JPWO2014021437A1 - Method for producing plate-like crystal powder, plate-like crystal powder, and crystal-oriented ceramics - Google Patents

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Abstract

本願に開示された板状結晶粉末の製造方法は、(Bi2O2)2+層および擬ペロブスカイト層が交互に積層された層状構造を有する第1結晶粉末を用意する工程(A)と、前記第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理することにより、前記第1結晶粉末中におけるBi成分が低減した板状結晶粉末を得る工程(B)とを包含する。The method for producing a plate-like crystal powder disclosed in the present application includes a step (A) of preparing a first crystal powder having a layered structure in which (Bi2O2) 2+ layers and pseudo-perovskite layers are alternately laminated; And (B) obtaining a plate-like crystal powder in which the Bi component in the first crystal powder is reduced by heat-treating the crystal powder in a reducing atmosphere.

Description

本発明は、圧電コンデンサに有用な、板状結晶粉末の製造方法、板状結晶粉末、及び結晶面が配向した多結晶体である結晶配向セラミックスに関する。   The present invention relates to a method for producing a plate-like crystal powder, a plate-like crystal powder, and a crystal-oriented ceramic that is a polycrystal having a crystal plane oriented, useful for a piezoelectric capacitor.

圧電材料を用いた圧電デバイスは、エレクトロニクス・メカトロニクス・自動車等の分野で広く用いられており、種々の工業製品における重要な電子部品の1つである。種々の材料や形態の圧電材料が圧電デバイスに用いられているが、圧電セラミックスが最も広く圧電デバイスに用いられている。具体的には、PbZrO3−PbTiO3(PZT)等を主成分とするPb系ペロブスカイト型強誘電体セラミックスが圧電デバイスに主として用いられている。Piezoelectric devices using piezoelectric materials are widely used in the fields of electronics, mechatronics, automobiles, and the like, and are one of important electronic components in various industrial products. Various materials and forms of piezoelectric materials are used for piezoelectric devices, and piezoelectric ceramics are most widely used for piezoelectric devices. Specifically, Pb-based perovskite ferroelectric ceramics mainly composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 (PZT) or the like are mainly used for piezoelectric devices.

最近、環境保全に対する意識の高まりからPb、Hg、Cd、Cr6+などの重金属元素を工業製品等に用いない傾向が高まっており、欧州を中心に使用禁止令(RoHS指令)が発令され施行されている。上述のPb系ペロブスカイト型強誘電体セラミックスも規制対象であるPbを含む。Recently, there is a growing tendency not to use heavy metal elements such as Pb, Hg, Cd, Cr 6+ in industrial products etc. due to the heightened awareness of environmental conservation. Has been. The above-described Pb-based perovskite type ferroelectric ceramics also contain Pb, which is the object of regulation.

この様な状況に鑑み、無鉛圧電材料の研究は急務かつ、重要であり、現在のPZT系圧電セラミックスの性能に匹敵する高性能非鉛系圧電セラミックスの研究開発が進んでいる。   In view of such circumstances, research on lead-free piezoelectric materials is urgent and important, and research and development of high-performance lead-free piezoelectric ceramics comparable to the performance of current PZT-based piezoelectric ceramics is progressing.

その中で近年、比較的高い圧電特性を有する組成のセラミックスとして、例えば、特許文献1は、一般式:ABO3で表される等方性ペロブスカイト型化合物であって、Aサイト元素の主成分がK及び/又はNaであり、Bサイト元素の主成分がNb、Sb及び/又はTaである第1のペロブスカイト型5価金属酸アルカリ化合物を主相とする多結晶体からなり、かつ、多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向した結晶配向セラミックスを開示している。Among them, as a ceramic having a composition having relatively high piezoelectric characteristics in recent years, for example, Patent Document 1 is an isotropic perovskite type compound represented by the general formula: ABO 3 , and the main component of the A site element is It is composed of a polycrystal having a main phase of the first perovskite type pentavalent metal acid alkali compound which is K and / or Na and the main component of the B site element is Nb, Sb and / or Ta, and is polycrystalline Disclosed is a crystallographically-oriented ceramic in which specific crystal planes of crystal grains constituting the body are oriented.

特許文献1には、この結晶配向セラミックスは、まず板状、柱状、鱗片状等の第1の異方形状粉末を製造し、第1の異方形状粉末と他の原料を混合し、第1の異方形状粉末が配向するように成形し焼成することで製造され、このような方法によって結晶の全体を配向させることができると記載されている。   In Patent Document 1, this crystal-oriented ceramic is produced by first producing a first anisotropic shaped powder such as a plate shape, a columnar shape, a scale shape, etc., mixing the first anisotropic shaped powder and other raw materials, It is described that the anisotropically shaped powder is shaped and fired so that it is oriented, and the whole crystal can be oriented by such a method.

特開2003−12373号公報(0094〜0097欄参照)JP 2003-12373 A (see columns 0094 to 0097)

本発明は上記課題に鑑み、Pbを含まず、高い圧電特性を示し得る圧電セラミックスを得るために用いられる板状結晶粉末、結晶配向性セラミックス、及び板状結晶粉末の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a plate-like crystal powder, a crystal-oriented ceramic, and a method for producing the plate-like crystal powder that are used to obtain a piezoelectric ceramic that does not contain Pb and can exhibit high piezoelectric characteristics. Objective.

本願に開示された板状結晶粉末の製造方法は、(Bi222+層および擬ペロブスカイト層が交互に積層された層状構造を有する第1結晶粉末を用意する工程(A)と、前記第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理することにより、前記第1結晶粉末中におけるBi成分が低減した板状結晶粉末を得る工程(B)とを包含する。The method for producing a plate-like crystal powder disclosed in the present application includes the step (A) of preparing a first crystal powder having a layered structure in which (Bi 2 O 2 ) 2+ layers and pseudo-perovskite layers are alternately laminated; And (B) obtaining a plate-like crystal powder in which the Bi component in the first crystal powder is reduced by heat-treating the first crystal powder in a reducing atmosphere.

前記工程(B)は、前記第1結晶粉末と、前記板状結晶粉末を生成するための第1添加材と、前記第1結晶粉末および前記第1添加材が反応可能な温度で溶融するフラックスとを混合し、混合材料を得る工程と、前記混合材料を前記第1結晶粉末と前記第1添加材とが反応可能な温度で、かつ前記還元性雰囲気中で熱処理し、第1の中間焼成体とする工程と、前記第1の中間焼成体から前記フラックスを除去する工程とを含んでいてもよい。   In the step (B), the first crystal powder, the first additive for producing the plate crystal powder, and the flux that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react with each other. And a first intermediate firing by heat-treating the mixed material at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react with each other in the reducing atmosphere. And a step of removing the flux from the first intermediate fired body.

前記工程(B)は、前記第1結晶粉末と、前記板状結晶粉末を生成するための第1添加材と、前記第1結晶粉末および前記第1添加材が反応可能な温度で溶融するフラックスとを混合し、混合材料を得る工程と、前記混合材料を前記第1結晶粉末と前記第1添加材とが反応可能な温度で熱処理し、第2の中間焼成体とする工程と、前記第2の中間焼成体から前記フラックスを除去する工程と、前記フラックスが除去された第2の中間焼成体を前記還元性雰囲気中で熱処理する工程とを含んでいてもよい。   In the step (B), the first crystal powder, the first additive for producing the plate crystal powder, and the flux that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react with each other. To obtain a mixed material, heat-treating the mixed material at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react to form a second intermediate fired body, The step of removing the flux from the intermediate fired body of No. 2 and the step of heat treating the second intermediate fired body from which the flux has been removed in the reducing atmosphere may be included.

前記工程(B)は、前記第1結晶粉末を、直接前記還元性雰囲気中で熱処理してもよい。   In the step (B), the first crystal powder may be directly heat-treated in the reducing atmosphere.

前記第1結晶粉末は、一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-(但し、AはLi、K、又はNaから選択される少なくとも一つの元素であり、mは2以上の整数)で表される化合物であってもよい。The first crystal powder has a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− (where A is at least selected from Li, K, or Na) It may be a compound represented by one element and m is an integer of 2 or more.

前記工程(A)は、前記一般式で示される組成比で、Bi、AおよびNbを含むように、Bi、AおよびNbを含む原料と前記原料が反応する温度で溶融する他のフラックスとを用意し、混合することによって他の混合材料を得る工程と、前記他の混合材料を加熱することによって、前記他のフラックスで覆われた前記第1結晶粉末を得る工程と、前記他のフラックスで覆われた前記第1結晶粉末から前記他のフラックスを除去する工程とを含んでいてもよい。   In the step (A), a raw material containing Bi, A, and Nb and another flux that melts at a temperature at which the raw material reacts so as to contain Bi, A, and Nb at a composition ratio represented by the general formula. Preparing and mixing to obtain another mixed material, heating the other mixed material to obtain the first crystal powder covered with the other flux, and the other flux. Removing the other flux from the covered first crystal powder.

前記還元性雰囲気は、水素雰囲気、窒素雰囲気、一酸化炭素雰囲気、硫化水素雰囲気、二酸化硫黄雰囲気、ホルムアルデヒド雰囲気またはこれらの混合雰囲気であってもよい。   The reducing atmosphere may be a hydrogen atmosphere, a nitrogen atmosphere, a carbon monoxide atmosphere, a hydrogen sulfide atmosphere, a sulfur dioxide atmosphere, a formaldehyde atmosphere, or a mixed atmosphere thereof.

本願に開示された板状結晶粉末は、上記いずれかに記載の製造方法により得られた板状結晶粉末であって、前記板状結晶粉末におけるBi残存量が8.5mass%未満である。   The plate-like crystal powder disclosed in the present application is a plate-like crystal powder obtained by any one of the production methods described above, and the Bi residual amount in the plate-like crystal powder is less than 8.5 mass%.

本願に開示された結晶配向セラミックスは、上記板状結晶粉末と、ペロブスカイト型化合物を形成可能な第2添加材との焼結体であって、前記焼結体は、所定の方向に配向した結晶面を有する多結晶である焼結体からなる。   The crystal-oriented ceramic disclosed in the present application is a sintered body of the plate-like crystal powder and a second additive capable of forming a perovskite-type compound, and the sintered body is a crystal oriented in a predetermined direction. It consists of the sintered compact which is a polycrystal which has a surface.

