JP5423708B2 - 異方形状粉末の製造方法 - Google Patents
異方形状粉末の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5423708B2 JP5423708B2 JP2011072536A JP2011072536A JP5423708B2 JP 5423708 B2 JP5423708 B2 JP 5423708B2 JP 2011072536 A JP2011072536 A JP 2011072536A JP 2011072536 A JP2011072536 A JP 2011072536A JP 5423708 B2 JP5423708 B2 JP 5423708B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- shaped powder
- compound
- plane
- anisotropically shaped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 560
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 48
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 259
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 106
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 91
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 74
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 68
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 65
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 32
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 125
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 124
- 238000000034 method Methods 0.000 description 106
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 39
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 36
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 36
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 36
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 32
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 25
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 24
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 23
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 20
- KRXMYBAZKJBJAB-UHFFFAOYSA-N 2-(4-methylphenyl)-1,2-benzothiazol-3-one Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1N1C(=O)C2=CC=CC=C2S1 KRXMYBAZKJBJAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 14
- 238000007716 flux method Methods 0.000 description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 12
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 11
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 229910000909 Lead-bismuth eutectic Inorganic materials 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 5
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 2
- 229960002380 dibutyl phthalate Drugs 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- -1 sintering aids Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000005620 antiferroelectricity Effects 0.000 description 1
- FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N bismuth sodium Chemical compound [Na].[Bi] FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
本発明は、異方形状粉末の製造方法に関し、更に詳しくは、少なくともＣａ及びＴｉを含み、かつ、特定の結晶面が一方向に配向している結晶配向セラミックスを製造するためのテンプレート（種結晶）として用いられる異方形状粉末の製造方法に関する。
一般式：ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型化合物は、その組成に応じて、圧電性、誘電性、強誘電性、反強誘電性、磁性、熱電性、電子伝導性、イオン伝導性等（以下、これらを「圧電特性等」という。）の優れた特性を示すことが知られており、主として、多結晶体の状態で用いられている。このようなペロブスカイト型化合物からなる多結晶セラミックスは、従来、相対的に少数の陽イオン元素を含む単純化合物を出発原料に用いて、固相反応法又はフラックス法によりペロブスカイト型化合物からなる粉末を合成し、次いで合成された粉末を成形・焼結する方法により製造するのが一般的であった。
一方、ペロブスカイト型化合物が有する圧電特性等は、一般に、結晶軸の方向によって異なることが知られている。そのため、圧電特性等の高い結晶軸を一定の方向に配向させることができれば、圧電特性等の異方性を最大限に利用することができ、単結晶に近い高い特性を有する多結晶セラミックスが得られる可能性がある。
しかしながら、ペロブスカイト型化合物は、結晶格子の異方性が極めて小さいので、固相反応法あるいはフラックス法では、球状あるいは立方体に近い等方的な形状を有する粉末（具体的には、アスペクト比が１．５以下）となり、アスペクト比の大きな粉末は得られない。また、従来の製造方法を用いてこのような粉末を成形・焼結すると、得られる焼結体は、各結晶粒がランダムに配向したものとなる。そのため、本質的には高い圧電特性等を有している組成であっても、得られる焼結体の圧電特性等は不十分である。
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるチタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）からなる板状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＴｉＯ２とを所定の比率で混合し、この混合物を板状粉末が配向するように成形し、これを焼結することにより、ペロブスカイト型化合物の一種であるチタン酸ナトリウムビスマス（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３）からなり、かつロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の配向度が３４％である結晶配向セラミックスが得られる点が記載されている。
また、特許文献２及び非特許文献１には、このような結晶配向セラミックスを製造するために用いられる異方形状粉末の製造方法が記載されている。すなわち、特許文献２には、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）からなる板状粉末と、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、及びＴｉＯ２とを所定の比率で混合し、これをフラックス中で加熱することにより、ペロブスカイト型化合物の一種であるＢｉ０．５(Ｎａ、Ｋ)０．５ＴｉＯ３からなる異方形状粉末が得られる点が記載されている。
また、特許文献３には、ルドルスデン−ポッパー（Ruddlesden-Popper）型層状ペロブスカイト化合物の一種であるＣａ３Ｔｉ２Ｏ７板状粉末からＳｒＴｉＯ３板状粉末が得られる点が記載されているが、実施の具体的データは明示されていない。
さらに、非特許文献１には、ルドルスデン−ポッパー（Ruddlesden-Popper）型層状ペロブスカイト化合物の一種であるＳｒ３Ｔｉ２Ｏ７板状粉末とＴｉＯ２とをＫＣｌ溶融塩中で加熱することにより、エッジ長さ１０〜４０μｍ、厚さ１〜４μｍであり、かつ｛１００｝面を発達面とするＳｒＴｉＯ３板状粉末が得られる点が記載されている。
さらに、非特許文献１には、ルドルスデン−ポッパー（Ruddlesden-Popper）型層状ペロブスカイト化合物の一種であるＳｒ３Ｔｉ２Ｏ７板状粉末とＴｉＯ２とをＫＣｌ溶融塩中で加熱することにより、エッジ長さ１０〜４０μｍ、厚さ１〜４μｍであり、かつ｛１００｝面を発達面とするＳｒＴｉＯ３板状粉末が得られる点が記載されている。
M. E.Ebrahimi, et al., "Synthesis of Platelet SrTiO3 by Epitaxial Growth on Sr3Ti2O7 Core Paticles", Proceedings of the 13th IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, pp.239-242, 2002.
ビスマス層状ペロブスカイト型化合物、ルドルスデン−ポッパー型層状ペロブスカイト型化合物等の層状化合物は、結晶格子の異方性が大きいので、形状異方性を有する粉末を比較的容易に合成することができる。また、これらの層状化合物の内、ある種の化合物からなる異方形状粉末の発達面は、ペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面との間に良好な格子整合性を有している。
そのため、特許文献１に開示されているように、層状化合物からなる異方形状粉末と所定の原料との混合物を異方形状粉末が配向するように成形し、これを焼結すると、擬立方｛１００｝面が一方向に配向したペロブスカイト型化合物からなる結晶配向セラミックスが得られる。また、特許文献２及び非特許文献１に開示されているように、このような層状化合物からなる異方形状粉末と所定の原料とを反応させると、層状化合物からなる異方形状粉末が格子鋳型（テンプレート）として機能し、所定の組成を有するペロブスカイト型化合物からなり、かつその発達面が擬立方｛１００｝面からなる異方形状粉末を合成することができる。
しかしながら、特許文献１に開示された結晶配向セラミックスの製造方法、あるいは、特許文献２及び非特許文献１に開示された異方形状粉末の製造方法では、結晶配向セラミックスあるいは異方形状粉末内に、テンプレートに由来する陽イオン元素が必ず残留する。そのため、最も望ましい組成を実現できない場合があり、不可避的に含まれるＡサイト元素及び／又はＢサイト元素によって、圧電特性等の各種特性が害されるおそれがある。
さらに、特許文献１に開示された方法の場合、高い配向度を有する結晶配向セラミックスを得るためには、相対的に多量のテンプレートを用いる必要がある。しかしながら、多量のテンプレートの使用は、結晶配向セラミックスを高コスト化させる一因となる。
また、特許文献１、３では、Ｃａ３Ｔｉ２Ｏ７を用いて、｛１００｝配向ＣａＴｉＯ３セラミックスを作製することが開示されているが、それぞれ特許文献３では、テンプレート量（ＢサイトのＴｉ比率で）６６．６％のときに｛１００｝配向度９３％と報告され、特許文献１では、テンプレート量（ＢサイトのＴｉ比率で）２２．２％のときに｛１００｝配向度６０％と報告されている。しかしながら、テンプレート量２０％以下の少ない領域における配向度は開示されていない。また、特許文献１、３より、テンプレート量２０％以下の領域では配向度６０％以下のものしか作製できないことが容易に推定される。このため、特許文献１、３の方法では、コストの高いテンプレートを大量に使う必要があり、高コストとなる。
本発明が解決しようとする課題は、所定の組成を有するペロブスカイト型化合物からなり、擬立方｛１００｝面を発達面とし、しかも、その組成制御が比較的容易な異方形状粉末の製造方法を提供することにある。また、本発明が解決しようとする他の課題は、目的とする元素以外の余剰成分を含まない、あるいは、ほとんど含まない純度の高い異方形状粉末の製造方法を提供することにある。
（削除）
（削除）
（削除）
（削除）
（削除）
（削除）
また、本発明に係る異方形状粉末の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記異方形状粉末の製造方法は、
層状結晶構造を有する層状化合物からなり、その発達面が、少なくともＣａ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物（第２のペロブスカイト型化合物）の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有し、かつ、その厚さ（ｔｂ）に対する前記発達面の最大長さ（Ｗｂ）のアスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が２以上である第１異方形状粉末と、該第１異方形状粉末とのイオン交換反応により、前記ペロブスカイト型化合物及び余剰成分を生成するイオン交換反応用原料とを、溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせるイオン交換工程と、
前記余剰成分を熱的又は化学的に除去する除去工程と
を備えている。
（２）前記異方形状粉末は、次の（６）式に示す一般式で表される前記ペロブスカイト型化合物を主相とする。
(Ｃａ ｘ Ａ' １−ｘ )(Ｔｉ ｙ Ｂ' １−ｙ )Ｏ ３ ・・・（６）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
（３）前記第１異方形状粉末は、次の（７）式に示す一般式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。
(Ｂｉ ２ Ｏ ２ ) ２＋ (Ａ ｍ−１ Ｂ ｍ Ｏ ３ｍ＋１ ) ２− ・・・（７）
（但し、Ａは、Ｎａ ＋ 、Ｋ ＋ 、Ｐｂ ２＋ 、Ｃａ ２＋ 及びＢｉ ３＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ ３＋ 、Ｔｉ ４＋ 、Ｎｂ ５＋ 、Ｔａ ５＋ 、及び、Ｗ ６＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ ＋ 及び／又はＫ ＋ とＢｉ ３＋ の双方のみからなり、かつＢがＮｂ ５＋ のみからなるものを除く。）
（１）前記異方形状粉末の製造方法は、
層状結晶構造を有する層状化合物からなり、その発達面が、少なくともＣａ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物（第２のペロブスカイト型化合物）の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有し、かつ、その厚さ（ｔｂ）に対する前記発達面の最大長さ（Ｗｂ）のアスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が２以上である第１異方形状粉末と、該第１異方形状粉末とのイオン交換反応により、前記ペロブスカイト型化合物及び余剰成分を生成するイオン交換反応用原料とを、溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせるイオン交換工程と、
前記余剰成分を熱的又は化学的に除去する除去工程と
を備えている。
（２）前記異方形状粉末は、次の（６）式に示す一般式で表される前記ペロブスカイト型化合物を主相とする。
(Ｃａ ｘ Ａ' １−ｘ )(Ｔｉ ｙ Ｂ' １−ｙ )Ｏ ３ ・・・（６）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
（３）前記第１異方形状粉末は、次の（７）式に示す一般式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。
(Ｂｉ ２ Ｏ ２ ) ２＋ (Ａ ｍ−１ Ｂ ｍ Ｏ ３ｍ＋１ ) ２− ・・・（７）
（但し、Ａは、Ｎａ ＋ 、Ｋ ＋ 、Ｐｂ ２＋ 、Ｃａ ２＋ 及びＢｉ ３＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ ３＋ 、Ｔｉ ４＋ 、Ｎｂ ５＋ 、Ｔａ ５＋ 、及び、Ｗ ６＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ ＋ 及び／又はＫ ＋ とＢｉ ３＋ の双方のみからなり、かつＢがＮｂ ５＋ のみからなるものを除く。）
（削除）
（削除）
（削除）
所定の条件を満たす第１異方形状粉末（ＡＢ）と、これと層間イオン置換反応を起こすイオン交換反応用原料（Ｃ）とを、溶液又は融液中において反応させると、イオン交換反応によって、目的とする第２のペロブスカイト型化合物（ＡＣ）と、余剰成分（Ｂ）との混合物が得られる。この時、第１異方形状粉末の発達面は、第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面として継承される。次いで、この混合物から余剰成分を除去すると、所定の組成を有する第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末が得られる。
次に、第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末と、所定の条件を満たすマトリックス化合物粉末との混合物を、異方形状粉末が配向するように成形し、これを焼結すると、異方形状粉末の配向方位を継承した状態で、第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶が生成及び成長する。その結果、擬立方｛１００｝面を発達面とする結晶粒が特定の方向に配向した結晶配向セラミックスが得られる。
このような方法により得られた異方形状粉末は、イオン交換反応時に余剰成分（Ｂ）が排出されるので、従来の方法に比べて、組成制御が容易化する。また、作製しようとする結晶配向セラミックスと同一又は類似の結晶構造を有する異方形状粉末をテンプレートとして用いているので、テンプレート量が相対的に少量であっても、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。また、余剰成分がほとんど含まれないので、テンプレート量が相対的に少量であっても、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。本発明の第１の実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、少なくともＰｂ及びＴｉを含む第１のペロブスカイト型化合物（但し、Ｃａを含むものを除く）を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する各結晶粒の擬立方｛１００｝面が配向していることを特徴とする。
第１のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（１）式に示す一般式で表すことができる。
(ＰｂｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（１）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
第１のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（１）式に示す一般式で表すことができる。
(ＰｂｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（１）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
本実施の形態において、第１のペロブスカイト型化合物は、Ａサイト元素として、少なくともＰｂを含むものからなる。この場合、Ａサイト元素は、Ｐｂのみからなるものであっても良く、あるいは、Ｐｂ以外のＡサイト元素（元素Ａ’）が含まれていても良い。元素Ａ’の種類は、特に限定されるものではなく、少なくとも２価の金属元素であればよい。元素Ａ’としては、具体的には、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ等が挙げられる。
また、第１のペロブスカイト型化合物は、Ｂサイト元素として、少なくともＴｉを含むものからなる。この場合、Ｂサイト元素は、Ｔｉのみからなるものであっても良く、あるいは、Ｔｉ以外のＢサイト元素（元素Ｂ’）が含まれていても良い。元素Ｂ’の種類は、特に限定されるものではなく、少なくとも４価の金属元素であればよい。元素Ｂ’としては、具体的には、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ等が挙げられる。
（１）式で表される第１のペロブスカイト型化合物としては、具体的には、ＰｂＴｉＯ３、(Ｂａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３、(Ｂａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３、(Ｂａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｓｎ)Ｏ３、(Ｂａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ)Ｏ３等が挙げられる。
また、本実施の形態において、「第１のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、結晶配向セラミックス中に第１のペロブスカイト型化合物がモル分量で７０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。本実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、第１のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。
このような「他の元素」としては、具体的には、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ等がある。また、「他の相」としては、具体的には、後述する製造方法や使用する出発原料に起因する添加物、焼結助剤、副生成物、不純物等（例えば、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＮｉＯ等）が一例として挙げられる。圧電特性等に悪影響を及ぼすおそれのある他の元素又は他の相の含有量は、少ないほど良い。
「擬立方｛１００｝面が配向している」とは、（１）式で表される第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面が互いに平行になるように、各結晶粒が配列していること（以下、このような状態を「面配向」という。）、又は、擬立方｛１００｝面が成形体を貫通する１つの軸に対して平行になるように、各結晶粒が配列していること（以下、このような状態を「軸配向」という。）の双方を意味する。
なお、「擬立方｛ＨＫＬ｝」とは、一般に、ペロブスカイト型化合物は、正方晶、斜方晶、三方晶など、立方晶からわずかに歪んだ構造を取るが、その歪は僅かであるので、立方晶とみなしてミラー指数表示することを意味する。
また、特定の結晶面が面配向している場合において、面配向の程度は、次の（２）式で表されるロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ（ＨＫＬ）で表すことができる。
Ｆ(ＨＫＬ)＝{(Ｐ−Ｐ０)／(１−Ｐ０)}×１００（％） ・・・（２）
但し、Ｐ＝ΣＩ(ＨＫＬ)／ΣＩ(ｈｋｌ)、
Ｐ０＝ΣＩ０(ＨＫＬ)／ΣＩ０（ｈｋｌ）。
Ｆ(ＨＫＬ)＝{(Ｐ−Ｐ０)／(１−Ｐ０)}×１００（％） ・・・（２）
但し、Ｐ＝ΣＩ(ＨＫＬ)／ΣＩ(ｈｋｌ)、
Ｐ０＝ΣＩ０(ＨＫＬ)／ΣＩ０（ｈｋｌ）。
なお、（２）式において、ΣＩ(ｈｋｌ)は、結晶配向セラミックスについて測定されたすべての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和であり、ΣＩ０(ｈｋｌ)は、結晶配向セラミックスと同一組成を有する無配向セラミックスについて測定されたすべての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和である。また、Σ'Ｉ(ＨＫＬ)は、結晶配向セラミックスについて測定された結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度の総和であり、Σ'Ｉ０(ＨＫＬ)は、結晶配向セラミックスと同一組成を有する無配向セラミックスについて測定された結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度の総和である。さらに、｛１００｝面配向度を求める場合は、（ＨＫＬ）として（１００）と等価な面を用いた。また、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折パターンを測定し、２θが５度から７０度の範囲にあるピークを計算に用いた。
従って、多結晶体を構成する各結晶粒が無配向である場合には、平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)は０％となる。また、多結晶体を構成するすべての結晶粒の（ＨＫＬ）面が測定面に対して平行に配向している場合には、平均配向度Ｆ（ＨＫＬ）は１００％となる。
一般に、配向している結晶粒の割合が多くなる程、高い特性が得られる。具体的には、特定の結晶面を面配向させる場合において、高い特性を得るためには、（２）式で表されるロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)は、１０％以上が好ましく、さらに好ましくは５０％以上である。また、後述する製造方法を用いると、平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)が９０％を越える結晶配向セラミックスであっても製造することができる。
本実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、擬立方｛１００｝面が配向しているので、配向方向の特性は、同一組成を有する無配向セラミックスに比べて高い値を示す。特に、（１）式で表される第１のペロブスカイトが化合物が圧電特性を有している場合には、擬立方｛１００｝面が分極軸に垂直な面となるので、擬立方｛１００｝面を配向させることによって、配向方向の圧電特性を大きく向上させることができる。
なお、特定の結晶面を軸配向させる場合には、その配向の程度は、面配向と同様の配向度（（２）式）では定義できない。しかしながら、配向軸に垂直な面に対してＸ線回折を行った場合の（ＨＫＬ）回折に関するＬｏｔｇｅｒｉｎｇ法による平均配向度（以下、これを「軸配向度」という。）を用いて、軸配向の程度を表すことができる。また、特定の結晶面がほぼ完全に軸配向している成形体の軸配向度は、特定の結晶面がほぼ完全に面配向している成形体について測定された軸配向度と同程度になる。
本実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、擬立方｛１００｝面が配向しているので、配向方向の圧電特性等は、無配向セラミックスに比べて高い値を示す。
特に、その組成及び配向度を最適化すると、圧電電荷出力ｄ３３定数が、同一組成を有する無配向セラミックスの１．２倍以上である結晶配向セラミックスが得られる。
また、その圧電電圧定数ｇ３３定数が、同一組成を有する無配向セラミックスの１．２倍以上である結晶配向セラミックスが得られる。
そのため、これを、誘電素子、マイクロ波誘電素子、熱電素子、焦電素子、磁気抵抗素子、磁性素子、圧電素子、電界駆動変位素子、超伝導素子、抵抗素子、電子伝導素子、イオン伝導性素子、ＰＴＣサーミスタ素子、ＮＴＣサーミスタ素子等に応用すれば、高い性能を有する各種素子を得ることができる。
特に、その組成及び配向度を最適化すると、圧電電荷出力ｄ３３定数が、同一組成を有する無配向セラミックスの１．２倍以上である結晶配向セラミックスが得られる。
また、その圧電電圧定数ｇ３３定数が、同一組成を有する無配向セラミックスの１．２倍以上である結晶配向セラミックスが得られる。
そのため、これを、誘電素子、マイクロ波誘電素子、熱電素子、焦電素子、磁気抵抗素子、磁性素子、圧電素子、電界駆動変位素子、超伝導素子、抵抗素子、電子伝導素子、イオン伝導性素子、ＰＴＣサーミスタ素子、ＮＴＣサーミスタ素子等に応用すれば、高い性能を有する各種素子を得ることができる。
次に、本実施の形態に係る結晶配向セラミックスの製造に用いられる異方形状粉末について説明する。ペロブスカイト型化合物のような複雑な組成を有するセラミックスは、通常、成分元素を含む単純化合物を化学量論比になるように混合し、この混合物を成形・仮焼した後に解砕し、次いで解砕粉を再成形・焼結する方法によって製造される。しかしながら、このような方法では、各結晶粒の特定の結晶面が特定の方向に配向した配向焼結体を得るのは極めて困難である。
本発明は、この問題を解決するために、所定の条件を満たす異方形状粉末を成形体中に配向させ、この異方形状粉末をテンプレートとして用いてペロブスカイト型化合物の生成及びその焼結を行わせ、これによって多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面を一方向に配向させた点に特徴がある。本発明において、異方形状粉末には、以下の条件を満たすものが用いられる。
第１に、異方形状粉末は、少なくともＰｂ及びＴｉを含む第２のペロブスカイト型化合物（但し、Ｃａを含むものを除く）を主相とするものからなる。第２のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（３）式に示す一般式で表すことができる。
(ＰｂｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（３）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
(ＰｂｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（３）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
この場合、異方形状粉末を構成する第２のペロブスカイト型化合物は、作製しようとする結晶配向セラミックスを構成する第１のペロブスカイト型化合物と同一組成を有するものであっても良く、あるいは、異なる組成を有しているものであっても良い。
また、「第２のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、異方形状粉末中に第２のペロブスカイト型化合物がモル分量で７０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。異方形状粉末は、第２のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。なお、第２のペロブスカイト型化合物のその他の点については、第１のペロブスカイト型化合物と同様であるので、説明を省略する。
また、「第２のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、異方形状粉末中に第２のペロブスカイト型化合物がモル分量で７０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。異方形状粉末は、第２のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。なお、第２のペロブスカイト型化合物のその他の点については、第１のペロブスカイト型化合物と同様であるので、説明を省略する。
第２に、異方形状粉末は、その発達面（最も広い面積を有する面）が第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面からなるものが用いられる。第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面は、当然に、第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と良好な格子整合性を有している。そのため、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末を成形体中に配向させ、これを焼結すれば、異方形状粉末の配向方位を継承した状態で第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶を生成及び成長させることができる。
第３に、異方形状粉末は、成形時に一定の方向に配向させることが容易な形状を有しているものが用いられる。そのためには、異方形状粉末のアスペクト比（＝Ｗａ／ｔａ。Ｗａ：異方形状粉末の発達面の最大長さ。ｔａ：異方形状粉末の厚さ。）は、２以上であることが好ましい。アスペクト比が２未満であると、成形時に異方形状粉末を一方向に配向させるのが困難となるので好ましくない。高い配向度の結晶配向セラミックスを得るためには、異方形状粉末のアスペクト比は、５以上が好ましく、さらに好ましくは、１０以上である。
一般に、異方形状粉末の平均アスペクト比が大きくなるほど、成形時における異方形状粉末の配向が容易化される傾向がある。但し、アスペクト比が過大になると、後述する混合工程において異方形状粉末が破砕され、異方形状粉末が配向した成形体が得られない場合がある。従って、異方形状粉末の平均アスペクト比は、１００以下が好ましい。
また、異方形状粉末の発達面の最大長さＷａは、０．０５μｍ以上が好ましい。最大長さＷａが０．０５μｍ未満であると、成形時に作用するせん断応力によって異方形状粉末を一定の方向に配向させるのが困難になる。また、界面エネルギーの利得が小さくなるので、結晶配向セラミックスを作製する際のテンプレートとして用いた時に、テンプレート粒子へのエピタキシャル成長が生じにくくなる。
一方、異方形状粉末の発達面の最大長さＷａは、１００μｍ以下が好ましい。最大長さＷａが１００μｍを越えると、焼結性が低下し、焼結体密度の高い結晶配向セラミックスが得られない。最大長さＷａは、さらに好ましくは、０．１μｍ以上５０μｍ以下であり、さらに好ましくは、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。特に、異方形状粉末のＷａが０．５μｍ以上であると、テープ成形時に配向成形するのが容易となり、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。
なお、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）及び／又は最大長さ（Ｗａ）の異なる異方形状粉末の混合物をテンプレートとして用いる場合、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）及び／又は最大長さ（Ｗａ）の平均値が、上述の範囲であればよい。また、「異方形状」とは、幅方向又は厚さ方向の寸法に比して、長手方向の寸法が大きいことをいう。具体的には、板状、柱状、鱗片状等が好適な一例として挙げられる。
本実施の形態に係る結晶配向セラミックスを製造するために用いられる異方形状粉末としては、具体的には、擬立方｛１００｝面を発達面とするＰｂＴｉＯ３粉末、Ｐｂ(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３粉末、(Ｂａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３粉末、(Ｂａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３粉末等が挙げられる。高い配向度を有する結晶配向セラミックスを得るためには、異方形状粉末は、作成しようとする結晶配向セラミックスと同一組成を有するものを用いるのが好ましい。また、作成しようとする結晶配向セラミックスが２以上の成分を含む固溶体からなる場合、異方形状粉末は、いずれか１以上の端成分からなるものを用いても良い。
さらに、このような条件を満たす異方形状粉末は、種々の方法により製造することができるが、後述する本発明に係る方法（Topochemical Microcrystal Conversion：ＴＭＣ変換法）により得られる粉末が特に好適である。本発明に係る方法により得られた異方形状粉末は、他の方法を用いて得られる異方形状粉末に比べて、目的とするセラミック組成と同じ組成の板状粉末が製造でき、少ないテンプレート量により結晶配向セラミックスを作ることができ、また少ないテンプレートのために焼結性が向上する（低温、かつ短時間で高密度化できる）という利点がある。
次に、本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法について説明する。本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法は、合成工程と、イオン交換工程と、除去工程とを備えている。
初めに、合成工程について説明する。「合成工程」は、第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして用いられる第１異方形状粉末を合成する工程である。
第１異方形状粉末が本発明に係る異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして機能するためには、以下のような条件を備えている必要がある。
第１異方形状粉末が本発明に係る異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして機能するためには、以下のような条件を備えている必要がある。
第１に、第１異方形状粉末には、層状結晶構造を有する層状化合物からなるものが用いられる。層状化合物は、結晶格子の異方性が大きいので、表面エネルギの最も小さい結晶面を発達面とし、かつ形状異方性を有する粉末を比較的容易に合成することができる。
第２に、第１異方形状粉末は、その発達面が（３）式に示す第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有しているものが用いられる。所定の形状を有している第１異方形状粉末であっても、その発達面が第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有していない場合には、本発明に係る異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして機能しない場合がある。
格子整合性の良否は、第１異方形状粉末の発達面の格子寸法と、第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面の格子寸法との差の絶対値を、第１異方形状粉末の発達面の格子寸法で割った値（以下、これを「格子整合率」という。）で表すことができる。この格子整合率は、格子をとる方向によって若干異なる場合がある。一般に、平均格子整合率（各方向について算出された格子整合率の平均値）が小さくなるほど、その第１異方形状粉末は、良好な反応性テンプレートとして機能することを示す。所定の条件を満たす異方形状粉末を得るためには、格子整合率は２０％以下が好ましく、さらに好ましくは、１０％以下である。
