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JP2000119065A - Manufacturing method of oriented ceramics - Google Patents

Manufacturing method of oriented ceramics

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Publication number
JP2000119065A
JP2000119065A JP10286399A JP28639998A JP2000119065A JP 2000119065 A JP2000119065 A JP 2000119065A JP 10286399 A JP10286399 A JP 10286399A JP 28639998 A JP28639998 A JP 28639998A JP 2000119065 A JP2000119065 A JP 2000119065A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
guest
ceramics
host material
oriented
tungsten bronze
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10286399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuguto Takeuchi
嗣人 竹内
Toshihiko Tani
俊彦 谷
Toshio Kimura
敏夫 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP10286399A priority Critical patent/JP2000119065A/en
Publication of JP2000119065A publication Critical patent/JP2000119065A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステンブロンズ型結晶構造を有する各
種のセラミックスであって,1軸方向に結晶配向したも
のを容易かつ歩留まり高く製造する方法を提供するこ
と。 【解決手段】 ホスト材料であるタングステンブロンズ
型結晶構造を有する針状粒子と,タングステンブロンズ
型結晶構造を有すると共に任意の組成を有するゲストセ
ラミックスを形成するために追加されるべきゲスト原料
とを準備し,上記ホスト材料と上記ゲスト原料とを混
合,成形して成形体となし,上記ホスト材料の結晶面あ
るいは上記ホスト材料の結晶軸の配向を鋳型としなが
ら,上記成形体を焼成することにより,上記ゲストセラ
ミックスを配向させる。
(57) [Problem] To provide a method for easily producing various ceramics having a tungsten bronze type crystal structure and having a crystal orientation in a uniaxial direction with a high yield. SOLUTION: Needle-like particles having a tungsten bronze type crystal structure as a host material and a guest material to be added to form a guest ceramic having a tungsten bronze type crystal structure and having an arbitrary composition are prepared. By mixing and molding the host material and the guest material to form a molded body, and firing the molded body while using the crystal plane of the host material or the orientation of the crystal axis of the host material as a mold, Orient guest ceramics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,タングステンブロンズ型結晶構
造を有する材料からなる配向セラミックスを製造する方
法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an oriented ceramic made of a material having a tungsten bronze type crystal structure.

【0002】[0002]

【従来技術】タングステンブロンズ型結晶構造を有する
材料からなる配向セラミックスを製造する方法として
は,例えば次のような方法が知られている。 (1)特開昭61−106454号 (2)粉体粉末冶金講演概要集,vol.1986,No. Sprin
g,p102-103,
2. Description of the Related Art As a method for producing oriented ceramics made of a material having a tungsten bronze type crystal structure, for example, the following method is known. (1) JP-A-61-106454 (2) Collection of lectures on powder and powder metallurgy, vol.1986, No. Sprin
g, p102-103,

【0003】(1)では,タングステンブロンズ型結晶
構造を有する針状粒子をフラックス法により合成し,該
針状粒子を2段階に分けてホットプレス(熱間加圧)に
より焼成する方法である。これにより1軸に結晶配向し
た配向セラミックスを作製することができる。
In the method (1), needle-like particles having a tungsten bronze type crystal structure are synthesized by a flux method, and the needle-like particles are divided into two stages and fired by hot pressing (hot pressing). Thereby, oriented ceramics having uniaxial crystal orientation can be manufactured.

【0004】(2)では,上記(1)と同様の針状粒子
を準備し,これを押出成形することで1軸に粒子配向し
た成形体を作製し,この成形体を焼成する方法である。
これにより,1軸に結晶配向した配向セラミックスを作
製することができる。以上に記載した製造方法では,針
状粒子と最終的に得ようとするセラミックスとは同一組
成であり,ホットプレスや焼成によって,上記針状粒子
を粒成長させると共に緻密化して,バルクの焼結体であ
る配向セラミックスを作製するのである。
[0004] In the method (2), a needle-like particle similar to the above (1) is prepared, and is extruded to form a uniaxially particle-shaped molded body, and the molded body is fired. .
As a result, oriented ceramics having uniaxial crystal orientation can be manufactured. In the manufacturing method described above, the needle-like particles and the ceramic to be finally obtained have the same composition, and the needle-like particles are grown and densified by hot pressing or sintering, and bulk sintering is performed. The body is made of oriented ceramics.

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来方法
には次のような問題点があった。つまり,上記従来方法
(1),(2)では,作製しようとする配向セラミック
スの組成に応じた針状粒子を予め作製しなくてはならな
い。しかしながら,液相,気相を介した一般的な粒子合
成方法で針状粒子を作製する場合,該針状粒子の組成を
制御することが難しく,所望の組成を持った針状粒子の
作製は困難であった。特に目的とする化合物が複雑な組
成を有する場合,針状粒子を合成するための条件出しに
は多くの時間をかけて試行錯誤的な検討を行なわなくて
はならなかった。
However, the above-mentioned conventional method has the following problems. That is, in the above-mentioned conventional methods (1) and (2), acicular particles corresponding to the composition of the oriented ceramics to be produced must be produced in advance. However, it is difficult to control the composition of the acicular particles by a general method of synthesizing particles through a liquid phase and a gaseous phase, and it is difficult to produce acicular particles having a desired composition. It was difficult. In particular, when the target compound has a complicated composition, it has been necessary to spend a lot of time to conduct trial and error studies for determining the conditions for synthesizing the acicular particles.