本願に開示された板状結晶粉末の製造方法によれば、還元性雰囲気中で第1結晶粉末を熱処理することによって、従来よりも短い時間でBi成分を低減させることができる。よって、Bi成分の少ない、板状結晶粉末を得ることができる。また、この板状結晶粉末を用いて、圧電特性の高い結晶配向セラミックスを製造することができる。   According to the method for producing a plate-like crystal powder disclosed in the present application, the Bi component can be reduced in a shorter time than before by heat-treating the first crystal powder in a reducing atmosphere. Therefore, a plate-like crystal powder with a small Bi component can be obtained. In addition, crystal oriented ceramics with high piezoelectric characteristics can be produced using this plate crystal powder.

本実施形態の板状結晶粉末の製造方法で用いる第1結晶粉末の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 1st crystal powder used with the manufacturing method of the plate-shaped crystal powder of this embodiment. 本実施形態による板状結晶粉末の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the plate-shaped crystal powder by this embodiment. 本実施形態による結晶配向セラミックスの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the crystal orientation ceramics by this embodiment. 本実施形態による第1の板状結晶粉末の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the 1st plate-shaped crystal powder by this embodiment. 本実施形態による第2の板状結晶粉末の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the 2nd plate-shaped crystal powder by this embodiment. 本実施形態による第3の板状結晶粉末の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the 3rd plate-shaped crystal powder by this embodiment. 実施例1による第1結晶粉末のSEM写真である。2 is a SEM photograph of the first crystal powder according to Example 1. 実施例1による第1結晶粉末のX線回折測定結果である。2 is an X-ray diffraction measurement result of the first crystal powder according to Example 1. FIG. 実施例1による第1結晶粉末の化合物分析結果である。2 is a compound analysis result of the first crystal powder according to Example 1. FIG. 実施例1による板状結晶粉末のX線回折ピークである。2 is an X-ray diffraction peak of a plate-like crystal powder according to Example 1. FIG. 比較例1、2による板状結晶粉末の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the plate-shaped crystal powder by the comparative examples 1 and 2. FIG. 比較例2による中間焼成体のX線回折測定結果である。4 is an X-ray diffraction measurement result of an intermediate fired body according to Comparative Example 2. 比較例2による板状結晶粉末のX線回折結果である。4 is an X-ray diffraction result of a plate-like crystal powder according to Comparative Example 2.

本願発明者は特許文献1に開示された結晶配向性セラミックスおよびその製造方法を詳細に検討した。特許文献1は、一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-(但し、mは2以上の整数。Aは、Na、K及びLiからなる群から選ばれる少なくとも1つのアルカリ金属元素。)で表されるビスマス層状ペロブスカイト型化合物からなる第2異方形状粉末を用い、この第2異方形状粉末からBiを熱的又は化学的に低減して第1の異方形状粉末を得ている。The inventor of the present application studied in detail the crystal-oriented ceramic disclosed in Patent Document 1 and a method for producing the same. Patent Document 1 discloses a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− (where m is an integer of 2 or more. A represents Na, K and Li At least one alkali metal element selected from the group consisting of: a second anisotropically shaped powder made of a bismuth layered perovskite type compound, and Bi is thermally or chemically produced from the second anisotropically shaped powder. A first anisotropically shaped powder is obtained by reduction.

ここで特許文献1は、Bi成分を低減する方法として、熱的、又は化学的に低減すると記載しており、熱的に低減する方法として「中間焼結体を減圧下もしくは真空化において、余剰成分の揮発が生じる温度で加熱する方法、大気中もしくは酸素中において余剰成分の揮発が生じる温度で長時間加熱する方法等が好適な一例(0095)」と記載している。また、余剰成分を化学的に低減する方法としては「余剰成分のみを浸食させる性質を有する処理液中に中間焼結体を浸漬し、余剰成分を抽出する(0097)」と記載している。   Here, Patent Document 1 describes that the Bi component is reduced as a method of reducing the thermal component or the chemical component. The method of heating at a temperature at which the components volatilize, the method of heating at a temperature at which the surplus components volatilize in the air or in oxygen for a long time, etc. are described as a preferred example (0095). In addition, as a method for chemically reducing the surplus component, it is described as “immersing the intermediate sintered body in a processing solution having a property of eroding only the surplus component and extracting the surplus component (0097)”.

特許文献1に記載される通り、結晶配向セラミックスの圧電定数d33を高くする組成としてBiを実質的に含まない組成が有力視されている。Biを実質的に含まない組成の結晶配向セラミックスを製造する場合には、板状結晶粉末(特許文献1でいう第1の異方形状粉末や第2の異方形状粉末)に含まれるBi23等のBi化合物(以後、Bi成分)を極力減らすことが好ましい。As described in Patent Document 1, a composition that does not substantially contain Bi is considered promising as a composition that increases the piezoelectric constant d33 of crystal-oriented ceramics. When producing grain oriented ceramics having a composition substantially free of Bi is, Bi 2 included in plate crystal powder (the first anisotropically shaped powder and the second anisotropically shaped powder referred to in Patent Document 1) It is preferable to reduce Bi compounds such as O 3 (hereinafter referred to as Bi component) as much as possible.

板状結晶粉末にBi成分が残存していると、板状結晶粉末と他の原料(以後、第2添加材)を焼成する際にBi成分が不純物として残留し、圧電定数d33が低下するからである。   If the Bi component remains in the plate crystal powder, the Bi component remains as an impurity when the plate crystal powder and other raw materials (hereinafter referred to as the second additive) are fired, and the piezoelectric constant d33 is lowered. It is.

しかし、本願発明者の検討によれば、特許文献1に記載の方法でBi成分を低減するには長時間の処理が必要となることが分かった。減圧下や真空化で加熱する方法を用いても短時間で処理することは難しく、大気中や酸素中で加熱する方法を用いた場合にはさらに長時間の熱処理が必要になると考えられる。   However, according to the study of the present inventor, it has been found that long-time treatment is required to reduce the Bi component by the method described in Patent Document 1. Even if a method of heating under reduced pressure or vacuuming is used, it is difficult to perform the treatment in a short time, and if a method of heating in the atmosphere or oxygen is used, it is considered that a longer heat treatment is required.

また、Bi成分を化学的に低減する方法を用いた場合には、通常、酸性の溶液中でBi成分を酸洗いによって低減するが、何度も繰り返して酸洗いを行う必要があり、廃液処理も含めた処理工程が煩雑になる。このため、Bi成分を化学的に低減する場合にも処理時間が長くなる。   In addition, when the method of chemically reducing the Bi component is used, the Bi component is usually reduced by pickling in an acidic solution, but it is necessary to repeat pickling over and over, and the waste liquid treatment The processing steps including the above become complicated. For this reason, the processing time becomes longer even when the Bi component is chemically reduced.

本願発明者は上記課題に鑑み、従来よりも短時間でBi成分を低減することが可能な、新規な板状結晶粉末の製造方法を想到した。   In view of the above problems, the inventor of the present application has come up with a novel method for producing a plate-like crystal powder capable of reducing the Bi component in a shorter time than before.

まず、以下に、本願に開示された板状結晶粉末の製造方法およびこの方法によって製造した板状結晶粉末を用いて結晶配向セラミックスを製造する方法を概括的に説明する。   First, the method for producing a plate-like crystal powder disclosed in the present application and the method for producing a crystal-oriented ceramic using the plate-like crystal powder produced by this method will be described below.

本実施形態の板状結晶粉末の製造方法は、(Bi222+層および擬ペロブスカイト層が交互に積層された層状構造を有する第1結晶粉末を用意する工程と、第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理することにより、第1結晶粉末中におけるBi成分が低減した板状結晶粉末を得る工程とを含む。以下、第1結晶粉末を用意する工程および板状結晶粉末を得る工程を説明する。The method for producing a plate-like crystal powder of the present embodiment includes a step of preparing a first crystal powder having a layered structure in which (Bi 2 O 2 ) 2+ layers and pseudo-perovskite layers are alternately laminated, and a first crystal powder. And a step of obtaining a plate-like crystal powder in which the Bi component in the first crystal powder is reduced by heat-treating in a reducing atmosphere. Hereinafter, the step of preparing the first crystal powder and the step of obtaining the plate crystal powder will be described.

[第1結晶粉末を用意する工程(A)]
第1結晶粉末は、(Bi222+層および擬ペロブスカイト層からなるビスマス層状構造化合物である。このビスマス層状構造化合物は、図1に模式図を示すように、(Bi222+層2と擬ペロブスカイト層1が層状かつ交互に積層された結晶構造を有する。この結晶構造を持つ第1結晶粉末は結晶の育成過程で板状になるので、後述するように板状結晶粉末の雛形として使用できる。
[Step of preparing first crystal powder (A)]
The first crystal powder is a bismuth layered structure compound composed of a (Bi 2 O 2 ) 2+ layer and a pseudo-perovskite layer. This bismuth layered structure compound has a crystal structure in which (Bi 2 O 2 ) 2+ layers 2 and pseudo-perovskite layers 1 are laminated in layers and alternately, as schematically shown in FIG. Since the first crystal powder having this crystal structure becomes plate-like during the crystal growth process, it can be used as a template of the plate-like crystal powder as described later.

擬ペロブスカイト層とは擬ペロブスカイト構造を有する層をいう。擬ペロブスカイト構造とは、ペロブスカイト構造(一般式ではABO3)と類似した結晶構造ではあるが、厳密には異なる組成式で表され、例えばBi0.5m-1.5Nbm3m+1や、Am-1m3m+1で表される組成の結晶構造を持つものを指す。The pseudo perovskite layer refers to a layer having a pseudo perovskite structure. The pseudo-perovskite structure is a crystal structure similar to the perovskite structure (ABO 3 in the general formula), but is strictly expressed by a different composition formula, for example, Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 , A It refers to those having a crystal structure having a composition represented by the m-1 B m O 3m + 1.

たとえば、本実施形態において、第1結晶粉末には、一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-(但し、AはLi、K、およびNaからなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表される化合物を用いることができる。この一般式において、左側が(Bi222+層を示しており、右側が擬ペロブスカイト層の組成を示している。For example, in the present embodiment, the first crystal powder has a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 Am −1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− (where A is Li, K, And a compound represented by at least one selected from the group consisting of Na and m is an integer of 2 or more. In this general formula, the left side shows the (Bi 2 O 2 ) 2+ layer, and the right side shows the composition of the pseudo-perovskite layer.

擬ペロブスカイト層がBiを含まない他の第1結晶粉末として、一般式:(Bi222+(Am-1m3m+12-(但し、AはLi、K、又はNaからなる群から選択される少なくとも一つであり、BはNb、Ta、Sb等の4、5、6価の元素からからなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表されるものを用いることもできる。As the other first crystal powder in which the pseudo-perovskite layer does not contain Bi, the general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2− (where A is Li, K, Or at least one selected from the group consisting of Na, B is at least one selected from the group consisting of tetravalent, pentavalent and hexavalent elements such as Nb, Ta and Sb, and m is 2 or more It is also possible to use those represented by (integer).

