JPH01261257A - Production of one-dimensional particle-oriented material structure - Google Patents

Production of one-dimensional particle-oriented material structure

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JPH01261257A
JPH01261257A JP63086285A JP8628588A JPH01261257A JP H01261257 A JPH01261257 A JP H01261257A JP 63086285 A JP63086285 A JP 63086285A JP 8628588 A JP8628588 A JP 8628588A JP H01261257 A JPH01261257 A JP H01261257A
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JP
Japan
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anisotropy
orientation
particle
oriented
external force
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Application number
JP63086285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Takenaka
正 竹中
Koichiro Sakata
坂田 好一郎
Mamoru Kamiyama
上山 守
Mikiya Ono
幹也 尾野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd filed Critical Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce a particle-oriented structure having high anisotropy in one axial direction in high efficiency, by compression-molding a constituent element having low symmetricity at or slightly below the densification temperature of the element while applying an external force in a direction to cause the slippage in one axial direction. CONSTITUTION:A formed article is produced from a substance wherein a part or total of the constituent elements of the substance have microstructural anisotropy of crystal orientation or particle orientation. The opposite faces of the formed article are slantly machined at a prescribed angle (delta) to make the opposite faces to form parallel and slant faces. The article is applied with compression forming external force at or slightly below the densification temperature while applying an external force to the opposite slant faces in a direction to cause a slipping stress in the formed article in a direction of an axis.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、−次元配向させた配向物質構造体の製造方法
に関する。特に、構成要素の一部又は全部が、微構造的
に結晶構造(方位)の異方性又は粒子配向の異市性を有
する物質を一軸配向させた一次元粒子配向物質構造体の
製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for manufacturing a -dimensionally oriented oriented material structure. In particular, it relates to a method for manufacturing a one-dimensional particle-oriented material structure in which a part or all of the constituent elements are uniaxially oriented a material having microstructural anisotropy of crystal structure (orientation) or heterogeneity of particle orientation. .

[従来の技術]   ・ 産業機器及び電子機器等に用いられる構造材料或いは電
子材料の機能を改善する要求、また、多機能化に対する
要求は、近年益々厳しいもの番こなってきている0例え
ば、切削機械の摺動台や精密測定機の案内板、定盤など
では、三次元方向でなく、二次元方向、即ち、面内方向
のみの機械的強度を高くし、且つ面内方向の熱膨張係数
の小さいものが望まれている。また、厚み方向における
耐摩耗性が、高い物質が望まれ、強い異方性を持つ機械
的強度の高い物質が求められてもいる。
[Prior art] - The demand for improving the functions of structural materials or electronic materials used in industrial equipment and electronic equipment, etc., and the demand for multifunctionality have become increasingly severe in recent years. For sliding tables of machines, guide plates of precision measuring machines, surface plates, etc., the mechanical strength should be high not in the three-dimensional direction but only in the two-dimensional direction, that is, in the in-plane direction, and the thermal expansion coefficient in the in-plane direction should be increased. A small one is desired. In addition, a material with high wear resistance in the thickness direction is desired, and a material with strong anisotropy and high mechanical strength is also desired.

この傾向は、電子材料についても、同様であり、構成成
分要素に、結晶軸方位や結晶粒子方向があり、特定方向
に配向しているものが求められ、即ち、所謂、結晶方位
の異りj性を持つ、或いは粒子配向の異方性を持つ材料
、構成物質の利用が求められている0例えば、圧電性セ
ラミックス材料や、焦電性セラミックス材料などの物質
の利用が増している。
This tendency is the same for electronic materials, where constituent elements have crystal axis orientations and crystal grain directions, and those that are oriented in a specific direction are required.In other words, so-called differences in crystal orientation For example, the use of materials such as piezoelectric ceramic materials and pyroelectric ceramic materials is increasing.

このような特定フj向に対して異方性を持つ物質を製造
する方法としては、構成成分要素の微構造を制御する方
法、即ち、微粒子配向技術がある。
As a method for producing such a substance having anisotropy in a specific direction, there is a method of controlling the fine structure of the constituent elements, that is, a fine particle orientation technique.