【0006】また,上記従来方法では得ようとする配向
セラミックスの組成に応じた針状粒子を一々作製する必
要がある。このため,複数種類の組成の異なる配向セラ
ミックスを作製しようとする場合,針状粒子合成に要す
る条件を導出するためにかかる時間と労力とは配向セラ
ミックスの種類に比例して増加するため,非効率的であ
った。
Further, in the above-mentioned conventional method, it is necessary to produce needle-like particles one by one according to the composition of the oriented ceramics to be obtained. Therefore, when attempting to produce a plurality of types of oriented ceramics having different compositions, the time and effort required to derive the conditions required for synthesizing the acicular particles increase in proportion to the type of the oriented ceramics. It was a target.

【0007】さらに,強誘電体材料,圧電体材料,光学
材料として実用上有用な特性を有する各種セラミックス
は複雑な組成を有することが多い。このようなセラミッ
クスとしては,例えば,(SrxBa1-x2(K1-yNa
y)Nb515,(SrxBa1 -x2(K1-y-zNay
z)Nb515等が挙げられるが,これらのセラミック
スについては組成が非常に複雑であるため,上述した問
題が製造上の困難を引き起こすおそれがあった。
Further, various ceramics having practically useful properties as ferroelectric materials, piezoelectric materials, and optical materials often have complicated compositions. Such ceramics include, for example, (Sr x Ba 1-x ) 2 (K 1-y Na
y) Nb 5 O 15, ( Sr x Ba 1 -x) 2 (K 1-yz Na y L
iz ) Nb 5 O 15 and the like. However, since the composition of these ceramics is very complicated, the above-mentioned problem may cause difficulty in production.

【0008】また,(1)に記載したごとき,ホットプ
レスによる焼成は製造コストを押し上げるばかりか,こ
の方法から得られた焼結体には密度分布が生じる場合が
多かった。このため,得られた焼結体から切り出された
ごく一部の切片のみからしか実用に耐え得る均一な密度
分布を持った配向セラミックスを得ることができず,歩
留まりが低いという問題があった。
Further, as described in (1), firing by hot pressing not only raises the production cost but also often results in a density distribution in the sintered body obtained by this method. For this reason, oriented ceramics having a uniform density distribution that can withstand practical use can be obtained from only a small number of pieces cut out from the obtained sintered body, and there is a problem that the yield is low.

【0009】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,タングステンブロンズ型結晶構造を有す
る各種のセラミックスであって,1軸方向に結晶配向し
たものを容易かつ歩留まり高く製造する方法を提供しよ
うとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is a method for easily producing various ceramics having a tungsten bronze type crystal structure in a uniaxial direction with high yield. It is intended to provide.

【0010】[0010]

【課題の解決手段】請求項1に記載の発明は,ホスト材
料であるタングステンブロンズ型結晶構造を有する針状
粒子と,タングステンブロンズ型結晶構造を有すると共
に任意の組成を有するゲストセラミックスを形成するた
めに追加されるべきゲスト原料とを準備し,上記ホスト
材料と上記ゲスト原料とを混合,成形して成形体とな
し,上記ホスト材料の結晶面あるいは上記ホスト材料の
結晶軸の配向を鋳型としながら,上記成形体を焼成する
ことにより,上記ゲストセラミックスを配向させること
を特徴とするタングステンブロンズ型結晶構造を有する
配向セラミックスの製造方法にある。
An object of the present invention is to form needle-like particles having a tungsten bronze type crystal structure as a host material and guest ceramics having a tungsten bronze type crystal structure and having an arbitrary composition. The guest material to be added to the host material is prepared, and the host material and the guest material are mixed and formed into a molded body, and the orientation of the crystal plane of the host material or the crystal axis of the host material is used as a template. A method for producing an oriented ceramic having a tungsten bronze type crystal structure, wherein the guest ceramic is oriented by firing the molded body.

【0011】ホスト材料として使用される針状粒子につ
いて説明する。上記針状粒子としてはタングステンブロ
ンズ型結晶構造を有する任意の化合物を用いることがで
きる。ただし,本発明の効果をより活用するためには,
2種あるいは3種の金属元素を含むような比較的単純な
化合物を選ぶことが好ましい。このような化合物は針状
粒子を容易に作製することができるためである。また,
このような化合物としては,例えば,PbNb26,S
rNb26,BaNb26,Sr2KNb515等が挙げ
られる。
The acicular particles used as the host material will be described. Any compound having a tungsten bronze type crystal structure can be used as the needle-like particles. However, in order to utilize the effect of the present invention more,
It is preferable to select a relatively simple compound containing two or three metal elements. This is because such a compound can easily produce needle-like particles. Also,
Such compounds include, for example, PbNb 2 O 6 , S
rNb 2 O 6 , BaNb 2 O 6 , Sr 2 KNb 5 O 15 and the like.

