WO1999016813A1

WO1999016813A1 - Materiau composite plastique/ceramique

Info

Publication number: WO1999016813A1
Application number: PCT/JP1998/004321
Authority: WO
Inventors: Tadashi Otagiri; Tomio Suzuki
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 1999-04-08
Also published as: CA2303859A1; EP1020487A4; AU9185898A; KR20010015658A; EP1020487A1

Description

明細書プラスチック ·セラミック複合材技術分野

本発明は、誘電性、圧電性、磁性等の機能を有し、各種電気 '電品等として用 V、られるプラスチックとセラミックとの複合材に関する。背景技術

誘電性、圧電性、磁性等の機能を有する機能性セラミック及びアラスチックは、各種電気 ·電子部品等として広範な分野において使用されている。例えば、誘電性を有するセラミックとしては、低誘電率を有するものとしてはシリカガラス、アルミナ、窒ィ匕アルミニウム等、高誘電率を有するものとしてはチタニア、チタン酸バリウム等が知られており、 I Cパッケージ、コンデンサ、 L Cフィルタ等に使用されている。又、圧電性を有するセラミックとしてはチタン酸ジルコン酸鉛等があり、各種ァクチユエ一夕、振動ジャイロ、センサ、レゾネータ等に使用されている。

しかしながら、セラミックは、所望の形状に成形するには焼 r程が必要な上、さらに焼成後に機械加工を施すのが一般的であることから、成形コストが高価になるとともに、プラスチックに比べ成形工程が煩雑であり、又、複雑な形状の成型品を得ることは困難であることから、成形の自由度に欠けるという欠点を有している。又、セラミックの有する誘電性等の機能を用途に応じて自在に制御することが困難であるという問題もあった。

一方、プラスチックは成形性に優れ、複雑な形状でも精度良く安価に製造できるという特徴があった。

さらに、上記のような機能性部材に関して、異なる機能を有する 2種の材料を併用することにより、 1つの部材に、それぞれの材料に由来する複数の機能を付与することができれば便利である。例えば、圧電性を有するセラミックと高熱伝導性を有するセラミックを併用することにより、高速ァクチユエータ等にお - 1 - いて、圧電対の振動に伴って発生する熟を放熱させることができる。

しかしながら、単に異なる機能を有する 2種以上のセラミック粒子等の材料を混合するだけでは、焼成中に両セラミックが反応するため、単一の部材に、それぞれのセラミックに由来する複数の機能を付与することは困難である。又、に、セラミックは、それが有する誘電性等の機能を用途に応じて自在に制御することが困難である。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、誘電性、圧電性、磁性等において機能性セラミックに近い機能を有しつつ、容易力つ安価に自由な形状に成形できる複合材を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、 2種以上の異なる機能を併せ持つとともに、各特性. を自在に制御することができる複合材を提供することにある。発明の開示

すなわち、本発明によれば、プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るプラスチック ·セラミック複合材であって、該セラミックが誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1の機能を有し、該セラミック粒子の含有量が 5 0体積％以上、 9 9体積％以下でぁるプラスチック ·セラミック複合材（第一発明）が提供される。

第一発明のアラスチック 'セラミック複合材において、上記セラミック粒子は異なる特性値を持つ同一機能の 2以上のセラミックから成るものであってもよい。また、本発明によれば、アラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るプラスチック ·セラミック複合材であって、該セラミックとして、誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 2 J¾± の機能に対応した 2以上の異なったセラミックを用い、該セラミック粒子の含有量が 5 0体積 9 9体積％以下であるプラスチック 'セラミック複合材 (第二発明）が提供される。

第二発明のアラスチック 'セラミック複合材は、積層構造を有し、該積層構造を構成する各層に含まれるセラミックが、他の層に含まれるセラミックと異なる機能を有していてもよく、あるいは該積層構造を構成する各層が、上記のの機能に対応した 2以上の異なったセラミックを他の層とは異なった配合比で含んでいてもよい。また、第二発明のプラスチック 'セラミック複合材は、単一の層から成り、その単一の層に上記の 21¾±の機能に対応したの異なったセラミックを含むものであってもよい。

