JPH0431353A - 複合酸化物焼結体の製造方法 - Google Patents

複合酸化物焼結体の製造方法

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JPH0431353A
JPH0431353A JP2135399A JP13539990A JPH0431353A JP H0431353 A JPH0431353 A JP H0431353A JP 2135399 A JP2135399 A JP 2135399A JP 13539990 A JP13539990 A JP 13539990A JP H0431353 A JPH0431353 A JP H0431353A
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JP
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powder
component
pmn
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JP2135399A
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Kimitaka Kuma
隈 公貴
Hajime Funakoshi
肇 船越
Takashi Mori
隆 毛利
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Tosoh Corp
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Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、Pb (Mg 1.・3 Nb2/i )0
3系複合酸化物焼結体の製造方法に関するものである。
Pb(Mg+/i Nbz7i )03  (以下PM
Nと略称する)系複合酸化物は、強誘電性を示し、誘電
体材料、圧電体材料、焦電体材料等に用いられる。
[従来の技術] PMN系複全複合酸化物このものの生成の際、パイロク
ロア相が副生成しやすく、副生成したパイロクロア相は
、これを用いた材料の強誘電性を低下させる原因となる
そのため、単一相のPMN系複全複合酸化物成するため
に種々の試みがなされている。
例えば、PbO5Nb206、MgOの固相反応により
PMNを合成する際に、原料仕込みの段階でMgOを量
論比よりも過剰に用いて合成する方法(窯業協会誌80
巻1972年197頁) 、Swartzらが提案した
、MgとNbをあらかじめ反応させ、それにpbを混合
した後固相反応を行ないPMNを得る方法(Mater
ials Re5earch Bulletin 17
巻1982年1245頁)等である。
本発明者らは、分散剤の存在下で原料成分を微粉砕混合
し、更に、多段焼成を行なうことによって副生成物であ
るパイロクロア相の生成を抑制し、PMN系複全複合酸
化物−相で合成する方法を見出し先に特許出願した(特
願平1−196553 )。
現在、電化製品の小型化に伴い、用いられる素子の小型
化、高機能化が望まれていおり、強誘電性材料を用いる
素子、例えば、コンデンサ等についてもその例外ではな
い。コンデンサの小型化のためには、素子の薄膜積層化
や用いる材料の比誘電率を向上させることが重要となる
。材料の比誘電率を向上させるためには、例えば、その
材料を合成する際、過剰のMg成分を用いる方法や、多
段焼成を行なう方法等が挙げられる。しかし、Mg成分
を、必要な化学量論比よりも過剰に加えた場合、得られ
た焼結体中の粒子径は増大する傾向にある。
焼結体中の粒子径が増大すると、例えば、積層型セラミ
ックコンデンサのように強誘電性材料を薄膜として使用
する場合に、そのものの信頼性等が低下し好ましくない
。そのため、焼結体中の粒子径を増大させずに比誘電率
を向上させる方法が望まれている。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、比誘電率の高いPMN系複合酸化物焼
結体の製造方法を提供することにあり、焼結体中の粒子
径を増大させずに比誘電率が向上したPMN系複合酸化
物焼結体を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者等は上記問題点を解決するために鋭意検討した