第1結晶粉末は、上記組成および構造を有する限り、どのような方法によって製造されていてもよい。たとえば、図2に示すフローチャートにしたがって、第1結晶粉末を用意することができる。具体的には、Bi、AおよびNbまたはBi、AおよびBをそれぞれ含む原料を用意し、上記いずれかの一般式で示される組成比となるように、原料を秤量する(S1)。   The first crystal powder may be manufactured by any method as long as it has the above composition and structure. For example, the first crystal powder can be prepared according to the flowchart shown in FIG. Specifically, raw materials each containing Bi, A and Nb or Bi, A and B are prepared, and the raw materials are weighed so as to have a composition ratio represented by any one of the above general formulas (S1).

次に、第1結晶粉末用の原料を、例えば、有機溶媒中に添加してボールミル等で混合し(S2)、混合された原料を乾燥後、NaCl等のフラックスを添加してさらに混合する(S3)。フラックスとは、第1結晶粉末用の原料と共に溶融可能であり、かつ後述するように、その溶融物から、第1結晶粉末が結晶育成させるための補助原料である。フラックスの組成は第1結晶粉末用の原料により適宜変える必要がある。フラックスの添加量は原料に対して10mass%以上あることが好ましく、30mass%以上であることがさらに好ましい。   Next, the raw material for the first crystal powder is added to, for example, an organic solvent and mixed by a ball mill or the like (S2). After the mixed raw material is dried, a flux such as NaCl is added and further mixed ( S3). The flux is an auxiliary raw material that can be melted together with the raw material for the first crystal powder and that allows the first crystal powder to grow crystals from the melt as described later. The composition of the flux needs to be appropriately changed depending on the raw material for the first crystal powder. The amount of flux added is preferably 10 mass% or more, more preferably 30 mass% or more, relative to the raw material.

フラックスは、例えばNaCl、KCl等のアルカリ金属の塩化物やフッ化物、硝酸塩、硫酸塩等を用いることができる。なお、本実施形態では、原料を混合した後、フラックスを添加し、再度混合しているが、原料およびフラックスを秤量したのち、一度にこれらを混合してもよい。   As the flux, for example, alkali metal chlorides such as NaCl and KCl, fluorides, nitrates, sulfates, and the like can be used. In this embodiment, after the raw materials are mixed, the flux is added and mixed again. However, after the raw materials and the flux are weighed, they may be mixed at a time.

フラックスを添加した原料を、例えば、700℃以上1300℃以下で加熱する(S4)。これにより、フラックスが溶解した状態において上記原料中の元素が移動しやすくなり、原料同士が反応する。加熱雰囲気は酸素含有雰囲気であればよく、大気中で加熱することもできる。多段熱処理を用いてもよい。この加熱により、フラックスを含む第1結晶粉末を得ることができる。加熱時間は1分以上であることが好ましい。加熱時間が長すぎると、生産性が低下するとともに、得られる板状粉末形状のアスペクト比が小さくなる。このため、加熱時間は10時間以下であることが好ましい。加熱によって、フラックスで周りが覆われた第1結晶粉末からなるほぼ一体の焼成体が得られる。   The raw material to which the flux is added is heated at, for example, 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower (S4). Thereby, in the state which flux melt | dissolved, the element in the said raw material becomes easy to move, and raw materials react. The heating atmosphere may be an oxygen-containing atmosphere and can be heated in the air. Multi-stage heat treatment may be used. By this heating, the first crystal powder containing the flux can be obtained. The heating time is preferably 1 minute or longer. When heating time is too long, productivity will fall and the aspect ratio of the obtained plate-shaped powder shape will become small. For this reason, it is preferable that heating time is 10 hours or less. By heating, a substantially integral fired body made of the first crystal powder whose periphery is covered with a flux is obtained.

焼成体からフラックスを除去するには、例えば、焼成体を温水中に浸漬して溶融すればよい(S5)。これにより第1結晶粉末を覆うフラックスが除去され、個々に分離した第1結晶粉末のみを取り出すことができる。   In order to remove the flux from the fired body, for example, the fired body may be immersed in warm water and melted (S5). Thereby, the flux covering the first crystal powder is removed, and only the first crystal powder separated individually can be taken out.

[板状結晶粉末を得る工程(B)]
第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理し、第1結晶粉末中のBi成分を低減することで板状結晶粉末が得られる(S8)。板状結晶粉末は、第1結晶粉末の形状を維持しているため、アスペクト比の高い板状形状を有している。
[Step of obtaining plate-like crystal powder (B)]
A plate-like crystal powder is obtained by heat-treating the first crystal powder in a reducing atmosphere to reduce the Bi component in the first crystal powder (S8). Since the plate-like crystal powder maintains the shape of the first crystal powder, it has a plate-like shape with a high aspect ratio.

一般に、Bi成分が残存している板状結晶粉末を結晶配向セラミックスの配向用材料として用いた場合、焼成して結晶成長させる際にBi成分が揮発し、結晶配向セラミックスの中に欠陥が多数できてしまう。これにより、焼成体の体積抵抗率が低下して圧電定数d33が低下する。また、第1結晶粉末に含まれる(Bi222+層2は、後述する第2添加材を配向させる機能をほとんど有しない。このため、第1結晶粉末を用いる場合には、第1結晶粉末からBi成分を極力低減することが好ましい。In general, when the plate-like crystal powder in which the Bi component remains is used as an alignment material for crystal oriented ceramics, the Bi component volatilizes during firing and crystal growth, and many defects are generated in the crystal oriented ceramics. End up. Thereby, the volume resistivity of the fired body is lowered and the piezoelectric constant d33 is lowered. Further, the (Bi 2 O 2 ) 2+ layer 2 contained in the first crystal powder has almost no function of orienting the second additive described later. For this reason, when using the first crystal powder, it is preferable to reduce the Bi component from the first crystal powder as much as possible.

本願発明者は、Bi成分を低減させる種々の方法を検討した結果、還元性雰囲気中で熱処理を行うことが有効であることを見出した。本願明細書において、「還元性雰囲気」とは空気よりも還元性を有する雰囲気をいう。具体的には、還元性雰囲気は、水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気、硫化水素雰囲気、二酸化硫黄雰囲気、ホルムアルデヒド雰囲気、又はそれらの混合雰囲気であって、水素、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄あるいはホルムアルデヒドを0.1%以上100%以下の割合で含む還元性雰囲気を指す。   As a result of studying various methods for reducing the Bi component, the present inventor has found that it is effective to perform heat treatment in a reducing atmosphere. In the present specification, the “reducing atmosphere” refers to an atmosphere that is more reducible than air. Specifically, the reducing atmosphere is a hydrogen atmosphere, a carbon monoxide atmosphere, a hydrogen sulfide atmosphere, a sulfur dioxide atmosphere, a formaldehyde atmosphere, or a mixed atmosphere thereof, and includes hydrogen, carbon monoxide, hydrogen sulfide, sulfur dioxide or It refers to a reducing atmosphere containing formaldehyde at a rate of 0.1% to 100%.

水素雰囲気である場合、第1結晶粉末におけるBiを還元し、Biを揮発させるための化学量論的な観点から言えば、例えば水素濃度は還元性雰囲気全体に対して0.5%以上の濃度であることが好ましい。上限は、擬ペロブスカイト層1の酸素が還元されると板状を保てなくなる点や、水素爆発を抑制する点から4%以下であることが好ましい。   From the stoichiometric viewpoint for reducing Bi and volatilizing Bi in the first crystal powder in the case of a hydrogen atmosphere, for example, the hydrogen concentration is 0.5% or more with respect to the entire reducing atmosphere. It is preferable that The upper limit is preferably 4% or less from the standpoint that when the oxygen in the pseudo-perovskite layer 1 is reduced, the plate shape cannot be maintained, and the hydrogen explosion is suppressed.

熱処理は、第1結晶粉末におけるBiを還元し、Biを揮発させるための熱的な条件から言えば、650℃以上1300℃以下で行うことが好ましい。熱処理が650℃未満では、Bi成分を低減することが難しくなる。熱処理が1300℃超であると、第1結晶粉末が溶解し、一体的に焼成されてしまい、粉末状にすることが難しくなる。さらに十分にBiを除去するには、熱処理温度は700℃以上であることが好ましく、さらには800℃以上であることが好ましい。   The heat treatment is preferably performed at 650 ° C. or more and 1300 ° C. or less in terms of thermal conditions for reducing Bi and volatilizing Bi in the first crystal powder. If the heat treatment is less than 650 ° C., it is difficult to reduce the Bi component. If the heat treatment is above 1300 ° C., the first crystal powder is dissolved and integrally fired, making it difficult to form a powder. In order to sufficiently remove Bi, the heat treatment temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher.

熱処理は、上記の温度で0.5時間以上24時間以下の範囲の時間で第1結晶粉末を保持することが好ましい。0.5時間未満ではBi成分を十分に低減することができない。1時間以上、さらには3時間以上とすることが好ましい。24時間を超えると製造時間が長くなり、生産性が低下する。20時間以下とすることがさらに好ましい。   In the heat treatment, the first crystal powder is preferably held at the above temperature for a time in the range of 0.5 hours to 24 hours. If it is less than 0.5 hour, the Bi component cannot be sufficiently reduced. It is preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer. If it exceeds 24 hours, the production time becomes longer and the productivity is lowered. More preferably, it is 20 hours or less.

Bi23の融点は820℃であるのに対し、金属Biの融点は271℃である。したがって、還元性雰囲気中で熱処理すれば、第1結晶粉末の(Bi222+層2を還元し、金属Biが生成するので、短時間の処理でもBi成分を揮発させることができる。よって、Biの含有量が8.5mass%未満である板状結晶粉末を得ることができる。The melting point of Bi 2 O 3 is 820 ° C., whereas the melting point of metal Bi is 271 ° C. Therefore, if heat treatment is performed in a reducing atmosphere, the (Bi 2 O 2 ) 2+ layer 2 of the first crystal powder is reduced and metal Bi is generated, so that the Bi component can be volatilized even in a short time treatment. . Therefore, a plate-like crystal powder having a Bi content of less than 8.5 mass% can be obtained.

このようにして製造された板状結晶粉末において、Biが揮発することによって、(Bi222+層2はほぼ消失している。したがって、板状結晶粉末は、主として、擬ペロブスカイト層1のみを含んでおり、全体として、擬ペロブスカイト構造(但し、Biは含まず)を有している。このため、ABO2の組成を有する配向性のセラミックスを製造するための雛形として適している。In the plate-like crystal powder produced in this way, (Bi 2 O 2 ) 2+ layer 2 is almost disappeared due to the volatilization of Bi. Accordingly, the plate-like crystal powder mainly includes only the pseudo-perovskite layer 1 and has a pseudo-perovskite structure (however, Bi is not included) as a whole. For this reason, it is suitable as a template for producing oriented ceramics having a composition of ABO 2 .