第３に、成形時に一方向に配向させることが容易な第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を容易に合成するためには、その合成に使用する第１異方形状粉末もまた、成形時に一方向に配向させることが容易な形状を有していることが望ましい。これは、第１異方形状粉末を反応性テンプレートとして用いて第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を合成する場合、反応条件を最適化すれば、得られる異方形状粉末の平均粒径及び／又はアスペクト比を増減させることもできるが、通常は、結晶構造の変化のみが起こり、粉末形状の変化はほとんど生じないためである。
すなわち、第１異方形状粉末は、その厚さ（ｔｂ）に対する発達面の最大長さ（Ｗｂ）のアスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が２以上であるものが好ましい。第１異方形状粉末のアスペクト比は、さらに好ましくは５以上であり、さらに好ましくは１０以上である。また、後工程における破砕を抑制するためには、第１異方形状粉末のアスペクト比は、１００以下が好ましい。
また、焼結性の高い異方形状粉末を得るためには、第１異方形状粉末の発達面の最大長さＷｂは、１００μｍ以下が好ましい。また、配向させるのが容易な異方形状粉末を得るためには、第１異方形状粉末の発達面の最大長さＷｂは、０．０５μｍ以上が好ましい。最大長さＷａは、さらに好ましくは、０．１μｍ以上５０μｍ以下であり、さらに好ましくは、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。
なお、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）及び／又は最大長さ（Ｗａ）の異なる第１異方形状粉末の混合物を反応性テンプレートとして用いる場合、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）及び／又は最大長さ（Ｗａ）の平均値が、上述の範囲であればよい。また、「異方形状」とは、幅方向又は厚さ方向の寸法に比して、長手方向の寸法が大きいことをいう。具体的には、板状、柱状、鱗片状等が好適な一例として挙げられる。
このような条件を満たす層状化合物には、種々の化合物があるが、中でも、少なくともＢｉ及びＴｉを含む層状化合物、あるいは、次の（４）式に示す一般式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物が好適である。特に、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、その｛００１｝面（（Ｂｉ２Ｏ２)２＋層に平行な面）の表面エネルギーが他の結晶面の表面エネルギーより小さいので、｛００１｝面を発達面とする異方形状粉末を比較的容易に合成できる。
また、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物の｛００１｝面は、第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面との間に極めて良好な格子整合性を有している。さらに、後述するイオン交換反応用原料の組成を最適化することによって、イオン交換反応時にＢｉを余剰成分として排出することができるので、Ａサイト元素として実質的にＢｉを含まない第２のペロブスカイト型化合物を合成できる。しかも、排出されたＢｉ含有化合物は、比較的容易に除去することができる。そのため、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、第１異方形状粉末を構成する材料として特に好適である。
(Ｂｉ２Ｏ２)２＋(Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１)２− ・・・（４）
（但し、Ａは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｐｂ２＋、Ｂａ２＋及びＢｉ３＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ３＋、Ｔｉ４＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、及び、Ｗ６＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ＋及び／又はＫ＋とＢｉ３＋の双方のみからなり、かつＢがＮｂ５＋のみからなるものを除く。）
（但し、Ａは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｐｂ２＋、Ｂａ２＋及びＢｉ３＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ３＋、Ｔｉ４＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、及び、Ｗ６＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ＋及び／又はＫ＋とＢｉ３＋の双方のみからなり、かつＢがＮｂ５＋のみからなるものを除く。）
（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３と表すこともできる。このようなビスマス層状ペロブスカイト型化合物としては、具体的には、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１４、Ｐｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８、Ｐｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１、及び、Ｐｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４等が挙げられる。又、これらの中でも、Ａサイトイオンとして、少なくともＰｂ２＋を含むものが好適である。
なお、このような第１異方形状粉末は、成分元素を含む酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を、液体又は加熱により液体となる物質と共に加熱することにより容易に製造することができる。具体的には、所定の原料に適当なフラックス（例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物、ＰｂＣｌ２、ＫＦ等）を加えて所定の温度で加熱する方法（フラックス法）、作製しようとする第１異方形状粉末と同一組成を有する不定形粉末をアルカリ水溶液と共にオートクレーブ中で加熱する方法（水熱合成法）等が好適な一例として挙げられる。この場合、第１異方形状粉末のアスペクト比及び平均粒径は、合成条件を適宜選択することにより、制御することができる。
次に、イオン交換工程について説明する。「イオン交換工程」は、合成工程で得られた第１異方形状粉末と、イオン交換反応用原料とを、溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせる工程である。
ここで、「イオン交換反応用原料」とは、第１異方形状粉末とのイオン交換反応により、第２のペロブスカイト型化合物及び余剰成分を生成するものをいう。イオン交換反応用原料の形態は、特に限定されるものではなく、酸化物粉末、複合酸化物粉末、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩等の塩、アルコキシド等を用いることができる。また、イオン交換反応用原料の組成は、作製しようとする第２のペロブスカイト型化合物の組成、及び、第１異方形状粉末の組成に応じて最適なものを選択する。
また、「余剰成分」とは、目的とする第２のペロブスカイト型化合物以外の物質であって、熱的又は化学的に除去が容易なものをいう。そのためには、余剰成分は、第２のペロブスカイト型化合物に比べて融点若しくは蒸気圧が高いもの、又は、酸、アルカリ等に対する溶解度が高いものであることが好ましい。余剰成分としては、具体的には、Ｂｉ含有化合物（例えば、Ｂｉ２Ｏ３等）が好適な一例として挙げられる。
さらに、「溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせる」とは、第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料を適当なフラックス中で加熱すること（フラックス法）、あるいは、第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料を適当な水溶液と共にオートクレーブ中で加熱すること（水熱合成法）等をいう。
例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２からなる第１異方形状粉末を用いて、第２のペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、Ｐｂを含む化合物（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等）を用いる。この場合、１モルのＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物をイオン交換反応用原料として添加すれば良い。
このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して、適当なフラックス（例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物、ＰｂＣｌ２、ＫＦ等）を１ｗｔ％〜５００ｗｔ％加えて、共晶点・融点に加熱すると、融液中において第１異方形状粉末とイオン交換反応用原料との間でイオン交換反応が起こり、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５からなる第１異方形状粉末を用いて、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルのＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８からなる第１異方形状粉末を用いて、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルのＰｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１からなる第１異方形状粉末を用いて、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルのＰｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４からなる第１異方形状粉末を用いて、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルのＰｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して、適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（４）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｐｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８、Ｐｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１、及び、Ｐｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４の混合物からなる第１異方形状粉末を用いて、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルの混合物に対して、Ｐｂ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して、適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｐｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８、Ｐｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１、及び、Ｐｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４等のビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる第１異方形状粉末を強酸と共にオートクレーブ中で加熱すると、第１異方形状粉末中のＢｉがＨに置換され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。次いで、水素置換された第１異方形状粉末と、Ｐｂ含有化合物とをオートクレーブ中で加熱すると、第１異方形状粉末中のＨがＰｂに置換され、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末が得られる。他の組成の場合も同様である。
なお、反応条件によっては、置換反応が完全に進行せず、部分的に止まる場合がある。そのような場合には、イオン交換反応用原料を化学量論量より過剰に加え、及び／又は、第１異方形状粉末とイオン交換反応用原料との反応を、再度繰り返すのが好ましい。
次に、除去工程について説明する。「除去工程」は、イオン交換工程で得られた混合物から必要に応じて湯せん等によりフラックスを取り除いた後、第１異方形状粉末から排出された余剰成分（イオン交換反応用原料を過剰に加える場合には、残留したイオン交換反応用原料を含む）を熱的又は化学的に除去する工程である。
ここで、「余剰成分を熱的に除去する」とは、第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末と余剰成分との混合物を加熱し、余剰成分を融液又気体として除去することをいう。この方法は、第２のペロブスカイト型化合物と余剰成分の融点又は蒸気圧の差が大きい場合に有効な方法である。
ここで、「余剰成分を熱的に除去する」とは、第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末と余剰成分との混合物を加熱し、余剰成分を融液又気体として除去することをいう。この方法は、第２のペロブスカイト型化合物と余剰成分の融点又は蒸気圧の差が大きい場合に有効な方法である。
例えば、余剰成分が酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）単相である場合、イオン交換工程で得られた混合物を大気中又は減圧雰囲気下において、８００℃以上１３００℃以下で加熱するのが好ましい。加熱温度は、さらに好ましくは、１０００℃以上１２００℃以下である。加熱時間は、加熱雰囲気、加熱温度等に応じて、最適な温度を選択する。
また、「余剰成分を化学的に除去する」とは、イオン交換工程で得られた混合物を余剰成分のみを侵蝕させる性質を有する処理液中に入れ、余剰成分を溶解させることをいう。この方法は、処理液に対する第２のペロブスカイト型化合物と余剰成分との溶解度の差が大きい場合に有効な方法である。
例えば、余剰成分が酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）単相である場合、処理液は、硝酸、塩酸等の酸溶液を用いるのが好ましい。特に、硝酸は、酸化ビスマスを主成分とする余剰成分を化学的に抽出する処理液として好適である。
次に、本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法の作用について説明する。第２のペロブスカイト型化合物は、結晶格子の異方性が小さいので、直接、異方形状粉末を合成するのは困難である。また、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末を直接、合成することも困難である。
これに対し、層状化合物は、結晶格子の異方性が大きいので、形状異方性を有する粉末を直接合成するのは容易である。また、層状化合物の内、ある種の化合物からなる第１異方形状粉末の発達面は、第２のペロブスカイト型化合物の｛１００｝面との間に良好な格子整合性を有している。さらに、第２のペロブスカイト型化合物は、一般に、層状化合物に比して熱力学的に安定である。
そのため、層状化合物からなり、かつ、その発達面が第２のペロブスカイト型化合物の特定の結晶面と格子整合性を有する第１異方形状粉末と反応用原料とを、適当な溶液又は融液中で反応させると、第１異方形状粉末が反応性テンプレートとして機能し、第１異方形状粉末の配向方位を継承した第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を容易に合成することができる。
また、第１異方形状粉末（ＡＢ）及びイオン交換反応用原料（Ｃ）の組成を最適化すると、両者の間でイオン交換反応が起こり、目的とする第２のペロブスカイト型化合物（ＡＣ）と、余剰成分（Ｂ）との混合物が得られる。そのため、実質的に余剰成分（Ｂ）を含まない第２のペロブスカイト型化合物（ＡＣ）からなる異方形状粉末を合成することができる。
特に、第１異方形状粉末が（４）式に示すビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる場合には、イオン交換反応時に第１異方形状粉末からＢｉが排出され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。しかも、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分は、熱的又は化学的な除去が極めて容易である。そのため、得られた反応物から余剰成分を除去すれば、実質的にＢｉを含まず、第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末が得られる。
特に、第１異方形状粉末が（４）式に示すビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる場合には、イオン交換反応時に第１異方形状粉末からＢｉが排出され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。しかも、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分は、熱的又は化学的な除去が極めて容易である。そのため、得られた反応物から余剰成分を除去すれば、実質的にＢｉを含まず、第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末が得られる。
次に、本発明に係る結晶配向セラミックスの製造方法について説明する。本発明に係る結晶配向セラミックスの製造方法は、混合工程と、成形工程と、焼結工程とを備えている。
初めに、混合工程について説明する。「混合工程」とは、異方形状粉末と、マトリックス化合物粉末とを混合する工程をいう。また、「異方形状粉末」とは、上述したように、（３）式で表される第２のペロブスカイト型化合物からなり、その発達面が擬立方｛１００｝面からなるものをいう。
なお、成形時における異方形状粉末の配向を容易化するためには、異方形状粉末は、少なくともその厚さ（ｔａ）に対する発達面の最大長さ（Ｗａ）のアスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が２以上が好ましい点、及び、少なくともその最大長さ（Ｗａ）は、１００μｍ以下が好ましい点は、上述したとおりである。また、混合工程においては、このような条件を満たす１種類の異方形状粉末を用いても良く、あるいは、２種以上を組み合わせて用いても良い。さらに、異方形状粉末は、作成しようとする結晶配向セラミックスと同一組成を有するものであっても良く、あるいは、作成しようとする結晶配向セラミックスを構成する端成分のいずれか１以上と同一組成を有するものであっても良い。
「マトリックス化合物粉末」とは、異方形状粉末と反応し、又は反応することなく、（１）式で表される第１のペロブスカイト型化合物となるものをいう。マトリックス化合物粉末の組成は、異方形状粉末を構成する第２のペロブスカイト型化合物の組成、及び、作製しようとする第１のペロブスカイト型化合物の組成に応じて定まる。また、また、マトリックス化合物粉末の形態は、特に限定されるものではなく、酸化物粉末、複合酸化物粉末、水酸化物粉末、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩等の塩、アルコキシド等を用いることができる。
