JP3884669B2 - セラミック積層体の製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
ディーゼルエンジン等のインジェクタ駆動素子,各種位置決め装置における変位素子として,電極を同時焼成したピエゾアクチュエータが開発されている。
上記ピエゾアクチュエータは誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体に一対の外部電極を設けた構成を有し,上記セラミック積層体は,未焼成誘電層と未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を焼成することにより製造する。
【0003】
セラミック積層体の誘電層として従来から用いられてきたPZT系材料は焼成温度が1100℃程度必要である。そのため,PZT系材料を用いた誘電層のセラミック積層体に対して,電極層はPdなどの高価な貴金属を用いざるを得なかった。
そこでコストを下げるため,950℃以下で焼成できるPZT系材料を開発し,電極層にCu等の卑金属を用いたセラミック積層体が提案されていた。
【0004】
【解決しようとする課題】
しかしながら,Cu等の卑金属はPd等の貴金属と比較して酸化されやすい。従って,大気中で焼成した際は酸化されてCu酸化物となり,比抵抗が高くなって所望の電気的特性が得難くなるという問題があった。
また,CuがCu酸化物になる際には体積膨張を伴うため,電極層が剥離するなどの問題が生じることもあった。
【0005】
一方,焼成雰囲気内の酸素分圧が低い場合,Cuの酸化は防止できるが,電極層と該電極層と隣接する誘電層との界面の接合が不十分となり,電極層と誘電層との間に剥がれが生じることがあった。
または,誘電層が還元され金属Pbが生成し,電極層のCuと反応し電極層が溶け出す問題もあった。電極層が溶け出した場合,セラミック積層体の電極層がアイランド状となる等して,誘電層に対する電圧印加電極としての機能を果たせなくなるおそれもあった。
【0006】
これらの問題を防ぐため,未焼成積層体の焼成は,複雑な組成のガス系を利用する等して焼成雰囲気内の酸素分圧を厳密に制御する必要があった。すなわち,焼成雰囲気は誘電層のPZT等が還元されず,電極層のCu等が酸化されない酸素分圧に制御する必要がある。
【0007】
上記条件を満たすには,種々のガスを使用し,エリンガム図表から導出した,Cuが酸化されずPZTが還元されない温度と酸素分圧の,図3において網掛けとした領域内に焼成雰囲気を制御する必要がある。
つまり,温度に対応した酸素分圧で焼成する必要があり,製造行程が非常に複雑で,制御が面倒かつ手間が必要であった。また,電極層のコスト削減を図っても,製造工程がコストアップするなどの問題もあった。
さらに制御が面倒であることから,不良のセラミック積層体が発生しやすく,歩留まり率の悪い製造方法であった。
【0008】
なお,上述の問題は,アクチュエーターに使用するセラミック積層体に限らず,セラミックコンデンサや多層基板等に用い,誘電層が主としてPbOを含み,電極層がCu等の酸化されやすい卑金属電極を含むセラミック積層体についても当てはまる。
【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,焼成雰囲気における酸素分圧の制御を厳密に行う必要のないセラミック積層体の製造方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題の解決手段】
第1の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤と電極層酸化防止剤とを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある(請求項1)。
【0011】
次に,本発明の作用効果につき説明する。
第1の発明では未焼成積層体の焼成雰囲気に誘電層還元防止剤と電極層酸化防止剤とを導入する。
上記誘電層酸化防止剤,電極層酸化防止剤は,それぞれ未焼成積層体を保護するため犠牲となる物質である。
すなわち,仮に酸素分圧が高い焼成雰囲気では電極層の酸化が進行するおそれがあるが,第1の発明に示した電極層酸化防止剤は電極層よりも酸化しやすい物質で,雰囲気中の酸素を獲得して自分自身が酸化する。この反応に伴い焼成雰囲気内の酸素分圧は低下し,自ずから電極層が酸化し難くなる状態に酸素分圧が低下する。
【0012】
また,仮に酸素分圧が低い焼成雰囲気では,同様に誘電層の還元が進行するおそれがあるが,第1の発明に示した誘電層還元防止剤は誘電層よりも還元されやすい物質で,誘電層より先に還元され,酸素を焼成雰囲気に放出する。この反応に伴い焼成雰囲気内の酸素分圧は上昇し,自ずから誘電層が還元され難くなる状態に酸素分圧が上昇する。
【0013】
仮に未焼成積層体近傍の焼成雰囲気に酸素センサ等を設置し,該酸素センサを用いて焼成雰囲気の酸素分圧を制御する。酸素分圧を制御するために焼成雰囲気のガス組成を調整しても,焼成雰囲気全体の酸素分圧を適切に制御できるとはかぎらない。さらに,適切な酸素分圧は,図3に示したエリンガム図表から明らかであるが,温度の影響を受ける。