さらに、本発明によれば、プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るプラスチック 'セラミック複合材であって、該プラスチックが誘電性、圧電' 1«び磁性から成る群より選択した 1又は 2以上の機能を有し、該セラミックが誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1又は 2以上の機能を有し、該セラミック粒子の含有量が 3 0体積％以上、 9 9体積％以下であるプラスチック ·セラミック複合材（第三発明）が提供される。

第一発明乃至第三発明のいずれのプラスチック ·セラミック複合材においても、セラミック粒子の粒子形状のァスぺクト比は 2 . 0以下であることが好ましい。又、本発明のプラスチック 'セラミック複合材において、セラミック粒子はァラスチックから成るマトリックスにシラン力ップリングにより結合されていることが好ましい。

また、本発明によれば、上記したいかの複合材が射出成形にて所望の形状に成形された成形品が提供される。さらに、本発明によれば、上記したいずれかの複合材がシ一ト状に成形された成形品が提供される。図面の簡単な説明

図 1は、第二発明のアラスチック .セラミック複合体の一例を示す模式断面図である。図 2は、第二発明のプラスチック♦セラミック複合体の他の例を示す模式断面図である。図 3は、第二発明のプラスチック 'セラミック複合体のさらに他の例を示す模式断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、上記のように、第一発明〜第三発明を包含するもので、順次第一発明から説明する。

第一発明のプラスチック .セラミック複合材は、アラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るが、セラミックとして、誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1の機能を有するものが用いられ、又、セラミック粒子の含有量は 5 0体積％U±、 9 9体積％以下とされる。

第一発明のプラスチック♦セラミック複合材は、プラスチックにセラミック粒子を分散させて成るため、射出成形等により容易力つ安価に製造することができる。即ち、セラミックのように、焼成及び焼成後の機械加工という工程を行わなくてもよいため、生産性の向上を図ることができる。又、機械加工では製造できないような複雑な形状の成形も容易に行うことができる。

又、セラミック粒子の含有量を 5 0体積とすることにより、複合材に、セラミックの機能を効果的に付与することができる。なお、セラミツク粒子の含有量は Ί 0体積％以上であることがより好ましく、 8 0体積％l^Lbであることがさらに好ましい。一方、セラミック粒子の含有量を 9 9体積％以下としたのは、 9 9体積％を超えるとアラスチックの含有量が減少するため、成形時の流動性が失われ、成形ができなくなくなるからである。

又、第一発明の複合材は、誘電性、圧電性、磁性等の機能においてセラミック粒子の含有量を変化させたり、特性値は異なるが同種の機能を有する 2種以上のセラミック粒子の配合比を変えることにより、複合材の特性値を用途に応じて制御することが可能である。特に、誘電性においては、異なる誘電率を有するセラミック粒子を混合することで加成性が成り立ち、中間の誘電率を配合比通りに得ることができる。誘電率の温度係数についても同様に制御が可能である。なお、ここで、誘電性には絶縁性も含まれるものとする。

又、圧電性においては、異なる圧電定数を有するセラミック粒子の混合により圧電性を制御できるのみならず、周波数の温度係数を制御することも可能である。これにより、例えば、温度係数がほぼ 0の振動ジャイロセンサ、レゾネータ等を得ることができる。

第一発明のアラスチック ·セラミック複合材に用いられるプラスチックは、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれでもよいが、射出成形による成形が容易である点を考慮すると熱可塑性樹脂を用ゝることが好ましい。

具体的には、熱可塑性樹脂としては、例えば、硬質塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリスチレン、 ABS樹脂、ポリアセタール、ナイロン 6、ナイロン 66、ポリ 4フッ化工チレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、強化ポリエチレンテレフタレート、ポリフエ二レンスルフィド、ポリアミドィミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、各種液晶プラスチック等を用いることができ、これらの樹脂を 2種 1¾ 組み合わせて用いてもよい。なお、上記の熱可塑性樹脂のうち、第一発明のプラスチック 'セラミック複合材において好ましいのは、ポリアクリレート、ポリスチレン、 ABS樹脂、ポリアセタール、ナイロン 6、ナイロン 66、ポリ 4フッ化工チレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、強化ポリエチレンテレフタレート、ポリフエ二レンスルフイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等耐熱性が高い、すなわち熱変温度（HDT、 4. 6kg/cm²のとき）が 100°C以上となるものであり、さらに好ましいのはナイロン 6、ナイロン 66、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、強化ポリエチレンテレフタレート、ポリフヱニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエ一テルケトン、ポリイミド等熱変温度 (HDT)が 150°C以上となるものである。