また、以下において説明するように、この板状結晶粉末を得る工程において、板状結晶粉末がABO3の組成を有するように第1の添加材を加えれば、ペロブスカイト構造を有する板状結晶粉末を得ることができる。Further, as described below, in the step of obtaining the plate crystal powder, if the first additive is added so that the plate crystal powder has a composition of ABO 3 , the plate crystal powder having a perovskite structure is obtained. Can be obtained.

つまり、板状結晶粉末は、擬ペロブスカイト構造またはペロブスカイト構造を有する第1のペロブスカイト型化合物である。   That is, the plate crystal powder is a first perovskite type compound having a pseudo perovskite structure or a perovskite structure.

本実施形態によれば、第1結晶粉末からのBi成分の低減が容易になるので、従来よりもBi残存量が少ない板状結晶粉末が得られる。また、Bi成分を除去する際、第1結晶粉末に外部から物理的な力が加わりにくいため、板状結晶粉末は第1結晶粉末の形状を維持しており、アスペクト比の高い板状結晶粉末が得られる。よって、本実施形態の板状結晶粉末を用いて、配向度が高く、高い圧電定数d33を持つ結晶配向セラミックスを得ることができる。   According to the present embodiment, it is easy to reduce the Bi component from the first crystal powder, so that a plate-like crystal powder with less Bi remaining than in the prior art can be obtained. In addition, when removing the Bi component, it is difficult to apply physical force from the outside to the first crystal powder, so the plate crystal powder maintains the shape of the first crystal powder, and the plate crystal powder having a high aspect ratio. Is obtained. Therefore, crystal oriented ceramics having a high degree of orientation and a high piezoelectric constant d33 can be obtained using the plate-like crystal powder of this embodiment.

これに対し、特許文献1に開示された従来のBi成分を熱的に低減する方法によれば、BiO2が還元されにくく、BiO2は金属Biに比べて揮発しにくいと考えられる。また、処理液によってBi成分を除去する方法によれば、処理液が第1結晶粉末の内部にまで侵入しにくいため、粉末内部のBi成分を除去しにくいと考えられる。これらのことから従来の方法程度の短時間処理では、第1結晶粉末から、Bi成分を低減させることは難しく、Bi成分が板状結晶粉末中に8.5mass%以上の割合で残留してしまうことが考えられる。また、処理液によってBi成分を除去する場合、除去の効率を高めるためには、処理液の撹拌等を行う必要があり、これによって、板状結晶粉末どうしが接触するなどして板状形状の破壊が生じるため、得られる板状結晶粉末におけるアスペクト比が小さくなることも考えられる。In contrast, according to the conventional Bi component disclosed in Patent Document 1 a method for reducing thermally, BiO 2 is hardly reduced, BiO 2 is considered difficult to volatilize than metal Bi. Further, according to the method of removing the Bi component with the treatment liquid, it is considered difficult to remove the Bi component inside the powder because the treatment liquid hardly penetrates into the first crystal powder. For these reasons, it is difficult to reduce the Bi component from the first crystal powder in the short time treatment as in the conventional method, and the Bi component remains in the plate crystal powder at a rate of 8.5 mass% or more. It is possible. Further, when the Bi component is removed by the treatment liquid, in order to increase the removal efficiency, it is necessary to perform agitation of the treatment liquid. It is conceivable that the aspect ratio of the obtained plate-like crystal powder becomes small because destruction occurs.

[結晶配向セラミックス]
本願に開示された板状結晶粉末を用いて結晶配向セラミックスを製造できる。図3を参照しながら、本実施形態の板状結晶粉末を用いて、結晶配向セラミックスを製造する方法を説明する。
[Crystal-oriented ceramics]
Crystal oriented ceramics can be produced using the plate-like crystal powder disclosed in the present application. A method for producing a crystallographically-oriented ceramic using the plate-like crystal powder of the present embodiment will be described with reference to FIG.

上述した手順によって製造した板状結晶粉末と第2添加材を混合する。第2添加材とは、板状結晶粉末と反応させることで第2のペロブスカイト型化合物からなる結晶配向セラミックスを得ることができるものを用いる。   The plate-like crystal powder produced by the procedure described above and the second additive are mixed. As the second additive, a material capable of obtaining a crystallographically-oriented ceramic made of the second perovskite compound by reacting with the plate-like crystal powder is used.

第2添加材として、例えば、一般式:ABO3(但し、AはLi、K、又はNaから選択される少なくとも一つの元素、BはNb、Ta等の4、5、6価の元素から選択される少なくとも一つの元素)で表されるペロブスカイト型化合物となる原料を用いることができる。As the second additive, for example, a general formula: ABO 3 (where A is at least one element selected from Li, K, or Na, and B is selected from 4, 5, and 6-valent elements such as Nb and Ta) The raw material used as the perovskite type compound represented by (at least one element) can be used.

板状結晶粉末および第2添加材が分散したシート状成形体を作製する。まず、板状結晶粉末、第2添加材、バインダー、可塑剤および溶剤を混ぜ、スラリーを形成する(S11)。   A sheet-like molded body in which the plate-like crystal powder and the second additive are dispersed is produced. First, a plate crystal powder, a second additive, a binder, a plasticizer and a solvent are mixed to form a slurry (S11).

バインダーは、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル系樹脂などを用いることができる。中でも、ポリビニルブチラールを用いると、シートを薄くしても充分な強度を得ることができ、結晶配向セラミックスを薄層化させやすい点で好ましい。   As the binder, polyvinyl butyral (PVB) resin, polyvinyl acetal resin, acrylic resin, or the like can be used. Among them, the use of polyvinyl butyral is preferable in that a sufficient strength can be obtained even if the sheet is thinned, and the crystallographically oriented ceramic is easily thinned.

可塑剤には、グリコール系可塑剤やフタル酸系可塑剤を用いることができる。グリコール系可塑剤としては、グリセリンが好ましいが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブチルフタリルグリコレート、トリエチレングリコール−2−エチルブチレート等を用いることができる。フタル酸系可塑剤としては、ジオクチルフタレート(DOP)、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジブチルが挙げられる。   As the plasticizer, a glycol plasticizer or a phthalic acid plasticizer can be used. As the glycol plasticizer, glycerin is preferable. For example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, hexamethylene glycol, polyethylene glycol, butyl phthalyl glycolate, triethylene glycol-2-ethyl butyrate, etc. may be used. it can. Examples of the phthalic acid plasticizer include dioctyl phthalate (DOP), dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, and dibutyl phthalate.

溶剤には、エタノール、ブタノールの他、トルエン、イソプロピルアルコールのようなアルコール類を用いることもできる。   In addition to ethanol and butanol, alcohols such as toluene and isopropyl alcohol can also be used as the solvent.

次に、板状結晶粉末が内部で配向されるように成形する(S12)。   Next, it shape | molds so that plate-shaped crystal powder may be orientated inside (S12).

スラリーは所定の動粘度に調整され、ドクターブレード等によりシート状に成形される。スラリーの粘度と成形するシートの厚さにより、シート状成形体に分散された板状結晶粉末の配向度が変わる。基本的には、スラリーの粘度が高いほど、成形するシートの厚さが薄いほど配向度は高くなる。必要に応じて、成形したシートを複数、積層する。アクチュエータとして結晶配向セラミックを用いる場合には、導電層となるシートと、上述した板状粉末および第2添加材を含むシートとを交互あるいは所定の枚数ごとに積層してもよい。   The slurry is adjusted to a predetermined kinematic viscosity and formed into a sheet shape by a doctor blade or the like. Depending on the viscosity of the slurry and the thickness of the sheet to be formed, the degree of orientation of the plate-like crystal powder dispersed in the sheet-like formed body varies. Basically, the higher the slurry viscosity, the higher the orientation degree the thinner the sheet to be molded. If necessary, a plurality of molded sheets are stacked. When using crystal oriented ceramics as the actuator, the sheet serving as the conductive layer and the sheet containing the plate-like powder and the second additive described above may be laminated alternately or every predetermined number.

その後、シート状の成形体、又はその積層体を焼成する(S13)。   Then, a sheet-like molded object or its laminated body is baked (S13).

焼成によって、配向した板状結晶粉末の結晶方向に準じて第2添加材や板状結晶粉末と第2添加材の化合物からなる結晶が成長していく。これにより、所定の方向に配向した多結晶の焼結体からなるセラミックスが得られる。つまり、多結晶を構成する各微結晶は所定の方向に配向しており、また、各微結晶の結晶面も同一方向に配向している。このため、得られたセラミックスに分極処理を施すことにより、圧電定数d33の高い圧電体を得ることができる。   By firing, a crystal composed of the second additive or a compound of the plate crystal powder and the second additive grows in accordance with the crystal direction of the oriented plate crystal powder. Thereby, a ceramic made of a polycrystalline sintered body oriented in a predetermined direction is obtained. That is, the microcrystals constituting the polycrystal are oriented in a predetermined direction, and the crystal planes of the microcrystals are oriented in the same direction. For this reason, a piezoelectric body having a high piezoelectric constant d33 can be obtained by subjecting the obtained ceramic to polarization treatment.

以下、第1結晶粉末から板状結晶粉末を製造する工程における種々の実施形態を説明する。   Hereinafter, various embodiments in the process of producing a plate-like crystal powder from the first crystal powder will be described.

[板状結晶粉末の製造方法(実施形態1)]
図4に示すように、まず、上述したように、第1結晶粉末を用意する(S1〜S5)。
[Method for Producing Plate-like Crystal Powder (Embodiment 1)]
As shown in FIG. 4, first, as described above, the first crystal powder is prepared (S1 to S5).

続いて第1結晶粉末と、板状結晶粉末を生成するためのNa2CO3等の第1添加材と、第1結晶粉末と第1添加材が反応可能な温度で溶融するNaCl等のフラックス(第2フラックス)とを混合する(S6、S7)。Subsequently, a first crystal powder, a first additive such as Na 2 CO 3 for producing a plate crystal powder, and a flux such as NaCl that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react. (Second flux) is mixed (S6, S7).