【0014】
さらに,誘電層と電極層とのデラミネーションを防止する際に昇温速度を早くする場合があって,このケースでは,未焼成積層体の周囲の温度に見合った酸素分圧の制御が適切に行うことができないのが現状であった。
したがって,制御する酸素分圧の製造可能な幅が狭くなり,電極層が拡散溶融するような不具合がしばしば発生していた。
【0015】
しかし,上述のトラブルが生じた場合であっても,よく観察すると未焼成積層体の内部は表面よりもトラブルによる変質等が少なく,比較的良好な電極層などが形成されていることを発明者らは見出した。
つまり,未焼成積層体の表面の部分が変質することで,雰囲気の酸素分圧が自ずと調整され,酸素分圧が高ければ電極層は酸化し,酸素分圧が低ければ誘電層が還元することで,雰囲気内に酸素が出入りし,分圧が調整されるのである。
【0016】
このように第1の発明によれば,焼成雰囲気は自ずから適切な酸素分圧に到達するため,電極層の酸化も誘電層の還元も生じ難い。
【0017】
第2の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を電極層酸化防止剤を導入した酸化焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法(請求項2)である。
【0018】
第3の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
焼成炉内で上記未焼成積層体の隣に誘電層還元防止剤を配置し,還元焼成雰囲気において上記未焼成積層体を焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法(請求項3)である。
【0019】
第2の発明は酸化焼成雰囲気での焼成である。第3は還元焼成雰囲気での焼成である。したがって,第2の発明では電極層の酸化が生じるおそれがあり,これを電極層酸化防止剤を用いて防止する。第3の発明では誘電層の還元が生じるおそれがあり,これを誘電層還元防止剤を用いて防止する。防止の詳細なメカニズムは第1の発明と同様である。
【0020】
第4の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤及び電極層酸化防止剤に通した雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある(請求項4)。
【0021】
第5の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を電極層酸化防止剤に通した酸化性雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある(請求項5)。
【0022】
第6の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤に通した還元性雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある(請求項6)。
【0023】
第4〜第6の発明は,予め電極層酸化防止剤や誘電層還元防止剤を通した雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において未焼成積層体を焼成する。このため,上述した第1〜第3の発明と同様に,自ずと焼成雰囲気が電極層の酸化が生じ難く,誘電層の還元が生じ難い酸素分圧となる。
このとき,各雰囲気ガスおよび電極層酸化防止剤や誘電層還元防止剤が,焼成雰囲気の温度と連動していることが好ましい。
【0024】
第7の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体をPZT,PbZrO3,PbTiO3,PbOのいずれか一種以上よりなる粉末で被覆して焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある。
【0025】
未焼成積層体は上述した粉末により被覆され,上記粉末が還元することで周囲に酸素を放出する。このような粉末により被覆された未焼成積層体の近傍は,自ずと電極層が酸化せず,誘電層が還元しない酸素分圧の雰囲気となる。
【0026】
第8の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
上記未焼成積層体を該未焼成積層体と反応し難い物質にて構成した被覆材で覆って焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある。
【0027】
この場合,焼成雰囲気の酸素分圧に応じて,電極層は酸化され,誘電層は還元される。しかし未焼成積層体の周囲は被覆材で覆われており,未焼成積層体周辺の雰囲気は外部との気体交換が生じ難い状態にある。
従って,電極層の酸化に伴う酸素の吸収,誘電層の還元に伴う酸素の放出によって,未焼成積層体周辺の焼成雰囲気は自ずと電極層が酸化せず,誘電層が還元しない酸素分圧の雰囲気となる。
【0028】
第9の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を焼成容器に導入し,該焼成容器内を真空となし,