一方、熱硬化性樹脂としては、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、珪素樹脂等を用いることができ、又、これらの樹脂を 2種以上組み合わせて用いてもよい。

第一発明のプラスチック 'セラミック複合材に用、られるセラミックとしては、誘電性を有するものとしては酸ィ匕チタン、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシゥム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ニオブ酸塩、タンタル酸塩、ガリウム酸塩、アルミナ、ムライト、ステア夕ィト、石英ガラス等を用いることができる。

圧電性を有するものとしてはチタン酸バリゥム、 PbZr0₃— PbTiOs固溶体 (PZT) 、 PbZ r 0₃-PbT i 0₃-Pb (Mgi/3Nb₂/₃) 0₃固溶体 - b一

(PZT-PMN)等を用いることができる。

磁性を有するものとしては Mn— Znフェライト、 N i一 Znフェライト等各種のフヱライト等を用いることができる。

導電性を有するものとしては ZrB ₂、 Ti B₂等のホウ化物、 C, TiC、 S iC等の炭化物、 TiN等の窒化物、 Sn〇₂、 Ti0₂、 Cr〇₂、 Ru0₂、 R e0₂、 W〇₂、 SrFe〇₃、 SrTi0₃、 I n ₂0₃等の酸化物等を用いることができる。

熱伝導性を有するものとしては、高熱伝導セラミックとしてべリリア、アルミナ、ダイヤモンド、炭化珪素、窒化珪素、窒ィ匕アルミニウム等を用いることができる。

第一発明のプラスチック 'セラミック複合材において、セラミック粒子の粒子形状のァスぺクト比は 2. 0以下であることが好ましい。

セラミック粒子の粒子形状のァスぺクト比を上記の範囲内とすることにより、プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を最密充填を超えて分散させることができ、複合材の熱膨張係数をさらに小さくすることができるからである。即ち、セラミツク粒子の粒子形状のァスぺクト比が 2. 0を超える^には、セラミツク粒子の含有量を大きくすることが困難となる。

セラミック粒子の平均粒径は 0. 1〜50〃mであることが好ましい。これは、セラミック粒子の平均粒径が 0. 1 m未満の場合や 50〃mを超える場合は、成形時の流動性が損なわれ、生産性の向上が図れな、からである。次に、第二発明について説明する。なお、第二発明の構成が上記した第一発明と謹する部分については、その説明を省略する。

第二発明のアラスチック 'セラミック複合材は、プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るが、セラミックとして、誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 2m:の機能に対応した 2 m±の異なったセラミックが用いられ、又、セラミック粒子の含有量は 50体積％以上、 99体積％以下とされる。

第二発明のプラスチック 'セラミック複合材は、 2種以上の異なったセラミツクに由来する機能を併せ持つため、従来、それぞれの特性を有する複数の部材を用いなければならなかった状況等において、これらの複数の部材を第二発明の複合材による単一の部材で置き換えることができ、生産性の向上、コストの低減、部材数の減少等に寄与することができる他、全く新たな用途も開かれる。例えば、圧電性を有するセラミックと高熱伝導性を有するセラミックを用 ^ゝれば、高速高変位ァクチユエ一タ等において、圧電体の振動に伴って発生する熱を放散させ、温度による特性変ィ匕を少なくすることができる。

第二発明のプラスチック 'セラミック複合材は、プラスチックにセラミック粒子を分散させて成るため、射出成形等により容易力つ安価に製造することができる。従って、異なる機能を有する 2種 1¾±のセラミック粒子を用いても、焼成中に両セラミックが反応して各セラミックの機能が失われることがなく、複合材に、 2種以上の異なったセラミックに由来する機能を付与することができる。