例えば、ＰｂＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製する場合において、異方形状粉末として、ＰｂＴｉＯ３からなる板状粉末を用いるときには、マトリックス化合物粉末として、ＰｂＴｉＯ３からなる微粉末を用いても良い。あるいは、Ｐｂ及びＴｉの少なくとも１つの元素を含む化合物からなる微粉末の混合物であって、これらが固相反応することによってＰｂＴｉＯ３が生成するように、化学量論比で配合されたものを用いても良い。
また、例えば、(Ｂａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製する場合において、異方形状粉末として、ＰｂＴｉＯ３からなる板状粉末を用いるときには、マトリックス化合物粉末として、ＢａＴｉＯ３からなる微粉末を用いても良い。あるいは、Ｐｂ、Ｔｉ及びＢａの少なくとも１つの元素を含む化合物からなる微粉末の混合物であって、これらと異方形状粉末とが固相反応することによって(Ｂａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３が生成するように、化学量論比で配合されたものを用いても良い。他の組成を有する結晶配向セラミックスを作製する場合も同様である。
なお、異方形状粉末を構成する第２のペロブスカイト型化合物と、結晶配向セラミックスを構成する第１のペロブスカイト型化合物の組成が異なる場合、マトリックス化合物粉末中に、第１のペロブスカイト型化合物からなる微粉末が含まれていても良い。また、混合工程においては、所定の比率で配合された異方形状粉末及びマトリックス化合物粉末に対して、さらに、焼結助剤（例えば、ＭｎＯ２、ＣｕＯ等）を添加しても良い。出発原料に対して、第１のペロブスカイト型化合物からなる微粉末や焼結助剤を添加すると、焼結体の緻密化がさらに容易化するという利点がある。
また、異方形状粉末とマトリックス化合物粉末とを混合する場合において、異方形状粉末の配合比率が小さくなりすぎると、擬立方｛１００｝面の配向度が低下する場合がある。従って、異方形状粉末の配合比率は、要求される焼結体密度及び配向度に応じて、最適な比率を選択するのが好ましい。
擬立方｛１００｝面の配向度が１０％以上である結晶配向セラミックスを得るためには、異方形状粉末の配合比率は、結晶配向セラミックスに含まれる第１のペロブスカイト型化合物のＢサイトイオンの０．００１ａｔ％以上が、異方形状粉末から供給されるような比率とするのが好ましい。異方形状粉末の配合比率は、好ましくは、Ｂサイトイオンの２ａｔ％以上であり、さらに好ましくは、Ｂサイトイオンの５ａｔ％以上である。
さらに、異方形状粉末及びマトリックス化合物粉末、並びに、必要に応じて配合される焼結助剤の混合は、乾式で行っても良く、あるいは、水、アルコール等の適当な分散媒を加えて湿式で行っても良い。さらに、この時、必要に応じてバインダ及び／又は可塑剤を加えても良い。
次に、成形工程について説明する。成形工程は、混合工程で得られた混合物を、異方形状粉末の発達面が配向するように成形する工程である。この場合、異方形状粉末が面配向するように成形しても良く、あるいは、軸配向するように成形しても良い。
成形方法については、異方形状粉末を配向させることが可能な方法であれば良く、特に限定されるものではない。異方形状粉末を面配向させる成形方法としては、具体的には、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法等が好適な一例として挙げられる。また、異方形状粉末を軸配向させる成形方法としては、具体的には、押出成形法、遠心成形法等が好適な一例として挙げられる。
また、異方形状粉末が面配向した成形体（以下、これを「面配向成形体」という。）の厚さを増したり、配向度を上げるために、面配向成形体に対し、さらに積層圧着、プレス、圧延などの処理（以下、これを「面配向処理」という。）を行っても良い。この場合、面配向成形体に対して、いずれか１種類の面配向処理を行っても良く、あるいは、２種以上の面配向処理を行っても良い。また、面配向成形体に対して、１種類の面配向処理を複数回繰り返り行っても良く、あるいは、２種以上の配向処理をそれぞれ複数回繰り返し行っても良い。
次に、焼結工程について説明する。焼結工程は、成形工程で得られた成形体を加熱し、焼結させる工程である。異方形状粉末とマトリックス化合物粉末とを含む成形体を所定の温度に加熱すると、異方形状粉末がテンプレートとして機能し、第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶が生成及び成長し、これと同時に、生成した第１のペロブスカイト型化合物の焼結が進行する。
加熱温度は、異方形状結晶の成長及び／又は焼結が効率よく進行し、かつ、目的とする組成を有する化合物が生成するように、使用する異方形状粉末、マトリックス化合物粉末、作製しようとする結晶配向セラミックスの組成等に応じて最適な温度を選択すればよい。
最適な加熱温度は、第１のペロブスカイト型化合物の組成に応じて異なる。例えば、ＰｂＴｉＯ３からなる異方形状粉末及びＰｂＴｉＯ３からなるマトリックス化合物粉末を用いてＰｂＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを製造する場合、加熱温度は、９００℃以上１７００℃以下が好ましい。また、加熱は、大気中、酸素中、減圧下又は真空下のいずれの雰囲気下で行っても良い。さらに、加熱時間は、所定の焼結体密度が得られるように、加熱温度に応じて最適な時間を選択すればよい。
加熱方法は、常圧焼結法、あるいは、ホットプレス、ホットフォージング、ＨＩＰ等の加圧焼結法のいずれを用いても良く、結晶配向セラミックスの組成、用途等に応じて、最適な方法を選択することができる。
なお、バインダを含む成形体の場合、焼結工程の前に、脱脂を主目的とする熱処理を行っても良い。この場合、脱脂の温度は、少なくともバインダを熱分解させるに十分な温度であれば良い。３００℃〜５００℃が好適である。但し、原料中に揮発しやすい物（例えば、Ｎａ化合物）が含まれる場合、脱脂は、５００℃以下で行うのが好ましい。
また、配向成形体の脱脂を行うと、配向成形体中の異方形状粉末の配向度が低下したり、あるいは、配向成形体に体積膨張が発生する場合がある。このような場合には、脱脂を行った後、熱処理を行う前に、配向成形体に対して、さらに静水圧（ＣＩＰ）処理を行うのが好ましい。脱脂後の成形体に対して、さらに静水圧処理を行うと、脱脂に伴う配向度の低下、あるいは、配向成形体の体積膨張に起因する焼結体密度の低下を抑制できるという利点がある。また、焼結体密度及び配向度をさらに高めるために、熱処理後の焼結体に対してさらにホットプレスを行う方法も有効である。
次に、本実施の形態に係る結晶配向セラミックスの製造方法の作用について説明する。異方形状粉末及びマトリックス化合物粉末を混合し、これを異方形状粉末に対して一方向から力が作用するような成形方法を用いて成形すると、異方形状粉末に作用するせん断応力によって異方形状粉末が成形体中に配向する。このような成形体を所定の温度で加熱すると、異方形状粉末とマトリックス化合物粉末とが反応し、又は反応することなく、第１のペロブスカイト型化合物が生成する。
この時、異方形状粉末の発達面と第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面との間には格子整合性があるので、異方形状粉末の発達面が、生成した第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面として継承される。そのため、焼結体中には、擬立方｛１００｝面が一方向に配向した状態で、第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶が生成する。
層状化合物からなる異方形状粉末を反応性テンプレートとして用いて、ペロブスカイト型化合物を生成させる従来の方法は、異方形状粉末及びその他の原料に含まれるすべてのＡサイト元素及びＢサイト元素を含むペロブスカイト型化合物からなる結晶配向セラミックス又は異方形状粉末のみが製造可能である。
一方、反応性テンプレートとして用いる異方形状粉末の材質は、結晶格子の異方性の大きく、かつ、ペロブスカイト型化合物との間に格子整合性を有するものであることが必要であるが、作製しようとするペロブスカイト型化合物の組成によっては、このような条件を満たす材料が存在しないか、あるいは、その探索に著しい困難を伴う場合がある。従って、従来の方法では、得られる結晶配向セラミックスの組成制御、特に、Ａサイト元素の組成制御には限界があった。
これに対し、まず、異方形状粉末の合成が容易な層状化合物からなる第１異方形状粉末を合成し、この第１異方形状粉末を反応性テンプレートとして用い、かつ、これと反応させるイオン交換反応用原料の組成を最適化すると、不要なＡサイト元素を含まない第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末を合成することができる。次いで、このようにして得られた異方形状粉末を成形体中に配向させ、所定の温度で加熱すると、不要なＡサイト元素を含まない第１のペロブスカイト型化合物からなり、かつ擬立方｛１００｝面が配向した結晶配向セラミックスが得られる。
本実施の形態に係る製造方法は、通常のセラミックスプロセスをそのまま利用できるので、結晶格子の異方性の小さい第１のペロブスカイト型化合物であっても、擬立方｛１００｝面が高い配向度で配向した結晶配向セラミックスを容易かつ安価に製造することができる。また、このようにして得られた結晶配向セラミックスは、多結晶体であるので、単結晶に比べて、強度、破壊靱性等に優れている。
また、異方形状粉末として、作製しようとする結晶配向セラミックスと同一又は類似の結晶構造を有しているものを用いているので、異なる結晶構造を有する異方形状粉末を反応性テンプレートとして用いた場合に比べて、容易に高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。すなわち、異方形状粉末の配合比率が相対的に少ない場合であっても、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る結晶配向セラミックスについて説明する。本実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、少なくともＣａ及びＴｉを含む第１のペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなり、該多結晶体を構成する各結晶粒の擬立方｛１００｝面が配向していることを特徴とする。
第１のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（５）式に示す一般式で表すことができる。
(ＣａｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（５）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素（Ｐｂを除く）。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
第１のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（５）式に示す一般式で表すことができる。
(ＣａｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（５）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素（Ｐｂを除く）。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
本実施の形態において、第１のペロブスカイト型化合物は、Ａサイト元素として、少なくともＣａを含むものからなる。この場合、Ａサイト元素は、Ｃａのみからなるものであっても良く、あるいは、Ｃａ以外のＡサイト元素（元素Ａ’）が含まれていても良い。元素Ａ’の種類は、特に限定されるものではなく、少なくとも２価の金属元素であればよい。元素Ａ’としては、具体的には、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ等が挙げられる。
また、第１のペロブスカイト型化合物は、Ｂサイト元素として、少なくともＴｉを含むものからなる。この場合、Ｂサイト元素は、Ｔｉのみからなるものであっても良く、あるいは、Ｔｉ以外のＢサイト元素（元素Ｂ’）が含まれていても良い。元素Ｂ’の種類は、特に限定されるものではなく、少なくとも４価の金属元素であればよい。元素Ｂ’としては、具体的には、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ等が挙げられる。
（５）式で表される第１のペロブスカイト型化合物としては、具体的には、ＣａＴｉＯ３、(Ｃａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３、(Ｃａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３、(Ｃａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｓｎ)Ｏ３、(Ｃａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ)Ｏ３等が挙げられる。
また、本実施の形態において、「第１のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、結晶配向セラミックス中に第１のペロブスカイト型化合物がモル分量で９０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。本実施の形態に係る結晶配向セラミックスは、第１のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。
このような「他の元素」としては、具体的には、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ等がある。また、「他の相」としては、具体的には、後述する製造方法や使用する出発原料に起因する添加物、焼結助剤、副生成物、不純物等（例えば、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＮｉＯ等）が一例として挙げられる。圧電特性等に悪影響を及ぼすおそれのある他の元素又は他の相の含有量は、少ないほど良い。
「擬立方｛１００｝面が配向している」とは、（５）式で表される第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面が面配向していること、又は、軸配向していることをいう。特定の結晶面を面配向させる場合において、高い特性を得るためには、上述した（２）式で表されるロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)は、１０％以上が好ましく、さらに好ましくは５０％以上である。また、後述する製造方法を用いると、平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)が９０％を越える結晶配向セラミックスであっても製造することができる。
その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態に係る結晶配向セラミックスを、誘電素子、マイクロ波誘電素子、熱電素子、焦電素子、磁気抵抗素子、磁性素子、圧電素子、電界駆動変位素子、超伝導素子、抵抗素子、電子伝導素子、イオン伝導性素子、ＰＴＣサーミスタ素子、ＮＴＣサーミスタ素子等に応用すれば、高い性能を有する各種素子を得ることができる。
次に、本実施の形態に係る結晶配向セラミックスの製造に用いられる異方形状粉末について説明する。
本実施の形態に係る異方形状粉末は、少なくともＣａ及びＴｉを含む第２のペロブスカイト型化合物を主相とするものからなる。第２のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（６）式に示す一般式で表すことができる。
(ＣａｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（６）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
本実施の形態に係る異方形状粉末は、少なくともＣａ及びＴｉを含む第２のペロブスカイト型化合物を主相とするものからなる。第２のペロブスカイト型化合物は、具体的には、次の（６）式に示す一般式で表すことができる。
(ＣａｘＡ'１−ｘ)(ＴｉｙＢ'１−ｙ)Ｏ３ ・・・（６）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
この場合、異方形状粉末を構成する第２のペロブスカイト型化合物は、作製しようとする結晶配向セラミックスを構成する第１のペロブスカイト型化合物と同一組成を有するものであっても良く、あるいは、異なる組成を有しているものであっても良い。
また、「第２のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、異方形状粉末中に第２のペロブスカイト型化合物がモル分量で９０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。異方形状粉末は、第２のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。
また、「第２のペロブスカイト型化合物を主相とする」とは、異方形状粉末中に第２のペロブスカイト型化合物がモル分量で９０ｍｏｌ％以上含まれていることを言う。異方形状粉末は、第２のペロブスカイト型化合物のみからなることが望ましいが、ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。
なお、第２のペロブスカイト型化合物のその他の点については、第１のペロブスカイト型化合物と同様であるので、説明を省略する。
また、本実施の形態において、異方形状粉末は、その発達面が第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面からなるものが用いられる点、及び、異方形状粉末は、成形時に一定の方向に配向させることが容易な形状を有しているものが用いられる点は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
また、本実施の形態において、異方形状粉末は、その発達面が第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面からなるものが用いられる点、及び、異方形状粉末は、成形時に一定の方向に配向させることが容易な形状を有しているものが用いられる点は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施の形態に係る結晶配向セラミックスを製造するために用いられる異方形状粉末としては、具体的には、擬立方｛１００｝面を発達面とするＣａＴｉＯ３粉末、Ｃａ(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３粉末、(Ｃａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３粉末、(Ｃａ、Ｐｂ)(Ｔｉ、Ｚｒ)Ｏ３粉末等が挙げられる。高い配向度を有する結晶配向セラミックスを得るためには、異方形状粉末は、作成しようとする結晶配向セラミックスと同一組成を有するものを用いるのが好ましい。また、作成しようとする結晶配向セラミックスが２以上の成分を含む固溶体からなる場合、異方形状粉末は、いずれか１以上の端成分からなるものを用いても良い。
さらに、このような条件を満たす異方形状粉末は、種々の方法により製造することができるが、後述する本発明に係る方法（Topochemical Microcrystal Conversion：ＴＭＣ変換法）により得られる粉末が特に好適である。本発明に係る方法により得られた異方形状粉末は、他の方法を用いて得られる異方形状粉末に比べて、目的とするセラミック組成と同じ組成の板状粉末が製造でき、少ないテンプレート量により結晶配向セラミックスを作ることができ、また少ないテンプレートのために焼結性が向上する（低温、かつ短時間で高密度化できる）という利点がある。
次に、本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法について説明する。本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法は、合成工程と、イオン交換工程と、除去工程とを備えている。
