JPH06107448A - ビスマス層状化合物の製造方法 - Google Patents
ビスマス層状化合物の製造方法Info
- Publication number
- JPH06107448A JPH06107448A JP4256425A JP25642592A JPH06107448A JP H06107448 A JPH06107448 A JP H06107448A JP 4256425 A JP4256425 A JP 4256425A JP 25642592 A JP25642592 A JP 25642592A JP H06107448 A JPH06107448 A JP H06107448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compact
- raw material
- sintering
- pressure
- laminar compound
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ホットプレスより簡単な方法で、ビスマス層状
化合物の分極容易軸の配向性を高める。 【構成】成形工程において、成形体を２００ＭＰａ以上
の圧力で一軸加圧する。成形時に強い圧力を一軸にかけ
ることにより、成形体に残留応力が発生し、その残留応
力が残った状態で焼結されるため、焼結時には結晶粒子
が分極容易軸が加圧方向と直角方向となるように配向し
て焼結される。したがって圧電特性が向上する。
化合物の分極容易軸の配向性を高める。 【構成】成形工程において、成形体を２００ＭＰａ以上
の圧力で一軸加圧する。成形時に強い圧力を一軸にかけ
ることにより、成形体に残留応力が発生し、その残留応
力が残った状態で焼結されるため、焼結時には結晶粒子
が分極容易軸が加圧方向と直角方向となるように配向し
て焼結される。したがって圧電特性が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧力センサ、高周波フィ
ルタなどとして利用可能な、圧電性を有するビスマス層
状化合物の製造方法に関する。
ルタなどとして利用可能な、圧電性を有するビスマス層
状化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電性を有するセラミックスとしては、
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）、チタン酸鉛（Ｐｂ
ＴｉＯ3 ）、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体（ＰＺＴ）、
ビスマス層状化合物（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）などが知
られている。例えばＰＺＴは特に高い感度を有するた
め、圧電アクチュエータとして利用されている。またビ
スマス層状化合物は、感度はＰＺＴほど高くないが強度
が大きく、キュリー温度が５００〜８００℃と高く広い
温度範囲で使用できるため、圧力センサとしての利用が
期待されている。
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）、チタン酸鉛（Ｐｂ
ＴｉＯ3 ）、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体（ＰＺＴ）、
ビスマス層状化合物（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）などが知
られている。例えばＰＺＴは特に高い感度を有するた
め、圧電アクチュエータとして利用されている。またビ
スマス層状化合物は、感度はＰＺＴほど高くないが強度
が大きく、キュリー温度が５００〜８００℃と高く広い
温度範囲で使用できるため、圧力センサとしての利用が
期待されている。
【０００３】ビスマス層状化合物から圧電センサなどを
製造するには、酸化ビスマス（Ｂｉ 2 Ｏ3 ）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3 ）な
どの原料粉末を所定比率で混合して粉末原料を調製し、
この粉末原料から所定形状の成形体を形成した後焼結し
て焼結体とし、それを分極処理して利用に供されてい
る。
製造するには、酸化ビスマス（Ｂｉ 2 Ｏ3 ）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3 ）な
どの原料粉末を所定比率で混合して粉末原料を調製し、
この粉末原料から所定形状の成形体を形成した後焼結し
て焼結体とし、それを分極処理して利用に供されてい
る。
【０００４】ところでビスマス層状化合物は、高キュリ
ー温度で高温特性に優れた圧電素子であるが、結晶異方
性が大きいのに結晶がランダムに配向した状態で焼結さ
れるため、圧電性の感度が小さいという欠点がある。そ
こで、特開昭５２−８６１９８号公報には、ホットプレ
スなどを用い、焼結時に一方向に圧力を加えることによ
り、板状の結晶の結晶軸を一方向に揃え、以て感度を向
上させる製造方法が開示されている。この製造方法によ
れば、ビスマス層状化合物の層状結晶がプレス方向に直
角な方向に配向した状態で焼結され分極容易軸がプレス
方向に直角な方向に揃うため、圧電性の感度が向上す
る。
ー温度で高温特性に優れた圧電素子であるが、結晶異方
性が大きいのに結晶がランダムに配向した状態で焼結さ
れるため、圧電性の感度が小さいという欠点がある。そ
こで、特開昭５２−８６１９８号公報には、ホットプレ
スなどを用い、焼結時に一方向に圧力を加えることによ
り、板状の結晶の結晶軸を一方向に揃え、以て感度を向
上させる製造方法が開示されている。この製造方法によ
れば、ビスマス層状化合物の層状結晶がプレス方向に直
角な方向に配向した状態で焼結され分極容易軸がプレス
方向に直角な方向に揃うため、圧電性の感度が向上す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記公報に開