第二発明の複合材は、誘電性、圧電性、磁性等に機能において、セラミック粒子の含有量を変化させたり、各セラミツク粒子の配合比を変化させることにより、各セラミックに由来する複合材の特性値を用途に応じて別個に制御することが可能である。

又、第二発明の複合材は、同種の機能を有する 2種: Lbのセラミックを含んでいてもよいが、この場合において両セラミックに特性値が異なれば、その配合比を変えることによつても、複合材の特性値を制御することが可能である。

第二発明の複合材に用いられるプラスチックも、第一発明の複合材と同様に、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれでもよいが、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

また、第二発明の複合材において、セラミック粒子のアスペクト比、平均粒径は、第一発明と同一である。

第二発明のプラスチック 'セラミック複合材は、図 1に示すように、単層構造を有し、その単一の層 1 0に 21¾±の異なったセラミック粒子 1及び 2を含んでいてもよいが、図 2に示すように、積層構造を有し、その各層 1 0、 1 1ごとに異なる機能を有するセラミック粒子 1及び 2を分散させたものであつてもよい。又、図 3に示すように、積層構造の各層 1 0、 1 1のそれぞれに、異なった機能 WO 99/16813 _ g _ PCT/JP98/04321 を有するセラミック粒子 1及び 2を異なった配合比で分散させたものであってもよい。次に、第三発明について説明する。なお、第三発明の構成が上記した第一発明及び第二発明と重複する部分については、その説明を省略する。

第三発明のプラスチック ·セラミック複合材は、プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るが、プラスチックとして誘電性、圧電性及び磁性から成る群より選択した 1又は 21¾±の機能を有するものが用いられ、一方、セラミックとしては、誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1又は 2以上の機能を有するものが用いられる。又、セラミツク粒子の含有量は 3 0体積％以上、 9 9体積％以下とされる。

第三発明のプラスチック ·セラミック複合材は、セラミック及びプラスチックのそれぞれに由来する機能を併せ持つため、従来、それぞれの特性を有する複数の部材を用いなければならなかった状況等において、これらの複数の部材を第三発明の複合材による単一の部材でき換えることができ、生産性の向上、コストの低減、部材数の減少等に寄与することができる他、全く新たな用途も開カゝれる。例えば、圧電性を有するプラスチックと高熱伝導性を有するセラミックを用いれば、高変位ァクチユエ一夕等において、圧電体の漏に伴って胜する熱を放散させ、温度による特性変化を少なくすることができる。

第三発明のアラスチック 'セラミック複合材は、プラスチックにセラミック粒子を分散させて成るため、射出成形等により容易力つ安価に製造することができる。従って、異なる機能を有する 2種 Ohのセラミック粒子を単に混合した場合のように、焼成中に両セラミックが反応して各セラミックの機能が失われるということがなく、複合材にプラスチック及びセラミック双方の機能を付与することができる。又、これは、第三発明の複合材において、セラミック粒子として異なる機能を有する 2種以上のセラミックを用いた場合には、焼成中に各セラミックの機能が失われることがなく、複合材に、アラスチックの機能に加えて、 2種以上の異なったセラミックに由来する機能をも付与することができることを意味する。さらに、特性値の異なる同一機能を有する 2種以上のセラミックを用いた場 ^{WO 99/16813} _ g _ PCT/JP98/04321 合にも、その配合比を変えることによって、セラミックに由来する複合材の特性値を制御することができることを意味する。

第三発明の複合材におゝては、プラスチックとセラミックの配合比を変えることにより、それぞれに由来する機能の特性値を別個に制御することができる。又、特性値の異なる同一機能を有するセラミックとアラスチックを用いた場合には、その配合比を変えることによって、複合材の特性値を制御することができる。例えば、誘電性においては、異なる誘電率を有するセラミックとプラスチックを混合することで加成性が成り立ち、中間の誘電率を配合 itMりに得ることができる。又、圧電性においては、異なる圧電定数を有するセラミックとプラスチックの混合により圧電性を制御できる。