第1添加材として、上述したABO2で示さる結晶配向セラミックスのA元素の化合物、例えばA元素の酸化物や炭酸塩等の材料を用いることができる。第1添加材の添加量は、第1結晶粉末に対してA元素とNbのモル比がBi成分の除去後に1:1になるように仕込み量を調整する。As the first additive, it is possible to use a compound of element A of the crystal-oriented ceramic shown by ABO 2 described above, such as an oxide or carbonate of element A. The addition amount of the first additive is adjusted so that the molar ratio of the A element and Nb to the first crystal powder becomes 1: 1 after the Bi component is removed.

第1添加材を混合するには、例えば、有機溶媒中に原料を添加してボールミル等で混合する手段を用いることができる。   In order to mix the first additive, for example, a means of adding a raw material in an organic solvent and mixing with a ball mill or the like can be used.

フラックスは溶液中で第1結晶粉末と第1添加材が反応して結晶成長を促進させるために用いる。そのため、第1結晶粉末や第1添加材よりも融点が低温で先に溶融するものを用いることが好ましい。また、反応により所望の板状結晶粉末の組成以外の元素が含まれない組成であることが好ましい。例えばNaCl、KCl等のアルカリ金属の塩化物を用いることができる。   The flux is used to promote crystal growth by reacting the first crystal powder and the first additive in the solution. Therefore, it is preferable to use a material that has a melting point that is lower than that of the first crystal powder or the first additive. Moreover, it is preferable that it is a composition which does not contain elements other than the composition of the desired plate-like crystal powder by reaction. For example, alkali metal chlorides such as NaCl and KCl can be used.

このフラックスは水や溶媒に溶解しやすいため、有機溶媒等を乾燥した後にフラックスを添加して混合する。フラックスの添加量は第1結晶粉末に対して10mass%以上であることが好ましく、30mass%以上であることがより好ましい。   Since this flux is easily dissolved in water or a solvent, the flux is added and mixed after drying an organic solvent or the like. The addition amount of the flux is preferably 10 mass% or more, more preferably 30 mass% or more with respect to the first crystal powder.

混合した材料を第1結晶粉末と第1添加材が反応可能な温度かつ還元性雰囲気中で熱処理する(S8a)。   The mixed material is heat-treated in a reducing atmosphere at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react (S8a).

この板状結晶粉末の製造工程では、第1結晶粉末と第1添加材を反応させる焼成工程がBi成分低減のための熱処理も兼ねている。よって、以下焼成を熱処理と言うことがある。   In the manufacturing process of the plate crystal powder, the firing process in which the first crystal powder reacts with the first additive also serves as a heat treatment for reducing the Bi component. Therefore, the firing is sometimes referred to as heat treatment.

熱処理条件は、上記の通りである。第1結晶粉末と第1添加材の反応過程でBiが低減されるので、熱処理後にはペロブスカイト構造を有する5価金属酸アルカリ化合物の板状結晶粉末にフラックスの固形物が付着した第1の中間焼成体が得られる。よって、焼成後にBi成分のみを低減するための熱的あるいは化学的な除去工程を省くことができる。   The heat treatment conditions are as described above. Since Bi is reduced in the reaction process of the first crystal powder and the first additive, the first intermediate in which the solid substance of the flux adheres to the plate crystal powder of the pentavalent metal acid alkali compound having a perovskite structure after the heat treatment. A fired body is obtained. Therefore, the thermal or chemical removal process for reducing only the Bi component after firing can be omitted.

次に、第1の中間焼成体からフラックスを除去する(S9)。第1の中間焼成体からフラックスを除去するには、第1の中間焼成体を温水中に浸漬して攪拌し、溶融したフラックスをろ過する手段が採用できる。これにより板状結晶粉末のみを取り出すことができる。   Next, the flux is removed from the first intermediate fired body (S9). In order to remove the flux from the first intermediate fired body, a means for immersing the first intermediate fired body in warm water and stirring it, and filtering the melted flux can be employed. Thereby, only plate-like crystal powder can be taken out.

この板状結晶粉末は、一般式ABO3(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つ、Bは4、5、6価の元素から選択される少なくとも一つの元素)で表されるペロブスカイト型化合物である。This plate-like crystal powder has the general formula ABO 3 (where A is at least one selected from the group consisting of Li, K and Na, and B is at least one element selected from 4, 5, and 6-valent elements) ) Perovskite type compounds represented by

以下、この実施形態1で得られた板状結晶粉末を、第1の板状結晶粉末という。   Hereinafter, the plate-like crystal powder obtained in Embodiment 1 is referred to as a first plate-like crystal powder.

[板状結晶粉末の製造方法(実施形態2)]
実施形態1とは別の板状結晶粉末の製造方法を説明する。
[Method for Producing Plate-like Crystal Powder (Embodiment 2)]
A method for producing a plate-like crystal powder different from the first embodiment will be described.

図5に示すように、まず、上述したように、第1結晶粉末を用意する(S1〜S5)。   As shown in FIG. 5, first, as described above, the first crystal powder is prepared (S1 to S5).

続いて、第1結晶粉末を用いて、板状結晶粉末を製造する。第1の板状結晶粉末の製造方法との違いは、第1の板状結晶粉末の製造方法が第1結晶粉末と第1添加材を反応させる焼成工程と、Bi成分も低減するための還元性雰囲気中での熱処理工程とを兼ねているのに対し、実施形態2の板状結晶粉末の製造方法は第1結晶粉末と第1添加材を反応させてBi成分を含む第2の中間焼成体を得た後に還元性雰囲気中で熱処理する工程を有している点である。それ以外の工程は第1の板状結晶粉末の製造方法と同様であるので説明を省略する。   Subsequently, a plate-like crystal powder is produced using the first crystal powder. The difference from the method for producing the first plate-like crystal powder is that the method for producing the first plate-like crystal powder reacts the first crystal powder with the first additive, and reduction for reducing the Bi component. In contrast to the heat treatment step in the neutral atmosphere, the method for producing the plate-like crystal powder according to the second embodiment reacts the first crystal powder with the first additive to perform the second intermediate firing including the Bi component. It is the point which has the process of heat-processing in a reducing atmosphere after obtaining a body. Since other steps are the same as those of the first method for producing the plate crystal powder, description thereof will be omitted.

得られた第1結晶粉末と、板状結晶粉末を生成するための第1添加材と、第1結晶粉末と第1添加材が反応可能な温度で溶融するフラックス(第2フラックス)とを混合する(S6、S7)。   The obtained first crystal powder, the first additive for producing the plate-like crystal powder, and the flux (second flux) that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react are mixed. (S6, S7).

混合した材料を第1結晶粉末と第1添加材が反応可能な温度に加熱して第2の中間焼成体とする(S8)。   The mixed material is heated to a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react to form a second intermediate fired body (S8).

ここで、第1結晶粉末と第1添加材を反応させるために、混合した材料は、700℃以上1300℃以下で加熱することが好ましい。フラックスが溶融可能であっても、加熱する温度が700℃未満では第1結晶粉末と第1添加材が反応しない。一方、加熱する温度が1300℃を超える場合、第1結晶粉末が溶解し一体的に焼成されてしまい、粉末状にすることが難しくなる。   Here, in order to react the first crystal powder and the first additive, the mixed material is preferably heated at 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. Even if the flux can be melted, the first crystal powder and the first additive do not react if the heating temperature is less than 700 ° C. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1300 ° C., the first crystal powder is melted and integrally fired, making it difficult to form a powder.

加熱の雰囲気は酸素を含む雰囲気であれば良く、例えば大気中で行うことができる。   The heating atmosphere may be an atmosphere containing oxygen, and can be performed in the air, for example.

加熱によって、第1結晶粉末と第1添加材が反応し、ペロブスカイト構造を有する化合物の実施形態2による板状結晶粉末にBi成分とフラックスの固形物が付着した第2の中間焼成体が得られる。   By heating, the first crystal powder and the first additive react to obtain the second intermediate fired body in which the Bi component and the solid flux are adhered to the plate-like crystal powder according to Embodiment 2 of the compound having a perovskite structure. .

第2の中間焼成体からフラックスを除去する(S9)。フラックスを除去するには、上記した例と同様に中間焼成体を温水中に浸漬して溶融されればよい。   The flux is removed from the second intermediate fired body (S9). In order to remove the flux, the intermediate fired body may be immersed in warm water and melted as in the above example.

次に、フラックス除去後の第2の中間焼成体を還元性雰囲気中で熱処理してBi成分を低減する(S10b)。熱処理条件は、上記の通りである。   Next, the second intermediate fired body after flux removal is heat-treated in a reducing atmosphere to reduce the Bi component (S10b). The heat treatment conditions are as described above.

この実施形態2による板状結晶粉末は、第1の板状結晶粉末と同様、一般式ABO3(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つ、Bは4、5、6価の元素から選択される少なくとも一つの元素)で表されるペロブスカイト型化合物である。The plate-like crystal powder according to Embodiment 2 is similar to the first plate-like crystal powder in general formula ABO 3 (where A is at least one selected from the group consisting of Li, K and Na, B is 4, Perovskite type compound represented by at least one element selected from pentavalent and hexavalent elements).

以下、この実施形態2で得られた板状結晶粉末を、第2の板状結晶粉末という。   Hereinafter, the plate-like crystal powder obtained in Embodiment 2 is referred to as a second plate-like crystal powder.

[板状結晶粉末の製造方法(実施形態3)]
図6に示すように、まず、上述したように、第1結晶粉末を用意する(S1〜S5)。
[Method for Producing Plate-like Crystal Powder (Embodiment 3)]
As shown in FIG. 6, first, as described above, the first crystal powder is prepared (S1 to S5).

続いて、第1結晶粉末を用いて、第3の板状結晶粉末を製造する。第1の板状結晶粉末の製造方法との違いは、第1の板状結晶粉末の製造方法が第1結晶粉末、第1添加材、フラックスを混合してから還元性雰囲気中で熱処理しているのに対し、第3の板状結晶粉末の製造方法は第1結晶粉末を単独で還元性雰囲気中で熱処理する点にある。   Subsequently, a third plate-like crystal powder is produced using the first crystal powder. The difference from the first plate crystal powder manufacturing method is that the first plate crystal powder manufacturing method mixes the first crystal powder, the first additive, and the flux and then heat-treats in a reducing atmosphere. On the other hand, the third method for producing a plate-like crystal powder is to heat-treat the first crystal powder alone in a reducing atmosphere.

即ち、第1結晶粉末を直接還元性雰囲気中で熱処理することでBi成分を低減する(S8c)。直接還元性雰囲気中で熱処理するとは、他の熱処理工程を行わずに還元性雰囲気中で熱処理ことを意味する。熱処理条件は、上記の通りである。   That is, Bi component is reduced by heat-treating the first crystal powder directly in a reducing atmosphere (S8c). Heat treatment in a direct reducing atmosphere means heat treatment in a reducing atmosphere without performing other heat treatment steps. The heat treatment conditions are as described above.