【0012】また,本発明にかかるホスト材料として使
用される針状粒子の選択については次のような制限があ
る。本発明にかかる針状粒子は,得ようとする配向セラ
ミックスに含まれる金属元素の一部あるいは全てを含む
ような化合物を使用する必要がある。例えば,(Pb,
K)Nb26よりなる配向セラミックスを得ようとする
際には,上記ホスト材料として使用される針状粒子とし
て,PbNb26を使用することが好ましい。その他,
Sr2KNb515よりなる配向セラミックスを得ようと
する場合には,SrNb26を用いることが好ましい。
また,(Sr,Ba)Nb26という配向セラミックを
得ようとする場合には,SrNb26を用いることが好
ましい。
The selection of needle-like particles used as a host material according to the present invention has the following restrictions. For the acicular particles according to the present invention, it is necessary to use a compound containing some or all of the metal elements contained in the oriented ceramics to be obtained. For example, (Pb,
K) When obtaining oriented ceramics composed of Nb 2 O 6, it is preferable to use PbNb 2 O 6 as the acicular particles used as the host material. In addition,
In order to obtain oriented ceramics composed of Sr 2 KNb 5 O 15 , it is preferable to use SrNb 2 O 6 .
In order to obtain an oriented ceramic of (Sr, Ba) Nb 2 O 6 , it is preferable to use SrNb 2 O 6 .

【0013】また,上記針状粒子は液相法あるいは気相
法で合成することができる。これらの方法で合成するこ
とにより,結晶構造の異方性を反映した針状形状の粒子
を容易に合成することができる。上記液相法としては,
低融点の塩化物,硫化物,硝酸塩等をフラックス成分と
して用いたフラックス法,水溶液からの析出反応を利用
した沈殿法,あるいは水熱法が利用できる。また,上記
気相法としては,CVD法などを利用することができ
る。
The needle-like particles can be synthesized by a liquid phase method or a gas phase method. By synthesizing by these methods, needle-shaped particles reflecting the anisotropy of the crystal structure can be easily synthesized. As the liquid phase method,
A flux method using a low melting point chloride, sulfide, nitrate or the like as a flux component, a precipitation method utilizing a precipitation reaction from an aqueous solution, or a hydrothermal method can be used. Further, as the vapor phase method, a CVD method or the like can be used.

【0014】また,本発明にかかるゲスト原料として
は,例えば,得ようとする配向セラミックスに含まれる
金属元素の酸化物,炭酸塩,硝酸塩等を使用することが
できる。また,上記ゲスト原料の一部としては,固相
法,溶液法,気相法等を利用して作製した,本発明を利
用して製造しようとするセラミックスの粉末そのものを
使用することができる。また,製造しようとするセラミ
ックスに含まれる金属元素からなる複合酸化物を用いる
こともできる。
Further, as the guest raw material according to the present invention, for example, oxides, carbonates, nitrates and the like of metal elements contained in the oriented ceramics to be obtained can be used. Further, as a part of the guest raw material, a ceramic powder itself to be produced by utilizing the present invention, which is produced by using a solid phase method, a solution method, a gas phase method or the like, can be used. Further, a composite oxide composed of a metal element contained in ceramics to be manufactured can also be used.

【0015】例えば,得ようとする配向セラミックスが
Sr2KNb515であり,針状粒子がSrNb26であ
る場合,上記ゲスト原料としては,SrCO3,K2CO
3,Nb25,あるいは,固相法,溶液法,気相法等で
合成したSr2KNb515,KNbO3を用いることが
できる。
For example, when the oriented ceramic to be obtained is Sr 2 KNb 5 O 15 and the acicular particles are SrNb 2 O 6 , the guest material is SrCO 3 , K 2 CO 3
3 , Nb 2 O 5 , or Sr 2 KNb 5 O 15 or KNbO 3 synthesized by a solid phase method, a solution method, a gas phase method or the like can be used.

【0016】また,上記ホスト材料の結晶面あるいは上
記ホスト材料の結晶軸の配向を鋳型にしながら上記ゲス
トセラミックスを配向させる方法としては,例えば次の
ような方法が挙げられる。例えば,上記ホスト材料と上
記ゲスト原料とを混合し,配向成形を施した後,これを
焼成する焼成工程を行うことが好ましい。配向成形によ
りホスト材料の針状粒子が一方向に揃って配向した状態
にある配向成形体を得ることができ,その後焼成を施す
ことでホスト材料の配向状態を引き継いだゲストセラミ
ックスを得ることができる。
The method for orienting the guest ceramics using the orientation of the crystal plane of the host material or the crystal axis of the host material as a template includes, for example, the following method. For example, it is preferable to perform a firing step in which the host material and the guest raw material are mixed, subjected to orientation molding, and then fired. By orientation molding, it is possible to obtain an oriented molded body in which needle-like particles of the host material are aligned in one direction, and then by firing, it is possible to obtain guest ceramics that have inherited the orientation state of the host material. .