通常、金属やセラミ7クス材料では、各粒子の結晶軸は
、無秩序な方向にあり、そのため、構成要素単位では特
性的に異方性を示すものでも、マク[1的には等方性材
料と考えて取り扱いきれてきた。このために、このよう
な材料は、応用面での方向性がないことになり、特性方
向に対する物性を特に利用する或いは期待する°場合に
は、結晶方位や粒子配向を制御して性能の向上を図る必
要がある。
Normally, in metals and ceramic materials, the crystal axes of each particle are in a disordered direction, so even if the constituent elements exhibit anisotropy, I've been able to handle it with this in mind. For this reason, such materials have no directionality in terms of application, and if physical properties in specific directions are to be utilized or expected, it is necessary to control crystal orientation and particle orientation to improve performance. It is necessary to aim for

このような結晶方位を揃えたり、粒子配向を制御する方
法(粒子配向技術)としては、構成要素の電気的極性を
利用する、所謂、電気的操作による電気分極法と、高温
状態で外部より一定フj向に機械的力を負荷して、粒子
の滑りを起こさせて、機械的力を利用して三次元的に存
在する結晶方位や粒子の向きを一方向からの外力によっ
て、強制的に二次元的に配向制御させる所謂ボクトワー
キング法が考えられる。
Methods for aligning crystal orientation and controlling grain orientation (particle orientation technology) include the so-called electrical polarization method, which utilizes the electrical polarity of the constituent elements, and the so-called electrical polarization method, which utilizes the electrical polarity of the constituent elements. A mechanical force is applied in the direction J to cause the particles to slide, and the mechanical force is used to force the three-dimensional crystal orientation and orientation of the particles by an external force from one direction. A so-called Boctoworking method, which controls the orientation in two dimensions, can be considered.

例えば、BaTi0.やPb(Zr、 Ti )Onの
PZT系のペロプスカイト型強誘電体は、普通焼成処理
では、マクロ的には等方性であるが、電気的操作により
分極処理すると、異フJ性が付与され、圧電性や焦電性
物質に変化する。然し乍ら、このような物質は、たとえ
分極処理しても強誘電性に伴う異方性を効果的に利用す
ることは、単結晶はどは、完全でない、単結晶材料が要
望される理由は、ここにある、しかし、単結晶のもって
いる異方性をできるだけ損なうことなしに、単結晶の性
質を極限まで引き出すためには、結晶の組成や形状の選
択の自由度に大さな制約がある。また、コスト高になっ
たり、使用方法に制約があるなど、実用的であるとはい
えない、また、殆ど極性を持たない物質を構成要素とす
る成形体は、たとえ構成要素の粒子形状に大きな異方性
があっても、各成分要素の異方性が無秩序な方向にある
こと、及び電気処理による分極が困難であることのため
に、前記のような電気的分極処理だけでは、殆ど異方性
を生じない。
For example, BaTi0. PZT-based peropskite-type ferroelectric materials such as Pb(Zr, Ti)On and Pb(Zr, Ti)On are macroscopically isotropic when subjected to normal firing treatment, but when subjected to polarization treatment by electrical operation, they are given different FJ properties. and transforms into piezoelectric or pyroelectric substances. However, even if such materials are subjected to polarization treatment, it is not possible to effectively utilize the anisotropy associated with ferroelectricity with single crystals.The reason why single crystal materials are desired is as follows. However, in order to bring out the properties of a single crystal to the maximum without impairing its anisotropy as much as possible, there are significant restrictions on the degree of freedom in selecting the composition and shape of the crystal. . In addition, it is not practical due to high costs and restrictions on the method of use, and molded products whose constituent elements are substances with almost no polarity, even if the particle shape of the constituent elements is large. Even if there is anisotropy, the anisotropy of each component element is in a disordered direction, and polarization by electrical processing is difficult, so electrical polarization processing alone as described above will hardly produce anisotropy. No directionality occurs.

更に、強誘電体物質の揚台でも、単結晶の異方性が大き
く、例えば、Blari、0++のような微構造的に層
状構造をしたもの、或いはタングステンブロンズ型、パ
イロクロア型や擬イルメナイト型などの構造を有する強
誘電体では、自発分極の取り得る配向性が、結晶構造(
層状構造など)に起因して、二次元的に制約され、また
、抗電界も大き過ぎるため分極処理が困難なことから、
構成要素の性質から期待できる程の特性(圧電性)が得
られない、このために、このような圧電体では、単結晶
が僅かに利用されているにすぎず、余り実用化されてい
ない。
Furthermore, even in the case of ferroelectric materials, single crystals have large anisotropy, such as those with a layered microstructure such as Blari, 0++, tungsten bronze type, pyrochlore type, pseudo-ilmenite type, etc. In a ferroelectric material with a structure of
Due to the layered structure, etc.), it is restricted two-dimensionally, and the coercive electric field is too large, making polarization difficult.
The characteristics (piezoelectricity) that can be expected from the properties of the constituent elements cannot be obtained, and for this reason, single crystals are only rarely used in such piezoelectric materials, and are not put into practical use much.

このような問題を解決する方法として、高温で一方向か
らの圧力を加えて、結晶粒子同志を粒界に沿ってすべら
せて、粒子方向を機械的に強制的配向を行なわせる粒子
配向法、即ち、ホットワーキング法が考えられる。
As a method to solve such problems, there is a particle orientation method in which pressure is applied from one direction at high temperature to cause the crystal grains to slide along the grain boundaries, and the grain directions are mechanically forcibly oriented. That is, a hot working method can be considered.

