料番号２２と比べ、平均粒径やアスペクト比が却って小さくなっている。
したがって、セラミック粒子中のＷＯ３の含有モル量ａは、主成分１モルに対する０．１モル以下が好ましいことが確認された。
以上、試料番号４〜２９から明らかなように、副成分の含有モル量ａは主成分１モルに対し０．００１〜０．１モルが好ましく、０．０１〜０．１モルがより好ましいことが確認された。
試料番号３０〜３２はＫの一部をＮａで置換したものである。
試料番号３０は、Ｎａの置換モル比ｘが０．１であり、置換モル比ｘが０以外は同一の組成である試料番号６と対比すると、平均粒径は２８．０μｍから３２．０μｍに、またアスペクト比は５．３から５．９に向上することが分かった。
試料番号３１も、Ｎａの置換モル比ｘが０．１であり、置換モル比ｘが０以外は同一の組成である試料番号８と対比すると、平均粒径及びアスペクト比は若干小さくなったが、十分な値を確保できることが分かった。
試料番号３２は、Ｎａの置換モル比ｘが０．５であり、これを試料番号３０と対比すると、試料番号６と対比した場合に比べ、平均粒径やアスペクト比の改善幅が小さくなっている。つまり、Ｎａの置換モル比ｘを、０．５を超えて大きくしても、同一組成、同一熱処理温度であれば、平均粒径やアスペクト比を大きくすることはできないことが分かった。したがって、Ｎａの置換モル比ｘは０〜０．５とするのが好ましいと考えられる。
試料番号３３〜３５はＫの一部をＬｉで置換したものである。
試料番号３３は、Ｌｉの置換モル比ｙが０．１であり、置換モル比ｙが０以外は同一の組成である試料番号６と対比すると、平均粒径は２８．０μｍから３２．０μｍに、またアスペクト比は５．３から５．９に向上することが分かった。
試料番号３４も、Ｌｉの置換モル比ｙが０．１であり、置換モル比ｙが０以外は同一の組成である試料番号８と対比すると、平均粒径やアスペクト比は小さくなったが、十分な値を確保できることが分かった。
試料番号３５は、Ｌｉの置換モル比ｙが０．５であり、試料番号３３と対比すると、平均粒径やアスペクト比が共に小さくなっている。つまり、Ｌｉの置換モル比ｙを、０．３を超えて大きくしても、同一組成、同一熱処理温度であれば、平均粒径やアスペクト比を大きくすることはできないことが分かった。したがって、Ｌｉの置換モル比ｙは０〜０．３とするのが好ましいと考えられる。
試料番号３６〜３８はＮｂの一部をＴａで置換したものである。
試料番号３６は、Ｔａの置換モル比ｚが０．１であり、置換モル比ｚが０以外は同一の組成である試料番号６と対比すると、平均粒径は２８．０μｍから３０．０μｍに、またアスペクト比は５．３から５．４に向上することが分かった。
試料番号３７も、Ｔａの置換モル比ｚが０．１であり、置換モル比ｚが０以外は同一の組成である試料番号８と対比すると、平均粒径やアスペクト比は小さくなったが、十分な値を確保できることが分かった。
試料番号３８は、Ｔａの置換モル比ｚが０．３であり、試料番号３６と対比すると、アスペクト比は大きくなっているものの平均粒径は同等である。すなわち、Ｔａの置換モル比ｚを、０．３を超えて大きくしても、同一組成、同一熱処理温度であれば、平均粒径を大きくするのは困難であることが分かった。したがって、Ｔａの置換モル比ｚは０〜０．３とするのが好ましいと考えられる。
表１の試料番号６の異方形状セラミック粉末（Ｋ４Ｎｂ６Ｏ17＋０．０１ＳｂＯ3/2）を反応性テンプレートとして使用し、ＫＮｂＯ３を主成分とするセラミック粉末を作製した。
すなわち、異方形状セラミック粒子の主成分であるＫ４Ｎｂ６Ｏ17１モルに対しＫ２ＣＯ３が１モルとなるように、試料番号６の異方形状セラミック粉末とＫ２ＣＯ３とを混合し、この混合物をエタノールと共にボールミルに投入し、ボールミル中で８時間の湿式混合を行い、混合粉末を得た。
続いて、この混合粉末とＫＣｌ（フラックス）との配合量が重量比で１：１となるように両者を混合し、続いてアルミナ製の坩堝内で１０００℃の温度で１０時間の熱処理を行い、その後、冷却させて結晶を析出させた。そしてこの後、約８０℃に加温されたイオン交換水で洗浄してＫＣｌを除去し、ＫＮｂＯ３を主成分とするセラミック粉末を得た。
図３は、このセラミック粉末を走査型電子顕微鏡で撮像した図を示す。
この図３に示すように、本発明の異方形状セラミック粒子を反応性テンプレートとして得られたセラミック粉末は、板状を形成することが分かった。
また、図示は省略するが、この板状セラミック粒子を乳鉢で粉砕してＸ線回折を行ったところ、ＫＮｂＯ３のピークプロファイルと一致することが確認された。

Claims (4)

  1. 板状の異方形状セラミック粒子であって、
    一般式｛（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17＋ａＭｅＯｂ｝（ただし、ＭｅはＳｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素を示し、ｂはＭｅの価数によって決まる正の数を示す。）で表され、前記ｘ、ｙ、ｚ、及びａは、
    ０≦ｘ≦０．５、
    ０≦ｙ≦０．３、
    ０≦ｚ≦０．３、
    ０．００１≦ａ≦０．１
    であることを特徴とする異方形状セラミック粒子。
  2. 平均粒径が１〜１００μｍであって、主面の最大径Ｄと該主面に対する垂直方向の厚みｔとの比Ｄ／ｔが２以上であることを特徴とする請求項１記載の異方形状セラミック粒子。
  3. 板状の異方形状セラミック粒子を製造する異方形状セラミック粒子の製造方法であって、
    主成分が一般式（Ｋ1-x-yＮａｘＬｉｙ）４（Ｎｂ1-zＴａｚ）６Ｏ17（ただし、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．３）で表わされるように、主成分素原料を秤量して混合し、仮焼処理を施して仮焼粉末を得る仮焼工程と、
    Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＷからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有した酸化物からなる副成分が、前記主成分１モルに対し前記元素を基準に０．００１〜０．１モルの割合で含有されるように、副成分素原料を秤量し、前記仮焼粉末と混合して混合粉末を得る混合工程と、
    前記混合粉末にフラックス成分を添加して熱処理を行う熱処理工程と、
    前記熱処理後に前記フラックス成分を除去するフラックス除去工程とを含むことを特徴とする異方形状セラミック粒子の製造方法。
  4. 前記フラックス成分は、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、及びこれらの混合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項３記載の異方形状セラミック粒子の製造方法。
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