【0017】上記配向成形としては,加圧成形法,ドク
ターブレード法,押出し成形法等が利用できる。加圧成
形法では,ホスト材料とゲスト原料とよりなる混合粉末
を2軸加圧することで,針状粒子が1軸配向した配向成
形体を得ることができる。ドクターブレード法,押出し
成形法では上記混合粉末に溶媒,バインダ,可塑剤等を
加えてスラリーを調整した後,テープ成形,押出し成形
時のせん断応力を利用して,針状粒子が1軸配向した配
向成形体を得ることができる。特に,ドクターブレード
法,押出し法は,比較的簡単に針状粒子を配向させるこ
とができ,好ましい。
As the orientation molding, a pressure molding method, a doctor blade method, an extrusion molding method, or the like can be used. In the pressure molding method, an oriented molded article in which needle-like particles are uniaxially oriented can be obtained by biaxially pressing a mixed powder composed of a host material and a guest raw material. In the doctor blade method and the extrusion molding method, a slurry is prepared by adding a solvent, a binder, a plasticizer, etc. to the above mixed powder, and then the needle-like particles are uniaxially oriented by utilizing the shear stress during tape molding and extrusion molding. An oriented molded article can be obtained. In particular, the doctor blade method and the extrusion method are preferable because the needle-like particles can be relatively easily oriented.

【0018】続いて,上記配向成形の後に行う焼成工程
について説明する。上記配向成形体が有機物成分を含む
場合には,焼成工程の前に脱脂処理を施す必要がある。
また,場合によっては脱脂後,冷間静水圧プレス等によ
り配向成形体の密度を高めた後,焼成工程を行なっても
よい。
Next, the firing step performed after the above-mentioned orientation molding will be described. When the above-mentioned oriented molded article contains an organic component, it is necessary to perform a degreasing treatment before the firing step.
In some cases, after the degreasing, the firing step may be performed after increasing the density of the oriented green body by cold isostatic pressing or the like.

【0019】上記焼成工程は,通常の固相合成と同様の
温度で行なえばよい。この焼成工程により,ホスト材料
とゲスト原料との間に反応が生じ,ゲストセラミックス
が生成される。また,同時に粒成長と緻密化が生じ,緻
密なゲストセラミックスが製造される。この焼成工程に
おいて,ホスト材料の針状粒子は方位関係を保ってゲス
トセラミックスへと変換されるため,ゲストセラミック
スの少なくとも一部はホスト材料よりなる配向成形体の
配向方位を受け継ぐことができる。このため,本発明か
ら製造されたセラミックスは1軸方向に配向した配向セ
ラミックスとなる。
The calcination step may be performed at the same temperature as in the ordinary solid phase synthesis. In this firing step, a reaction occurs between the host material and the guest raw material, and guest ceramics are generated. At the same time, grain growth and densification occur, and dense guest ceramics are produced. In this firing step, the acicular particles of the host material are converted into guest ceramics while maintaining the directional relationship, so that at least a part of the guest ceramics can inherit the orientation of the oriented formed body made of the host material. For this reason, the ceramics produced from the present invention are oriented ceramics oriented in one axis direction.

【0020】次に,本発明の作用につき説明する。本発
明において最も注目すべきことは,ホスト材料の結晶面
あるいは結晶軸の配向の影響が及ぶ状態でホスト材料と
ゲスト原料とよりなる成形体を焼成することである。本
発明にかかる製造方法において,ホスト材料である針状
粒子と,最終組成物である配向セラミックスとは同じく
タングステンブロンズ型結晶構造の物質である。また,
上記ゲスト原料は得ようとする配向セラミックス(すな
わちゲストセラミックス)を生成するためにホスト材料
以外に加える必要のあるセラミックス原料である。
Next, the operation of the present invention will be described. The most remarkable point in the present invention is to bake a formed body composed of the host material and the guest raw material under the influence of the orientation of the crystal plane or crystal axis of the host material. In the manufacturing method according to the present invention, the acicular particles as the host material and the oriented ceramics as the final composition are also substances having a tungsten bronze type crystal structure. Also,
The guest raw material is a ceramic raw material that needs to be added in addition to the host material in order to produce the oriented ceramics (ie, guest ceramics) to be obtained.

【0021】そして,上記ゲスト原料は,上記ホスト材
料の結晶面あるいは結晶軸の配向の影響が及ぶ状態でホ
スト材料と反応するため,結晶構造の類似性から,得ら
れる生成物にはホスト材料の結晶面や結晶軸が転写され
ることとなる。
The guest material reacts with the host material under the influence of the orientation of the crystal planes or crystal axes of the host material. The crystal planes and crystal axes are transferred.

【0022】このため,ホスト材料とゲスト原料との反
応により,ホスト材料における結晶面や結晶軸の配向を
保持したゲストセラミックスが生成されることとなる。
このゲストセラミックが本発明の製造方法における最終
生成物となるため,本発明によれば,容易に配向セラミ
ックスを得ることができる。
[0022] For this reason, by the reaction between the host material and the guest raw material, guest ceramics which maintain the orientation of the crystal plane or crystal axis in the host material are generated.
Since this guest ceramic is a final product in the production method of the present invention, according to the present invention, oriented ceramics can be easily obtained.

