JPS61232218A - 誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法 - Google Patents

誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法

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JPS61232218A
JPS61232218A JP60073717A JP7371785A JPS61232218A JP S61232218 A JPS61232218 A JP S61232218A JP 60073717 A JP60073717 A JP 60073717A JP 7371785 A JP7371785 A JP 7371785A JP S61232218 A JPS61232218 A JP S61232218A
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信一 白崎
▲吉▼本 哲夫
Tetsuo Yoshimoto
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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〕 本発明は誘電体磁器製造用の原料粉末の製造方法に係り
、さらに詳しくは、一般式:ABOzで表されるペロブ
スカイト型複合酸化物からなる誘電体磁器において、前
記一般式中のA(以下「Aサイト元素」と称す。)がp
bであり、B(以下「Bサイト元素」と称す。)がTt
、ZrJg+Ni+Zn、Mn+Nb、 Ta等である
鉛含有ペロブロスカイト型複合酸化物たとえばチタン酸
鉛(以下rPTJと記す。)チタンジルコン酸鉛(以下
rPZTJと称す。)。
PTまたはPZTにさらに第2成分、第3成分を添加固
溶した複合酸化物などからなる誘電体磁器製造用に適し
た低温焼結性の原料粉末の製造方法に関する。
PT、PZTなどの誘電体磁器は、その諸特性を利用し
て高周波フィルター、音響機器用トランスジューサー、
超音波発生素子、圧電素子等の電子素子に広く採用され
ており、近年、高比誘電率系のコンデンサーにも採用さ
れ始めている。さらに、その特性のより有効な利用手段
として積層型素子への応用が注目されている。
本発明の方法で製造される原料粉末は、低温焼結性に優
れるため従来の各種素子の製造に適用できるばかりでな
く、内部電極を有する積層型素子の製造用として期待で
きる。
〔従来の技術〕
一般式:ABO3で表されるペロプスカイト型複合酸化
物の焼結体からなる誘電体磁器の組成およびその諸特性
について非常に多くの提案がある。
これらの誘電体磁器は、その前駆体であるAサイト元素
とBサイト元素の化学量論比のコントロールされた原料
粉末を加圧成形し、焼結することにより製造され、その
特性は原料粉末の特性により大きく左右される。そのた
め、原料粉末の製造方法にも数多くの提案があり、それ
らは下記の如く大別できる。
(1)  酸化物固相法 Aサイト元素およびBサイト元素の酸化物、炭酸塩等を
固相で混合し、仮焼して原料粉末とする方法(Cera
mics International vol、7 
81387−89(1981)参照〕 (2)共沈法 Aサイト元素およびBサイト元素の水可溶性塩のそれぞ
れを含有する混合水溶液のPHを調節して、それぞれの
水酸化物を共沈させ、該共沈水酸化物を仮焼して原料粉
末とする方法(MaterialResearch B
ull、 vol、17101−104 (1982)
参照〕(3)有機金属法 Aサイト元素およびBサイト元素のアルコキシド類のそ
れぞれを含有する混合有機溶剤溶液を。
熱分解するかもしくは、i溶液を加水分解して生成する
沈澱物を仮焼して原料粉末を製造する方法(Cera+
nic Bull、!1kL4591−  (1984
)参照 〕(4)  組合せ方法 組合せ方法として、 Ti化合物とZr化合物の混合溶
液からTiとZrとを酸化物の型で共沈させ、該沈澱物