示されたホットプレス法では、装置自体が高価であるば
かりでなく、一度に処理できるのが通常は１個であり、
生産性が低いため製造コストも高いものになっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
上記ホットプレス法より簡単な方法で、ビスマス層状化
合物の分極容易軸の配向性を高めることを目的とする。
示されたホットプレス法では、装置自体が高価であるば
かりでなく、一度に処理できるのが通常は１個であり、
生産性が低いため製造コストも高いものになっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
上記ホットプレス法より簡単な方法で、ビスマス層状化
合物の分極容易軸の配向性を高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のビスマス層状化合物の製造方法は、ビスマス層状化
合物となる組成比で複数の原料を混合して粉末原料とす
る混合工程と、粉末原料から成形体を形成する成形工程
と、成形体を焼結して焼結体とする焼結工程と、からな
るビスマス層状化合物の製造方法において、成形工程で
は成形体を２００ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧すること
を特徴とする。
明のビスマス層状化合物の製造方法は、ビスマス層状化
合物となる組成比で複数の原料を混合して粉末原料とす
る混合工程と、粉末原料から成形体を形成する成形工程
と、成形体を焼結して焼結体とする焼結工程と、からな
るビスマス層状化合物の製造方法において、成形工程で
は成形体を２００ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧すること
を特徴とする。
【０００７】混合工程及び焼結工程は、従来の製造方法
と同様に行うことができる。またビスマス層状化合物と
しては、一般式（Ｍx Ｂｉy ）Ｔｉ4 Ｏ15で表される一
般的なものを用いることができる。ここでＭは１〜５価
の金属元素であり、Ｓｒ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｒ
ａなどのアルカリ土類金属、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃ
ｓなどのアルカリ金属あるいはＰｂなどから種々選択で
きる。また、性能を損なわない範囲でＭｎ，Ｎｉ，Ｃｒ
などの金属元素を共存させてもよい。
と同様に行うことができる。またビスマス層状化合物と
しては、一般式（Ｍx Ｂｉy ）Ｔｉ4 Ｏ15で表される一
般的なものを用いることができる。ここでＭは１〜５価
の金属元素であり、Ｓｒ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｒ
ａなどのアルカリ土類金属、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃ
ｓなどのアルカリ金属あるいはＰｂなどから種々選択で
きる。また、性能を損なわない範囲でＭｎ，Ｎｉ，Ｃｒ
などの金属元素を共存させてもよい。
【０００８】本発明の最大の特徴は、成形工程において
２００ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧するところにある。
これにより、作用の欄で説明するようにビスマス層状化
合物の分極容易軸が加圧方向に垂直に配向するため、圧
電性の感度が向上する。この加圧力が２００ＭＰａ未満
であると、分極容易軸の一方向への配向が困難となり、
感度の向上がみられない。なお、従来の製造方法では成
形時に作用する圧力はせいぜい１００ＭＰａであり、こ
れではせいぜい２０ｐＣ／Ｎ程度の感度しか得られな
い。
２００ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧するところにある。
これにより、作用の欄で説明するようにビスマス層状化
合物の分極容易軸が加圧方向に垂直に配向するため、圧
電性の感度が向上する。この加圧力が２００ＭＰａ未満
であると、分極容易軸の一方向への配向が困難となり、
感度の向上がみられない。なお、従来の製造方法では成
形時に作用する圧力はせいぜい１００ＭＰａであり、こ
れではせいぜい２０ｐＣ／Ｎ程度の感度しか得られな
い。
【０００９】
【作用】ビスマス層状化合物は、その結晶構造から極め
て異方性の強い材料であり、分極容易方向が特定の方向
に限られる。また結晶の形状も板状であり、形状的にも
一方向に配向し易い。しかし通常の製造方法による成形
・焼結では、図３に示すように分極容易軸がランダムと
なってしまい、圧電特性の向上が望めない。
て異方性の強い材料であり、分極容易方向が特定の方向
に限られる。また結晶の形状も板状であり、形状的にも
一方向に配向し易い。しかし通常の製造方法による成形
・焼結では、図３に示すように分極容易軸がランダムと
なってしまい、圧電特性の向上が望めない。
【００１０】そこで成形時に強い圧力を一軸方向にかけ
ることにより、成形体には残留応力が発生し、焼結時に
はその残留応力が保持された状態で焼結されるため、結
晶粒子が加圧方向と直角方向に配向しながら粒成長して
焼結が進行する。したがって焼結体の分極容易軸は図４
に示すように加圧方向と直角方向に配向し、圧電性の感
度が向上する。
ることにより、成形体には残留応力が発生し、焼結時に
はその残留応力が保持された状態で焼結されるため、結
晶粒子が加圧方向と直角方向に配向しながら粒成長して
焼結が進行する。したがって焼結体の分極容易軸は図４
に示すように加圧方向と直角方向に配向し、圧電性の感
度が向上する。
【００１１】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （１）混合工程 出発原料として、酸化ストロンチウム（ＳｒＣＯ3 ），
酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3 ），酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
及び酸化マンガン（ＭｎＯ）を用い、それぞれの原料粉
末を、組成比がＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15となるように、か
つＭｎＯをＭｎ重量換算で０．１重量％含むように秤量
して、エタノールとともにポットミル中で４８時間湿式
混合した。
酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3 ），酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
及び酸化マンガン（ＭｎＯ）を用い、それぞれの原料粉
末を、組成比がＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15となるように、か
つＭｎＯをＭｎ重量換算で０．１重量％含むように秤量
して、エタノールとともにポットミル中で４８時間湿式
混合した。
【００１２】混合粉末を脱エタノール乾燥し、７００〜
９５０℃で２時間仮焼した。この仮焼粉末を再びポット
ミル中で４８時間湿式混合し、脱エタノール乾燥して粉
末原料とした。 （２）成形工程 この粉末原料にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を約３
重量％加えて造粒し、それを金型中に供給して図１に示
すように一軸加圧しながら１辺１０ｍｍの立方体形状の
成形体１を形成した。なお、一軸加圧の圧力は、図２に
示すように５０〜３００ＭＰａの範囲で種々選択し、そ
れぞれの圧力でそれぞれの成形体を作製した。
９５０℃で２時間仮焼した。この仮焼粉末を再びポット
ミル中で４８時間湿式混合し、脱エタノール乾燥して粉
末原料とした。 （２）成形工程 この粉末原料にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を約３
重量％加えて造粒し、それを金型中に供給して図１に示
すように一軸加圧しながら１辺１０ｍｍの立方体形状の
成形体１を形成した。なお、一軸加圧の圧力は、図２に
示すように５０〜３００ＭＰａの範囲で種々選択し、そ
れぞれの圧力でそれぞれの成形体を作製した。
【００１３】なお、本実施例では成形と同時に一軸加圧
したが、従来と同様に成形体を形成した後、その成形体
を２００ＭＰａの圧力で一軸加圧することもできる。 （３）焼結工程 それぞれの成形体をＺｒＯ2 製パッド材の上に置き、そ
れをアルミナ製容器内に収納しアルミナ製の蓋をして炉
内に配置し、昇降温速度２００℃／ｈ、温度保持は１１
００〜１３００℃で２時間大気中で加熱保持して焼結し
た。 （４）分極工程 得られたそれぞれの焼結体を、図１に示すように成形時
の加圧軸と平行な切り出し面１０で厚さ１ｍｍの板状に
切り出し、正方形形状の両表面に銀ペーストを塗布し、
焼き付けて銀電極を形成した。そして２００℃に加熱さ
れたシリコンオイル中で、８ｋＶ／ｍｍの電圧を１０分
間印加してそれぞれ分極処理を行った。
したが、従来と同様に成形体を形成した後、その成形体
を２００ＭＰａの圧力で一軸加圧することもできる。 （３）焼結工程 それぞれの成形体をＺｒＯ2 製パッド材の上に置き、そ
れをアルミナ製容器内に収納しアルミナ製の蓋をして炉
内に配置し、昇降温速度２００℃／ｈ、温度保持は１１
００〜１３００℃で２時間大気中で加熱保持して焼結し
た。 （４）分極工程 得られたそれぞれの焼結体を、図１に示すように成形時
の加圧軸と平行な切り出し面１０で厚さ１ｍｍの板状に
切り出し、正方形形状の両表面に銀ペーストを塗布し、
焼き付けて銀電極を形成した。そして２００℃に加熱さ
れたシリコンオイル中で、８ｋＶ／ｍｍの電圧を１０分
間印加してそれぞれ分極処理を行った。
【００１４】焼結体では分極容易軸は加圧方向と垂直に
配向しているので、この切り取られたビスマス層状化合
物では分極容易軸は厚さ方向に平行に配向していること
となる。 （５）評価 得られたそれぞれのビスマス層状化合物について、それ
ぞれ圧電性の感度を測定した。結果を図２に示す。ここ
で圧電性の感度とは、図５に示すように、試料に力Ｆを
加えた場合に発生する電荷の量をＥとしたときに、単位
力当たりの電荷（Ｅ／Ｆ，単位ｐＣ／Ｎ）をいう。
配向しているので、この切り取られたビスマス層状化合
物では分極容易軸は厚さ方向に平行に配向していること
となる。 （５）評価 得られたそれぞれのビスマス層状化合物について、それ
ぞれ圧電性の感度を測定した。結果を図２に示す。ここ
で圧電性の感度とは、図５に示すように、試料に力Ｆを
加えた場合に発生する電荷の量をＥとしたときに、単位
力当たりの電荷（Ｅ／Ｆ，単位ｐＣ／Ｎ）をいう。
【００１５】図２より、成形時の加圧力が５０〜１５０
ＭＰａでは感度が２０ｐＣ／Ｎで一定であったが、２０
０ＭＰａ以上になると感度は２８ｐＣ／Ｎと急激に向上
している。また加圧力が３００ＭＰａとなっても感度は
２８ｐＣ／Ｎで一定であった。すなわち成形時に２００
ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧することにより、感度が大
きく向上することが明らかである。
ＭＰａでは感度が２０ｐＣ／Ｎで一定であったが、２０
０ＭＰａ以上になると感度は２８ｐＣ／Ｎと急激に向上
している。また加圧力が３００ＭＰａとなっても感度は
２８ｐＣ／Ｎで一定であった。すなわち成形時に２００
ＭＰａ以上の圧力で一軸加圧することにより、感度が大
きく向上することが明らかである。
【００１６】
【発明の効果】すなわち本発明の製造方法によれば、ホ
ットプレス法と同様に分極容易軸が一方向に配向したビ
スマス層状化合物を容易に製造することができる。そし
て成形工程で一軸加圧するだけでよいので、一度に多数
の成形体を処理することができ、生産性に優れているた
め、ホットプレス法に比べて生産コストを低減すること
ができる。
ットプレス法と同様に分極容易軸が一方向に配向したビ
スマス層状化合物を容易に製造することができる。そし
て成形工程で一軸加圧するだけでよいので、一度に多数
の成形体を処理することができ、生産性に優れているた
め、ホットプレス法に比べて生産コストを低減すること
ができる。
【００１７】そして本発明により製造されたビスマス層
状化合物は、一方向に分極容易軸が配向しているので、
圧力−電荷出力のヒステリシスが小さくなり極めて優れ
た圧電特性をもつようになる。
状化合物は、一方向に分極容易軸が配向しているので、
圧力−電荷出力のヒステリシスが小さくなり極めて優れ
た圧電特性をもつようになる。
【図１】本発明の一実施例の成形工程の説明図である。
【図２】加圧力と感度の関係を示すグラフである。
【図３】従来の製造方法で得られた焼結体の結晶構造の
説明図である。
説明図である。
【図４】本発明の製造方法で得られる成形体の結晶構造
の説明図である。
の説明図である。
【図５】力と電荷出力の関係を示し、圧電性の感度の定
義を示す説明図である。
義を示す説明図である。
１：成形体 １０：切り出し面
Claims (1)
- 【請求項１】 ビスマス層状化合物となる組成比で複数
の原料を混合して粉末原料とする混合工程と、該粉末原
料から成形体を形成する成形工程と、該成形体を焼結し
て焼結体とする焼結工程と、からなるビスマス層状化合
物の製造方法において、 前記成形工程では該成形体を２００ＭＰａ以上の圧力で
一軸加圧することを特徴とするビスマス層状化合物の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256425A JPH06107448A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ビスマス層状化合物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256425A JPH06107448A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ビスマス層状化合物の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06107448A true JPH06107448A (ja) | 1994-04-19 |
Family
ID=17292490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4256425A Pending JPH06107448A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ビスマス層状化合物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06107448A (ja) |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP4256425A patent/JPH06107448A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004115293A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP2001019542A (ja) | 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電デバイス | |
| CN112062551A (zh) | 一种高退极化温度、高压电性能的铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| JP2002308672A (ja) | 圧電セラミックの製造方法、圧電セラミック、および圧電セラミック素子 | |
| JP3080277B2 (ja) | ビスマス層状化合物の製造方法 | |
| JPH11217262A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP2000272963A (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JP2006265055A (ja) | 圧電セラミックスの製造方法 | |
| US3640866A (en) | Piezoelectric ceramic compositions | |
| JP2000264727A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JPH06116024A (ja) | ビスマス層状化合物の製造方法 | |
| JPH06107448A (ja) | ビスマス層状化合物の製造方法 | |
| JP3061224B2 (ja) | ビスマス層状化合物の分極方法 | |
| JP2871326B2 (ja) | ビスマス層状化合物焼結体の製造方法 | |
| JP2000143340A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP2002338355A (ja) | 圧電磁器 | |
| JP3075448B2 (ja) | ビスマス層状化合物−圧電高分子複合体の製造方法 | |
| JPH0741363A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP3075447B2 (ja) | ビスマス層状化合物−圧電高分子複合体 | |
| JPH0680423A (ja) | ビスマス層状化合物の製造方法 | |
| JP2001048641A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0797260A (ja) | 圧電セラミックの製法 | |
| JP3117247B2 (ja) | 圧電磁器の製造方法 | |
| JP3156383B2 (ja) | ビスマス層状化合物焼結体の製造方法 | |
| JP2768068B2 (ja) | Ｐｚｔ圧電板の製造方法 |