なお、第三発明の複合材において、異なる機能を有する 2種のプラスチックを混合して用いた場合においては、 2種のアラスチックの配合比を変えることにより、各プラスチックに由来する機能の特性値を別個に制御できる。これは、特性値の異なる同一機能を有する 2種以上のプラスチックを用いた^において、複合材の特性値を制御する場合であっても同様である。

また、第三発明の複合材においては、セラミック粒子の含有量を 3 0体積％以上としており、第一発明及び第二発明の 5 0 #¾%以上と相違する。

第三発明の複合材に用いられるアラスチックとして、誘電性を有するものとしては、いずれのアラスチックも誘電性はあるので特に限定されるものではない。又、圧電性を有するプラスチックとしては、ポリフッ化ビニリデン（P VD F ) 等を用いることができる。

さらに、磁性を有するアラスチックとしては、ポリ（ 2， 6—ピリジンジィルメチリデンニトロへキサメチレンニトロメチリデン）（P P H ) 、デカメチルフエロセニゥム、 7， 7， 8， 8—テトラシァノー p—キノジメタ二ド、デカメチルフヱロセニゥムテトラシァノエチレ二ド等を用いることができる。

第三発明の複合材に用、られるアラスチックも、第一発明及び第二発明の複合材と同様に、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれでもよいが、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

また、第三発明の複合材においても、セラミック粒子のアスペクト比、平均粒 WO 99/16813 - \Q - PCT/JP98/04321 径は、第一発明、第二発明と同一である。

なお、本願の第一発明乃至第三発明のプラスチック 'セラミック複合材において、セラミック粒子はプラスチックから成るマトリックスにシランカップリングにより結合されていることが好ましい。

シランカッフ。リング処理を施すことにより、相溶性の低いセラミックとプラスチックを用ゝて複合材とすることが可能になるとともに、セラミックの含有量を増加させることができる。

本発明のプラスチック ·セラミック複合材は、例えば以下の方法にて製造される。

(セラミック粒子の調製）

所定のァスぺクト比を有し平均粒径の異なる複数の粉末を混合することにより所望の平均粒径及びアスペクト比を有するセラミック粒子を調製する。尚、第二発明において、単層構造の複合材を製造する場合には、異なった機能を有するセラミツク粒子を所望の配合比で混合して用いるが、積層構造の複合材を製造る場合には、各層ごとにセラミック粒子を調製することとなる。又、セラミック粒子の粒度分布は、例えば、粒径 1〜1 0 0〃mの粒子が 9 0 % : Uiを占めることが好ましいが、分布は、所定の粒度分布を有する粉末を用いて上記の混合を行うことにより調整する。

粉末のアスペクト比が大きい場合は、造粒することにより二次粒子とし、二次粒子のアスペクト比を 2 . 0以下として用いることもできる。 itf立はスプレードライヤ一等によって行う。ここで、二次粒子のアスペクト比は 2 . 0以下であることが好ましい。これは、二次粒子のアスペクト比が上記の範囲内であれば、プラスチックと混合する際の量及び方法について、一次粒子の場合と同様に扱うことができるからである。

次に、必要に応じ、セラミック粒子にシランカツアリング処理を施す。シラン力ップリング処理はィンテグラルブレンド法、スフ。レー等による前処理法等常法により行われる。

(セラミック粒子とプラスチック粒子の混合 )

まず、セラミック粒子とプラスチック粒子を混合し、アラスチックの鬲より若干高い温度にてアラスチック粒子を溶融させ、セラミック粒子をプラスチックに分散させる。上記の混合'分散処理はニーダ、トリロールミル等を用いて行われる。次いで、混練物をペレット化する。

成形は、用いたプラスチックの融点より若干高い温度でペレツト中のアラスチックを溶融させた後、押出成形、射出成形等公知の成形方法にて行うことができるが、性、生産コストの低減等を考慮すると、射出成形によるのが好ましい。また、積層構造の複合材を製造する場合には、 1 0〜1 0 0 0〃m程度の厚さのシートに成形した各層を重ね合わせることにより任意の厚さのシ一ト上の成形体とする。各層間の接合は例えば加熱加圧により行う。次に、本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

