JP5309356B2 - セラミックスの製造方法 - Google Patents
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Description
ここまでが無配向のチタン酸バリウムセラミックスにおける圧電定数の最高値である。
また、前記セラミックスを作製することができる、新規なセラミックスの製造方法の開発が望まれている。
チタン酸バリウム板状粒子の平面方向の平均長さは、0.5〜10μmの範囲内にあることが好ましい。平面方向の平均長さが0.5μm以上であると、板状粒子とともに使用するマトリックス粒子は平面方向の平均長さより小さいことが要求されるため、マトリックス粒子に市販のBT01(平均粒径:100nm)、BT03(平均粒径:300nm)等が使用できるという利点がある。平面方向の平均長さが10μm以下であると、作製した焼結体のグレインサイズを小さくでき、その結果圧電特性が上昇するという利点がある。
チタン酸バリウム球状粒子の平均粒径は0.1〜1μmの範囲内にあることが好ましい。平均粒径が0.1μm以上であると、マトリックス粒子同士で結晶成長しにくいという利点がある。平均粒径が1μm以下であると、テンプレート粒子がマトリックス粒子を取り込む結晶成長が速いという利点がある。
シートの厚さは100μm〜500μmの範囲内にあることが好ましい。厚さが100μm以上であると、シートを基板材料であるフッ素樹脂シートからはがしやすいという利点がある。厚さが500μm以下であると、板状試料の平面方向がシートキャスト方向に平行になるシートを得ることができるという利点がある。
焼結温度は1300〜1450℃の範囲内にあることが好ましい。焼結温度が1300℃以上であると、緻密な焼結体を得ることができるという利点がある。焼結温度が1450℃以下であると、正方晶のチタン酸バリウム焼結体を得ることができるという利点がある。
本実施例では[110]方向に配向したチタン酸バリウム板状粒子をテンプレート粒子に用いた。この配向粒子は、神島化学工業(株)から購入したものである(図1)。[110]配向板状粒子の平面方向の平均長さは5μmである。また、[110]配向板状粒子の平均厚さは0.1μmである。
テンプレート粒子を5.04g、マトリックス粒子を3.36g(配合割合=60:40)、バインダを0.54g、溶媒を19.8ml、可塑剤を0.83gとし、焼結温度を1350℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を5.92g、マトリックス粒子を3.95g(配合割合=60:40)、バインダを0.63g、溶媒を23.28ml、可塑剤を0.96gとし、焼結温度を1400℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を5.92g、マトリックス粒子を3.95g(配合割合=60:40)、バインダを0.66g、溶媒を23.3ml、可塑剤を1.95gとし、焼結温度を1450℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を5.92g、マトリックス粒子(BT01(平均粒径:100nm))を1.97g、(BT03)を1.97g(配合割合=60:20:20)、バインダを0.66g、溶媒を23.3ml、可塑剤を1.95gとし、焼結温度を1400℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を5.92g、マトリックス粒子(BT01)を1.97g、(BT03)を1.97g(配合割合=60:20:20)、バインダを0.66g、溶媒を23.3ml、可塑剤を1.95gとし、焼結温度を1450℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を5.92g、マトリックス粒子(BT03)を3.95g(配合割合=60:40)、バインダを0.63g、溶媒を23.28ml、可塑剤を0.98gとし、焼結温度を1400℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を6.91g、マトリックス粒子(BT03)を2.96g(配合割合=70:30)、バインダを0.66g、溶媒を23.3ml、可塑剤を1.95gとし、焼結温度を1400℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
テンプレート粒子を6.91g、マトリックス粒子(BT01)を0.99g、(BT03)を1.97g(配合割合=70:10:20)、バインダを0.66g、溶媒を23.3ml、可塑剤を1.95gとし、焼結温度を1400℃とした以外は、サンプル1と同じ条件により、焼結体を作製した。
焼結体の表面を#1200研磨紙で軽く乾式研磨を行い、焼結体表面のX線測定を行った。得られたXRD回折パターンからロットゲーリング法による配向度測定を行った。焼結体を研磨紙で研磨した程度ではX線測定面と[110]配向方向が90°より±5°程ずれているのでこれを補正するために背面ラウエによる測定を行い、ずれた角度分研磨し光軸合わせを行った。
焼結体を水中で真空脱泡を行い、アルキメデス法による密度測定を行った。理論密度を6.01g/cm3とし、測定した密度から相対密度を算出した。
焼結体を配向面に垂直に切断し、切断面を#2000湿式研磨し、焼結温度より50℃低い温度で1時間30分保持することによりヒートエッチングを行った。その後DCスパッタにより表面を100nmの金スパッタをし、SEMによる表面観察を行った。
d31の振動子は矩形状振動子の長辺方向伸び振動をするような形に作製する。振動子の作製法は、焼結体をオイルの浸ったダイヤモンドカッターで切り出し、寸法に合わせて研磨した。このときの寸法は4.0mm×1.2mm×0.3mmとした。試料洗浄後、面が平行な治具にワックスを用いて試料を固定して、ガラス板に9.5μmのアルミナ研磨粉と水をのせ、試料を研磨した。このとき4.0mm×1.2mmの面がX線測定面になるようにした。その後、振動子の4.0mm×1.2mmの面にDCスパッタによる金電極を形成した。電極の厚みは100nmとした。
また、d33メータを用いて、圧電定数d33を求めた。一方、圧電定数d33は分極処理した圧電試料に電界を印加しその歪量を測定することで算出することができる。つまり圧電性の逆効果を利用した算出法である。具体的には横軸を電界、縦軸を歪量としてグラフを作り、その傾きを求めることで算出できる。歪みの電場依存性を0.2kV/mm以下の弱い電場で測定し、その傾きから圧電定数d33を求めた。この装置は発明者が作製したもので周波数4Hzの三角波で電界を印加して、その電界に対する歪量を測定する装置である。
Claims (2)
- [110]方向に配向したチタン酸バリウム板状粒子をテンプレート粒子とし、
無配向のチタン酸バリウム球状粒子をマトリックス粒子とし、
前記テンプレート粒子と前記マトリックス粒子を所定の割合で配合して、スラリーを作製し、
前記スラリーからシートを作製し、
前記シートを積層して積層体を作製し、
前記積層体を焼成して、セラミックスを作製し、
前記所定の割合が、60:40〜80:20の範囲内にあり、
前記セラミックスの配向度が、76.7%より大きく、98.6%より小さく、
前記セラミックスの圧電定数d33が、600pC/N以上である
セラミックスの製造方法。 - [110]方向に配向したチタン酸バリウム板状粒子をテンプレート粒子とし、
無配向のチタン酸バリウム球状粒子をマトリックス粒子とし、
前記テンプレート粒子と前記マトリックス粒子を所定の割合で配合して、スラリーを作製し、
前記スラリーからシートを作製し、
前記シートを積層して積層体を作製し、
前記積層体を焼成して、セラミックスを作製し、
前記所定の割合が、60:40〜80:20の範囲内にあり、
前記セラミックスの配向度が、80〜90%の範囲内にあり、
前記セラミックスの圧電定数d33が、700〜900pC/Nの範囲内にある
セラミックスの製造方法。
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