ホットワーキング法には、(υポットフォージング(H
ot−Forging)、 (2)ホットプレス(Ho
t−Pressing)法、0)ホットエクストルージ
ョン(Hot−Extrusi。
The hot working method includes (υ pot forging (H
ot-Forging), (2) Hot Press (Ho
t-Pressing method, 0) Hot-Extrusion method.

n)法及び、(4)ホットローリング(Hot−Rol
ling)法などがある。 (2)以下の方法は、高温
に加熱して構成成分が結晶化や粒成長するときに、結晶
軸の方位や粒子配向方向を制御するものである。
n) method and (4) Hot-Rol method.
ling) method. (2) The following method controls the direction of crystal axes and grain orientation when constituent components crystallize or grow grains by heating to high temperatures.

然し乍ら、(りの方法では、二次元(面内)方向にはあ
る程度配向させられるが、−次元方向には配向制御でき
ない、また、0)及び(4)の方法では、−次元H向に
粒子配向許せることができるが、装置が大がかりになる
こと、及び、得られる粒子配向が、実用になる程のもの
でない等の欠点があるために、配向特性にすぐれた製品
を得る方法としては、実用的でない、これに対して、(
1)のホットフォージング法は、大ががりな装置を必要
とせずに、比較的に容易に且つ粒子配向特性にすぐれた
製品を製造できるために、金属材料や六方晶系フェライ
ト、Altonなどの結晶構造の異方性の大きな物質に
対して、有効な方法として実用的であるが、配向方向は
二次元方向のみの制御であり、限定されたものである。
However, in the method (2), the particles can be oriented to some extent in the two-dimensional (in-plane) direction, but cannot be controlled in the -dimensional direction, and in the methods 0) and (4), the particles can be oriented in the -dimensional Although the orientation can be tolerated, it is not practical as a method for obtaining products with excellent orientation characteristics because the equipment is large-scale and the obtained particle orientation is not suitable for practical use. In contrast, (
The hot forging method described in 1) does not require large-scale equipment and can relatively easily produce products with excellent particle orientation characteristics. Although this method is practical and effective for substances with a large anisotropy of crystal structure, the orientation direction is only controlled in two-dimensional directions and is limited.

第1図は、ホットフォージング装置の概略図を示したも
のである。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a hot forging device.

第1図のBは粒子配向を施すために、圧カブランジャE
、E’間に配置した試料である。ya層状構造有する物
質は、ホットフォージング法を適用されると、結晶粒界
で滑りを起こし、最終的には圧力を負荷した方向に対し
て、直角の面に、結晶軸が揃った粒子配向物質が得られ
る。即ち、二次元(面内)に粒子配向したことを示す、
従って、−次元方向への粒子配向は、全く期待できない
B in FIG.
, E'. When a material with a layered structure is subjected to the hot forging process, slippage occurs at the grain boundaries, and eventually the grains are oriented in a plane perpendicular to the direction in which pressure is applied, with the crystal axes aligned. Substances are obtained. In other words, it shows that the particles are oriented in two dimensions (in-plane).
Therefore, particle orientation in the -dimensional direction cannot be expected at all.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、結晶方位異方性や形状異方性(アスペクト比
)の大きな粒子を1回の粒子配向処理で、高い効率でし
かも短時間で一次元(−軸)方向に配向した粒子配向構
造体の製造方法を提供することを目的にする。従って、
本発明は、従来の電気的な或いは機械的な粒子配向性物
質の製造方法の欠点を解消し、微構造的に高い異方性を
有する結晶物質や、粒子形状に異りj性を有する物質を
、−軸方向に高い効率で配向制御させた粒子配向成形体
の製造方法を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention enables particles with large crystal orientation anisotropy and shape anisotropy (aspect ratio) to be one-dimensionally ( An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a particle-oriented structure oriented in the -axis) direction. Therefore,
The present invention eliminates the drawbacks of conventional electrical or mechanical methods for producing grain-oriented materials, and produces crystalline materials with high microstructural anisotropy and materials with different particle shapes and j-characteristics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a particle-oriented molded body in which the orientation of the particles is controlled with high efficiency in the -axis direction.