上記の如く、第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理することで実施形態3による板状結晶粉末が得られる。   As described above, the plate crystal powder according to the third embodiment is obtained by heat-treating the first crystal powder in a reducing atmosphere.

この板状結晶粉末の組成は第1結晶粉末の組成にも依存する。例えば、第1結晶粉末に一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表されるものを用いた場合は、一般式:Am-1.5Nbm3m+1(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表される組成の第3の板状結晶粉末が得られる。また、第1結晶粉末に一般式:(Bi222+(Am-1m3m+12-(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つ、BはNb、Ta等の4、5、6価の元素からなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表されるものを用いた場合は、一般式:Am-1m3m+1(但し、AはLi、KおよびNaからなる群から選択される少なくとも一つ、BはNb、Ta等の4、5、6価の元素からなる群から選択される少なくとも一つであり、mは2以上の整数)で表される組成の板状結晶粉末が得られる。The composition of the plate crystal powder also depends on the composition of the first crystal powder. For example, the first crystal powder may have a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− (where A is selected from the group consisting of Li, K, and Na) And m is an integer greater than or equal to 2), the general formula: A m-1.5 Nb m O 3m + 1 (where A consists of Li, K and Na) A third plate-like crystal powder having a composition represented by at least one selected from the group and m is an integer of 2 or more is obtained. In addition, the first crystal powder has a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- (where A is at least selected from the group consisting of Li, K and Na) One, B is at least one selected from the group consisting of tetravalent, pentavalent and hexavalent elements such as Nb and Ta, and m is an integer of 2 or more. Formula: A m-1 B m O 3m + 1 (where A is at least one selected from the group consisting of Li, K, and Na, and B is composed of 4, 5, 6 valent elements such as Nb, Ta, etc. A plate-like crystal powder having a composition represented by at least one selected from the group and m is an integer of 2 or more is obtained.

実施形態3による製造方法は、第1および第2の板状結晶粉末の製造方法よりも、製造工程が少なく、かつ同様の結晶配向セラミックスを製造できるので、製造工程の短縮が図れる。   The manufacturing method according to the third embodiment has fewer manufacturing steps than the first and second plate-like crystal powder manufacturing methods, and can produce the same crystal-oriented ceramics, so that the manufacturing steps can be shortened.

以下、この実施形態3で得られた板状結晶粉末を、第3の板状結晶粉末という。   Hereinafter, the plate-like crystal powder obtained in Embodiment 3 is referred to as a third plate-like crystal powder.

以下、上述の実施形態に従って板状結晶粉末を作製する具体的な実施例を説明する。   Hereinafter, specific examples of producing the plate-like crystal powder according to the above-described embodiment will be described.

(実施例1)
図4に示す手順に従い第1の板状結晶粉末を製造した。
Example 1
A first plate crystal powder was produced according to the procedure shown in FIG.

一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-において、AがNa、m=5となるBi2.5Na3.5Nb518となるように、Bi23、Na2CO3、Nb25の原料をそれぞれ秤量した(S1)。In the general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− , so that A becomes Na, m = 5, Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 , Bi 2 O 3 , Na 2 CO 3 and Nb 2 O 5 were weighed (S1).

これらの原料をボールミルにより混合した。溶媒としてエタノール、メディアとしてジルコニアボールを用い、回転数94rpmで24時間混合した。ボールミルの容器からメディアと原料を取り出し、130℃の大気中で乾燥した。その後、篩によりメディアと原料を分離した(S2)。   These raw materials were mixed by a ball mill. Ethanol was used as a solvent and zirconia balls were used as a medium, and mixed for 24 hours at a rotation speed of 94 rpm. The media and raw materials were taken out from the ball mill container and dried in the air at 130 ° C. Thereafter, the media and the raw material were separated by a sieve (S2).

分離した原料に、フラックス(第1フラックス)としてNaClを原料に対して100mass%混合し、粗粉砕機で10分間乾式混合した(S3)。   To the separated raw material, 100 mass% of NaCl as a flux (first flux) was mixed with the raw material, and dry mixed for 10 minutes with a coarse pulverizer (S3).

フラックス添加後の原料に、大気中で850℃×1時間で保持後、1100℃×2時間で保持する2段仮焼を施した。昇温および降温は約200℃/hとした(S4)。   The raw material after the addition of the flux was subjected to a two-stage calcination that was held at 850 ° C. for 1 hour in the air and then held at 1100 ° C. for 2 hours. The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S4).

得られた中間焼成体からフラックス成分を除去するため、95℃〜100℃の温水中に浸漬し、3時間放置した。その後、温水中で60分間攪拌し脱水する工程を3回繰り返し、最後にろ過した。これにより一般式:Bi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末を得た(S5)。In order to remove the flux component from the obtained intermediate fired body, it was immersed in warm water of 95 ° C. to 100 ° C. and left for 3 hours. Then, the process of stirring and dehydrating in warm water for 60 minutes was repeated three times, and finally filtered. As a result, a first crystal powder composed of the general formula: Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 was obtained (S5).

図7は第1結晶粉末のSEM観察写真である。結晶が板状であることが確認できる。SEM観察から、第1結晶粉末のアスペクト比は4〜30であることが分かった。ここで、アスペクト比は、板の厚さに対する板の最大の長手方向の長さの比と定義される。   FIG. 7 is a SEM observation photograph of the first crystal powder. It can be confirmed that the crystals are plate-like. From the SEM observation, it was found that the aspect ratio of the first crystal powder was 4-30. Here, the aspect ratio is defined as the ratio of the maximum longitudinal length of the plate to the thickness of the plate.

図8は第1結晶粉末のX線回折結果を示し、図9はそのX線回折結果を用いて化合物の特定を行った結果を示す。X線回折には全てCuのKα線源を用いた。   FIG. 8 shows the X-ray diffraction result of the first crystal powder, and FIG. 9 shows the result of specifying the compound using the X-ray diffraction result. A Cu Kα radiation source was used for all X-ray diffraction.

図9から、得られた第1結晶粉末は、大部分が、一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-において、m=5である、Bi2.5Na3.5Nb518であることがわかった。また、わずかに、m=2およびm=4で表される化合物も含んでいることが分かった。From FIG. 9, most of the obtained first crystal powder is represented by the general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− , where m = 5. It was found to be Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 . It was also found that the compounds represented by m = 2 and m = 4 were included slightly.

次に、第1結晶粉末から一般式:NaNbO3からなるペロブスカイト型5価金属酸アルカリ化合物の第1の板状結晶粉末を製造した。Next, a first plate crystal powder of a perovskite type pentavalent metal acid alkali compound having the general formula: NaNbO 3 was produced from the first crystal powder.

主としてBi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末に対して、第1添加材としてNa2CO3を用い、反応後にNaとNbが1:1になる量のNa2CO3を添加した。その後、第1結晶粉末と第1添加材をボールミルにより混合した。溶媒としてエタノール、メディアとしてジルコニアボールを用い、回転数94rpmで4時間混合した。ボールミルの容器から混合物を取り出し、130℃の大気中で乾燥した。その後、篩によりメディアを分離した(S6)。Na 2 CO 3 is used as the first additive to the first crystal powder mainly composed of Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 , and Na 2 CO 3 is added in an amount that makes Na and Nb 1: 1 after the reaction. did. Thereafter, the first crystal powder and the first additive were mixed by a ball mill. Ethanol was used as a solvent and zirconia balls were used as media, and the mixture was mixed at 94 rpm for 4 hours. The mixture was taken out from the ball mill container and dried in an atmosphere of 130 ° C. Thereafter, the media was separated by a sieve (S6).

分離した原料に、フラックス(第2フラックス)としてNaClを第1結晶粉末に対して100mass%混合し、粗粉砕機で10分間乾式混合した(S7)。   To the separated raw material, NaCl as a flux (second flux) was mixed at 100 mass% with respect to the first crystal powder, and dry-mixed for 10 minutes with a coarse pulverizer (S7).

第1結晶粉末、第1添加材、及びフラックスの混合材料を、3%のH2を含むN2還元雰囲気中で950℃×2時間で保持する熱処理を行い、第1の中間焼成体を得た。熱処理の昇温および降温は約200℃/hとした(S8a)。The mixed material of the first crystal powder, the first additive, and the flux is heat-treated in an N 2 reducing atmosphere containing 3% H 2 at 950 ° C. × 2 hours to obtain a first intermediate fired body It was. The temperature rise and fall of the heat treatment was about 200 ° C./h (S8a).

得られた第1の中間焼成体からフラックス成分を除去するため、95℃〜100℃の温水中に浸漬し、3時間放置した。その後、温水中で60分間攪拌し脱水する工程を3回繰り返し、最後にろ過した。これにより一般式:NaNb03からなる第1の板状結晶粉末を得た(S9)。In order to remove the flux component from the obtained first intermediate fired body, it was immersed in warm water of 95 ° C. to 100 ° C. and left for 3 hours. Then, the process of stirring and dehydrating in warm water for 60 minutes was repeated three times, and finally filtered. Thus the general formula: NaNb0 obtain a first plate-like crystal powder composed of 3 (S9).

第1の板状結晶粉末は第1結晶粉末と同様の板状であり、アスペクト比は4〜30であった。   The first plate crystal powder was the same plate shape as the first crystal powder, and the aspect ratio was 4 to 30.

図10は実施例1で得られた第1の板状結晶粉末のX線回折結果である。   FIG. 10 is an X-ray diffraction result of the first plate crystal powder obtained in Example 1.

図10に示すX線回折におけるピークは後述する比較例2の板状結晶粉末から得られたX線回折におけるピークに比べてシャープであり、ほぼ単相のNaNbO3化合物であると考えられる。また、回折角44°から48°までの二つのカウントピークの内、低い角度側での半価幅は0.16°であった。このカウントピークは、擬立方晶の(200)面のものである。したがって、得られた第1の板状結晶粉末は、擬ペロブスカイト構造を有していると考えられる。The peak in X-ray diffraction shown in FIG. 10 is sharper than the peak in X-ray diffraction obtained from the plate-like crystal powder of Comparative Example 2 described later, and is considered to be a substantially single-phase NaNbO 3 compound. Further, of the two count peaks from the diffraction angle of 44 ° to 48 °, the half width on the lower angle side was 0.16 °. This count peak is of the (200) plane of pseudo cubic crystal. Therefore, the obtained first plate crystal powder is considered to have a pseudo-perovskite structure.

実施例1の第1の板状結晶粉末のBi残存量を表1に示す。Bi残存量はICPによる定量分析で測定した。   The amount of Bi remaining in the first plate crystal powder of Example 1 is shown in Table 1. The amount of Bi remaining was measured by ICP quantitative analysis.