とpboを乾式混合し焼成して原料粉末とする方法が日
本化学会誌 隘5717−721 (1976)に報告
されている。
Aサイト元素がpbである場合において、原料として、
酸化鉛(PbO)及び四三酸化器(Pb+04)双方の
鉛酸化物を使用し得ることが多くの提案に見られるが、
 Pb5Onを使用した具体例およびその効果について
は、いずれの文献にも記載されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
酸化物固相法は種々の組成の原料粉末を安価に製造し得
る方法であり、工業的に広く採用されている方法である
が、得られる原料粉末は粒径が大きく、また1粒度分布
幅が広く、さらに粒子形状がバラバラであるため、磁器
製造時の成形性および焼結性が悪く高密度の磁器が得ら
れ難い。
共沈法は9粒子形状および粒径の揃った原料粉末を比較
的容易に製造し得る方法であり、工業的にも広く採用さ
れている。しかしながら、該方法においては、金属元素
の種類によってその水酸化物の溶解度積を異にするため
、化学量論的な組成のコントロールされた共沈水酸化物
を種々の組成について生成させることが困難である。し
たがって、製造可能な原料粉末の組成が限定される。
有機金属法は9粒径が小さく9粒子形状の揃った。かつ
、化学量論的な組成のコントロールされた比較的高焼結
性の原料粉末を製造し得る方法であり、基準組成の磁器
を製造するために実験室等において広く採用されている
。しかしながら、原料の金属アルコキシドが極めて高価
であり、また。
金属種によっては、有a溶剤可溶性のアルコキシドの合
成が不可能なものもあり、工業的に採用するには問題が
ある。
組合せ方法は、前記方法のかかえる諸課題を補う方法で
あり、前記文献にも記載される如く、優れた特性を有す
る磁器が製造できる。
以上に述べた如く、公知の技術はそれぞれ特徴を有して
いるが、これらの原料粉末を成形し焼結する際の焼結温
度が高く9組合せ方法においても1100℃を要し、他
の方法によるさらに複雑な組成の系においては9通常1
200℃以上を要する。焼結温度が高いことは、Aサイ
ト元素がpbの場合、Bサイト元素の酸化物に比較して
pboの蒸気圧が高いため、焼結時にpbとBサイト元
素との化学量論比が変化し、焼結体すなわち磁器中のP
b/Bサイト元素比のコントロールが極めて困難である
。したがって、目的とする緒特性にバラツキのない誘電
体磁器を製造することが困難である。また、各種素子を
製造する場合、電極材料として、高価な耐熱性の特殊金
属を使用することが要求される。
特に積層型素子においては内部電極コストが大きな問題
となっており、低温焼結性の原料粉末が要望されている
本発明は、鉛含有ペロブスカイト型複合酸化物からなる
誘電体磁器の製造に適した。特に、低温焼結性の原料粉
末の製造方法を提供することをその目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、 Tt+Zr+NbおよびTaよりなる群か
ら選ばれた1種または2種以上を金属種とする酸化物。
もしくは水酸化物またはそれらの混合物と+Mg+Ni
ZnおよびMnよりなる群から選ばれた1種または2種
以上を金属種とするシュウ酸塩とを混合した後。
400〜1100℃の温度下において仮焼して粉末とし
得られた仮焼粉末と、四三酸化器(Pb+0*)とを混
合し、該混合物を400〜1000℃の温度下において
仮焼することを特徴゛とする鉛含有ペロブスカイト型複
合酸化物からなる誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法
である。
本発明において、誘電体磁器は、下記一般式%式% で表されるペロブスカイト型複合酸化物において。
AIJ(Pbであり、Bが下記一般式(Il〕しくM’
 rysM’tys) ct−xt   ・−=−(I
f )(ここに9Mは、 Tiおよび/またはZr。
M゛は+ Mg + N 1 + ZnおよびMnの群
から選ばれた1種または2種以上 M′は、 Nbおよび/またはTa、およびXはO〜1
の正数を表す。) で表される鉛含有ペロブスカイト型複合酸化物であり、