[発明の構成] [問題点を解決するための手段] 本発明は、構成要素の一部又は全部が微構造的に、結晶
方位の異方性或いは粒子配向の異方性を有する物質を緻
密成形体に形成し、 該緻密成形体の対向する面を所定角度で斜めに切削し、
対向する面が平行で斜めの面をなすようにし、該対向斜
面に対して該緻密成形体の内部に滑り(ずり)応力が生
じるように外力をかける工程を含むことを特徴とする一
次元粒子配向物質構造体の製造方法である。
[Structure of the Invention] [Means for Solving the Problems] The present invention provides a material in which some or all of the constituent elements have microstructural anisotropy of crystal orientation or anisotropy of particle orientation. forming it into a molded body, cutting the opposing surfaces of the dense molded body diagonally at a predetermined angle,
A one-dimensional particle characterized by comprising a step of making opposing surfaces form parallel and oblique surfaces and applying an external force to the opposing slopes so as to generate a sliding (shear) stress inside the dense molded body. This is a method for manufacturing an oriented material structure.

〔作用〕[Effect]

本発明によると、第2!!lは、微構造的には結晶構造
に異方性を有する、或いは粒子形状に異方性を有するが
マクロ的には等方性を示す緻密化構造体を製造する常圧
焼成法を、通常のホットフォージング法と比較して示し
たフローシートである。
According to the invention, the second! ! Normally, an atmospheric pressure sintering method is used to produce a densified structure that has microstructural anisotropy in the crystal structure or anisotropy in the particle shape but is macroscopically isotropic. This is a flow sheet showing a comparison with the hot forging method.

本発明に用いられるような結晶構造に異方性を有する物
質や粒子形状に異方性を持つ低い対称性の構造体物質は
、常圧焼成法で緻密化すると粒子配向の向きが無秩序に
配向されるために、マクロ的には等方性になり、特定面
に異方性を示さない。
When materials with anisotropy in the crystal structure or low-symmetry structured materials with anisotropy in the particle shape used in the present invention are densified by normal pressure sintering, the orientation of the particles becomes disorderly. Therefore, it is macroscopically isotropic and does not exhibit anisotropy on a specific surface.

第3図は、このようなマクロ的に等方性を示す成形体を
、加熱しながら、一方向から外力を負荷し、粒界面で滑
りを発生させて特定方向に、−軸配向許せる本発明によ
る一軸配向構造体の製造方法を示したものである。即ち
、第2図のフローシートに従って製造された成形体に、
第3図に示すように、試料1の上下から荷重し、外力を
負荷すると、粒子界面で滑りを起こし、−軸方向の変形
が助長するために、−次元配向粒子の状態を取るように
なる。
Figure 3 shows the present invention, which allows a molded body exhibiting macroscopic isotropy to be oriented in a specific direction by applying an external force from one direction while heating it to generate slippage at the grain interface. This figure shows a method of manufacturing a uniaxially oriented structure according to the method of the present invention. That is, in the molded article manufactured according to the flow sheet shown in FIG.
As shown in Fig. 3, when sample 1 is loaded from above and below and an external force is applied, slippage occurs at the particle interface and deformation in the -axial direction is promoted, so that the particle becomes -dimensionally oriented. .

この−軸方向の滑りを効果的に、且つ筒便に起こさせる
本発明の製造方法の1例を、第4図に示す、即ら、グリ
ーン成形体或いは緻密化成形体の上面と下面を任意の傾
斜角(δ)で切除し、これを倒立させた状態で加熱しな
がら、一方向から外力をかける゛ことにより、−軸方向
に配向された成形構造体が得られる。尚、δ−90−〇
である。
An example of the manufacturing method of the present invention for effectively and smoothly causing this axial sliding is shown in FIG. By cutting at an inclination angle (δ) and applying an external force from one direction while heating the cut in an inverted state, a molded structure oriented in the -axis direction can be obtained. In addition, δ-90-〇.

一般的に、極性を有しない結晶は、微構造には大きな形
状異方性を有していても、電気的処理では分極されない
、また、一般に、ホットプレスやホットエクストルージ
ョン、ホットローリング等のホットワーキングでは、焼
結に際し粒子形状に起因した流動性の不足から、非常に
高温且つ大きな力を負荷しないと粒子配向できないため
、装置が大がかりになる他に経済性にも不利である。こ
のため、実用化には解決しまければならない問題も多い
、また、ホットフォージング法では、二次元(面内)配
向はできても、−次元配向(−軸ツー向)ができない、
更に、BiaffisO+*のような微構造的に層状構
造をした形状に異方性を持つ物質や、PbNb*Osの
ような針状結晶粒子になり易い物質は、大きな異方性を
有していても、通常方法で合成したものでは、微結晶が
無秩序に集合した多結晶であるために、このままの状態
では有用な特性を引き出すことができなかった。更に、
これらの混合物、合成物では、電気的に分極処理を施し
ても、十分な残留分極状態が得られないと云う大きな欠
点を有している。これは、自発分極のとり得る方向が、
結晶構造(層状或いは針状構造)に起因して、二次元的
に制限きれるためであり、また、高いキューリー点に対
応して、抗電界性が大き過ぎるため、電気的破壊等が起
こり、十分な分極処理が困難であるためである。このよ
うな結晶構造に起因1゛る配向自由度に対する制限は、
低い対称性の非極性物質(AIIOs、六方晶フェライ
ト)や酸素八面体族(ビスマス層状構造、タングステン
ブロンズ型PbNb 、Q 、など、パイロクロア型、
擬イルメナイト型など)の物質に適応するときに生じる
木質的な問題である。
In general, non-polar crystals are not polarized by electrical processing, even though their microstructures have large shape anisotropy. In the working process, due to the lack of fluidity due to the particle shape during sintering, the particles cannot be oriented at very high temperatures and without applying a large force, which not only requires a large-scale apparatus but is also economically disadvantageous. For this reason, there are many problems that need to be solved for practical use.Also, hot forging methods can achieve two-dimensional (in-plane) orientation, but cannot achieve -dimensional orientation (-axis to direction).
Furthermore, substances that have anisotropy in their microstructurally layered shape, such as BiaffisO+*, and substances that tend to form acicular crystal grains, such as PbNb*Os, have large anisotropy. However, when synthesized using conventional methods, it was not possible to derive useful properties as it was because it was a polycrystalline structure made up of disordered microcrystals. Furthermore,
These mixtures and composites have a major drawback in that a sufficient remanent polarization state cannot be obtained even when electrically polarized. This means that the possible directions of spontaneous polarization are
This is due to the crystal structure (layered or acicular structure), which limits the two-dimensional structure.Also, due to the high Curie point, the coercive electric field is too large, causing electrical breakdown, etc. This is because polarization processing is difficult. The restriction on the 1 degree of freedom of orientation due to the crystal structure is as follows:
Low symmetry nonpolar materials (AIIOs, hexagonal ferrites) and oxygen octahedral groups (bismuth layered structure, tungsten bronze type PbNb, Q, etc., pyrochlore type,
This is a woody problem that occurs when adapting to materials such as pseudo-ilmenite type.

本発明者らは、以上のような結晶構造や粒子形状が微構
造的に低い対称性を持つ構造焼成体について、広い範囲
にわたり研究を重ねた結果、以上のような不満足な結果
しか得られない理由は、通常のりj法で製造されたもの
は、低い対称性の構造体であり、方向性の観点からでは
無秩序に粒子が配向しており、粒子自体の立体障害や粒
子界面の摩擦係数が大きいために、十分な粒子配向が生
じなくなるためであり、構成成分要素自体に前記のよう
な問題が発生ずることにあることを見出した。
The present inventors have conducted a wide range of research on structured fired bodies whose crystal structures and grain shapes have low microstructural symmetry, and as a result, only the unsatisfactory results described above have been obtained. The reason is that those manufactured by the normal glue method have a structure with low symmetry, and from the viewpoint of directionality, the particles are oriented randomly, and the steric hindrance of the particles themselves and the coefficient of friction at the particle interface are It has been found that this is because due to the large size, sufficient particle orientation cannot occur, and the above-mentioned problems occur in the constituent elements themselves.

この発見から、本発明者らは、低い対称性の構成要素を
、それらのW&密化温度又はそれより多少低い温度にお
いて、−軸方向に滑りが生じるような方向に外力を負荷
しながら、圧力成形する工程だけで、緻密で信頼性高い
一軸方向性に高い異方性を有する粒子配向構造体が製造
できる方法を提供するものである。
From this finding, the inventors have developed a method for constructing components of low symmetry at their W&densification temperature or somewhat below, while applying an external force in a direction such that slip occurs in the -axial direction. The object of the present invention is to provide a method for producing a dense and reliable particle-oriented structure having high uniaxial anisotropy only through a molding process.

従って、本発明は、従来の電気的な配向、又は機械的な
粒子配向の構造体の製造方法の欠点をなくし、微構造的
に高い異方性を持つ結晶物質や、粒子形状に異方性を持
つ物質を、−軸方向に配向させた粒子配向構造体を高い
効率で製造する方法を提供するものである。
Therefore, the present invention eliminates the drawbacks of conventional methods for producing structures with electrically oriented or mechanically oriented particles, and produces crystalline materials with high microstructural anisotropy and anisotropic particles in shape. The object of the present invention is to provide a method for manufacturing with high efficiency a particle-oriented structure in which a substance having a particle orientation is oriented in the -axis direction.

例えば、結晶構造に異方性を有する誘電体物質としては
、イツトリウム醜化物(Y*Os )、β−アルミナ、
板状結晶のα−アルミナなどが主に利用さ ゛れ、磁性
体物質としては、大方晶フェライト、Ma−Znフェラ
イト、立方晶フェライト等が、強誘電体物質としては、
BaTiOs、Pb(Zr、Ti)On等のペロプスカ
イト型強誘電体などが、また、低い対称性の醸化物とし
て、例えば、薄板状Bi、工iso、、、PbB1.N
b、0.などのビスマス層状構造物、タングステンブロ
ンズ型、パイクロア型、擬イルメナイト型化合物が使用
される。
For example, dielectric materials having anisotropy in crystal structure include yttrium oxide (Y*Os), β-alumina,
Mainly used are plate-like crystal α-alumina, magnetic materials include orthogonal ferrite, Ma-Zn ferrite, cubic ferrite, etc., and ferroelectric materials include:
Peropskite-type ferroelectrics such as BaTiOs, Pb(Zr,Ti)On, etc. are also used as low symmetry incubators, such as thin plate-like Bi, iso,, PbB1. N
b, 0. Bismuth layered structures such as tungsten bronze type, pyroa type, and pseudoilmenite type compounds are used.

本発明による一軸配向構造体の製造方法の他の例では、
直径比が異なるロール間又は回転比が異なるロール間に
かけるか、勾配が異なる二面を有するダイスにかけるこ
とにより、圧延速度が異なるようにコントロールし、圧
延方向に滑り力を生じさせるものである。
In another example of the method for manufacturing a uniaxially oriented structure according to the present invention,
The rolling speed is controlled to be different by applying it between rolls with different diameter ratios or rolls with different rotation ratios, or through a die with two surfaces with different slopes, and a sliding force is generated in the rolling direction. .

尚、本発明において、特定の結晶異方性又は粒子形状の
異方性を有する構成要素の成形体に対して、これに比べ
て外力により変形し易い第2の異方性物質を混合したり
、或いはm性変形し易い物質を混合することは、滑り作
用を助長し、より低温で、低外力で粒子配向構造体を作
成することができる。このために、同様な作用を付与す
るものであれば、複数の物質の混合物を用いることもで
きる。
In addition, in the present invention, a second anisotropic substance that is more easily deformed by external force is mixed with a molded body of a component having a specific crystal anisotropy or particle shape anisotropy. , or a substance that is easily deformed can promote the sliding action and make it possible to create a particle-oriented structure at a lower temperature and with less external force. For this purpose, a mixture of a plurality of substances can be used as long as they provide similar effects.

次に、本発明による一次元配向構造体の製造方法を、ビ
スマス層状構造強誘電体の場合により、説明り−るが、
本発明は、その説明により限定されるものではない。
Next, the method for manufacturing a one-dimensionally oriented structure according to the present invention will be explained in the case of a bismuth layered structure ferroelectric material.
The invention is not limited by the description.

[実施例1コ 用いた試料は、普通のセラミックス技術により1120
℃で常圧焼成した成形体であり、この常圧焼結体の特定
面に対して直角な1方向から焼成終期に、200 kg
 / cm”の外圧をかけて、3時間保持し、2次元配
向(平面内配向)させたもの(所謂ポットフォージング
処理したもの)及び、第4図に示すようなグリーン成形
体の上下面を一定角度(δ)の傾斜で、平行になるよう
に切除し、これを倒立させ、常圧で焼成した後に、焼結
温度で同じ1120℃に加熱しながら、上方から200
kg/am”の外圧を3時間負荷した。傾斜した上下面
に外圧をかけて、外圧に直角な一軸方向に粒界面に沿っ
て粒子を滑らせて、−次元に粒子が配向した構造体を作
成した。
[Example 1] The sample used was 1120 mm by ordinary ceramic technology.
It is a molded body sintered under normal pressure at ℃, and 200 kg is weighed from one direction perpendicular to a specific surface of this sintered compact at the end of sintering.
/ cm'' was applied and held for 3 hours to obtain two-dimensional orientation (in-plane orientation) (so-called pot forging treatment) and the top and bottom surfaces of green molded bodies as shown in Figure 4. Cut it parallel to the inclination of a certain angle (δ), turn it upside down, and sinter it at normal pressure, then heat it at the same sintering temperature of 1120°C and heat it from above at 200°C.
An external pressure of "kg/am" was applied for 3 hours. External pressure was applied to the inclined upper and lower surfaces, and the particles were slid along the grain interface in a uniaxial direction perpendicular to the external pressure to form a structure in which the particles were oriented in the − dimension. Created.

第1表及び第5図に、得られた各試料の加圧方向に対し
て直角な縦方向の圧電特性(K2S(ff))と横方向
の圧電特性(K2S(:lコ))の比:に33(タテ)
/に33(3コ)の比及びxllにより配向度を測定し
た結果を示す。
Table 1 and Figure 5 show the ratio of the piezoelectric properties in the vertical direction (K2S(ff)) and the piezoelectric properties in the lateral direction (K2S(:l)) perpendicular to the pressing direction of each sample obtained. : ni33 (vertical)
The results of measuring the degree of orientation using the ratio of / to 33 (3 pieces) and xll are shown.