「合成工程」は、第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして用いられる第１異方形状粉末を合成する工程である。
第１異方形状粉末が本発明に係る異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして機能するためには、以下の条件を備えている必要がある。
（１） 第１異方形状粉末は、層状結晶構造を有する層状化合物からなること。
（２） 第１異方形状粉末は、その発達面が（６）式に示す第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有していること。
（３） 第１異方形状粉末は、成形時に一方向に配向させることが容易な形状を有していることが望ましいこと。
これらの点の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
第１異方形状粉末が本発明に係る異方形状粉末を合成するための反応性テンプレートとして機能するためには、以下の条件を備えている必要がある。
（１） 第１異方形状粉末は、層状結晶構造を有する層状化合物からなること。
（２） 第１異方形状粉末は、その発達面が（６）式に示す第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有していること。
（３） 第１異方形状粉末は、成形時に一方向に配向させることが容易な形状を有していることが望ましいこと。
これらの点の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
このような条件を満たす層状化合物には、種々の化合物があるが、中でも、少なくともＢｉ及びＴｉを含む層状化合物、あるいは、次の（７）式に示す一般式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物が好適である。特に、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、その｛００１｝面（（Ｂｉ２Ｏ２)２＋層に平行な面）の表面エネルギーが他の結晶面の表面エネルギーより小さいので、｛００１｝面を発達面とする異方形状粉末を比較的容易に合成できる。
また、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物の｛００１｝面は、第２のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面との間に極めて良好な格子整合性を有している。さらに、後述するイオン交換反応用原料の組成を最適化することによって、イオン交換反応時にＢｉを余剰成分として排出することができるので、Ａサイト元素として実質的にＢｉを含まない第２のペロブスカイト型化合物を合成できる。しかも、排出されたＢｉ含有化合物は、比較的容易に除去することができる。そのため、ビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、第１異方形状粉末を構成する材料として特に好適である。
(Ｂｉ２Ｏ２)２＋(Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１)２− ・・・（７）
（但し、Ａは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｐｂ２＋、Ｃａ２＋及びＢｉ３＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ３＋、Ｔｉ４＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、及び、Ｗ６＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ＋及び／又はＫ＋とＢｉ３＋の双方のみからなり、かつＢがＮｂ５＋のみからなるものを除く。）
（但し、Ａは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｐｂ２＋、Ｃａ２＋及びＢｉ３＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ３＋、Ｔｉ４＋、Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋、及び、Ｗ６＋から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ＋及び／又はＫ＋とＢｉ３＋の双方のみからなり、かつＢがＮｂ５＋のみからなるものを除く。）
（７）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物は、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３と表すこともできる。このようなビスマス層状ペロブスカイト型化合物としては、具体的には、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１４、Ｃａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８等が挙げられる。また、これらの中でも、Ａサイトイオンとして、少なくともＣａ２＋を含むものが好適である。
なお、このような第１異方形状粉末は、成分元素を含む酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を、液体又は加熱により液体となる物質と共に加熱することにより容易に製造することができる。具体的には、所定の原料に適当なフラックス（例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物、ＣａＣｌ２、ＫＦ等）を加えて所定の温度で加熱する方法（フラックス法）、作製しようとする第１異方形状粉末と同一組成を有する不定形粉末をアルカリ水溶液と共にオートクレーブ中で加熱する方法（水熱合成法）等が好適な一例として挙げられる。この場合、第１異方形状粉末のアスペクト比及び平均粒径は、合成条件を適宜選択することにより、制御することができる。
「イオン交換工程」は、合成工程で得られた第１異方形状粉末と、イオン交換反応用原料とを、溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせる工程である。
例えば、（７）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２からなる第１異方形状粉末を用いて、第２のペロブスカイト型化合物の一種であるＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、Ｃａを含む化合物（酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等）を用いる。この場合、１モルのＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２に対して、Ｃａ原子３モルに相当するＰｂ含有化合物をイオン交換反応用原料として添加すれば良い。
このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して、適当なフラックス（例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌとＫＣｌの混合物、ＣａＣｌ２、ＫＦ等）を１ｗｔ％〜５００ｗｔ％加えて、共晶点・融点に加熱すると、融液中において第１異方形状粉末とイオン交換反応用原料との間でイオン交換反応が起こり、ＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、（７）式で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物の一種であるＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５からなる第１異方形状粉末を用いて、ＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末を合成する場合、イオン交換反応用原料として、１モルのＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５に対して、Ｃａ原子４モルに相当するＰｂ含有化合物を添加すれば良い。このような組成を有する第１異方形状粉末及びイオン交換反応用原料に対して適当なフラックスを加え、適当な温度に加熱すると、ＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末と、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。
また、例えば、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５等のビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる第１異方形状粉末を強酸と共にオートクレーブ中で加熱すると、第１異方形状粉末中のＢｉがＨに置換され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。次いで、水素置換された第１異方形状粉末と、Ｃａ含有化合物とをオートクレーブ中で加熱すると、第１異方形状粉末中のＨがＣａに置換され、ＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末が得られる。他の組成の場合も同様である。
なお、イオン交換工程に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
「除去工程」は、イオン交換工程で得られた混合物から必要に応じて湯せん等によりフラックスを取り除いた後、第１異方形状粉末から排出された余剰成分（イオン交換反応用原料を過剰に加えた場合には、残留したイオン交換反応用原料を含む）を熱的又は化学的に除去する工程である。
除去工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
除去工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
次に、本実施の形態に係る異方形状粉末の製造方法の作用について説明する。第２のペロブスカイト型化合物は、結晶格子の異方性が小さいので、直接、異方形状粉末を合成するのは困難である。また、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末を直接、合成することも困難である。
これに対し、層状化合物は、結晶格子の異方性が大きいので、形状異方性を有する粉末を直接合成するのは容易である。また、層状化合物の内、ある種の化合物からなる第１異方形状粉末の発達面は、第２のペロブスカイト型化合物の｛１００｝面との間に良好な格子整合性を有している。さらに、第２のペロブスカイト型化合物は、一般に、層状化合物に比して熱力学的に安定である。
そのため、層状化合物からなり、かつ、その発達面が第２のペロブスカイト型化合物の特定の結晶面と格子整合性を有する第１異方形状粉末と反応用原料とを、適当な溶液又は融液中で反応させると、第１異方形状粉末が反応性テンプレートとして機能し、第１異方形状粉末の配向方位を継承した第２のペロブスカイト型化合物からなる異方形状粉末を容易に合成することができる。
また、第１異方形状粉末（ＡＢ）及びイオン交換反応用原料（Ｃ）の組成を最適化すると、両者の間でイオン交換反応が起こり、目的とする第２のペロブスカイト型化合物（ＡＣ）と、余剰成分（Ｂ）との混合物が得られる。そのため、実質的に余剰成分（Ｂ）を含まない第２のペロブスカイト型化合物（ＡＣ）からなる異方形状粉末を合成することができる。
特に、第１異方形状粉末が（７）式に示すビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる場合には、イオン交換反応時に第１異方形状粉末からＢｉが排出され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。しかも、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分は、熱的又は化学的な除去が極めて容易である。そのため、得られた反応物から余剰成分を除去すれば、実質的にＢｉを含まず、第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末が得られる。
特に、第１異方形状粉末が（７）式に示すビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる場合には、イオン交換反応時に第１異方形状粉末からＢｉが排出され、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分が生成する。しかも、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする余剰成分は、熱的又は化学的な除去が極めて容易である。そのため、得られた反応物から余剰成分を除去すれば、実質的にＢｉを含まず、第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ、擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末が得られる。
次に、本発明に係る結晶配向セラミックスの製造方法について説明する。本発明に係る結晶配向セラミックスの製造方法は、混合工程と、成形工程と、焼結工程とを備えている。
「混合工程」とは、異方形状粉末と、マトリックス化合物粉末とを混合する工程をいう。「異方形状粉末」とは、（６）式で表される第２のペロブスカイト型化合物からなり、その発達面が擬立方｛１００｝面からなるものをいう。
なお、異方形状粉末に関するその他の点及びマトリックス化合物粉末については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、異方形状粉末に関するその他の点及びマトリックス化合物粉末については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
例えば、ＣａＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製する場合において、異方形状粉末として、ＣａＴｉＯ３からなる板状粉末を用いるときには、マトリックス化合物粉末として、ＣａＴｉＯ３からなる微粉末を用いても良い。あるいは、Ｃａ及びＴｉの少なくとも１つの元素を含む化合物からなる微粉末の混合物であって、これらが固相反応することによってＣａＴｉＯ３が生成するように、化学量論比で配合されたものを用いても良い。
また、例えば、(Ｃａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製する場合において、異方形状粉末として、ＣａＴｉＯ３からなる板状粉末を用いるときには、マトリックス化合物粉末として、ＰｂＴｉＯ３からなる微粉末を用いても良い。あるいは、Ｃａ、Ｔｉ及びＰｂの少なくとも１つの元素を含む化合物からなる微粉末の混合物であって、これらと異方形状粉末とが固相反応することによって(Ｃａ、Ｐｂ)ＴｉＯ３が生成するように、化学量論比で配合されたものを用いても良い。他の組成を有する結晶配向セラミックスを作製する場合も同様である。
混合工程に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
混合工程に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
「成形工程」は、混合工程で得られた混合物を、異方形状粉末の発達面が配向するように成形する工程である。
成形工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
成形工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
「焼結工程」は、成形工程で得られた成形体を加熱し、焼結させる工程である。異方形状粉末とマトリックス化合物粉末とを含む成形体を所定の温度に加熱すると、異方形状粉末がテンプレートとして機能し、第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶が生成及び成長し、これと同時に、生成した第１のペロブスカイト型化合物の焼結が進行する。
加熱温度は、異方形状結晶の成長及び／又は焼結が効率よく進行し、かつ、目的とする組成を有する化合物が生成するように、使用する異方形状粉末、マトリックス化合物粉末、作製しようとする結晶配向セラミックスの組成等に応じて最適な温度を選択すればよい。
最適な加熱温度は、第１のペロブスカイト型化合物の組成に応じて異なる。例えば、ＣａＴｉＯ３からなる異方形状粉末及びＣａＴｉＯ３からなるマトリックス化合物粉末を用いてＣａＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを製造する場合、加熱温度は、９００℃以上１７００℃以下が好ましい。また、加熱は、大気中、酸素中、減圧下又は真空下のいずれの雰囲気下で行っても良い。さらに、加熱時間は、所定の焼結体密度が得られるように、加熱温度に応じて最適な時間を選択すればよい。
焼結工程に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
焼結工程に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
次に、本実施の形態に係る結晶配向セラミックスの製造方法の作用について説明する。異方形状粉末及びマトリックス化合物粉末を混合し、これを異方形状粉末に対して一方向から力が作用するような成形方法を用いて成形すると、異方形状粉末に作用するせん断応力によって異方形状粉末が成形体中に配向する。このような成形体を所定の温度で加熱すると、異方形状粉末とマトリックス化合物粉末とが反応し、又は反応することなく、第１のペロブスカイト型化合物が生成する。
この時、異方形状粉末の発達面と第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面との間には格子整合性があるので、異方形状粉末の発達面が、生成した第１のペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面として継承される。そのため、焼結体中には、擬立方｛１００｝面が一方向に配向した状態で、第１のペロブスカイト型化合物からなる異方形状結晶が生成する。
層状化合物からなる異方形状粉末を反応性テンプレートとして用いて、ペロブスカイト型化合物を生成させる従来の方法は、異方形状粉末及びその他の原料に含まれるすべてのＡサイト元素及びＢサイト元素を含むペロブスカイト型化合物からなる結晶配向セラミックス又は異方形状粉末のみが製造可能である。
一方、反応性テンプレートとして用いる異方形状粉末の材質は、結晶格子の異方性の大きく、かつ、ペロブスカイト型化合物との間に格子整合性を有するものであることが必要であるが、作製しようとするペロブスカイト型化合物の組成によっては、このような条件を満たす材料が存在しないか、あるいは、その探索に著しい困難を伴う場合がある。従って、従来の方法では、得られる結晶配向セラミックスの組成制御、特に、Ａサイト元素の組成制御には限界があった。
これに対し、まず、異方形状粉末の合成が容易な層状化合物からなる第１異方形状粉末を合成し、この第１異方形状粉末を反応性テンプレートとして用い、かつ、これと反応させるイオン交換反応用原料の組成を最適化すると、不要なＡサイト元素を含まない第２のペロブスカイト型化合物からなり、かつ擬立方｛１００｝面を発達面とする異方形状粉末を合成することができる。次いで、このようにして得られた異方形状粉末を成形体中に配向させ、所定の温度で加熱すると、不要なＡサイト元素を含まない第１のペロブスカイト型化合物からなり、かつ擬立方｛１００｝面が配向した結晶配向セラミックスが得られる。
本発明に係る製造方法は、通常のセラミックスプロセスをそのまま利用できるので、結晶格子の異方性の小さい第１のペロブスカイト型化合物であっても、擬立方｛１００｝面が高い配向度で配向した結晶配向セラミックスを容易かつ安価に製造することができる。また、このようにして得られた結晶配向セラミックスは、多結晶体であるので、単結晶に比べて、強度、破壊靱性等に優れている。