これらに各種金属酸化物を添加配合したものも含まれる
具体的には、下記一般式(1) %式%(1) で表されるPT、下記一般式(2) PbTia Zr<I−a> 03 −−−−−−−−
−  (2)(ここに、Q<a<1である。) で表されるPZT、下記一般式(3) %式%(3: (ここにaは前記と同じ意味を表し、  0<x<、1
である。) で表される第3成分を添加固溶したPZT(以下。
コノ系をrPZ−PT−PMNjと称す。)およびこれ
らの混合物の固溶体、ならびに、これらに各種金属酸化
物を添加配合したものが挙げられる。
本発明において、前記鉛含有ペロブスカイト型複合酸化
物のAサイト元素のpb原料として、Pb3O゜を使用
する。
一方、Bサイト元素のうち、 Ti、Zr、Nbおよび
Taの原料として、当該金属の酸化物ならびに、当該金
属の溶媒可溶性化合物の1種または金属種を異にする2
種以上を含有する溶液に沈澱剤を添加して沈澱させた水
酸化物および共沈水酸化物を使用でき、これらは1種の
単独もしくは2種以上の混合物として使用される。溶媒
可溶性化合物として。
当該金属の塩化物、塩素酸塩、硝酸塩等の無機酸塩、酢
酸塩等の水可溶性カルボン酸塩などが好ましく使用でき
、その溶媒として、水、稀酸、低級アルコールおよびそ
れらの混合溶媒が使用される。
前記例示した化合物の前記熔!某溶液を使用する場合、
沈澱剤として、アルカリを使用でき、アンモニアが好ま
しく使用できる。
Mg、Ni、ZnおよびMnの原料として、当該金属の
シュウ酸塩を使用するが、好ましくは、当該金属の水可
溶性化合物たとえば無機酸塩、酢酸塩等の1種または金
属種を異にする2種以上を含有する水溶液にシュウ酸を
沈澱剤として添加し、沈澱させたシュウ酸塩または共沈
シュウ酸塩を使用する。
特に、当該金属の酢酸塩水溶液から沈澱させたシュウ酸
塩、および共沈シュウ酸塩が好ましく使用される。
本発明において、前記Ti、Zr、NbおよびTa原料
の1種または2種以上と+ Mg+Ni+ZnおよびM
n原料の1種または2種以上とを混合し、あらかじめ4
00〜1100℃の温度下において仮焼しBサイト元素
原料粉末とする。ついでAサイト元素原料のPb204
と仮焼したBサイト元素原料粉末とを混合し、400〜
1000℃の温度下において仮焼することにより目的と
する原料粉末を製造する。
Bサイト元素原料の仮焼およびPb3O4と仮焼したB
サイト元素原料粉末との混合物の仮焼は、酸素含有ガス
雰囲気下2通常大気中において行う。
Ti、 Zr、NbおよびTa原料とMg、Ni、Zn
およびMn原料との混合およびPb3O4とBサイト元
素原料粉末との混合は、湿式、乾式のいずれでも行うこ
とができるが、湿式ミルを用い、湿式混合を行うことに
より均一な混合および原料の微粉砕を効率よく行うこと
ができる。
前記方法で製造した原料粉末を、結合剤の存在下もしく
は非存在下に常法により加圧成形した成形体を、 pb
oまたはpboとZrO□との混合物の存在下もしくは
、非存在下において、800〜1250℃、好ましくは
900〜1250℃の温度下において焼結することによ
り、高焼結密度の誘電体磁器が得られる。
〔作用〕
本発明者等は、誘電体磁器製造用の低温焼結性の原料粉
末を製造すべく鋭意研究した結果、Aサイト元素がpb
であり、Bサイト元素にMg、Ni、ZnおよびMnの
1種または2種を含有する場合、Aサイト元素としてP
b3O4を+ Mg、Ni+ZnおよびMn原料として
、それらのシュウ酸塩または共沈シュウ酸塩を使用した
原料粉末を用いた加圧成形体を、800〜1250℃の
比較的低温域で焼結した磁器が極めて高い焼結密度を有
し、高い比誘電率(ε)を示すことを見出し2本発明を
完成した。
本発明の方法で製造した原料粉末を使用して製造した誘
電体磁器は、実施例に示す如く、焼結温度がPZ−PT
−PMN系について、 1150℃以下の低温域におい
ても、従来法で製造した原料粉末を使用した加圧成形体
の、 1250℃以上で焼結して製造した誘電体磁器と
同等もしくはそれ以上の焼結密度を有し、高い比誘電率
(ε)を示す。
本発明において、Bサイト元素原料のあらかじめの仮焼
によりコロンバイト相などの結晶相が生成し、これらの
結晶相とPb3O4との固相反応により、仮焼していな
いBサイト元素原料を用いた場合に生成するパイロクロ
ア相の生成が抑制されるため、良好なペロブスカイト相
が生成する。
Bサイト元素原料のうち、 Mg、Ni、ZnおよびM
n原料としてシュウ酸塩の使用は、あらかじめの仮焼に
よるコロンバイト相などの結晶相の生成に作用している
ものと推定され、また、 Pb2O,は、これらの結晶
相にあるBサイト元素原料との固相反応において、ペロ
ブスカイト相の生成に良好に作用するものと推定される
。さらにそれらが相乗的に作用して、原料粉末の低温焼
結性が達成されるものと推定される。
Mg、Ni、ZnおよびMnのシュウ酸塩と組合される
Ti。
Zr、 NbおよびTa原料は、当該金属の酸化物また
は熱分解により酸化物を生成する熱分解性化合物を使用
できるが、経済性を考慮すると、当該金属の酸化物また
は水酸化物の使用が好ましく、これらの金属の2種以上
を含む系においては1組成の均一性から、共沈水酸化物
がさらに好ましく使用される。
Bサイト元素原料の仮焼温度は、コロンバイト相などの
結晶相を生成する温度であればよ<、400〜1100
℃好ましくは500〜1000℃である。
Pb3O4と仮焼したBサイト元素原料との混合物の仮
焼温度は、Bサイト元素の構成成分により異なるが40
0〜1000℃、好ましくは500〜900℃である。
〔実施例〕
本発明を、実施例によりさらに詳細に説明する。
ただし2本発明の範囲は、下記実施例により何等限定さ
れるものではない。
以下の実施例において、各原料の使用量は、純分量を示
す。
実施例1  rPZ−PT−PMN系原料粉末の製造」 (試料1) 攪拌機および滴下器を備えたIIlフラスコに。
Mg(OCOCHs)z  ・41bO;35.70g
を仕込み、水; 3O0n+ 1およびアセトン; 1
00m lを加えて溶解し均一な溶液を調製した。この
溶液に無水シュウ酸H16,3gを水; 75m lお
よびアセトン;25m1に溶解した溶液を室温下3O分
間で滴下した後、室温下に1時間攪拌を継続し反応を熟
成した。反応により生成したMgシュウ酸塩を濾取し、
100℃の温度に5時間保持して乾燥した。
乾燥粉末中のMg含量を強熱灰化試料の蛍光X線分析に
より分析した結果、 Mg;15.89wt%であった
別に、 TiC1a;41.5gとZr0C1z ・6
8zO;23.2gとを冷水;13Ogに溶解した溶液
と、 NbzOs;26.6gを20%フッ酸水溶液;
350gに溶解した溶液とを混合し。
メタノール;100m1を加えて均一溶液を作成した。
この溶液を2000m lのテフロン製フラスコに入れ
25%アンモニア水; 380gとメタノール;180
m1との混合溶液を、室温下に3O分間で滴下した。生
成した沈澱(共沈水酸化物)をポリプロピレン製ヌフチ
ェを用いて吸引濾過し、濾過ケーキを再度テフロン製フ
ラスコに戻し、水; 3O0m lを加えて1時間攪拌
し、ケーキに付着したアンモニウム塩を溶解し、ケーキ
を洗浄した。この懸濁液を前記ヌッチェを用いて吸引濾
過し、再度ケーキを濾取した。
ケーキの洗浄操作をさらに2回繰返し、最終の濾過ケー
キを100℃の温度に5時間保持して乾燥した。乾燥粉
末中のTi、ZrおよびNb含量を強熱灰化試料の蛍光
X線分析により分析しな結果、 Ti:15゜66w 
t%、 Zr;11.03wt%およびNb;27.7
3wt%であった。先に得たMgシュウ酸塩の乾燥粉末
;12.8gと。
Ti、ZrおよびNbの共沈水酸化物の乾燥粉末;55
.8gとを、ボールミルに仕込みアセトン溶媒中で24
時間混合粉砕した後、アセトンを留去して乾燥し。
Bサイト元素原料の混合粉末を得た。ついで、この混合
粉末を800℃の温度に2時間保持して仮焼した。
前記で得た仮焼粉末;3B、51gおよびPb:+04
;91.41gをボールミルに仕込み、アセトン溶媒中
で24時間混合粉砕した後、アセトンを留去し乾燥した
この乾燥粉末を800℃の温度に2時間保持して仮焼し
、下記組成の原料粉末; 128gを得た。
0、135PbZrOs−0、365PbT iO+−
0、5Pb (Mg + /Jb z/i) Os(試
料2) 試料1と同一の条件で製造したMgシュウ酸塩の乾燥粉
末;10.2g、Ti(h;11.66g、Zr0z;
6.65gおよびNbzOs;17.72gをボールミ
ルを用いて試料1と同一の条件で湿式混合粉砕した後、
溶媒を留去し、乾燥したBサイト元素原料の混合粉末を
得た。この混合粉末を800℃×2時間の条件で仮焼し
、仮焼粉末を得た。
得られた仮焼粉末;38.91gおよびPb3O4;9
1.41gをボールミルに仕込み、以下試料1と同一の
条件で処理し、試料1と同一の組成の原料粉末: 12
8gを得た。
(比較試料1)二Bサイト元素原料の仮焼をしない場合 MgO:2.69g、 Ti0z ; 11.66g 
;Zr0z ;6.65g ;NbzOs ; 17.
72gおよびPt1a04;91.41gを、ボールミ
ルに仕込み。
アセトン溶媒中で24時間混合粉砕した後、溶媒を留去
し乾燥した。この乾燥粉末を、800℃×2時間の条件
で仮焼し、試料1と同一の組成の原料粉末; 126g
を得た。
(比較試料2):Aサイト元素原料がpboの場合 試料2と同一の条件で製造したBサイト元素原料の仮焼
粉末;29gおよびPbO;66.96gをボールミル
に仕込み、以下試料1と同一の条件で処理し、試料1と
同一の組成の原ギ旧5’J末;96gを得た。
(評価試験) (A)原料粉末の特性 実施例1で得た各原料粉末の粒度分布を、遠心沈降式粒
度分布測定機(島津製作所製・5A−CP型)を用いて
測定した。
(A−1)平均粒径;Ds。
累積重量百分率が50%を示す粒径;D、。を平均粒径
として第1表中に示す。
(A−2)粒度分布iD9゜/D10 累積重量百分率が90%を示す粒径;D9゜を、累積重
量百分率が10%を示す粒径;Dl。で除した値;D9
゜/DI。を1粒度分布として第1表中に示す。
(B)誘電体磁器の特性 実施例1で得た各原料粉末を使用して誘電体磁器を製造
した。
原料粉末;3gを直径201IIII+の金型に入れ、
 2Ton/ crAの圧力で加圧成形し、成形体を得
た。この成形体を、マグネシアルツボに入れて蓋をし、
さらに大きなアルミナルツボに入れて蓋をし、焼成炉中
において焼結し誘電体磁器を得た。
各t&料について、マグネシアルツボ中に雰囲気調整用
のpbo敷粉を同封し、 1050℃、 1150℃お
よび1250℃の3水準の温度で焼結した。
電気特性測定用の電極として、得られた誘電体磁器の両
面にAgペーストを焼付けた。
(B−1)成形体密度 加圧成形体の寸法密度を測定した。測定結果を第1表中
に示す。
(B−2)焼結密度 誘電体磁器の焼結密度を水中置換法により測定した。特
定結果を第1表中に示す。
(B−3)誘電特性;εおよびtan δLCZメータ
ー(横河ヒューレットパッカード製−4276A)を使
用し、 20℃−IKHzの条件で比誘電率;εおよび
誘電正接; tan δを測定した。測定結果を第1表
中に示す。
(B−4)圧電係数、Kp 100℃のシリコンオイル中で、40KV/ amの直
流電界を3O分間印加し、24時間放置した後9日本電
子材料工業会標準規格: E、MA S −6001に
基づいて共振反共振周波数を測定し、その測定値からK
pを算出した。Kpの値を第1表に示す。
〔発明の効果〕
本発明の方法で製造した原料粉末は、低温焼結性が極め
て優れている。
前記実施例の結果をまとめた第1表から明らかな如<、
PZ−PT−PMN系では、従来法で製造した原料粉末
(比較試料)の加圧成形体は、1150℃以下の焼結温
度では、吸水性のある誘電体磁器として実用的でない焼
結体しか得られず、実用的な誘電体磁器は、焼結を12
50℃の高温度で行わなければ製造できない。
本発明の方法で製造した原料粉末の加圧成形体は、 1
050℃の焼結温度で、従来法による原料粉末の加圧成
形体の1250℃の焼結体と同等またはそれ以上の焼結
密度を有する焼結体が得られ、焼結温度を上昇させるこ
とにより、さらに焼結密度の高い焼結体が得られる。実
施例においては、pz−PT−PMN系のみを例示した
が、その他の組成の系においても同様の結果が得られる
ことを確認した。また、これらの焼結体は、いずれも誘
電体磁器として充分に実用的な誘電体特性を示す。
各種誘電体素子、特に積層型素子の製造に際し。
本発明の方法で製造した原料粉末を使用することにより
、電極材料の選択の範囲が拡がり、それらを安価に製造
することができる。
本発明は、鉛含有ペロプスカイト型複合酸化物からなる
誘電体磁器製造用の低温焼結性原料粉末の製造方法およ
びその結果として安価な誘電体素子を提供するものであ
り、その産業的意義は極めて大である。
特許出願人  科学技術庁 無機材質研究所(43O)
日本曹達株式会社

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ti、Zr、NbおよびTaよりなる群から選ば
    れた1種または2種以上を金属種とする酸化物、もしく
    は水酸化物またはそれらの混合物と、Mg、Ni、Zn
    またはMnよりなる群から選ばれた1種または2種以上
    を金属種とするシュウ酸塩とを混合した後400〜11
    00℃の温度下において仮焼して粉末とし、得られた仮
    焼粉末と、四三酸化鉛(Pb_3O_4)とを混合し、
    該混合物を400〜1000℃の温度下において仮焼す
    ることを特徴とする鉛含有ペロブスカイト複合酸化物か
    らなる誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法
  2. (2)Ti、Zr、NbおよびTaよりなる群から選ば
    れた1種または2種以上を金属種とする水酸化物が、当
    該金属の溶媒可溶性化合物を含有する溶液から沈澱させ
    た共沈水酸化物である特許請求の範囲第(1)項記載の
    製造方法
  3. (3)Ti、Zr、NbまたはTaの溶媒可溶性化合物
    が、当該金属の水可溶性塩または酸可溶性塩である特許
    請求の範囲第(2)項記載の製造方法
  4. (4)Mg、Ni、ZnおよびMnよりなる群から選ば
    れた2種以上を金属種とするシュウ酸塩が、当該金属の
    水可溶性化合物を含有する水溶液から沈澱させた共沈シ
    ュウ酸塩である特許請求の範囲第(1)項記載の製造方
  5. (5)Mg、Ni、ZnまたはMnの水可溶性化合物が
    当該金属の酢酸塩である特許請求の範囲第(4)項記載
    の製造方法
JP60073717A 1985-04-08 1985-04-08 誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法 Expired - Lifetime JPH0629139B2 (ja)

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JP60073717A Expired - Lifetime JPH0629139B2 (ja) 1985-04-08 1985-04-08 誘電体磁器製造用原料粉末の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63235401A (ja) * 1987-03-23 1988-09-30 Natl Inst For Res In Inorg Mater ジルコニウム及び鉛を含有する誘電体粉末の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63235401A (ja) * 1987-03-23 1988-09-30 Natl Inst For Res In Inorg Mater ジルコニウム及び鉛を含有する誘電体粉末の製造方法
JPH0321486B2 (ja) * 1987-03-23 1991-03-22 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho

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JPH0629139B2 (ja) 1994-04-20

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