【0023】また,ホスト材料の針状粒子から離れた場
所ではゲスト原料自身より無配向のセラミックスが合成
されることもあるが,ゲストセラミックス化した針状粒
子を核としたオストワルト粒成長により,既に配向した
セラミックスに無配向のものが吸収される。このため,
本製造方法によれば高い1軸配向度を有する配向セラミ
ックスが容易に作製できる。
In addition, non-oriented ceramics may be synthesized from the guest material itself at a location away from the acicular particles of the host material. Non-oriented ones are absorbed by the oriented ceramics. For this reason,
According to this production method, oriented ceramics having a high degree of uniaxial orientation can be easily produced.

【0024】また,本発明にかかる製造方法において
は,ホットプレス,あるいはホットフォージのような塑
性変形を伴う加圧焼成工程を必要としないため,容易に
均一な密度を持つ配向セラミックスを得ることができ
る。密度にバラツキが生じると,切り出した部位によ
り,圧電性や誘電性等の諸特性にバラツキが生じる。一
方,均一な密度をもった材料では上記問題が生じないた
め,素子の歩留まり向上,素子の大型化などという点で
実用価値が高い。
Further, in the manufacturing method according to the present invention, since there is no need for a pressure sintering step involving plastic deformation such as hot pressing or hot forging, oriented ceramics having a uniform density can be easily obtained. it can. When the density varies, various characteristics such as piezoelectricity and dielectricity vary depending on the cut portion. On the other hand, a material having a uniform density does not cause the above-mentioned problem, and therefore has a high practical value in terms of improving the yield of the device and increasing the size of the device.

【0025】そして,本発明の製造方法において使用す
る針状結晶は最終的に得ようとする配向セラミックスと
組成が異なっていてもよく,ゲスト原料の反応により得
ようとするセラミックスが製造できる物質であればいか
なるものをも使用することができる。このため,入手や
製造が容易な適当な針状結晶を使用すればよいため,こ
の針状結晶の準備にかかる手間等を大いに省くことがで
きる。
The needle crystal used in the production method of the present invention may have a composition different from that of the oriented ceramic to be finally obtained, and is a substance capable of producing the ceramic to be obtained by the reaction of the guest raw material. Anything can be used. For this reason, since it is sufficient to use a suitable needle-like crystal which is easy to obtain and manufacture, it is possible to greatly reduce the time and labor required for preparing the needle-like crystal.

【0026】以上,本発明によれば,タングステンブロ
ンズ型結晶構造を有する各種のセラミックスであって,
1軸方向に結晶配向したものを容易かつ歩留まり高く製
造する方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, various ceramics having a tungsten bronze type crystal structure,
It is possible to provide a method for easily and uniaxially orienting a crystal with high yield.

【0027】このように,本発明の製造方法によれば,
タングステンブロンズ型結晶構造を有する任意の組成物
よりなる配向セラミックスを得ることができるが,特に
本発明によれば,3種以上の金属元素を含む化合物より
なる配向セラミックスを容易に作製することができる。
このような化合物としては,例えば,(Pb,K)Nb
26,Sr2NaNb515,Sr2KNb515,(S
r,Ba)Nb26,(Sr,Ba)2(Na,K,L
i)Nb515,K3Li2Nb515等が挙げられる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention,
Although it is possible to obtain oriented ceramics composed of any composition having a tungsten bronze type crystal structure, in particular, according to the present invention, oriented ceramics composed of a compound containing three or more metal elements can be easily produced. .
Such compounds include, for example, (Pb, K) Nb
2 O 6 , Sr 2 NaNb 5 O 15 , Sr 2 KNb 5 O 15 , (S
r, Ba) Nb 2 O 6 , (Sr, Ba) 2 (Na, K, L
i) Nb 5 O 15, K 3 Li 2 Nb 5 O 15 and the like.

【0028】また,タングステンブロンズ型結晶構造を
有するセラミックスには強誘電体に属するものが多く存
在し,圧電性,誘電性,電気光学効果を利用した各種デ
バイスに利用できる。
In addition, many ceramics having a tungsten bronze type crystal structure belong to ferroelectrics, and can be used for various devices utilizing piezoelectricity, dielectric properties, and electro-optic effects.

【0029】本発明の製造方法によれば,結晶方位が1
軸方向に揃えられているタングステンブロンズ型結晶構
造を有するセラミックスを作製することができる。この
ように,結晶方位が揃った配向セラミックスは多結晶で
ありながら単結晶なみの高い圧電性,誘電性,電気光学
特性等を持っているため,これら特性を利用した各種デ
バイスの性能を大きく高めることができる。更に,本発
明の製造方法によれば,単結晶生成方法よりもより安価
に,上記特性に優れた材料を得ることができる。
According to the manufacturing method of the present invention, the crystal orientation is 1
Ceramics having a tungsten bronze type crystal structure aligned in the axial direction can be produced. As described above, oriented ceramics having a uniform crystal orientation have high piezoelectricity, dielectric properties, electro-optical properties, etc., as high as single crystals, even though they are polycrystalline, and thus greatly enhance the performance of various devices utilizing these properties. be able to. Further, according to the production method of the present invention, a material having the above characteristics can be obtained at a lower cost than the single crystal production method.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】実施形態例 本発明の実施形態例にかかる配向セラミックスの製造方
法につき,図1〜図3を用いて説明する。本例にかかる
製造方法の概略を説明すると,まず,ホスト材料である
タングステンブロンズ型結晶構造を有する針状粒子と,
タングステンブロンズ型結晶構造を有すると共に任意の
組成を有するゲストセラミックスを形成するために追加
されるべきゲスト原料とを準備する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment A method for manufacturing an oriented ceramic according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. To explain the outline of the manufacturing method according to this example, first, acicular particles having a tungsten bronze type crystal structure as a host material,
A guest raw material to be added to form a guest ceramic having a tungsten bronze type crystal structure and an arbitrary composition is prepared.