また、異方形状粉末として、作製しようとする結晶配向セラミックスと同一又は類似の結晶構造を有しているものを用いているので、異なる結晶構造を有する異方形状粉末を反応性テンプレートとして用いた場合に比べて、容易に高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。すなわち、異方形状粉末の配合比率が相対的に少ない場合であっても、高い配向度を有する結晶配向セラミックスが得られる。
（参考例１）
化学量論比でＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５（以下、これを「ＰＢＩＴ」という。）組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、９５０℃×２ｈの条件下で加熱し、ＰＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＰＢＩＴ粉末を得た。得られたＰＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。得られた粉末の結晶相をＸ線回折で測定したところ、ＰＢＩＴとＰｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８（以下、これを「Ｐ２ＢＩＴ」という）の混合相であることがわかった。
化学量論比でＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５（以下、これを「ＰＢＩＴ」という。）組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、９５０℃×２ｈの条件下で加熱し、ＰＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＰＢＩＴ粉末を得た。得られたＰＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。得られた粉末の結晶相をＸ線回折で測定したところ、ＰＢＩＴとＰｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８（以下、これを「Ｐ２ＢＩＴ」という）の混合相であることがわかった。
次に、このＰＢＩＴ板状粉末に対して、ＰｂＴｉＯ３及び余剰成分であるＢｉ２Ｏ３を生成させるに必要な量以上のＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ。ｘ＝４／３）を加えて混合し、さらに、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加した。次いで、この混合物を白金るつぼに入れ、９５０℃×４ｈの条件下で加熱した。これにより、トポケミカル結晶変換（以下、これを「ＴＭＣ（Topochemical Mycrocrystal Conversion）変換」という。）が起こり、白金るつぼ中には、ＰｂＴｉＯ３とＢｉ２Ｏ３と過剰のＰｂＯの混合物が生成した。
次に、ＴＭＣ変換によって得られた反応物からフラックスを取り除いた後、これを２．５ＮのＨＮＯ３中に１ｈ浸漬し、余剰成分として生成したＢｉ２Ｏ３とＰｂＯを溶解させた。さらに、この溶液を濾過してＰｂＴｉＯ３粉末を分離し、８０℃のイオン交換水で洗浄した。得られたＰｂＴｉＯ３粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗａ）が約１０μｍである板状粉末であった。次の化１の式に、理想的なＰｂＴｉＯ３板状粉末の合成反応式を示す。
なお、本参考例のように、板状粉末（第１異方形状粉末）が複数のビスマス層状ペロブスカイト型化合物の混合相になった場合であっても、所定量のＰｂＯ（イオン交換反応用原料）と反応させることによって目的とする組成を有する板状粉末（異方形状粉末）を得ることができる。次の化２の式に、ＰＢＩＴ、Ｐ２ＢＩＴ、Ｐｂ３Ｂｉ４Ｔｉ６Ｏ２１（Ｐ３ＢＩＴ）及びＰｂ４Ｂｉ４Ｔｉ７Ｏ２４（Ｐ４ＢＩＴ）の混合相からなる板状粉末からＰｂＴｉＯ３板状粉末を合成する際のＴＭＣ変換反応及び不純物除去反応の反応式を示す。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＳＥＭ写真を示す。図１より、本発明に係る方法により、アスペクト比の大きな板状粉末が得られていることがわかる。
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図３（ａ）及び図３（ｂ）に、それぞれ、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．４３０９７２、１４０２７８、３５０００７、３４１３１２（ＰＢＩＴ、Ｐ２ＢＩＴ、Ｐ３ＢＩＴ、及び、Ｐ４ＢＩＴ）のパターンと、同じくＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．０６０４５２（ＰｂＴｉＯ３）のパターンを示す。
図２及び図３より、ＰＢＩＴとＰ２ＢＩＴの混合相からなるＰＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＰｂＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、ＰＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図３（ａ）及び図３（ｂ）に、それぞれ、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．４３０９７２、１４０２７８、３５０００７、３４１３１２（ＰＢＩＴ、Ｐ２ＢＩＴ、Ｐ３ＢＩＴ、及び、Ｐ４ＢＩＴ）のパターンと、同じくＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．０６０４５２（ＰｂＴｉＯ３）のパターンを示す。
図２及び図３より、ＰＢＩＴとＰ２ＢＩＴの混合相からなるＰＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＰｂＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、ＰＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
（参考例２）
化学量論比でＰ２ＢＩＴ組成となるように出発原料を配合した以外は、参考例１と同一の手順に従い、Ｐ２ＢＩＴ粉末を合成した。得られたＰ２ＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約８μｍである板状粉末であった。得られた粉末の結晶相をＸ線回折で測定したところ、Ｐ２ＢＩＴの単相であることがわかった。
化学量論比でＰ２ＢＩＴ組成となるように出発原料を配合した以外は、参考例１と同一の手順に従い、Ｐ２ＢＩＴ粉末を合成した。得られたＰ２ＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約８μｍである板状粉末であった。得られた粉末の結晶相をＸ線回折で測定したところ、Ｐ２ＢＩＴの単相であることがわかった。
次に、このＰ２ＢＩＴ板状粉末に対して、ＴＭＣ変換（ｘ＝４／３）及び不純物除去を行い、ＰｂＴｉＯ３粉末を得た。反応条件は、ＰＢＩＴ板状粉末に代えてＰ２ＢＩＴ板状粉末を用いた点、及び、ＴＭＣ変換時の反応条件を９５０℃×８ｈとした点以外は、参考例１と同一とした。得られたＰｂＴｉＯ３粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗａ）が約５μｍである板状粉末であった。次の化３の式に、ＰｂＴｉＯ３板状粉末の合成反応式を示す。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰ２ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＳＥＭ写真を示す。図４より、本発明に係る方法により、アスペクト比の大きな板状粉末が得られていることがわかる。
また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰ２ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。
図５及び図３より、Ｐ２ＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＰｂＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、Ｐ２ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に、それぞれ、合成されたＰ２ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。
図５及び図３より、Ｐ２ＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＰｂＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、Ｐ２ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
（参考例３）
化学量論比でＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（以下、これを「ＢＩＴ」という。）組成となるように、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌ５０ｗｔ％−ＫＣｌ５０ｗｔ％混合物を１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１１００℃×２ｈの条件下で加熱し、ＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＢＩＴ粉末を得た。得られたＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。
化学量論比でＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（以下、これを「ＢＩＴ」という。）組成となるように、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌ５０ｗｔ％−ＫＣｌ５０ｗｔ％混合物を１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１１００℃×２ｈの条件下で加熱し、ＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＢＩＴ粉末を得た。得られたＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。
次に、このＢＩＴ板状粉末に対して、ＰｂＴｉＯ３及び余剰成分であるＢｉ２Ｏ３を生成させるに必要な量以上のＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ。ｘ＝１）を加えて混合し、さらに、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加した。次いで、この混合物を白金るつぼに入れ、９５０℃×８ｈの条件下で加熱した。これにより、ＴＭＣ変換が起こり、白金るつぼ中には、ＰｂＴｉＯ３とＢｉ２Ｏ３と過剰のＰｂＯの混合物が生成した。
次に、ＴＭＣ変換によって得られた反応物からフラックスを取り除いた後、これを２．５ＮのＨＮＯ３中に１ｈ浸漬し、余剰成分として生成したＢｉ２Ｏ３とＰｂＯを溶解させた。さらに、この溶液を濾過してＰｂＴｉＯ３粉末を分離し、８０℃のイオン交換水で洗浄した。得られたＰｂＴｉＯ３粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗａ）が約７μｍである板状粉末であった。次の化４の式に、ＰｂＴｉＯ３板状粉末の合成反応式を示す。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に、それぞれ、合成されたＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＳＥＭ写真を示す。図６より、本発明に係る方法により、アスペクト比の大きな板状粉末が得られていることがわかる。図示はしないが、得られた粉末に対してＸ線回折を行ったところ、１００％単相のＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＰｂＴｉＯ３粉末が得られていることが分かった。なお、ＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
（比較例１）
フラックス法を用いて、ＰｂＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＰｂＴｉＯ３組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、９００℃×２ｈの条件下で加熱した。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＰｂＴｉＯ３粉末を得た。次の化５の式に、フラックス法によるＰｂＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
フラックス法を用いて、ＰｂＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＰｂＴｉＯ３組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、９００℃×２ｈの条件下で加熱した。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＰｂＴｉＯ３粉末を得た。次の化５の式に、フラックス法によるＰｂＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
（比較例２）
固相反応法を用いて、ＰｂＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＰｂＴｉＯ３組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料をルツボに入れ、大気中において９００℃×５時間の条件下で加熱した。冷却後、反応物をボールミルで２４時間粉砕し、ＰｂＴｉＯ３粉末を得た。次の化６の式に、固相合成法によるＰｂＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
固相反応法を用いて、ＰｂＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＰｂＴｉＯ３組成となるように、ＰｂＯ粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料をルツボに入れ、大気中において９００℃×５時間の条件下で加熱した。冷却後、反応物をボールミルで２４時間粉砕し、ＰｂＴｉＯ３粉末を得た。次の化６の式に、固相合成法によるＰｂＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に、それぞれ、フラックス法及び固相合成法により合成されたＰｂＴｉＯ３粉末のＳＥＭ写真を示す。図７より、得られたＰｂＴｉＯ３粉末は、平均粒径が約５μｍ（フラックス法）又は０．５μｍ（固相合成法）、アスペクト比が約１である等方性の粉末であることがわかる。
（参考例４）
図８に示す手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製した。まず、ＰｂＴｉＯ３粉末（（株）高純度化学製、９９．９９％）をジルコニアボールを使い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミル粉砕した。粉砕後の粉末の平均粒径をレーザ散乱粒度分布測定装置（Ｈｏｒｉｂａ、ＬＡ−７００）で測定したところ、０．５μｍであった。これを乾燥した後、非板状ＰｂＴｉＯ３粉末として実験に用いた。
図８に示す手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製した。まず、ＰｂＴｉＯ３粉末（（株）高純度化学製、９９．９９％）をジルコニアボールを使い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミル粉砕した。粉砕後の粉末の平均粒径をレーザ散乱粒度分布測定装置（Ｈｏｒｉｂａ、ＬＡ−７００）で測定したところ、０．５μｍであった。これを乾燥した後、非板状ＰｂＴｉＯ３粉末として実験に用いた。
次に、参考例１で得られたＰｂＴｉＯ３板状粉末（アスペクト比＝約１０）と、非板状ＰｂＴｉＯ３粉末とを１０：９０のモル比で秤量した。この配合比は、Ｂサイトイオンの１０ａｔ％がＰｂＴｉＯ３板状粉末から供給される比に相当する。この秤量した粉末に対し、ＰｂＴｉＯ３に対して１ｍｏｌ％に相当するＭｎＯ２を加え、さらに、５５ｖｏｌ％トルエン＋４５ｖｏｌ％エタノールの混合溶液を、粉末に対する重量比で９０ｗｔ％となるように加えた。さらに、これに対してバインダ（積水化学（株）製、エスレック（登録商標）ＢＨ−３）及び可塑剤（フタル酸ブチル）を、それぞれ、粉末量に対して６ｗｔ％となるように配合した。この混合物をボールミルにより、５時間の湿式混合を行い、スラリーを作製した。
次に、ドクターブレード装置を用いて、スラリーを厚さ１００μｍのテープ状に成形し、乾燥させた。さらに、このテープを２５枚積層して、８０℃×１００ｋｇ／ｃｍ２（９．８ＭＰａ）×１０ｍｉｎの条件で圧着し、厚さ２．３ｍｍの板状成形体を得た。次に、得られた板状成形体を、大気中において、加熱温度：６００℃、加熱時間：２時間、昇温速度：２００℃／ｈ、冷却速度：炉冷の条件下で脱脂した。さらに、これを酸素中において、１１７５℃で１時間の条件で焼結させた。
得られた焼結体について、テープ面と平行な面についてＸ線回折を行った。その結果、図示はしないが、擬立方｛１００｝面が、テープ面に対して平行に、かつ高い配向度で配向していることがわかった。本参考例の場合、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ(１００)は、９６．５％であった。
（比較例３）
ＰｂＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を用いた以外は、参考例４と同一の手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図９に、テープ面と平行な面について測定された焼結体のＸ線回折パターンを示す。図９より、得られた焼結体は、無配向であることがわかる。図９から求めたロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
ＰｂＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を用いた以外は、参考例４と同一の手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図９に、テープ面と平行な面について測定された焼結体のＸ線回折パターンを示す。図９より、得られた焼結体は、無配向であることがわかる。図９から求めたロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
（比較例４）
ＰｂＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例２で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を用いた以外は、参考例４と同一の手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は、無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
ＰｂＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例２で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を用いた以外は、参考例４と同一の手順に従い、ＰｂＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は、無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
次の化７の式に、ＴＭＣ変換により得られた板状粉末をテンプレートとして用いた結晶成長法（ＴＭＣ−ＴＧＧ法）によるセラミックス作製ルート（参考例４）、フラックス法による等方性粉末を用いたセラミックス作製ルート（比較例３）、及び、固相合成法による等方性粉末を用いたセラミックス作製ルート（比較例４）を示す。