Figure 2014021437
Figure 2014021437

(比較例1)
図11の製造工程を用い、Bi成分を低減する方法として熱的に低減(減圧雰囲気中で加熱)する方法を用いた。
(Comparative Example 1)
Using the manufacturing process of FIG. 11, a method of thermally reducing (heating in a reduced pressure atmosphere) was used as a method of reducing the Bi component.

まず、実施例1と同様の工程(S1〜S5)で、一般式:Bi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末を得た。First, in the same steps (S1 to S5) as in Example 1, a first crystal powder made of the general formula: Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 was obtained.

次に、第1添加材としてNa2CO3を用い、反応後にNaとNbが1:1になる量のNa2CO3を添加した。これらをボールミルにより混合した。溶媒としてエタノール、メディアとしてジルコニアボールを用い、回転数94rpmで4時間混合した。ボールミルの容器から混合物を取り出し、130℃の大気中で乾燥した。その後、篩によりメディアを分離した(S6)。Next, Na 2 CO 3 was used as the first additive, and Na 2 CO 3 was added in such an amount that Na and Nb were 1: 1 after the reaction. These were mixed by a ball mill. Ethanol was used as a solvent and zirconia balls were used as media, and the mixture was mixed at 94 rpm for 4 hours. The mixture was taken out from the ball mill container and dried in an atmosphere of 130 ° C. Thereafter, the media was separated by a sieve (S6).

分離した原料に、フラックスとしてNaClを第1結晶粉末に対して100mass%混合し、粗粉砕機で10分間乾式混合した(S7)。   The separated raw material was mixed with NaCl as a flux at 100 mass% with respect to the first crystal powder, and then dry-mixed for 10 minutes with a coarse pulverizer (S7).

第1結晶粉末、第1添加材、及びフラックスからなる混合材料に、大気中で950℃×8時間で保持する加熱を行い、第2の中間焼成体を得た。昇温および降温は約200℃/hとした(S8)。   The mixed material composed of the first crystal powder, the first additive, and the flux was heated to be held at 950 ° C. for 8 hours in the atmosphere to obtain a second intermediate fired body. The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S8).

第2の中間焼成体からフラックス成分を低減するため、95℃〜100℃の温水中に浸漬し、3時間放置した。その後、温水中で60分間攪拌し脱水する工程を3回繰り返し、最後にろ過した(S9)。   In order to reduce the flux component from the second intermediate fired body, it was immersed in warm water of 95 ° C. to 100 ° C. and left for 3 hours. Thereafter, the step of stirring and dehydrating in warm water for 60 minutes was repeated three times, and finally filtered (S9).

その後、5×10-4torrの減圧雰囲気中、950℃×8時間で保持し、Bi成分の低減を行い、一般式:NaNb03からなる板状結晶粉末を得た(S10)。Then, it was kept at 950 ° C. for 8 hours in a reduced pressure atmosphere of 5 × 10 −4 torr to reduce the Bi component, and a plate crystal powder composed of the general formula: NaNbO 3 was obtained (S10).

Bi残存量を実施例1と同様に測定したところ、Bi残存量は8.5mass%を超えており、十分にBi成分を低減することはできなかった。また、X線回折結果におけるピークは非常にブロードであった。   When the Bi remaining amount was measured in the same manner as in Example 1, the Bi remaining amount exceeded 8.5 mass%, and the Bi component could not be sufficiently reduced. Moreover, the peak in the X-ray diffraction result was very broad.

(比較例2)
図11の製造工程を用い、Bi成分を低減する方法として化学的に低減する方法を用いた。
(Comparative Example 2)
Using the manufacturing process of FIG. 11, a method of chemically reducing was used as a method of reducing the Bi component.

まず、実施例1と同様の工程(S1〜S5)で、一般式:Bi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末を得た。First, in the same steps (S1 to S5) as in Example 1, a first crystal powder made of the general formula: Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 was obtained.

次に、第1添加材としてNa2CO3を用い、反応後にNaとNbが1:1になる量のNa2CO3を添加した。溶媒としてエタノール、メディアとしてジルコニアボールを用い、回転数94rpmで4時間混合した。ボールミルの容器からメディアと原料を取り出し、130℃の大気中で乾燥した。その後、篩によりメディアと原料を分離した(S6)。Next, Na 2 CO 3 was used as the first additive, and Na 2 CO 3 was added in such an amount that Na and Nb were 1: 1 after the reaction. Ethanol was used as a solvent and zirconia balls were used as media, and the mixture was mixed at 94 rpm for 4 hours. The media and raw materials were taken out from the ball mill container and dried in the air at 130 ° C. Thereafter, the media and the raw material were separated by a sieve (S6).

分離した原料に、フラックスとしてNaClを第1結晶粉末に対して100mass%混合し、粗粉砕機で10分間乾式混合した(S7)。   The separated raw material was mixed with NaCl as a flux at 100 mass% with respect to the first crystal powder, and then dry-mixed for 10 minutes with a coarse pulverizer (S7).

第1結晶粉末、第1添加材、及びフラックスからなる混合材料に、大気中で950℃×8時間で保持する加熱を行い、第2の中間焼成体を得た。昇温および降温は約200℃/hとした(S8)。   The mixed material composed of the first crystal powder, the first additive, and the flux was heated to be held at 950 ° C. for 8 hours in the atmosphere to obtain a second intermediate fired body. The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S8).

第2の中間焼成体からフラックス成分を除去するため、95℃〜100℃の温水中に浸漬し、3時間放置した。その後、温水中で60分間攪拌し脱水する工程を3回繰り返し、最後にろ過した(S9)。   In order to remove the flux component from the second intermediate fired body, it was immersed in warm water of 95 ° C. to 100 ° C. and left for 3 hours. Thereafter, the step of stirring and dehydrating in warm water for 60 minutes was repeated three times, and finally filtered (S9).

図12はフラックス除去後の第2の中間焼成体のX線回折結果である。Bi成分を含むため、27〜30°の範囲にBi化合物のカウントピークが見られる。   FIG. 12 is an X-ray diffraction result of the second intermediate fired body after removing the flux. Since a Bi component is included, a Bi compound count peak is observed in the range of 27 to 30 °.

その後、硝酸の濃度が4%の水溶液中に、溶液1Lに対し50gの割合でフラックス除去後の第2の中間焼成体を浸漬し、1時間攪拌し、攪拌後に1時間放置した。溶液を廃棄し、純水で洗浄した後、乾燥して、一般式:NaNb03からなる板状結晶粉末を得た(S10)。Thereafter, the second intermediate fired body after flux removal was immersed in an aqueous solution having a nitric acid concentration of 4% at a rate of 50 g with respect to 1 L of the solution, stirred for 1 hour, and left for 1 hour after stirring. The solution was discarded, washed with pure water and dried to general formula: NaNb0 3 to obtain a plate-like crystal powder composed of (S10).

表1に板状結晶粉末中のBi残存量、(100)の半価幅を示す。Bi残存量は8.5mass%であり、十分にBi成分を低減することはできなかった。図13は、比較例2の板状結晶粉末のX線回折結果である。実施例1のX線回折結果よりもピークがブロードである。   Table 1 shows the amount of Bi remaining in the plate crystal powder and the half width of (100). Bi residual amount was 8.5 mass%, and Bi component could not be reduced sufficiently. FIG. 13 is an X-ray diffraction result of the plate-like crystal powder of Comparative Example 2. The peak is broader than the X-ray diffraction result of Example 1.

(実施例2)
図5に示す製造方法によって第2の板状結晶粉末を製造した。
(Example 2)
A second plate crystal powder was produced by the production method shown in FIG.

まず、実施例1と同様の工程(S1〜S5)で、一般式:Bi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末を得た。First, in the same steps (S1 to S5) as in Example 1, a first crystal powder made of the general formula: Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 was obtained.

第1添加材としてNa2CO3を用い、反応後にNaとNbが1:1になる量のNa2CO3を添加した。溶媒としてエタノール、メディアとしてジルコニアボールを用い、回転数94rpmで4時間混合した。ボールミルの容器からメディアと原料を取り出し、130℃の大気中で乾燥した。その後、篩によりメディアと原料を分離した(S6)。Na 2 CO 3 was used as the first additive, and Na 2 CO 3 was added in such an amount that Na and Nb were 1: 1 after the reaction. Ethanol was used as a solvent and zirconia balls were used as media, and the mixture was mixed at 94 rpm for 4 hours. The media and raw materials were taken out from the ball mill container and dried in the air at 130 ° C. Thereafter, the media and the raw material were separated by a sieve (S6).

分離した原料に、第2フラックスとしてNaClを第1結晶粉末に対して100mass%混合し、粗粉砕機で10分間乾式混合した(S7)。   To the separated raw material, 100 mass% of NaCl as the second flux was mixed with the first crystal powder, and dry-mixed for 10 minutes with a coarse pulverizer (S7).

第1結晶粉末、第1添加材、及びフラックスからなる混合材料に、大気中で950℃×8時間で保持する加熱を行い、第2の中間焼成体を得た。昇温および降温は約200℃/hとした(S8)。   The mixed material composed of the first crystal powder, the first additive, and the flux was heated to be held at 950 ° C. for 8 hours in the atmosphere to obtain a second intermediate fired body. The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S8).

第2の中間焼成体からフラックス成分を除去するため、95℃〜100℃の温水中に浸漬し、3時間放置した。その後、温水中で60分間攪拌し脱水する工程を3回繰り返し、最後にろ過した(S9)。   In order to remove the flux component from the second intermediate fired body, it was immersed in warm water of 95 ° C. to 100 ° C. and left for 3 hours. Thereafter, the step of stirring and dehydrating in warm water for 60 minutes was repeated three times, and finally filtered (S9).

フラックス成分を除去した第2の中間焼成体に3%のH2を含むN2還元雰囲気中で950℃×8時間で保持する熱処理を行い、Bi成分を揮発させた。昇温および降温は約200℃/hとした(S10b)。The Bi component was volatilized by performing a heat treatment for holding the second intermediate fired body from which the flux component had been removed at 950 ° C. for 8 hours in an N 2 reducing atmosphere containing 3% H 2 . The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S10b).

実施例1と同様に、従来よりもBi成分の少ない第2の板状結晶粉末を容易に得ることができた。   Similar to Example 1, it was possible to easily obtain the second plate-like crystal powder having less Bi component than before.

なお、図5の製造工程における第2フラックスの除去は、熱処理(S10b)の工程の後でも良い。   The removal of the second flux in the manufacturing process of FIG. 5 may be performed after the heat treatment (S10b) process.