【0031】次いで,上記ホスト材料と上記ゲスト原料
とを混合,成形して成形体となす。上記ホスト材料の結
晶面あるいは上記ホスト材料の結晶軸の配向を鋳型とし
ながら,上記成形体を焼成することにより,上記ゲスト
セラミックスを配向させる。これにより配向セラミック
スを得ることができる。
Next, the host material and the guest material are mixed and molded to form a molded body. The molded body is fired while using the orientation of the crystal plane of the host material or the crystal axis of the host material as a template, thereby orienting the guest ceramics. Thereby, oriented ceramics can be obtained.

【0032】以下,詳細に説明する。本例にかかる製造
方法では,ホスト材料となる針状粒子としてタングステ
ンブロンズ型の結晶構造を有するSrNb26の針状粒
子を用い,ゲスト原料として,K2CO3,SrCO3
Nb25とからなる混合粉末を用いて,タングステンブ
ロンズ型の結晶構造を有するKSr2Nb515の配向セ
ラミックスを作製した。
The details will be described below. In the manufacturing method according to this example, needle-like particles of SrNb 2 O 6 having a crystal structure of tungsten bronze type are used as needle-like particles serving as a host material, and K 2 CO 3 , SrCO 3 ,
Using a mixed powder of Nb 2 O 5 , oriented ceramics of KSr 2 Nb 5 O 15 having a tungsten bronze type crystal structure were produced.

【0033】まず,SrNb26針状粒子をフラックス
法で合成した。SrCO3とNb25の粉末を1:1の
化学量論比で混合し,これにSrCl2・6H2Oを混合
原料に対し150wt%の重量比で加えて混合した後,
1100℃で1時間熱処理して反応させた。上記熱処理
後,混合物を80℃のイオン交換水で繰り返し洗浄し,
Cl-イオン量がAgNO3溶液による方法で検出できな
くなるまで塩化物を除去した。得られた粉末をX線回折
法により相同定したところ,SrNb26単相であるこ
とが分かった。
First, SrNb 2 O 6 needle-like particles were synthesized by a flux method. The powders of SrCO 3 and Nb 2 O 5 were mixed at a stoichiometric ratio of 1: 1 and SrCl 2 .6H 2 O was added at a weight ratio of 150 wt% to the mixed raw material and mixed.
The reaction was performed by heat treatment at 1100 ° C. for 1 hour. After the heat treatment, the mixture is repeatedly washed with ion-exchanged water at 80 ° C.
Chloride was removed until the amount of Cl - ions could not be detected by the AgNO 3 solution method. The phase of the obtained powder was identified by an X-ray diffraction method, and it was found that the powder was a single phase of SrNb 2 O 6 .

【0034】また,走査型電子顕微鏡よって得られた粉
末を観察したところ,軸径が5〜10μm,軸長が20
〜50μm,アスペクト比(軸長/軸径)が5〜10の
針状粒子が得られたことが分かった。また,針状粒子の
長軸方向は斜方晶系タングステンブロンズ型構造の<1
00>軸(擬正方晶表示で<001>軸)に相当するこ
とがX線回折測定より分かった。
When the powder obtained by a scanning electron microscope was observed, the shaft diameter was 5 to 10 μm and the shaft length was 20 μm.
It was found that acicular particles having an aspect ratio (axial length / axial diameter) of 5 to 10 were obtained. The major axis direction of the acicular particles has an orthorhombic tungsten bronze type structure of <1.
It was found from X-ray diffraction measurement that it corresponded to the <00> axis (<001> axis in pseudo-tetragonal system).

【0035】次に,上記針状粒子とゲスト原料とを混合
し,配向成形した後に焼成した。これにより,Sr2
Nb515焼結体を作製した。上記SrNb26の針状
粒子と原料粉末であるK2CO3,SrCO3,Nb2 5
とをモル比で2:1:2:3となる様に秤量し,湿式混
合した後,バインダー,可塑剤を加えて混練してスラリ
ーを調整した。
Next, the needle-like particles and the guest material are mixed.
It was fired after orientation molding. Thereby, SrTwoK
NbFiveOFifteenA sintered body was produced. The above SrNbTwoO6Needle-like
Particles and K as raw material powderTwoCOThree, SrCOThree, NbTwoO Five
Are weighed to give a molar ratio of 2: 1: 2: 3, and wet-mixed.
After mixing, add binder and plasticizer, knead and mix
Was adjusted.