（参考例５）
ＰｂＴｉＯ３板状粉末の配合量を、Ｂサイトイオンの０．０１％、０．０５％、０．１％、０．２％、０．５％、１％、５％又は１０％とした以外は、参考例４と同一の条件下で板状成形体を作製した。次いで、板状成形体を参考例４と同一の条件下で脱脂した後、酸素中において、加熱温度：１２００℃〜１２２５℃、保持時間：１時間の条件下で焼結させた。
ＰｂＴｉＯ３板状粉末の配合量を、Ｂサイトイオンの０．０１％、０．０５％、０．１％、０．２％、０．５％、１％、５％又は１０％とした以外は、参考例４と同一の条件下で板状成形体を作製した。次いで、板状成形体を参考例４と同一の条件下で脱脂した後、酸素中において、加熱温度：１２００℃〜１２２５℃、保持時間：１時間の条件下で焼結させた。
得られた焼結体について、テープ面と平行な面についてＸ線回折を行った。図１０〜図１３に、焼結時間が１時間である焼結体のＸ線回折パターンを示す。図１０〜図１３より、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面が、テープ面に平行に、かつ高い配向度で配向していることがわかる。また、図１３（ｂ）に示すように、テンプレート量がＢサイトイオンのわずか０．０１ａｔ％であっても、高い配向度が得られていることがわかる。図２５に、テンプレート量と配向度との関係を示す。
次の表１に、それぞれ、焼結時間を１時間とした場合の、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）を示す。
本参考例において、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、７０％を超えていた。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か０．１ａｔ％であっても、焼結条件を１２１０℃×１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、９８．６３％に達した。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か０．０１％であっても、焼結時間を１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、７７．１％に達した。
表１及び図２５より、平均配向度を１０％以上とするためには、テンプレート量を０．００１ａｔ％以上とすればよいことがわかる。また、平均配向度を４０％以上とするためには、テンプレート量を０．００５％以上とすればよいことがわかる。なお、表１中、かっこ書きされた配向度は、図２５に基づく内挿値を表す。
本参考例において、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、７０％を超えていた。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か０．１ａｔ％であっても、焼結条件を１２１０℃×１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、９８．６３％に達した。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か０．０１％であっても、焼結時間を１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、７７．１％に達した。
表１及び図２５より、平均配向度を１０％以上とするためには、テンプレート量を０．００１ａｔ％以上とすればよいことがわかる。また、平均配向度を４０％以上とするためには、テンプレート量を０．００５％以上とすればよいことがわかる。なお、表１中、かっこ書きされた配向度は、図２５に基づく内挿値を表す。
（参考例６）
参考例５で得られた結晶配向セラミックス（テンプレート量：Ｂサイトイオンの１ａｔ％、焼結温度：１２００℃、保持時間：１時間、擬立方｛１００｝面配向度：９９．３％）、及び、比較例４で得られた無配向セラミックス（固相反応−粉砕法で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を使用。焼結温度：１１７５℃）を、それぞれ、厚み１ｍｍ、直径１１ｍｍに平面研磨、加工した。次いで、円板状試料の上下面にＡｕスパッタ蒸着電極を付け、１５０℃で１０分、１〜６ｋＶ／ｍｍの条件で分極処理を施した。さらに、分極された試料について、比誘電率、圧電電荷出力ｄ３３定数及び圧電電圧出力ｇ３３定数をインピーダンスアナライザ（アジレント、ＨＰ４１９４Ａ）、Ｐｉｅｚｏ−ｄ３３メーター（中国化学院、ＺＪ−４Ｂ）により測定し、圧電特性を比較した。表２に、その結果を示す。また、図１４に、比誘電率の温度依存性を示す。
参考例５で得られた結晶配向セラミックス（テンプレート量：Ｂサイトイオンの１ａｔ％、焼結温度：１２００℃、保持時間：１時間、擬立方｛１００｝面配向度：９９．３％）、及び、比較例４で得られた無配向セラミックス（固相反応−粉砕法で得られた等方性ＰｂＴｉＯ３粉末を使用。焼結温度：１１７５℃）を、それぞれ、厚み１ｍｍ、直径１１ｍｍに平面研磨、加工した。次いで、円板状試料の上下面にＡｕスパッタ蒸着電極を付け、１５０℃で１０分、１〜６ｋＶ／ｍｍの条件で分極処理を施した。さらに、分極された試料について、比誘電率、圧電電荷出力ｄ３３定数及び圧電電圧出力ｇ３３定数をインピーダンスアナライザ（アジレント、ＨＰ４１９４Ａ）、Ｐｉｅｚｏ−ｄ３３メーター（中国化学院、ＺＪ−４Ｂ）により測定し、圧電特性を比較した。表２に、その結果を示す。また、図１４に、比誘電率の温度依存性を示す。
焼結体の相対密度は、いずれも９７％以上と高密度であった。一方、比較例４の圧電電荷出力ｄ３３定数は、４５ｐｍ／Ｖ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であるのに対し、参考例５の圧電電荷出力ｄ３３定数は、１１５．５ｐｍ／Ｖ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であり、比較例４の２．５７倍に大きく向上することが分かった。
また、比較例４の圧電電圧出力ｇ３３定数は、３４．０×１０−３Ｖｍ／Ｎ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であるのに対し、参考例５の圧電電圧出力ｇ３３定数は、１６７．３×１０−３Ｖｍ／Ｎ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であり、比較例４の４．９２倍に大きく向上することがわかった。
また、比較例４の圧電電圧出力ｇ３３定数は、３４．０×１０−３Ｖｍ／Ｎ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であるのに対し、参考例５の圧電電圧出力ｇ３３定数は、１６７．３×１０−３Ｖｍ／Ｎ（分極電界６ｋＶ／ｍ）であり、比較例４の４．９２倍に大きく向上することがわかった。
圧電電荷出力ｄ３３定数は、加速度センサにおいて、電荷出力回路を使用した場合の出力電圧に比例する。従って、本実施例の結晶配向セラミックスを加速度センサに応用すれば、出力の大きな電荷出力回路型加速度センサを作ることができる。また、圧電電圧出力ｇ３３定数は、加速度センサにおいて、電圧出力回路を使用した場合の出力電圧に比例する。従って、本実施例の結晶配向セラミックスを加速度センサに応用すれば、出力電圧の大きな電圧出力回路型加速度センサを作ることができる。
（実施例１１）
化学量論比でＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５（以下、これを「ＣＢＩＴ」という。）組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１０００℃×４ｈの条件下で加熱し、ＣＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＣＢＩＴ粉末を得た。得られたＣＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約８、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約７μｍである板状粉末であった。
化学量論比でＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５（以下、これを「ＣＢＩＴ」という。）組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１０００℃×４ｈの条件下で加熱し、ＣＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＣＢＩＴ粉末を得た。得られたＣＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約８、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約７μｍである板状粉末であった。
次に、このＣＢＩＴ板状粉末に対して、ＣａＴｉＯ３及び余剰成分であるＢｉ２Ｏ３を生成させるに必要な量のＣａＣＯ３を加えて混合し、さらに、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加した。次いで、この混合物を白金るつぼに入れ、１０５０℃×２ｈの条件下で加熱した。これにより、トポケミカル結晶変換（ＴＭＣ変換）が起こり、白金るつぼ中には、ＣａＴｉＯ３とＢｉ２Ｏ３の混合物が生成した。
次に、ＴＭＣ変換によって得られた反応物からフラックスを取り除いた後、これを２．５ＮのＨＮＯ３中に１ｈ浸漬し、余剰成分として生成したＢｉ２Ｏ３を溶解させた。さらに、この溶液を濾過してＣａＴｉＯ３粉末を分離し、８０℃のイオン交換水で洗浄した。得られたＣａＴｉＯ３粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が約８、発達面の最大長さ（Ｗａ）が約４μｍである板状粉末であった。次の化８の式に、ＣａＴｉＯ３板状粉末の合成反応式を示す。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に、それぞれ、合成されたＣＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末のＳＥＭ写真を示す。図１５より、本発明に係る方法により、アスペクト比の大きな板状粉末が得られていることがわかる。
また、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に、それぞれ、合成されたＣＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図１７（ａ）及び図１７ｂ）に、それぞれ、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．５２１６４０（ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５）のパターンと、同じくＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．４２０４２３（ＣａＴｉＯ３）のパターンを示す。
図１６及び図１７より、１００％単相のＣＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＣａＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、ＣＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
また、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に、それぞれ、合成されたＣＢＩＴ板状粉末及びＰｂＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図１７（ａ）及び図１７ｂ）に、それぞれ、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．５２１６４０（ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５）のパターンと、同じくＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．４２０４２３（ＣａＴｉＯ３）のパターンを示す。
図１６及び図１７より、１００％単相のＣＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＣａＴｉＯ３粉末が得られていることが分かる。なお、ＣＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
（実施例１２）
化学量論比でＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＩＴ）組成となるように、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌ５０ｗｔ％−ＫＣｌ５０ｗｔ％混合物を１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１１００℃×２ｈの条件下で加熱し、ＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＢＩＴ粉末を得た。得られたＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。
化学量論比でＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＩＴ）組成となるように、Ｂｉ２Ｏ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＮａＣｌ５０ｗｔ％−ＫＣｌ５０ｗｔ％混合物を１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１１００℃×２ｈの条件下で加熱し、ＢＩＴの合成を行った。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＢＩＴ粉末を得た。得られたＢＩＴ粉末は、｛００１｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗｂ）が約１０μｍである板状粉末であった。
次に、このＢＩＴ板状粉末に対して、ＣａＴｉＯ３及び余剰成分であるＢｉ２Ｏ３を生成させるに必要な量のＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）を加えて混合し、さらに、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加した。次いで、この混合物を白金るつぼに入れ、１０５０℃×８ｈの条件下で加熱した。これにより、ＴＭＣ変換が起こり、白金るつぼ中には、ＣａＴｉＯ３とＢｉ２Ｏ３の混合物が生成した。
次に、ＴＭＣ変換によって得られた反応物からフラックスを取り除いた後、これを２．５ＮのＨＮＯ３中に１ｈ浸漬し、余剰成分として生成したＢｉ２Ｏ３を溶解させた。さらに、この溶液を濾過してＣａＴｉＯ３粉末を分離し、８０℃のイオン交換水で洗浄した。得られたＣａＴｉＯ３粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、アスペクト比（Ｗａ／ｔａ）が約１０、発達面の最大長さ（Ｗａ）が約４〜７μｍである板状粉末であった。次の化９の式に、ＣａＴｉＯ３板状粉末の合成反応式を示す。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に、それぞれ、合成されたＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末のＳＥＭ写真を示す。図１８より、本発明に係る方法により、アスペクト比の大きな板状粉末が得られていることがわかる。
また、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に、それぞれ、合成されたＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図２０に、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．７３２１８１（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）のパターンを示す。図１９、図２０及び図１７（ｂ）より、１００％単相のＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＣａＴｉＯ３粉末が得られていることがわかる。なお、ＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
また、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に、それぞれ、合成されたＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末のＸ線回折パターンを示す。さらに、図２０に、ＰＤＦファイルに登録されているＮｏ．７３２１８１（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）のパターンを示す。図１９、図２０及び図１７（ｂ）より、１００％単相のＢＩＴ板状粉末から、ペロブスカイト型結晶構造を有する１００％単相のＣａＴｉＯ３粉末が得られていることがわかる。なお、ＢＩＴ板状粉末及びＣａＴｉＯ３板状粉末の発達面の結晶面は、キャスト法により、それぞれ、｛００１｝面及び擬立方｛１００｝面であることを確認した。
（比較例１１）
フラックス法を用いて、ＣａＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＣａＴｉＯ３組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１０００℃×２ｈの条件下で加熱した。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＣａＴｉＯ３粉末を得た。次の化１０の式に、フラックス法によるＣａＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
フラックス法を用いて、ＣａＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＣａＴｉＯ３組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対して、フラックスとしてＫＣｌを１００ｗｔ％添加し、これらを乾式混合した。次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、１０００℃×２ｈの条件下で加熱した。冷却後、反応物から湯せんによりフラックスを取り除き、ＣａＴｉＯ３粉末を得た。次の化１０の式に、フラックス法によるＣａＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
（比較例１２）
固相反応法を用いて、ＣａＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＣａＴｉＯ３組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料をルツボに入れ、大気中において１０００℃×５時間の条件下で加熱した。冷却後、反応物をボールミルで２４時間粉砕し、ＣａＴｉＯ３粉末を得た。次の化１１の式に、固相合成法によるＣａＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
固相反応法を用いて、ＣａＴｉＯ３粉末を合成した。すなわち、化学量論比でＣａＴｉＯ３組成となるように、ＣａＣＯ３粉末（平均粒径：０．５μｍ）及びＴｉＯ２粉末（平均粒径：０．５μｍ）を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料をルツボに入れ、大気中において１０００℃×５時間の条件下で加熱した。冷却後、反応物をボールミルで２４時間粉砕し、ＣａＴｉＯ３粉末を得た。次の化１１の式に、固相合成法によるＣａＴｉＯ３粉末の合成反応式を示す。