(実施例3)
図6に示す製造方法によって第3の板状結晶粉末を製造した。
Example 3
A third plate-like crystal powder was produced by the production method shown in FIG.

まず、実施例1と同様の工程(S1〜S5)で、一般式:Bi2.5Na3.5Nb518からなる第1結晶粉末を得た。First, in the same steps (S1 to S5) as in Example 1, a first crystal powder made of the general formula: Bi 2.5 Na 3.5 Nb 5 O 18 was obtained.

この第1結晶粉末に、3%のH2を含むN2還元雰囲気中で950℃×8時間で保持する熱処理を行い、Bi成分を揮発させた。昇温および降温は約200℃/hとした(S8c)。The first crystal powder was heat-treated in an N 2 reducing atmosphere containing 3% H 2 at 950 ° C. × 8 hours to volatilize the Bi component. The temperature increase and decrease were about 200 ° C./h (S8c).

従来の製造方法に対して、板状結晶粉末の製造工程における、第1添加材の添加(S6)、第2フラックスの添加(S7)、第2フラックスの除去(S9)の工程が不要となり、製造工程が実施例1よりも簡略化された。   Compared to the conventional manufacturing method, the steps of adding the first additive (S6), adding the second flux (S7), and removing the second flux (S9) in the manufacturing process of the plate crystal powder are no longer necessary. The manufacturing process was simplified compared to Example 1.

Bi成分の少ない第3の板状結晶粉末を容易に得ることができた。同程度のBi成分量にするだけであれば短時間での処理が可能である。   A third plate-like crystal powder with less Bi component could be easily obtained. If the amount of Bi component is the same, processing in a short time is possible.

なお、図6の製造工程におけるフラックス除去は、熱処理(S8c)の工程の後でも良い。   The flux removal in the manufacturing process of FIG. 6 may be performed after the heat treatment (S8c) process.

(実施例4)
実施例の第1〜第3の板状結晶粉末を用いて結晶配向セラミックスを製造することができる。図3を用いて結晶配向セラミックスの製造工程の一実施例を説明する。
Example 4
Crystal-oriented ceramics can be produced using the first to third plate-like crystal powders of the examples. An example of the manufacturing process of the crystallographically-oriented ceramic will be described with reference to FIG.

得られた板状結晶粉末と第2反応原料を5mass%:95mass%で混合し、ボールミルで3時間混合する。その後、バインダー(ポリビニルブチラール)、可塑剤(フタル酸ジオクチル)と、粘度調整のための有機溶剤(エタノール)を混ぜ、真空脱泡してスラリーを作製する(S11)。   The obtained plate crystal powder and the second reaction raw material are mixed at 5 mass%: 95 mass%, and mixed for 3 hours by a ball mill. Thereafter, a binder (polyvinyl butyral), a plasticizer (dioctyl phthalate), and an organic solvent (ethanol) for viscosity adjustment are mixed and vacuum degassed to prepare a slurry (S11).

シート成形は、スラリーを開口側が300μm幅で吐き出し側が200μm幅の押し出し装置に入れることで板状結晶粉末が内部で配向した積層用シートを成形する(S12)。この積層用シートを複数枚(10枚)積層し、85℃、11.6MPaの温間CIPで圧着して積層体とする。積層体の層間や外周部にNi、Ag等からなる電極を形成してもよい。   In the sheet molding, the laminating sheet in which the plate-like crystal powder is oriented is formed by putting the slurry in an extrusion apparatus having a width of 300 μm on the opening side and a width of 200 μm on the discharge side (S12). A plurality (10) of the laminating sheets are laminated and pressure-bonded with a warm CIP of 85 ° C. and 11.6 MPa to obtain a laminated body. You may form the electrode which consists of Ni, Ag, etc. in the interlayer and outer peripheral part of a laminated body.

この積層体を700〜1400℃(本実施形態では1200℃)の温度で焼成(S13)することで、結晶配向セラミックスが得られる。   By firing this laminated body at a temperature of 700 to 1400 ° C. (1200 ° C. in the present embodiment) (S13), a crystallographically oriented ceramic is obtained.

本願に開示された板状結晶粉末の製造方法、板状結晶粉末、及び結晶配向セラミックスは、種々の組成の圧電セラミックスの製造に用いられ、例えば、非鉛系圧電セラミックの製造に好適に用いられる。   The plate crystal powder manufacturing method, plate crystal powder, and crystal oriented ceramics disclosed in the present application are used for manufacturing piezoelectric ceramics having various compositions, for example, suitable for manufacturing lead-free piezoelectric ceramics. .

1 擬ペロブスカイト層
2 (Bi222+
1 Pseudo perovskite layer 2 (Bi 2 O 2 ) 2+ layer

Claims (9)

(Bi222+層および擬ペロブスカイト層が交互に積層された層状構造を有する板状の第1結晶粉末を用意する工程(A)と、
前記第1結晶粉末を還元性雰囲気中で熱処理することにより、前記第1結晶粉末中におけるBi成分が低減した板状結晶粉末を得る工程(B)と、
を包含する板状結晶粉末の製造方法。
A step (A) of preparing a plate-like first crystal powder having a layered structure in which (Bi 2 O 2 ) 2+ layers and pseudo-perovskite layers are alternately laminated;
(B) obtaining a plate-like crystal powder in which the Bi component in the first crystal powder is reduced by heat-treating the first crystal powder in a reducing atmosphere;
A method for producing a plate-like crystal powder comprising
前記工程(B)は、
前記第1結晶粉末と、前記板状結晶粉末を生成するための第1添加材と、前記第1結晶粉末および前記第1添加材が反応可能な温度で溶融するフラックスとを混合し、混合材料を得る工程と、
前記混合材料を前記第1結晶粉末と前記第1添加材とが反応可能な温度で、かつ前記還元性雰囲気中で熱処理し、第1の中間焼成体とする工程と、
前記第1の中間焼成体から前記フラックスを除去する工程と、
を含む請求項1に記載の板状結晶粉末の製造方法。
The step (B)
The first crystal powder, a first additive for producing the plate crystal powder, and a flux that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react, are mixed materials Obtaining
Heat treating the mixed material at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react and in the reducing atmosphere to form a first intermediate fired body;
Removing the flux from the first intermediate fired body;
The manufacturing method of the plate-shaped crystal powder of Claim 1 containing.
前記工程(B)は、
前記第1結晶粉末と、前記板状結晶粉末を生成するための第1添加材と、前記第1結晶粉末および前記第1添加材が反応可能な温度で溶融するフラックスとを混合し、混合材料を得る工程と、
前記混合材料を前記第1結晶粉末と前記第1添加材とが反応可能な温度で熱処理し、第2の中間焼成体とする工程と、
前記第2の中間焼成体から前記フラックスを除去する工程と、
前記フラックスが除去された第2の中間焼成体を前記還元性雰囲気中で熱処理する工程と、
を含む請求項1に記載の板状結晶粉末の製造方法。
The step (B)
The first crystal powder, a first additive for producing the plate crystal powder, and a flux that melts at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react, are mixed materials Obtaining
Heat-treating the mixed material at a temperature at which the first crystal powder and the first additive can react to form a second intermediate fired body;
Removing the flux from the second intermediate fired body;
Heat-treating the second intermediate fired body from which the flux has been removed in the reducing atmosphere;
The manufacturing method of the plate-shaped crystal powder of Claim 1 containing.
前記工程(B)は、前記第1結晶粉末を、直接前記還元性雰囲気中で熱処理する、請求項1に記載の板状結晶粉末の製造方法。   The said process (B) is a manufacturing method of the plate-shaped crystal powder of Claim 1 which heat-processes the said 1st crystal powder directly in the said reducing atmosphere. 前記第1結晶粉末は、一般式:(Bi222+(Bi0.5m-1.5Nbm3m+12-(但し、AはLi、K、又はNaから選択される少なくとも一つの元素であり、mは2以上の整数)で表される化合物である請求項1から4のいずれかに記載の板状結晶粉末の製造方法。The first crystal powder has a general formula: (Bi 2 O 2 ) 2+ (Bi 0.5 A m-1.5 Nb m O 3m + 1 ) 2− (where A is at least selected from Li, K, or Na) 5. The method for producing a plate-like crystal powder according to claim 1, wherein the compound is a compound represented by the following formula: one element and m is an integer of 2 or more. 前記工程(A)は、
前記一般式で示される組成比で、Bi、AおよびNbを含むように、Bi、AおよびNbを含む原料と前記原料が反応する温度で溶融する他のフラックスとを用意し、混合することによって他の混合材料を得る工程と、
前記他の混合材料を加熱することによって、前記他のフラックスで覆われた前記第1結晶粉末を得る工程と、
前記他のフラックスで覆われた前記第1結晶粉末から前記他のフラックスを除去する工程と、
を含む請求項2または3に記載の板状結晶粉末の製造方法。
The step (A)
By preparing and mixing a raw material containing Bi, A and Nb and another flux which melts at a temperature at which the raw material reacts so as to contain Bi, A and Nb at a composition ratio represented by the general formula Obtaining other mixed materials;
Obtaining the first crystal powder covered with the other flux by heating the other mixed material;
Removing the other flux from the first crystal powder covered with the other flux;
The manufacturing method of the plate-shaped crystal powder of Claim 2 or 3 containing this.
前記還元性雰囲気は、水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気、硫化水素雰囲気、二酸化硫黄雰囲気、ホルムアルデヒド雰囲気またはこれらの混合雰囲気である請求項1から4のいずれかに記載の板状結晶粉末の製造方法。   The method for producing a plate-like crystal powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the reducing atmosphere is a hydrogen atmosphere, a carbon monoxide atmosphere, a hydrogen sulfide atmosphere, a sulfur dioxide atmosphere, a formaldehyde atmosphere, or a mixed atmosphere thereof. 請求項1から7のいずれかに記載の製造方法により得られた板状結晶粉末であって、
前記板状結晶粉末におけるBi量が8.5mass%未満である板状結晶粉末。
A plate-like crystal powder obtained by the production method according to claim 1,
A plate-like crystal powder wherein the Bi amount in the plate-like crystal powder is less than 8.5 mass%.
請求項8に記載の板状結晶粉末と、ペロブスカイト型化合物を形成可能な第2添加材との焼結体であって、前記焼結体は、所定の方向に配向した結晶面を有する多結晶である焼結体からなる結晶配向セラミックス。   A sintered body of the plate-like crystal powder according to claim 8 and a second additive capable of forming a perovskite type compound, wherein the sintered body is a polycrystal having a crystal plane oriented in a predetermined direction. A crystal-oriented ceramic comprising a sintered body.
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