所定の酸素分圧となるよう雰囲気ガスを導入し,その後焼成を行うことを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある。
【0029】
焼成容器内を一度真空にした後,所定の酸素分圧となるように雰囲気ガスを導入するため,酸素分圧の調整が容易である。さらに,焼成容器内の焼成雰囲気は外部との気体交換が生じ難いため,電極層の酸化に伴う酸素の吸収,誘電層の還元に伴う酸素の放出によって,未焼成積層体周辺の焼成雰囲気は自ずと電極層が酸化せず,誘電層が還元しない酸素分圧の雰囲気となる。
【0030】
以上,第1〜第9の発明によれば,焼成雰囲気における酸素分圧の制御を厳密に行う必要のないセラミック積層体の製造方法を提供することができる。
【0031】
また,第10の発明は,誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
焼成雰囲気を一定の組成の雰囲気ガスとして,上記未焼積層体を焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法にある。
【0032】
【発明の実施の形態】
各発明において,セラミック積層体の誘電層はPZT系誘電材料を含む未焼成誘電層からなり,PZT系誘電材料とはジルコン酸チタン酸鉛が組成の主たる部分を占め,その他に,Aサイトがバリウム,ストロンチウムの2価の金属イオン,Ag,Na,Kの1価の金属イオンで置換されていてもよい。
【0033】
Bサイトは,強誘電ペロブスカイトのセラミックのBサイトのZr及びTiの4価の正のイオンの部分的な置換に,以下の金属正イオンの組み合わせが使用されている部品を用いることが好ましい。
(a)1価と5価の金属の正イオンの組み合わせ,MI 1/4MV 3/4(MI=Na,K。MV=Nb,Ta),
(b)2価と5価の金属正イオンの組み合わせ,MII 1/3MV 2/3(MII=Mg,Zn,Ni,Co。MV=Nb,Ta),
(c)3価と5価の金属正イオンの組み合わせ,MIIIMV(MIII=Fe,In,Sc,比較的重いランタニド元素。MV=Nb,Ta),
(d)MIII 2/3MVI 1/3(MIII=Fe,In,Sc,比較的重いランタニド元素。MVI=W),
(e)MII 1/2MVI 1/2(MII=Mg,Co,Ni。MVI=W),
【0034】
また,セラミック積層体の電極層は電極材料を含む未焼成電極層からなり,該電極材料としては,卑金属電極材料であるCu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金等を用いることができる。
特にCuを含む材料は低温焼成が可能で,安価な電気の良導体であるため,本発明にかかるセラミック積層体の電極材料として好ましい。
【0035】
また,本発明における焼成雰囲気としては,N2,N2−H2,CO−CO2等の単体のガスや複数種類のガスに酸素を含むものを用いることができる。
【0036】
また,本発明にかかるセラミック積層体はコンデンサとして用いる他,誘電層として圧電効果を持つ材料で構成し,誘電層に交互に正負の電圧を印加するように構成することで圧電体素子として用いることができる。
【0037】
また,上記電極層酸化防止剤はCu,Cu2Oのいずれか一種以上よりなることが好ましい(請求項7)。
これらの物質が焼成雰囲気に存在する際,電極層の代わりに犠牲となってCuやCu2Oは酸化してCuOとなり,このときに雰囲気内の酸素を消費する。
よって,電極層の酸化を防止できる。
【0038】
また,上記誘電層還元防止剤はPbO,PbTiO2,PZT,PbZrO3,CuO,Cu2Oのいずれか一種以上よりなることが好ましい(請求項8)。
この場合も同様に上述した物質が焼成雰囲気に存在する際,上記物質が誘電層の代わりに犠牲となって還元され,酸素を放出する。よって誘電層の酸化を防止することができる。
【0039】
そして,第8の発明において電極層や誘電層に酸化や還元が生じるが,酸化物や金属物質の析出は未焼成積層体の表面にとどまる。従って,未焼成積層体の焼成後,表面に研磨,切削等の処理を施すことで,酸化や還元の生じていない電極層や誘電層を備えたセラミック積層体を得ることができる。
【0040】
また,第8の発明において未焼成積層体を覆う被覆材としては,マグネシア(酸化マグネシウム)等を用いることができる。
また,被覆材は板状や器の形状として,板状の被覆材で未焼成積層体を囲ったり(図5参照),粉末の被覆材で未焼成積層体を埋めるように覆うこともできる。
【0041】
また,上記焼成容器内の酸素分圧は1.013×10-1〜1.013×10-5Paであることが好ましい。
上記酸素分圧に調整することで電極層は酸化され難く,誘電層は還元され難い焼成雰囲気を得ることができる。
酸素分圧が1.013×10-5Pa未満である場合は雰囲気内の酸素量が少ないために還元雰囲気での焼成となり,誘電層の還元が生じるおそれがある。1.013×10-1Paを越えた場合は,反対に酸素が多すぎて電極層が酸化が生じるおそれがある。
【0042】
【実施例】