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に、それぞれ、フラックス法及び固相合成法により合成されたＣａＴｉＯ３粉末のＳＥＭ写真を示す。図２１より、いずれも、得られたＣａＴｉＯ３粉末は、平均粒径が約０．５μｍ、アスペクト比が約１である等方性の粉末であることがわかる。
（実施例１３）
図８と同様の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製した。まず、ＣａＴｉＯ３粉末（（株）高純度化学製、９９．９９％）をジルコニアボールを使い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミル粉砕した。粉砕後の粉末の平均粒径をレーザ散乱粒度分布測定装置（Ｈｏｒｉｂａ、ＬＡ−７００）で測定したところ、０．５μｍであった。これを乾燥した後、非板状ＣａＴｉＯ３粉末として実験に用いた。
図８と同様の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる結晶配向セラミックスを作製した。まず、ＣａＴｉＯ３粉末（（株）高純度化学製、９９．９９％）をジルコニアボールを使い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミル粉砕した。粉砕後の粉末の平均粒径をレーザ散乱粒度分布測定装置（Ｈｏｒｉｂａ、ＬＡ−７００）で測定したところ、０．５μｍであった。これを乾燥した後、非板状ＣａＴｉＯ３粉末として実験に用いた。
次に、実施例１１で得られたＣａＴｉＯ３板状粉末（アスペクト比＝約８）と、非板状ＣａＴｉＯ３粉末とを１０：９０のモル比で秤量した。この配合比は、Ｂサイトイオンの１０ａｔ％がＣａＴｉＯ３板状粉末から供給される比に相当する。この秤量した粉末に対し、５５ｖｏｌ％トルエン＋４５ｖｏｌ％エタノールの混合溶液を、粉末に対する重量比で９０ｗｔ％となるように加えた。
さらに、これに対してバインダ（積水化学（株）製、エスレック（登録商標）ＢＨ−３）及び可塑剤（フタル酸ブチル）を、それぞれ、粉末量に対して６ｗｔ％となるように配合した。この混合物をボールミルにより、５時間の湿式混合を行い、スラリーを作製した。
さらに、これに対してバインダ（積水化学（株）製、エスレック（登録商標）ＢＨ−３）及び可塑剤（フタル酸ブチル）を、それぞれ、粉末量に対して６ｗｔ％となるように配合した。この混合物をボールミルにより、５時間の湿式混合を行い、スラリーを作製した。
次に、ドクターブレード装置を用いて、スラリーを厚さ１００μｍのテープ状に成形し、乾燥させた。さらに、このテープを２５枚積層して、８０℃×１００ｋｇ／ｃｍ２（９．８ＭＰａ）×１０ｍｉｎの条件で圧着し、厚さ２．３ｍｍの板状成形体を得た。次に、得られた板状成形体を、大気中において、加熱温度：６００℃、加熱時間：２時間、昇温速度：２００℃／ｈ、冷却速度：炉冷の条件下で脱脂した。さらに、これを酸素中において、１４００℃で１時間の条件で焼結させた。
得られた焼結体について、テープ面と平行な面についてＸ線回折を行った。その結果、図２３（ｂ）に示すように、擬立方｛１００｝面が、テープ面に対して平行に、かつ高い配向度で配向していることがわかった。本実施例の場合、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ(１００)は、９９．７％であった。
（比較例１３）
ＣａＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１１で得られた等方性ＣａＴｉＯ３粉末を用いた以外は、実施例１３と同一の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
ＣａＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１１で得られた等方性ＣａＴｉＯ３粉末を用いた以外は、実施例１３と同一の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
（比較例１４）
ＣａＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１２で得られた等方性ＣａＴｉＯ３粉末を用いた以外は、実施例１３と同一の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は、無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
ＣａＴｉＯ３板状粉末に代えて、比較例１２で得られた等方性ＣａＴｉＯ３粉末を用いた以外は、実施例１３と同一の手順に従い、ＣａＴｉＯ３からなる焼結体を得た。図示はしないが、得られた焼結体は、無配向であり、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、０％であった。
次の化１２の式に、ＴＭＣ変換により得られた板状粉末をテンプレートとして用いた結晶成長法（ＴＭＣ−ＴＧＧ法）によるセラミックス作製ルート（実施例１３）、フラックス法による等方性粉末を用いたセラミックス作製ルート（比較例１３）、及び、固相合成法による等方性粉末を用いたセラミックス作製ルート（比較例１４）を示す。
（実施例１４）
ＣａＴｉＯ３板状粉末の配合量を、Ｂサイトイオンの０．０５％、０．２０％、１％、５％又は１０％とした以外は、実施例１３と同一の条件下で板状成形体を作製した。次いで、板状成形体を実施例１３と同一の条件下で脱脂した後、酸素中において、加熱温度：１３５０℃、１４００℃、又は、１４５０℃、保持時間：１時間の条件下で焼結させた。
ＣａＴｉＯ３板状粉末の配合量を、Ｂサイトイオンの０．０５％、０．２０％、１％、５％又は１０％とした以外は、実施例１３と同一の条件下で板状成形体を作製した。次いで、板状成形体を実施例１３と同一の条件下で脱脂した後、酸素中において、加熱温度：１３５０℃、１４００℃、又は、１４５０℃、保持時間：１時間の条件下で焼結させた。
得られた焼結体について、テープ面と平行な面についてＸ線回折を行った。図２２〜図２４に、焼結時間が１時間である焼結体のＸ線回折パターンを示す。図２２〜図２４より、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面が、テープ面に平行に、かつ高い配向度で配向していることがわかる。また、図２２（ａ）に示すように、テンプレート量がＢサイトイオンのわずか１ａｔ％であっても、高い配向度が得られていることがわかる。
次の表３に、それぞれ、焼結時間を１時間とした場合の、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）を示す。
本実施例において、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、８０％を超えていた。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か１ａｔ％であっても、焼結条件を１４５０℃×１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、８６．２％に達した。
表３より、平均配向度を１０％以上とするためには、テンプレート量を０．０１ａｔ％以上とすればよいことがわかる。また、平均配向度を３０％以上とするためには、テンプレート量を０．２０％以上とすればよいことがわかる。なお、表３中、かっこ書きされた配向度は、内挿値であることを示す。
本実施例において、いずれの条件下においても、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、８０％を超えていた。また、テンプレート量がＢサイトイオンの僅か１ａｔ％であっても、焼結条件を１４５０℃×１時間とすると、擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）は、８６．２％に達した。
表３より、平均配向度を１０％以上とするためには、テンプレート量を０．０１ａｔ％以上とすればよいことがわかる。また、平均配向度を３０％以上とするためには、テンプレート量を０．２０％以上とすればよいことがわかる。なお、表３中、かっこ書きされた配向度は、内挿値であることを示す。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、結晶配向セラミックスを製造するに際し、常圧焼結法が用いられているが、他の焼結法（例えば、ホットプレス法、ＨＩＰ処理等）を用いても良い。
また、上記実施例では、主として、ペロブスカイト型化合物単相からなる結晶配向セラミックス及びその製造方法について主に説明したが、第１のペロブスカイト型化合物に対して適当な副成分及び／又は副相を添加すれば、熱電特性やイオン伝導特性を付与することができる。そのため、本発明に係る製造方法を応用すれば、熱電材料やイオン伝導材料等として好適な結晶配向セラミックスであっても製造することができる。
本発明に係る結晶配向セラミックスは、加速度センサ、焦電センサ、超音波センサ、電界センサ、温度センサ、ガスセンサ、ノッキングセンサ、ヨーレートセンサ、エアバックセンサ、圧電ジャイロセンサ等の各種センサ、圧電トランス等のエネルギー変換素子、圧電アクチュエータ、超音波モータ、レゾネータ等の低損失アクチュエータ又は低損失レゾネータ、キャパシタ、バイモルフ圧電素子、振動ピックアップ、圧電マイクロホン、圧電点火素子、ソナー、圧電ブザー、圧電スピーカ、発振子、フィルタ等に用いられる圧電材料、あるいは、コンデンサ並びに積層コンデンサ等に用いられる誘電材料、熱電変換材料、イオン伝導材料等として使用することができる。
また、本発明に係る異方形状粉末は、本発明に係る結晶配向セラミックスを作製するためのテンプレートとして特に好適であるが、本発明に係る異方形状粉末の用途はこれに限定されるものではなく、圧電ゴム複合材料用の粉末等としても用いることができる。
Claims (4)
- 以下の構成を備えた異方形状粉末の製造方法。
（１）前記異方形状粉末の製造方法は、
層状結晶構造を有する層状化合物からなり、その発達面が、少なくともＣａ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物の擬立方｛１００｝面と格子整合性を有し、かつ、その厚さ（ｔｂ）に対する前記発達面の最大長さ（Ｗｂ）のアスペクト比（Ｗｂ／ｔｂ）が２以上である第１異方形状粉末と、該第１異方形状粉末とのイオン交換反応により、前記ペロブスカイト型化合物及び余剰成分を生成するイオン交換反応用原料とを、溶液又は融液中においてイオン交換反応を行わせるイオン交換工程と、
前記余剰成分を熱的又は化学的に除去する除去工程と
を備えている。
（２）前記異方形状粉末は、次の（６）式に示す一般式で表される前記ペロブスカイト型化合物を主相とする。
(Ｃａ ｘ Ａ' １−ｘ )(Ｔｉ ｙ Ｂ' １−ｙ )Ｏ ３ ・・・（６）
（但し、０＜ｘ≦１。０＜ｙ≦１。Ａ'は、１種又は２種以上の２価の金属元素。Ｂ'は、１種又は２種以上の４価の金属元素。）
（３）前記第１異方形状粉末は、次の（７）式に示す一般式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。
(Ｂｉ ２ Ｏ ２ ) ２＋ (Ａ ｍ−１ Ｂ ｍ Ｏ ３ｍ＋１ ) ２− ・・・（７）
（但し、Ａは、Ｎａ ＋ 、Ｋ ＋ 、Ｐｂ ２＋ 、Ｃａ ２＋ 及びＢｉ ３＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの元素の組み合わせ。
Ｂは、Ｆｅ ３＋ 、Ｔｉ ４＋ 、Ｎｂ ５＋ 、Ｔａ ５＋ 、及び、Ｗ ６＋ から選ばれる少なくとも１種の元素、又は、これらの組み合わせ。
ｍは、１から８までの整数であって、元素Ａの平均価数をα、元素Ｂの平均価数をβとしたときに、α（ｍ−１）＋βｍ＝６ｍの関係を満たすもの。
また、ＡがＮａ ＋ 及び／又はＫ ＋ とＢｉ ３＋ の双方のみからなり、かつＢがＮｂ ５＋ のみからなるものを除く。） - 前記層状化合物は、少なくともＢｉ及びＴｉを含むものである請求項１に記載の異方形状粉末の製造方法。
- 前記層状化合物は、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、及び、Ｃａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２に記載の異方形状粉末の製造方法。
- 前記ペロブスカイト型化合物は、ＣａＴｉＯ３である請求項１から３までのいずれかに記載の異方形状粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011072536A JP5423708B2 (ja) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | 異方形状粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011072536A JP5423708B2 (ja) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | 異方形状粉末の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005038661A Division JP5119573B2 (ja) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | 異方形状粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011162438A JP2011162438A (ja) | 2011-08-25 |
| JP5423708B2 true JP5423708B2 (ja) | 2014-02-19 |
Family
ID=44593556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011072536A Expired - Fee Related JP5423708B2 (ja) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | 異方形状粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5423708B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103496972B (zh) * | 2013-10-01 | 2015-01-07 | 桂林理工大学 | 超低温烧结温度稳定型微波介电陶瓷Ca5Bi14O26及其制备方法 |
| CN103496971B (zh) * | 2013-10-01 | 2015-01-07 | 桂林理工大学 | 可低温烧结的微波介电陶瓷Ca4Bi6O13及其制备方法 |
| DE102018127977A1 (de) * | 2018-11-08 | 2020-05-14 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Diodenlaser und verfahren zum betreiben eines diodenlasers |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3509498B2 (ja) * | 1997-09-16 | 2004-03-22 | 株式会社豊田中央研究所 | 板状セラミックス粒子 |
| JP4259660B2 (ja) * | 1999-01-19 | 2009-04-30 | 株式会社豊田中央研究所 | 板状粒子及びその製造方法 |
-
2011
- 2011-03-29 JP JP2011072536A patent/JP5423708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011162438A (ja) | 2011-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5012528B2 (ja) | 結晶配向セラミックス及びその製造方法 | |
| JP4926389B2 (ja) | 結晶配向セラミックス、及びその製造方法 | |
| JP4135389B2 (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法、並びに、異方形状粉末及びその製造方法 | |
| JP4541985B2 (ja) | 多結晶体の製造方法 | |
| JP4326374B2 (ja) | 結晶配向セラミックス及びその製造方法 | |
| US20090121374A1 (en) | Method of manufacturing crystal oriented ceramics | |
| JP4534531B2 (ja) | 異方形状粉末の製造方法 | |
| JP2008074693A (ja) | 異方形状粉末及びその製造方法、結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP2009114037A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP4756312B2 (ja) | 異方形状粉末及びその製造方法、並びに、結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP4915041B2 (ja) | 異方形状粉末の製造方法 | |
| JP4930671B2 (ja) | 異方形状粉末の製造方法 | |
| JP4563957B2 (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP5423708B2 (ja) | 異方形状粉末の製造方法 | |
| JP2010163313A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| CN100371298C (zh) | 晶粒取向陶瓷及其制造方法 | |
| JP4474882B2 (ja) | 結晶配向セラミックス及びその製造方法、並びに、異方形状粉末及びその製造方法 | |
| JP5119573B2 (ja) | 異方形状粉末の製造方法 | |
| JP2006124251A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP5233778B2 (ja) | 異方形状粉末及び結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP2009256147A (ja) | 異方形状粉末及び結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP2010222193A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP2008013395A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 | |
| JP2010159196A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法及び積層型圧電素子の製造方法 | |
| JP2009114038A (ja) | 結晶配向セラミックスの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110329 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110329 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120330 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130226 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130514 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130619 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131029 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131111 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5423708 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |