JPS61242953A - チタン酸バリウム系焼結体の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明はチタン酸バリウム系焼結体の製造方法に関し、
特に低温での焼結が可能で、かつ高密度、高強度のチタ
ン酸バリウム系焼結体の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来よりチタン酸バリウム系焼結体の製造は、常圧法お
よびホットプレス法によって行なわれてきた。

常圧法では、予備成形した成形体（グリーンコンパクト
）を加熱して焼結していた。この常圧法によるチタン酸
バリウム系焼結体の製造方法は、低温で焼成すると緻密
なチタン酸バリウム系焼結体を製造することができなか
った。また逆に高温で焼成するとチタン酸バリウム結晶
粒の異常成長が起り、このために電気的、機械的特性の
低下がもたらされる。

一方、従来のホットプレス法は通常アルミナ製の型を使
用し、チタン酸バリウムとアルミナ型との反応を防ぐ目
的で予備成形したチタン酸バリウム成形体の周囲にアル
ミナ粉末等の充填剤を入れ、加熱下で圧縮し焼結体を製
造していた。この従来の製造方法では、充填材のもつ滑
り性の悪さのために、高密度のチタン酸バリウム系焼結
体を得るためには、高温高圧下でホットプレスしなけれ
ばならないといった問題点がある。

なお、特公昭４５−１６８６９号明細書公報には、圧電
体磁器組成物にフッ化物を少量配合して焼結性を高める
発明が開示されている。しかし、この発明は圧電体磁器
の一部としてフッ化物を使用するもので、圧電体磁器の
組成が変る。

［発明の目的］ 本発明は従来より低い温度で焼結が可能とか、同一焼結
温度ではより高密度で高強度かつ電気的特性の優れたチ
タン酸バリウム系焼結体が得られるといった、焼結性を
向上したチタン酸バリウム系成形体のａ迫力法を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ 本発明のチタン酸バリウム系焼結体の製造方法は、焼結
によりチタン酸バリウム系焼結体となる原料粉末を成形
して成形体を得る工程、得られた成形体をフッ素元素を
含む化合物の存在下で焼結し、焼結体を得る焼結工程と
よりなることを特徴とするものである。

本発明でチタン酸バリウム系焼結体とはＢａＴ１０３を
主要成分とするもので、従来よりチタン酸バリウム圧電
体磁器として知られているものである。このチタン酸バ
リウム系焼結体としてはＢａＴ１０３を主成分とし、こ
の陽イオンの一部Ｂａ、ＴｉｆｆｉＭｎ、３ｂ、Ｂｉ、
Ｔａ１Ｗ、Ｎｂ。

Ｙ、Ｔｈ５Ｃｅ、Ｌａ１Ｎ　ｉ、Ｇｏ、Ｓｒ、　Ｃａ。

Ｓｎ、Ｆｅ１ｐｂの１種または２種以上と置換した組成
をもつものでもよい。更には、チタン酸バリウム系焼結
体はＸ　＋　Ｖ　＋　Ｚ　−１００モル％となるｘ−８
ａ　Ｏ＋ｙ−Ｔｉ　Ｏｔ＋ｚ　−３ａ　（Ｚｎ　１Ｎｂ
）０３を主要成分とするもの、あるいはＸ・ＢａＯ＋ｙ
−Ｔ１０２＋ｚ・（Ｂａ１Ｐｂ）ＴｉＯ２を主要成分と
するものでもよい。これらの主成分には、Ｓ　ｉ　Ｏｔ
　％　Ａ　Ｒ１Ｏｓ　、Ｙ　ｔ　Ｏｓ　、Ｚｒ　Ｏｒ、
Ｏｒ　ｔｏ３、Ｂｔｕ３、Ｂ＋　２Ｏ３．５ｂ３０３等
の酸化物を添加することができる。本発明の製造方法に
おいては、上記したチタン酸バリウム系焼結体が得られ
る原料粉末を使用する。

なお本発明においてはこのチタン酸バリウム系焼結体の
原料粉末は従来公知のものであり、本発明は特に新しい
組成のチタン酸バリウム系焼結体の原料を使用するもの
ではない。原料粉末は従来と同様に、仮焼して使用する
こともできる。また必要に応じて原料粉末を造粒して使
用してもよい。

本発明の成形体を焼結する際に存在せしめるフッ素元素
を含む化合物は、フッ素成分を有する合成物、天然物が
利用できる。すなわち、フッ化物、フッ素系鉱物等が有
効に利用できる。具体的にはＣａ’Ｆｚ、ＢａＦｔ、Ｃ
ｒＦｚ、ＭｎＦｔ、Ｃ０Ｆｔ、Ｎ１Ｆｔ、ＭＱＦｔ、Ｐ
ｂＦｌＳｒＦ、ＫＭＱ　　３　ＡｌＳｉ　　３０＋ｏＦ
ｚ　　、　Ｎａ　　３　ＡＩＦ　　＠　等が上げられる
。尚フッ素元素を含む化合物は他の物質の混合体として
存在させてもよい。このような物質としてはアルミナ、
シリカ、窒化珪素、炭化珪素等をあげることができる。

本発明の第１工程は上記したチタン酸バリウム系焼結体
の原料粉末を成形して成形体を得る工程である。この成
形には通常型内で原料粉末を圧縮する圧縮成形が利用さ
れる。この成形体を得る工程そのものは従来のチタン酸
バリウム系焼結体の製造方法の成形工程と同一である。

焼結工程は成形体を上記したフッ素元素を含む化合物の
存在下で焼結するものである。焼結温度は６００〜１４
００℃を必要とする。フッ素元素を含む化合物から飛散
するであろうフッ素成分雰囲気で焼結成形体を覆うため
に、焼結中は、成形体およびフッ素を含む化合物を密閉
容器内に配置し、密閉容器内で焼結するのが好ましい。

この焼結中に、成形体を加圧し、所謂ホットプレスする
ことも好ましいことである。ホットプレスそのものも従
来と同様にアルミナ型等を使用することができる。この
ホットプレスの場合にも、成形体の周囲にフッ素元素を
含む化合物を共存せしめる必要がある。具体的には充填
材の一部に使用したり、補助型の一部として使用する。

このようにして得られた焼結体を必要に応じて常圧で８
００〜１３００℃の温度範囲で加熱する熱処理を行なっ
てもよい。

［発明の効果］ 本発明の製造方法によると、同一の原料組成、焼成条件
で製造した場合、常圧法で機械的特性が約２Ｏ〜３０％
、電気的特性が約２Ｏ〜６０％向上する。一方、ホット
プレスの場合では、本発明の方法で製造することにより
、機械的特性が約３０〜５０％、電気的特性が約２Ｏ〜
５０％向上する。

本発明の製造方法においてチタン酸バリウム系焼結体の
焼結性が向上する理由については詳細な点は不明である
。しかし、発明者は焼結中における高温のために成形体
と共に存在せしめたフッ素元素を含む化合物からフッ素
ガスあるいはフッ素化合物のガスが生じ、このフッ素ガ
ス等がチタン酸バリウムの表面で反応し、低融点の共晶
または含フツ素ガラス等の液層を形成し、更にこの液層
を形成したフッ素が他に移行する等によりフッ素が触媒
的に作用し、比較的低温で焼結が促進され、高密度の焼
結体が得られるものと考えている。

以下本発明を実施例によって説明する。

［実施例１］ 第１表に示したチタン酸バリウム系焼結体の配合組成に
なるように市販のＢａ　ＣＯ３、Ｔｉ　Ｏｔ、Ｃａ　０
０３、Ｓｒ　ＣＯ３の酸化物を秤量し、ゴムで内貼りし
たミル中にゴム被覆したボールで湿式混合を行ない、Ｎ
０１１からＮ０１７の７種類の原料粉末を得た。次にこ
れらの混合原料粉末を９５０℃で５時間予備焼成を行な
い、再びこれをボールミルで２４時時間式粉砕した。乾
燥後結合剤として少量のポリビニルアルコール水溶液を
加えて造粒したものを、プレスにより７００　ｋｏ／ａ
ｍ’の加圧力で直径２Ｏ１１、厚み１３ａｍの円盤状に
成形して成形体を得た。これらの成形体より結合剤であ
るポリビニルアルコールを除去するために、これらの成
形体を大気中５５０℃で２時間加熱しポリビニルアルコ
ールを分解気散させた。

次に第１表中にそれぞれ示したフッ素を含むフッ化物中
を充填剤として使用し、密閉構造のアルミナルツボ中で
各々の成形体をフッ化物中に埋設し、ルツボの蓋を密閉
して焼成を行なった。焼成条件も同じく第１表に示す。

なお充填剤の使用量は成形体１個につき約５０ｇとした
。充填剤の平均粒径は６０ミクロンである。

このようにして７種類のチタン酸バリウム系焼結体を得
た。得られたチタン酸バリウム系焼結体はダイヤモンド
ホイールにて２Ｘ２Ｘ１５（ｍｍ）に切断し、表面を研
削加工してかさ密度及び抗折強度を測定した。さらに残
りの部分より５×５×０．５（＋＋ｎ）に切断し、誘電
率（ε）誘電損失（Ｔａｎδ）を測定した。尚かさ密度
はアルキメデス法によって、抗折強度はスパン１０ＩＩ
ｍの３点曲げ法によって行なった。誘電率及び誘電損失
の測定は、切断した試料の表面に銀ペーストを塗布１．
５５０℃で焼付けをして電極とした。測定はＬＣＲメー
タにより周波数ｌＫＨ２１電圧１ｖで行なった。得られ
た結果を第１表に併せて示した。

又第１表には比較例として、Ｎｏ、１０１からＮｏ、１
０５に示す焼結時にフッ素成分を有する化合物が存在し
ない条件で焼結を行い、他は実質的に実施例１と同様の
焼結条件で焼結を行なって得たチタン酸バリウム系焼結
体の測定結果も同様に併記した。

第１表に示す結果を詳細に検討する。まずＮｏ。

１からＮ０１３の試料とＮｏ、１０１、Ｎｏ、１０２の
試料、ＮＯ３４の試料とＮ（１，１０３の試料、ＮＯ６
５、Ｎ００６の試料とＮｏ、１０４の試料、およびＮ０
１７の試料とＮｏ、１０５の試料は原料組成、焼結条件
が同一であり、充填剤のみが異っている。本発明の製造
方法で得られたＮ００１からＮｏ、３の試料ばかさ密度
が５．１〜５゜２であり、抗折強度が１３．９から１４
．２ｋａ／ｒａｍ’　Ｉ）値ニアル。一方、比較ＮのＮ
ｏ、１０１およびＮＯ，１０２の試料は、かさ＠度が４
゜５であり、抗折強度が１１．０から１１．１ｋｌｌｌ
／ＩＩ２である。このように本発明の方法で得られたチ
タン酸バリウム系焼結体のかさ密度及び抗折強度は比較
例のチタン酸バリウム系焼結体に比べて３０％程度高い
。又、電気的特性についても、Ｎ０２１からＮｏ、３の
試料の誘電率が１０４０〜１０８０であるのに対し、Ｎ
ｏ、１０１およびＮｏ、１０２の試料の誘電率は７６０
から７７０と低い。一方、誘電損失は、Ｎｏ、１からＮ
００３　　゛の試料が１０〜１１　（Ｘ１０””３）で
あるのに対し、Ｎｏ、１０１およびＮｏ、１０２の試料
は１８（Ｘ１０−３）となっている。このように本発明
の製造方法で得られた試料Ｎ０８１〜Ｎ００３は比較例
のＮｏ、１０１およびＮｏ、１０２の試料と比べ誘電率
が高く誘電損失が小さくなっている。

なお、同じ原料組成、同じ焼結条件で得られた、Ｎ０１
４とＮＯ，１０３、についても、Ｎ００５、Ｎ０１６と
Ｎｏ、１０４についても、さらに、Ｎ０１７とＮｏ、１
０５の各試料についても、同じように、本発明の製造方
法で得られた試料は比較例にくらべ機械的特性、電気的
特性が優れいてるのが分かる。

［実施例２］ 実施例１と同様な方法で第２表に示す組成となるように
酸化物を配合し、同様に直径３５リミ、高さ１３．Ｊミ
の成形体を得た。これらの成形体を第２表に各々示した
フッ化物またはフッ化物を含む混合物のよりなる充填剤
粉末に入れた後ホットプレスを行なった。ホットプレス
型としては、外径９０１Ｊ”、内径５０．戸、高さ６５
リミのアルミナ製型を用いた。ホットプレス法によって
得たチタン酸バリウム系焼結体の焼結体は、実施例１と
同様な方法でかさ密度、抗折強度及び誘電損失、誘電率
を測定した。結果を第２表に併せて示した。また第２表
には本発明のフッ素成分を有する物質を用いないでホッ
トプレスをして得たチタン酸バリウム系焼結体の試験結
果も併せて併記した。

第２表から明らかなように本発明であるフッ化物存在下
でホットプレスしたチタン酸バリウム系焼結体の焼結体
のかさ密度及び抗折強度は、比較例のチタン酸バリウム
系焼結体と比較しかさ密度、抗折強度が高くかつ誘電率
が高く誘電損失の小さな電気特性の優れたものが得られ
た。

特許出願人　　株式会社豊田中央研究所代理人　　　弁
理士　大川　宏　　　 同　　　　弁理士　藤谷　修 同　　　　弁理士　丸山明夫

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結によりチタン酸バリウム系焼結体となる原料
   粉末を成形して成形体を得る工程、 得られた成形体をフッ素元素を含む化合物の存在下で焼
   結し、焼結体を得る焼結工程とよりなることを特徴とす
   るチタン酸バリウム系焼結体の製造方法。
2. （２）チタン酸バリウム系焼結体はＢａＴｉＯ＿３を主
   要成分とする焼結体である特許請求の範囲第１項記載の
   製造方法。
3. （３）チタン酸バリウム系焼結体はＢａＴｉＯ＿３と、
   該ＢａＴｉＯ＿３中の一部のＢａ、ＴｉがＭｎ、Ｓｂ、
   Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｙ、Ｔｈ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｉ、
   Ｃｏ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｂの１種または２種
   以上と置換した組成をもつ焼結体である特許請求の範囲
   第２項記載の製造方法。
4. （４）チタン酸バリウム系焼結体はＳｉＯ＿２、Ａ＿２
   Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、
   Ｂ＿２Ｏ＿３、Ｂｉ＿２Ｏ＿３、Ｓｂ＿３Ｏ＿３等の酸
   化物成分を含む特許請求の範囲第３項記載の製造方法。
5. （５）フッ素元素を含む化合物はフッ化物およびフッ素
   系鉱物である特許請求の範囲第１項記載の製造方法。
6. （６）成形体はフッ素を含む化合物を含有する酸化物、
   窒化物および炭化物の１種または２種以上の混合物の存
   在下で焼結される特許請求の範囲第１項記載の製造方法
   。
7. （７）成形体は加圧下で焼結される特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。