結果、PMN系複合酸化物粉末にMg成分を添加してな
る複合酸化物粉末組成物は、これを焼結しても、比誘電
率が向上しかつ、焼結体中の粒子径は増大しないことを
見出し本発明を完成した。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明でいうPMN系複合酸化物粉末とは、少くともP
MNを含む複合酸化物粉末のことであり、例えば、PM
NにPb(Ni+yy Nb2y3)03 、PbTi
 O3、Pb(ZnB3Nb2.2.)03 、PbZ
r03等の成分を固溶させたもの、更にPMNそのもの
等である。
本発明で用いるPMN系複合酸化物粉末はどのような製
法で得られたものでも良く、例えば、固相反応法、共沈
法、アルコキシド加水分解法等の方法で合成したものを
用いることができるが、先に我々か提案した方法、すな
わち、分散剤の存在下で、原料成分を微粉砕混合し、更
に、多段焼成を行なう方法によって得た複合酸化物粉末
が、比較的安価に得られ、副生成物であるパイロクロア
相が存在せずかつ、微細で均一な粉末であるために好ま
しい。
本発明では、PMN系複合酸化物粉末にMg成分を添加
したものであることが必須である。Mg成分の添加の効
果の原因については必ずしも明かではないが、後述の比
較例]、2に示したように、PMN系複合酸化物粉末を
製造する際に、原料仕込み段階でMg成分を過剰に用い
、結果としてMg成分を添加した状態として用い焼結体
としても、得られる焼結体の比誘電率を向上させる効果
はほとんど見られない。
本発明で用いるMg成分とは、熱分解によりMgOとな
る成分を意味し、例えば、酸化マグネシウム、炭酸マグ
ネシウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムのアルコ
キシド、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸塩
等のマグネシウムの有機酸塩等を例示することができる
。このうち、特に硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム
か好ましい。
本発明でPMN系複合酸化物粉末に添加するMg成分の
量は、PMN系複合酸化物中におけるPMN成分の量に
より異なり、複合酸化物粉末中に含まれるMgff1に
対し0.1〜20wt%の量(Mgとして)を添加する
ことが好ましく、より好ましくは0.5〜10wt%で
ある。添加するMgの量が20 wt%よりも多すぎた
場合、過剰のMgOが偏析するために好ましくなく、ま
た、0.Lvt%よりも少ないとMg添加の効果が不十
分である。
PMN系複合酸化物粉末へのMg成分の添加方法として
は、Mg成分が酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムの
ような粉体の場合、ボールミル等を用いて、乾式または
湿式で混合することができるが、この場合、添加するM
g成分が微細であることか好ましく、0.6μI以下の
粒子のものを用いることが好ましい。また、湿式で混合
することが、乾式で混合するよりも均一な混合が可能と
なるため、混合系に水等を加え湿式で混合することがよ
り好ましい。
また、本発明においては、添加するMg成分か均一に混
合されることが好ましいので、Mg成分は溶液の形で添
加することがより好ましい。この添加方法としては、例
えば、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム等の水溶液
や、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグ
ネシウム等を希酸に溶かした溶液、マグネシウムアルコ
キシドのアルコール溶液をPMN系複合酸化物粉末と混
合し、スラリー状で混合することが好ましい。
湿式でPMN系複合酸化物粉末とMg成分を混合した場
合、その混合物を乾燥させるが、この際の乾燥方法は特
に限定されず、例えば、スプレー乾燥や熱風乾燥で好い
本発明で、Mg成分を混合したPMN系複合酸化物粉末
組成物を、後の焼結の前に加熱処理すると、添加したM
g成分が熱分解され、MgOの形状でPMN系複全複合
酸化物粉末表面着し、次に行なう粉末の成型工程での、
添加したMg成分の脱落や偏析を防ぐので好ましい。こ
の場合の熱処理温度は、2゜O℃〜800℃で、好まし
くは300℃〜600℃である。温度がこの温度範囲よ
り低い場合、熱分解か不十分でまた、高すぎると粉末の
粒成長が生じ好ましくない。
以上のような方法で本発明におけるMg成分を添加して
なるPMN系複合酸化物粉末組成物を得ることができる
次に、このPMN系複合酸化物組成物の焼結にっいて詳
述する。
まず、得られたPMN系複合酸化物粉末組成物を成型す
る。この成型方法は、目的とする最終形状に合った成型
方法を用いればよく、金型ブレス法、スリップキャステ
ィング法、ドクターブレード法等がある。
」二記で成型した粉末を焼結することにより目的とする
PMN系複合酸化物焼結体を得る。この際の焼結温度は
、酸化物粉末組成物の組成により異なるが800’C〜
1300℃が好ましい。焼結温度がこれより低いと焼結
は不十分であり、また、この温度より高いとpb酸成分
揮発するため好ましくない。
焼結雰囲気は特に限定されず、大気中、酸素中で行なう
ことができる。焼結時間は1〜数十時間で、好ましくは
2〜10時間である。この焼結時間が1時間より短いと
焼結が不十分であり、必要以上に長いと構成成分中のp
bの損失が多くなり好ましくない。更に、焼結の際の昇
温速度は焼結体の大きさ、形状により異なるが1℃/時
間〜300℃/時間で良く、例えば焼結体が単板の場合
は、50℃/時間〜200℃/時間である。この昇温速
度が必要以上に速いと、焼結体の緻密化が困難で高密度
の焼結体を得ることが難しく、焼結時にクラックが発生
するなど好ましくない。
また、必要に応じて、PbO雰囲気下で焼結を行なうこ
とが構成成分中のpb酸成分損失を防止する意味で好ま
しい。
以上のような方法で目的とするPMN系複合酸化物焼結
体を得る。得られた焼結体は高誘電性でコンデンサ等に
利用できる。
「発明の効果] 本発明のPMN系複合酸化物粉末を焼結して得た焼結体
は、Mg成分を添加しないPMN系複合酸化物粉末その
ものを焼結したものよりも高い比誘電率を示す。
[実施例] 以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
参考例1 [0,2PbTiO3−0,2Pb(Mg l/3 N
b2□・3 ) 03−0.6Pb(Ni l/3 N
b2z3) 03  (以下PT−PMN−PNNと略
称する)粉末及びその焼結体の製造コ Mg01.235g、Nb2O,32,237g、 N
IO6,794g、TiO7,298gを、2 m+n
φのジルコニアボール120+nl及び蒸留水70+n
lとともにポリエチレンポットに入れ、さらに分散剤(
ヘキスト社製商品名rDjspexA−40J  0.
76gを加え振動ミルで10時間湿式粉砕を行ない得ら
れたスラリーをエバポレーターで蒸発乾固して混合粉末
を得た。次に、この混合粉末を900℃、2時間焼成し
た。
得られた粉末を15.945g、 PbO34,055
を2 rumφのジルコニアボール120m1及び蒸留
水70Illlとともにポリエチレンポットに入れ、振
動ミルで1g時間湿式粉砕を行ない、得られたスラリー
をエバポレーターで蒸発乾固して混合粉末を得た。次に
、混合粉末を800℃で2時間仮焼しPT−PMN−P
NN粉末を得た。
この粉末にポリビニールアルコールをバインダーとして
0.5wt%加えた後、粉末的1.6gを直径131m
φの金型に入れ、圧力1ton/cm2て加圧成型し、
1000℃で2時間焼結した。この焼結体の焼結体密度
は8.20g/cm3(アルキメデス法)、比誘電率は
12.900 (測定温度25℃)であった。得られた
焼結体の破断面を第1図に示す。
実施例1 [酢酸マグネシウムを添加してなるPT−PMN−PN
N粉末組成物及びその焼結体の製造] 参考例1で得られたPT−PMN−PNN粉末を20g
にポリビニールアルコール0.1g 、酢酸マグネシウ
ム4水和物0.0438g、蒸留水10gを加え、乳バ
チを用いて5分間湿式混合した後、熱風乾燥することに
より、Mg成分を添加してなるPT−PMN−PNN粉
末組成物を得た。
この粉末組成物的1.6gを直径131Ilfflφの
金型に入れ、圧力1ton/am2で加圧成型し100
0℃で2時間焼結した。この焼結体の焼結体密度は8.
L5g/am’(アルキメデス法)、比誘電率は14.
500  (測定温度25℃)であった。得られた焼結
体破断面を第2図に示す。第1図のものと比較すると、
比誘電率は向上したにもかかわらず焼結体中の粒子径は
増大していないことが判る。
[硝酸マグネシウムを添加してなるPT−PMN−PN
N粉末組成物及びその焼結体の製造〕 参考例1で得られたPT−PMN−PNN粉末20gに
ポリビニールアルコールO,1g 、硝酸マグネシウム
6水和物0.0524g、蒸留水Logを加え、前記し
たと同様の操作でMg成分を添加してなるPT−PMN
−PNN粉末組成物を得た。さらに前記したと同様の操
作を行ない焼結体を得た。この焼結体の焼結体密度は、
8.12g/c++3(アルキメデス法)、比誘電率は
14゜100(測定温度25℃)であった。
比較例1 [5νt%Mg成分を過剰に加えたPT−PMN−PN
N粉末及びその焼結体の製造] Mg01.297g、 Nb2O532,237g、 
Ni06.794g。
Ti07.298gを参考例1と同様の操作で粉砕、混
合後、焼成した。
得られた粉末15.955g、、PbO34,045g
を参考例1と同様の操作で粉砕、混合後、焼成し、5 
vt%Mg成分を過剰に加えたPT−PMN−PNN粉
末を得た。
得られた粉末を成型し焼結した。焼結体の焼結体密度は
8.18g/Cm’  (アルキメデス法)、比誘電率
は12.800 (II定温度25℃)であった。
参考例2 [PMN粉末及びその焼結体の製造] Mg03.317g、 Nb2O,21,683gを2
mn+φのジルコニアボール5hl及び蒸留水30m1
とともにポリエチレンポットに入れさらに、分散剤(ヘ
キスト社製商品名rDispexA−40J ) 0.
4gを加え振動ミルで10時間湿式粉砕を行ない得られ
たスラリーをエバポレーターで蒸発乾固して混合粉末を
得た。次にこの混合粉末を900℃で2時間仮焼した。
得られた粉末15.607g、 PbO34,393g
を21φのジルコニアボール1201及び蒸留水701
とともにポリエチレンポットに入れ、振動ミルで10時
間湿式粉砕を行ない、得られたスラリーをエバポレータ
ーで蒸発乾固して混合粉末を得た。
次にこの混合粉末を800℃で2時間仮焼しPMN粉末
を得た。
この粉末にポリビニールアルコールをバインダーとして
0,5νt%加えた後、粉末約1.6gを直径131φ
の金型に入れ、圧力1ton/C112で加圧成型し、
1150℃で2時間焼結した。この焼結体の焼結体密度
は7゜81g/am3(アルキメデス法)、比誘電率は
9.700 (測定温度25℃)であった。
実施例2 [PMN粉末組成物及びその焼結体の製造コ参考例2で
得られたPMN粉末20gにポリビニルアルコール0.
1g 、酢酸マグネシウム0.0431g。
蒸留水LOgを加え、乳バチを用いて5分間湿式混合し
た後、熱風乾燥した。このPMN粉末組成物約1.6g
を直径13auaφの金型に入れ、圧力1ton/cm
2で加圧成型し、1150℃で2時間焼結した。この焼
結体の焼結体密度は7.79g/cm3(アルキメデス
法)比誘電率はit、ioo  c測定温度25℃)で
あった。
比較例2 [1νt%Mg成分を過剰に加えたPMN粉末及びその
焼結体の製造] MgO3,350g、 Nbz Os  21.883
gを参考例2と同様の操作で粉砕、混合後、焼成した。
得られた粉末15.706g、 Pb034.393g
を参考例2と同様の操作で粉砕、混合後焼成しiwt%
Mg成分を過剰に加えたPMN粉末を得た。
得られた粉末を成型し焼結した。焼結体の焼結体密度は
7.77g/cm3(アルキメデス法)、比誘電率は1
0,000 、(#J定温度25℃)であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、参考例1で製造したPT−PMN−PNN粉
末の焼結体破断面の構造を示す走査型電子顕微鏡写真(
倍率10,000倍)を示す。第2図は実施例1で製造
したPT−PMN−PNN粉末組成物の焼結体破断面の
構造を示す走査型電子顕微鏡写真(倍率10.000倍
)を示す。 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Pb(Mg_1_/_3Nb_2_/_3)O_3系複
    合酸化物粉末に、Mg成分を添加した混合物を焼結する
    ことを特徴とする複合酸化物焼結体の製造方法。
JP2135399A 1990-05-28 1990-05-28 複合酸化物焼結体の製造方法 Pending JPH0431353A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06166560A (ja) * 1992-11-27 1994-06-14 Nec Corp 磁器組成物
JP2001254790A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Tohoku Ricoh Co Ltd 同期駆動装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06166560A (ja) * 1992-11-27 1994-06-14 Nec Corp 磁器組成物
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