【0036】このスラリーを,図2に示す押出型2によ
りファイバー状に押出成形した。ここに上記押出型2は
テーパー付き成形部230を持った本体23の上部にピ
ストン21が上下動可能に挿入されたシリンダー22が
配置されている。本体23の成形部230内にスラリー
を注入した後,ピストン21の上部に荷重を加えること
で,成形部230の下端にある押出口231において,
図3にかかるファイバー状物11を作製した。
This slurry was extruded into a fiber shape using an extrusion die 2 shown in FIG. Here, in the extrusion die 2, a cylinder 22 into which a piston 21 is vertically movably inserted is disposed above a main body 23 having a tapered molded portion 230. After injecting the slurry into the forming part 230 of the main body 23, by applying a load to the upper part of the piston 21, the extrusion port 231 at the lower end of the forming part 230
The fibrous material 11 according to FIG. 3 was produced.

【0037】更に,図3に示すごとく,ファイバー状物
11を長さ20mmに切り分け,該ファイバー状物11
を100本を束ねた束状物12を準備した。この束状物
12を図示を略した金型に配置し,該金型において熱圧
着を施した。これにより,20mm×10mm×5mm
の成形体13を得た。
Further, as shown in FIG. 3, the fibrous material 11 is cut into a length of 20 mm.
Was prepared as a bundle 12 in which 100 pieces were bundled. The bundle 12 was placed in a mold (not shown), and was subjected to thermocompression bonding in the mold. By this, 20mm × 10mm × 5mm
Was obtained.

【0038】続いて,上記成形体13を600℃で脱脂
した後,大気中,1400℃×5時間の熱処理を行な
い,焼結体とした。得られた焼結体のX線回折パターン
を測定したところ,得られた焼結体が正方晶系タングス
テンブロンズ型構造を有するSr2KNb515単相であ
ることが確かめられた。
Subsequently, the molded body 13 was degreased at 600 ° C., and then subjected to a heat treatment at 1400 ° C. × 5 hours in the air to obtain a sintered body. When the X-ray diffraction pattern of the obtained sintered body was measured, it was confirmed that the obtained sintered body was a single phase of Sr 2 KNb 5 O 15 having a tetragonal tungsten bronze structure.

【0039】得られた焼結体の押出方向に対して垂直な
面と水平な面とのX線回折パターン(CuKαによる)
を測定し,図1に記載した。同図において,平行面と垂
直面とのパターンは著しく異なり,垂直面ではSr 2
Nb515の(00l)面に関連したピークのみが観察
され,焼結体において,押出方向にそって{001}面
が優先配向していることが確かめられた。なお,この焼
結体の密度は相対密度で90%であった。
The perpendicular direction to the extrusion direction of the obtained sintered body
X-ray diffraction pattern between plane and horizontal plane (by CuKα)
Was measured and described in FIG. In the figure, the parallel plane and the vertical
The pattern with the face is remarkably different. TwoK
NbFiveOFifteenOnly peaks related to (00l) plane are observed
And the {001} face of the sintered body
Was preferentially oriented. In addition, this grill
The density of the compact was 90% in relative density.

【0040】以上より,本例にかかる製造方法によれ
ば,タングステンブロンズ型構造を有し,その{00
1}面が1軸方向に優先配向した配向セラミックスが得
られたことが分かった。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, a tungsten bronze type structure is provided.
It was found that oriented ceramics in which the 1} plane was preferentially oriented in the uniaxial direction was obtained.

【0041】なお,成形体の作成方法は,以上に記載し
たファイバー状物11を圧着する方法に限るものではな
く,押出成形により一度に大型の成形体を作製すること
もできる。また,上記針状粒子を用いて,(Ba,S
r)Nb26,(Ba,Sr) 2(Na,K)Nb515
等の配向セラミックスも同様の要領で作製することがで
きる。
It should be noted that the method of forming the molded body is described above.
It is not limited to the method of crimping the fibrous material 11
To make a large molded body at once by extrusion molding
Can also. Further, using the above acicular particles, (Ba, S
r) NbTwoO6, (Ba, Sr) Two(Na, K) NbFiveOFifteen
Etc. can be manufactured in the same way.
Wear.

【0042】次に,本例にかかる作用効果について説明
する。本例による製造方法において,ホスト材料である
針状粒子と,最終組成物である配向セラミックスとは同
じくタングステンブロンズ型結晶構造に分類される物質
である。また,上記ゲスト原料は得ようとする配向セラ
ミックス(すなわちゲストセラミックス)を生成するた
めにホスト材料以外に加える必要のあるセラミックス原
料である。
Next, the operation and effect according to this embodiment will be described. In the manufacturing method according to this example, the acicular particles as the host material and the oriented ceramics as the final composition are also substances classified into a tungsten bronze type crystal structure. The guest material is a ceramic material that needs to be added in addition to the host material in order to produce the oriented ceramics (ie, guest ceramics) to be obtained.

【0043】そして,上記ゲスト原料は,上記ホスト材
料の結晶面あるいは結晶軸の配向の影響が及ぶ状態でホ
スト材料と反応するため,結晶構造の類似性から,得ら
れる生成物にはホスト材料の結晶面や結晶軸が転写され
ることとなる。
The guest material reacts with the host material under the influence of the orientation of the crystal plane or crystal axis of the host material. The crystal planes and crystal axes are transferred.