(実施例 1 ：第一発明）

プラスチックとしてポリスチレン（比誘電率 2 . 5 ) を、セラミックとして酸化チタン（比誘電率 1 0 0 ) を用い、セラミック粒子の含有量が 7 5体積％であるプラスチック ·セラミック複合材を製造した。なお、セラミック粒子の平均粒径及びァスぺクト比はそれぞれ 3 0〃m及び 1 . 2 0とした。

まず、セラミック粒子に、スプレー法にてシランカップリング処理を施した。次に、ニーダを用いて、 2 8 0 Cにてセラミック粒子をプラスチック粒子に混合

•分散させた後、ペレツトイ匕した。得られたペレットを、 2 7 0 °Cにて溶融して射出成形を行い、 5 O mm X 5 0 mm X 5 mmの板状体に成形した。表 1に、得られた複合材の誘電率を測定した値を記載する。

(実施例 2 ：第一発明）

プラスチックとしてポリカーボネート（J 誘電率 3〉を、セラミックとしてチタン酸ストロンチウム（比誘電率 2 5 0 )及び P Z T (比誘電率 8 0 0 ) を用い、セラミック粒子の含有量がチタン酸ストロンチウム、 4 0体積％、 P Z T、 4 0 体積％の計 8 0 ％であるプラスチック ·セラミック複合材を実施例 1と同様に製造した。但し、混合 ·分散 ^Jgは 3 3 0で、射出成形の溶融温度は 3 2 0 °C とした。なお、セラミック粒子の平均粒径及びァスぺクト比はそれぞれ 2 O m WO 99/16813 - \2 - PCT/JP98/04321 及び 1. 45とした。表 1に、得られた複合材の誘電率の値を記載する。

(実施例 3 ：第一発明）

アラスチックとしてポリアミドイミドを、セラミックとして圧電性を有する P ZT— 1及び PZT— 2を用い、セラミック粒子の含有量が PZT— 1、 35体積％、 PZT— 2、 55体積％の計 90体積％であるプラスチック 'セラミック複合材を実施例 1と同様に製造した。但し、混合 ·分散温度及び射出成形の溶融温度はいずれも 370。Cとした。 P ZT— 1の平均粒径及びァスぺクト比はそれぞれ 25〃m及び 1. 25とし、 PZT— 2の平均粒@¾びアスペクト比はそれぞれ 30 m及び 1. 35とした。なお、 PZT— 1の周波数温度係数は + 10 P p m/°Cであり、 P Z T— 2の周波数温度係数は一 6 p p m/°Cである。表 1 に、得られた複合材の周波数温度係数を測定した値を記載する。

プラスチックセラミック A セラミック B シラン力

ップリン祓合材の特性値の種類種類と含有量平均拉径ァスぺク種類と含有量平均粒径ァスぺクグの有無

(体積％) Om) 卜比 (体積％) ( m) 卜比例 1 ポリスチレン酸化チタン 30 1. 20 有 75

75 (比誘電率）例 2 ボリ力一ボネチタン酸ストロ 20 1. 45 P ZT 20 1. 45 有 420

一卜ンチウム、 40 40 (比誘電率）例 3 ポリアミドィ P ZT- 1 25 1. 25 P ZT- 2 30 1. 35 有 0 (ppm/ ミト' 35 55 (周波数係数）

(実施例 4 ：第二発明）

アラスチックとして塩ィ匕ビニルを、セラミックとして圧電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT)及び磁性を有する N i— Cu— Znフェライトを用い、セラミック粒子の含有量が 85体積％である単層構造のプラスチック♦セラミック複合材を製造した。なお、両セラミック粒子の平均粒径及びアスペクト比はそれぞれ 10〃m、 25〃111及び1. 5、 1. 2とし、又、両セラミック粒子の配合比は、 PZT : Ni— Cu— Znフェライト =60 ： 40とした。