寒1盗 都ど1−   切除角<S>  医l星1ゑ 酌血庶常
圧焼結体   0    1.0   0%17   
 1.50 1002 表中 切除角は、上下面を前記のように切除した角度を
示し、本発明によらない場合は、切除角−〇である。ま
た、EE電電力方性、前記のに33(クチ)/に33(
ヨコ)の比を示す、配向度は、X線回折をmmいて、ロ
ットガーリング(Lotgerling)の式によって
測定した。
Cold 1 Stolen Capital 1- Cut Angle <S> Medical Star 1ゑ Cup Blood Normal Pressure Sintered Body 0 1.0 0%17
1.50 1002 In the table, the resection angle indicates the angle at which the upper and lower surfaces are resected as described above, and when the present invention is not used, the resection angle is -0. In addition, the EE electric power ratio is 33 (kuchi) / 33 (
The degree of orientation, which indicates the ratio of horizontal and vertical directions, was measured by the Lotgerling equation using X-ray diffraction.

これらの結果から、−軸方向に外力を負荷させると、粒
子界面での滑りによる一次元配向が生じ、配向方向の特
性が大きく向上することが分かった。
From these results, it was found that when an external force is applied in the -axis direction, one-dimensional orientation occurs due to slippage at the particle interface, and the properties in the orientation direction are greatly improved.

第5図は、K2S(タテ)/に33(ヨコ)の比を、切
除角<S)に対してプロットしたグラフである。測定は
、Ep−5[kV7wmlテ、Ir−200[”C]テ
、Tr−10分間の条件で行なった。
FIG. 5 is a graph in which the ratio of K2S (vertical)/to 33 (horizontal) is plotted against the resection angle <S). The measurement was carried out under the conditions of Ep-5 [kV 7 wml], Ir-200[''C]te, and Tr-10 minutes.

尚、試料はビスマス層状構造強誘電体であり、99%の
Bi *Os 、 PbO,ff1o*及びNb*Oi
、NanCO5,La*OsとMnC0,を出発原料と
した。これらをアセトンとと共にボールミルに投入し、
10時間混合した。
The sample is a bismuth layered structure ferroelectric material, with 99% Bi*Os, PbO, ff1o*, and Nb*Oi
, NanCO5, La*Os and MnC0, were used as starting materials. Put these into a ball mill with acetone,
Mixed for 10 hours.

次いで、得られた混合物を真空乾燥機を用いて、80°
Cで2時間乾燥してから、金型を用いて80Qkg/c
cs”の圧力で1分間加圧し、円柱状に成形した。更に
、この成形物を850’Cで2時間仮焼してから粉砕し
、焼成用原料粉末とした。
Next, the obtained mixture was dried at 80° using a vacuum dryer.
After drying at C for 2 hours, use a mold to produce 80Qkg/c.
The molded product was pressurized for 1 minute at a pressure of 100° C.cs” to form a cylindrical shape.Furthermore, this molded product was calcined at 850'C for 2 hours and then pulverized to obtain a raw material powder for firing.

原料粉末を、ポリビニルアルコールの水溶液と共にボー
ルミルで20時間混合し、乾燥して、金型を用いて圧力
8 Q Okg / csa”、1分間の条件で、直径
20■、厚さ2■の円板に成形して、焼結用試料とした
The raw material powder was mixed with an aqueous solution of polyvinyl alcohol in a ball mill for 20 hours, dried, and then molded into a disc with a diameter of 20 cm and a thickness of 2 cm using a mold at a pressure of 8 Q Okg/csa for 1 minute. It was molded into a sample for sintering.

比較のための常圧焼成体は、500℃までは制御なしに
昇温し、500°Cで2時間保持して型層した後、20
0℃/時間の昇温速度で昇温し、最高温度で3時間保持
して、焼結させた後、自然冷却して、得た。
For comparison, the pressure-fired body was heated to 500°C without any control, held at 500°C for 2 hours, molded, and then heated to 20°C.
The temperature was raised at a temperature increase rate of 0° C./hour, held at the maximum temperature for 3 hours, sintered, and then naturally cooled.