【0044】このため,ホスト材料とゲスト原料との反
応により,ホスト材料における結晶面や結晶軸の配向を
保持したゲストセラミックスが生成される。このゲスト
セラミックが本例での最終生成物となるため,本例によ
れば,容易に配向セラミックスを得ることができる。
For this reason, by the reaction between the host material and the guest raw material, guest ceramics which maintain the orientation of the crystal plane and the crystal axis in the host material are generated. Since this guest ceramic is the final product in this example, according to this example, oriented ceramics can be easily obtained.

【0045】また,本例においては,ホットプレス,あ
るいはホットフォージのような塑性変形を伴う加圧焼成
工程を必要としないため,容易に均一な密度を持つ配向
セラミックスを得ることができる。密度にバラツキが生
じると,切り出した部位により,圧電性や誘電性等の諸
特性にバラツキが生じる。一方,均一な密度をもった材
料では上記問題が生じないため,素子の歩留まり向上,
素子の大型化などという点で実用価値が高い。
Further, in this embodiment, since a pressure sintering step involving plastic deformation such as hot pressing or hot forging is not required, oriented ceramics having a uniform density can be easily obtained. When the density varies, various characteristics such as piezoelectricity and dielectricity vary depending on the cut portion. On the other hand, a material having a uniform density does not cause the above-described problem, so that the device yield can be improved,
Practical value is high in terms of increasing the size of the element.

【0046】そして,本例の製造方法において使用する
針状結晶は最終的に得ようとする配向セラミックスと組
成が異なってもよく,単純な組成を選べば,その製造は
非常に容易である。この針状結晶の準備にかかる手間等
を多いに省くことができる。
The composition of the needle-shaped crystal used in the production method of this embodiment may be different from that of the oriented ceramic to be finally obtained. If a simple composition is selected, the production is very easy. The labor and time required for preparing the needle-shaped crystal can be largely saved.

【0047】以上,本例によれば,1軸方向に結晶配向
したタングステンブロンズ型結晶構造を有する各種のセ
ラミックスを容易かつ歩留まり高く製造する方法を提供
することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for easily producing various ceramics having a tungsten bronze type crystal structure in which the crystal is uniaxially oriented at a high yield.

【発明の効果】上述のごとく,本発明によれば,1軸方
向に結晶配向したタングステンブロンズ型結晶構造を有
する各種のセラミックスを容易かつ歩留まり高く製造す
る方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for easily producing various ceramics having a tungsten bronze type crystal structure which is uniaxially oriented with a high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例における,成形物を焼成して得られ
た焼結体(配向セラミックス)における,(a)押出方
向に平行な面のX線回折パターンを示す線図,(b)押
出方向に垂直な面のX線回折パターンを示す線図。
FIG. 1 is a diagram showing (a) an X-ray diffraction pattern of a surface parallel to an extrusion direction in a sintered body (oriented ceramic) obtained by firing a molded product in an embodiment, and (b) extrusion. FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a plane perpendicular to the direction.

【図2】実施形態例における,スラリーよりファイバー
状物を作製する押出型の説明図。
FIG. 2 is an explanatory view of an extrusion die for producing a fibrous material from a slurry in the embodiment.

【図3】実施形態例における,ファイバー状物から成形
物を作製するプロセスの説明図。
FIG. 3 is an explanatory view of a process for producing a molded product from a fibrous material in the embodiment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 敏夫 神奈川県横浜市港北区下田町2−1−20 Fターム(参考) 4G030 AA04 AA09 AA20 AA66 BA09 BA10 BA16 CA01 CA02 GA19 GA21  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Toshio Kimura 2-1-20 Shimoda-cho, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 4G030 AA04 AA09 AA20 AA66 BA09 BA10 BA16 CA01 CA02 GA19 GA21

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホスト材料であるタングステンブロンズ
型結晶構造を有する針状粒子と,タングステンブロンズ
型結晶構造を有すると共に任意の組成を有するゲストセ
ラミックスを形成するために追加されるべきゲスト原料
とを準備し,上記ホスト材料と上記ゲスト原料とを混
合,成形して成形体となし,上記ホスト材料の結晶面あ
るいは上記ホスト材料の結晶軸の配向を鋳型としなが
ら,上記成形体を焼成することにより,上記ゲストセラ
ミックスを配向させることを特徴とするタングステンブ
ロンズ型結晶構造を有する配向セラミックスの製造方
法。
1. A needle material having a tungsten bronze type crystal structure as a host material and a guest material to be added to form a guest ceramic having a tungsten bronze type crystal structure and having an arbitrary composition are prepared. Then, the host material and the guest material are mixed and molded to form a molded body, and the molded body is baked while using the crystal plane of the host material or the orientation of the crystal axis of the host material as a mold, A method for producing an oriented ceramic having a tungsten bronze-type crystal structure, characterized in that the guest ceramic is oriented.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005272266A (en) * 2004-03-26 2005-10-06 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Anisotropic shaped powder and method for producing the same, crystal oriented ceramics and method for producing the same
WO2006114914A1 (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric ceramic composition and laminated ceramic capacitor
JP2006306678A (en) * 2005-04-28 2006-11-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Anisotropic shaped powder and method for producing the same, crystal oriented ceramics and method for producing the same
JP2008208004A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Nagaoka Univ Of Technology Method for producing crystal-oriented ceramics

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