まず、 PZTと Ni— Cu— Znフェライトを 60： 40にて混合したセラミック粒子に、スプレー法にてシランカップリング処理を施した。次に、ニーダを用いて、 17 CTCにてセラミック粒子をプラスチック粒子に混合'分散させた後、ペレット化した。得られたペレットを、 170°Cにて溶融して射出成形を行い、

5 OmmX 50 mm X 5 mmの板状体に成形した。表 2に、得られた複合材の圧電定数及び比透磁率を測定した値を記載する。尚、セラミック粒子の特性は、 P ZTの圧電定数 d₃₃が 220、 N i—Cu— Znフェライトの J 5t磁率が 800 であった。

(実施例 5 ：第二発明）

プラスチックとしてポリアクリレートを用い、セラミックとして雷秀電性を有するチタン酸ストロンチウム（比誘電率 250 )及び磁性を有する Mn— Znフエライトを用い（比誘電率 160 ) を異なる層に含有し、セラミック粒子の含有量がいずれも 90体積％であるニ層構造のプラスチック ·セラミック複合材を製造した。なお、両セラミック粒子の平均粒径及びアスペクト比はそれぞれ 15 /m、 25 m及び 1. 6、 1. 3とした。

まず、実施例 4と同様に複合材を構成する各層についてペレットを製造した。但し、混合 ·分離温度は 260 Cとした。次に、押出成形により、各層についてのペレットを厚さ lmmのシート状に成形し、それらを加熱 Jn圧により積層して接合した。表 2に、得られた複合材の比誘電率及び比透磁率を測定した値を記載する。尚、この特性値は、各層を積層する前に、それぞれ «で則定した値である。 CO

プラスチックの種セラミック A セラミック B

複合材の特性値備考類種類と含有量平均拉径ァスぺ種類と含有量平均粒径ァスぺ

(体積％) Om) クト比 (体積％) ク卜比

¾5S例 4 塩化ビニル P ZT 10 1. 5 N i - Cu— 25 1. 2 圧電定数 d =85 単層構造

51 Z nフェライ比透磁率^ = 190

卜 34

¾S£例 5 ポリアクリレートチタン酸スト 15 1. 6 Mn— Z nフ 25 1. 3 比誘電率 £=210 積層構造ロンチウムェライ卜比透磁率 - 120 C-M

90 90

(実施例 6 ：第三発明）

アラスチックとして圧電性を有する P VD Fを、セラミックとして磁性を有する M n— Z nフェライトを用い、セラミック粒子の含有量が 5 0体積％であるプラスチック ·セラミック複合材を製造した。なお、セラミック粒子の平均粒径及びァスぺクト比はそれぞれ 3 0〃m及び 1 . 2 0とした。

まず、セラミック粒子に、スプレー法にてシランカップリング処理を施した。次に、ニーダを用いて、 2 7 0。Cにてセラミック粒子をプラスチック粒子に混合

-分散させた後、ペレツトイ匕した。得られたペレットを、 2 5 0 °Cにて溶融して射出成形を行い、 5 0 mm X 5 0 mm X 5 mmの板状体に成形した。表 3に、得られた複合材の圧電定数及び比透磁率を測定した値を記載する。

(実施例 7 ：第三発明）

プラスチックとして圧電性を有する P VD Fを、セラミックとして熱伝導性を有する窒ィ匕アルミニウムを用い、セラミック粒子の含有量が 5 0体積％であるプラスチック ·セラミック複合材を実施例 6と同様に製造した。なお、セラミック粒子の平均粒径及びァスぺクト比はそれぞれ 2 0〃m及び 1 . 4 5とした。表 3 に、得られた複合材の圧電定数及び熱伝導率を測定した値を記»る。

(実施例 8 ：第三発明）

プラスチックとして誘電性を有するポリカーボネートを、セラミックとして熱伝導性を有する窒ィ匕アルミニウムを用い、セラミック粒子の含有量が 6 0体積％であるアラスチック ·セラミック複合材を実施例 6と同様に製造した。なお、射出成形の温度は 3 0 0 °Cとした。セラミック粒子の平均粒 ί びァスぺクト比はそれぞれ 2 0〃m及び 1 . 4 5とした。表 3に、得られた複合材の比誘電率及び熱伝導率の値を記載する。 CO