また、比較のためのホットフォージング体は、仮焼した
原料粉末とポリビニルアルコールの混合物を、金型で8
00kl:/cがで1分間加圧して、グリーン体を成形
し、前記と同様に常圧焼成を行ない、焼成終期段階に1
120°Cで200 kg/am8の圧力を3時間負荷
して、フォージング処理の圧縮変形させ、その後、圧力
を抜き、200”C/時間の速度で降温した。
In addition, a hot forged body for comparison was prepared by molding a mixture of calcined raw material powder and polyvinyl alcohol into a mold.
Pressure was applied for 1 minute at 00 kl:/c to form a green body, followed by atmospheric pressure firing in the same manner as above.
A pressure of 200 kg/am8 was applied at 120° C. for 3 hours to cause compression deformation in the forging process, and then the pressure was released and the temperature was lowered at a rate of 200”C/hour.

[発明の効果] 本発明による一次元配向構造体の製造方法は、次のごと
き顕著な技術的な効果が得られた。
[Effects of the Invention] The method for manufacturing a one-dimensional oriented structure according to the present invention has the following remarkable technical effects.

第1に、配向方法を、結晶構造の異方性或いは粒子形状
異方性を有する緻密体に、適応すると、簡便な装置でも
容易に、経済的なコストで、構成要素の保有する異方性
特性を効果的に且つ顕著に取り出すことのできる製法を
提供する。
First, if the orientation method is applied to a dense body with anisotropy in crystal structure or particle shape, the anisotropy of the constituent elements can be easily adjusted using a simple device and at an economical cost. To provide a manufacturing method that can effectively and significantly extract characteristics.

第2に、微構造的には低い対称構造を有する構成要素を
含む緻密体でも、高温加圧処理での1工程で、容易に一
軸方向に効果的に一次元配向を可能ならしめる異方性配
向製品の製造方法が提供される。
Second, even in dense bodies containing constituent elements with low microstructural symmetry, anisotropy allows for easy and effective one-dimensional orientation in one axis direction in one step of high-temperature pressure treatment. A method of manufacturing an oriented product is provided.

第3に、従って、極めて実用的な一次元配向性構造体の
生産方法が提供された。
Thirdly, a highly practical method for producing one-dimensionally oriented structures has therefore been provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来のホットフォージング装置の概要を示す
説明図である。 第2図は、セラミ/ラス原料を用いた場合の、等方性を
有する緻密な常圧焼結体及び二軸配向焼結体の製造工程
を示すフローシートである。 第3図は、本発明による一次元配向物質構造体の製造の
原理を説明する概略断面図である。 第4図は、本発明により発現された異方性特性を有する
ように作成きれる試料形状の1例である。 第5図は、本発明により発現された異方性圧電特性を示
すグラフである。 特許出願人 三菱鉱業セメント株式会社代理人  弁理
士  倉 持  裕(外1名)第1図 第2図 第4図 力1.ト四A δ  (席○ 第5図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a conventional hot forging device. FIG. 2 is a flow sheet showing the manufacturing process of isotropic, dense pressureless sintered bodies and biaxially oriented sintered bodies when ceramic/lath raw materials are used. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the principle of manufacturing a one-dimensionally oriented material structure according to the present invention. FIG. 4 is an example of a sample shape that can be created to have the anisotropic characteristics developed according to the present invention. FIG. 5 is a graph showing anisotropic piezoelectric characteristics developed by the present invention. Patent applicant Mitsubishi Mining Cement Co., Ltd. Agent Patent attorney Hiroshi Kuramochi (one other person) Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 1. To4A δ (Seat ○ Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 構成要素の一部又は全部が微構造的に、結晶方位の異方
性或いは粒子配向の異方性を有する物質を成形体に形成
し、 該成形体の対向する面を所定角度で斜めに切削し、対向
する面が平行で斜めの面をなすようにし、 緻密化温度又はそれより多少低い温度において、該対向
斜め面に対して該成形体の内部に一軸方向に滑り応力が
生じるな方向に外力を負荷しながら、圧力成形する外力
をかける工程を含むことを特徴とする一次元粒子配向物
質構造体の製造方法。
[Claims] Forming a material in which some or all of the constituent elements have microstructural anisotropy of crystal orientation or anisotropy of particle orientation into a molded body, and forming a material in which opposing surfaces of the molded body are Cut diagonally at a predetermined angle so that the opposing surfaces form parallel and oblique surfaces, and slide uniaxially into the inside of the molded body against the opposing oblique surfaces at the densification temperature or a temperature slightly lower than that. A method for manufacturing a one-dimensional particle-oriented material structure, comprising the step of applying an external force for pressure forming while applying an external force in a direction that does not cause stress.
JP63086285A 1988-04-09 1988-04-09 Production of one-dimensional particle-oriented material structure Pending JPH01261257A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010087380A (en) * 2008-10-01 2010-04-15 Taiyo Yuden Co Ltd Piezoelectric drive element, and piezoelectric drive device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010087380A (en) * 2008-10-01 2010-04-15 Taiyo Yuden Co Ltd Piezoelectric drive element, and piezoelectric drive device

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