産業上の利用可能性

以上のように、第一発明の複合材は、 L Cフィルター、特殊パッケージ、電力絶縁部品等の従来においてセラミック誘電体が使用されていた部品、振動ジャィ口、発振子、センサー等の従来においてセラミック圧電体が使用されていた部品、トランス、コイル等の磁心、モータ等の従来においてセラミック磁性体が使用されていた部品、サイリスタ等のパワーエレクトロニクス部品用パッケージ等の従来においてセラミック熱伝導体が使用されていた部品等に好適に用いることができる。

又、磁性又は導電性を有するセラミック粒子を利用することにより、電磁波吸収体、電磁波反射体等とすることも可能である。

さらに、第二発明及び第三発明の複合材によれば、例えば、従来では磁性芯を用いたコイルとセラミックキャパシタンスを別々に使っていた電子部品の一体化、圧電性と熱伝導性を組み合わせることにより、振動で生じる熱を放散させながら、駆 Krtるァクチユエータ、圧電性と磁性を組合せ、室内の壁材として用いると、圧電性により室内の遮音を行い、磁性により電磁波を吸収 ·遮断することができる等の用途や、超音波モータ方式で駆動しながら金属から離れない玩具等、新しい用途が開発される。

Claims

- iy - 請求の範囲 l . アラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るブラスチック ·セラミック複合材であって、

該セラミックが誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1の機能を有し、

該セラミック粒子の含有量が 5 0体積％以上、 9 9体積％以下であることを特徴とするアラスチック ·セラミック複合材。

2 . 該セラミツク粒子が異なる特性値を持つ同一機能の 2 のセラミックから成る請求の範囲第 1項に記載のプラスチック ·セラミツク複合材。

3 . プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るプラスチック ·セラミック複合材であって、

該セラミックとして、誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 21¾±の機能に対応した 21¾±の異なったセラミックを用い、該セラミック粒子の含有量が 5 0体積％m_b、 9 9体積％以下であることを特徴とするプラスチック ·セラミック複合材。

4 . 積層構造を有し、該積層構造を構成する各層に含まれるセラミックが、他の層に含まれるセラミックとは異なる機能を有する請求の範囲第 3項に記載のブラスチック ·セラミック複合材。

5 . 積層構造を有し、該積層構造を構成する各層が、該 21¾±の機能に対応した 2 の異なったセラミックを他の層とは異なった配合比て"含む請求の範囲第 3 項に記載のプラスチック 'セラミック複合材。

6 . 単一の層から成り、該単一の層に該 2以上の機能に対応した 2以上の異なつたセラミックを含む請求の範囲第 3項に記載のプラスチック ·セラミック複合材。

7 . プラスチックから成るマトリックスにセラミック粒子を分散させて成るプラスチック ·セラミック複合材であって、

該プラスチックが誘電性、圧電性及び性から成る群より選択した 1又は 2以上の機能を有し、

該セラミックが誘電性、圧電性、磁性、導電性及び熱伝導性から成る群より選択した 1又は 21¾ の機能を有し、

該セラミック粒子の含有量が 3 0体積％以上、 9 9髓％以下であることを特徴とするプラスチック 'セラミック複合材。

8 . 該セラミック粒子の粒子形状のアスペクト比が 2 . 0以下である請求の範囲第 1項〜第 7項のいずれか 1項に記載のプラスチック ·セラミック複合材。

9 . 該セラミック粒子をアラスチックから成るマトリックスにシランカップリングにて結合させて成る請求の範囲第 1項〜第 8項のいずれか 1項に記載のアラスチック ·セラミック複合材。

1 0 . 請求の範囲第 1項〜第 9項のずれか 1項に記載のプラスチック ·セラミック複合材が射出成形にて成形されたことを特徴とする成形品。

1 1 . 請求の範囲第 1項〜第 9項の t、f¾か 1項に記載のァラスチック 'セラミック複合材がシート状に成形されたことを特徴とする成形品。