以下に,図面を用いて本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本発明にかかるセラミック積層体の製造方法について,図1〜図4を用いて説明する。
図1に示す誘電層11と電極層12,13とを交互に積層したセラミック積層体1を製造するに当たり,PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体2を準備し,該未焼成積層体2を誘電層還元防止剤21と電極層酸化防止剤22とを導入した焼成雰囲気において焼成する。
【0043】
以下,詳細に説明する。
本例は,図1,図2に示すごとく,側面101,102に側面電極14とリード線141,142を設け,断面が長方形の誘電層11からなる積層型圧電体素子として機能するセラミック積層体1である。なお,図1において電極層12,13の記載は適宜省略した。
誘電層11は圧電材料より構成され,誘電層11と隣接する2つの電極層12,13が誘電層11に電圧を印加して,セラミック積層体1を積層方向に伸縮させる。
電極層12,13への通電は側面電極14とリード線141,142とより行い,上記リード線141,142は図示を省略した電源に接続する。
【0044】
セラミック積層体1は,図2に示すごとく,側面101に電極層12が露出し,反対側の側面102に電極未形成部120を有する誘電層11と,側面101に電極未形成部130を有し,反対側の側面102に電極層13が露出する誘電層11とを交互に積層して構成する。
側面101に露出した電極層12の端面を覆うように側面電極14を設け,該側面電極14にリード線141を設ける。側面102に対しても同様に側面電極14とリード線142とを設ける。
【0045】
次に,セラミック積層体1の製造方法の詳細について説明する。
950℃で焼成可能なPZT系誘電材料を含む原料粉をボールミルで混合し,700〜850℃で5時間仮焼した後,パールミルで粉砕する。得られた粉砕粉に950℃で焼成が可能となるように低融点添加物を混合し,樹脂,有機溶剤を添加してスラリー化する。得たスラリーからドクターブレード法にてグリーンシートを得て,このグリーンシートを未焼成誘電層として用いる。
【0046】
Cu,CuO,CuO2(これら銅や銅化合物が電極材料となる)を1種から2種,3種所定量混ぜ,また共紛として誘電層と同組成の粉をペースト化した。上記未焼成誘電層2に対しこの電極ペーストを所定のパターンにスクリーン印刷し,未焼成電極層を形成する。
【0047】
このように未焼成誘電層の上に未焼成電極層を設けたものを20枚積層圧着した。次いで,積層方向と垂直方向の面が所定の大きさとなるように切断した。これにより20層のグリーンチップを得た。
続いて,上記グリーンチップをさらに20層積み重ねてチップ間を圧着し,未焼成積層体2とした。
【0048】
次いで,CuO,Cu2Oを含むものは未焼成積層体2を大気中,温度500℃,5時間で脱バインダ処理した。その後,未焼成積層体2に対し電極還元焼成を温度330℃×12時間で行った。さらに電極が酸化されているため,300℃の近辺でH2を用い,電極還元を行う。また,CuO,Cu2Oを含まないものは,窒素雰囲気中で脱バインダ処理を行い,電極還元工程は省略する。
【0049】
次いで,焼成雰囲気に誘電層還元防止剤21と電極層酸化防止剤22とを導入して950℃×2時間で焼成を行った。
この焼成の際の状況を図4を用いて説明する。
図4に示すごとく,図示を略した焼成炉内にこうばち31を置いて,該こうばち31の中に同図に示すようにマグネシア板32を載置する。マグネシア板32の上に小型で薄い別のマグネシア板33を載せて,さらにその上に未焼成積層体2を載せる。さらに未焼成積層体2の上に気孔率20%の薄いマグネシア板34を複数枚積層する。
また,未焼成積層体2の隣に,同図に示すように,円柱型の誘電層還元防止剤21と電極層酸化防止剤22とを配置する。
また,誘電層還元防止剤21はPZTよりなり,電極層酸化防止剤22はCuよりなる。
【0050】
図4に示すこうばち31に蓋を閉めて焼成炉内で焼成する。
焼成炉内は雰囲気ガスとしてCO2,CO,O2などからなるガスを導入する。そして,上記焼成の際は,誘電層還元防止剤21のPZTはこうばち31内に酸素を放出しながら金属鉛を生成するなどして変質する。こうばち31内の酸素分圧が所定の値に達するまでこの反応は継続する。
また,電極層酸化防止剤22のCuはこうばち31内の酸素を吸収しながら酸化する。これによってこうばち31内の酸素分圧が所定の値に達するまでこの反応は継続する。
【0051】
従って,こうばち31内は焼成により自ずから酸素分圧が制御され,誘電層還元防止剤21も電極層酸化防止剤22もこれ以上還元も酸化もしなくなる状態の酸素分圧に達する。
そして,こうばち31と蓋との間は密着しているわけではなく,両者の隙間からこうばち31内と焼成炉内との間でガス交換が行われる。しかしながら,隙間はそれほど大きくないため,こうばち31内の酸素分圧と焼成炉内の酸素分圧とは一致せず,上述したように自生雰囲気となる。
よって,未焼成積層体2は未焼成電極層の酸化も未焼成誘電層の還元も生じ難い。
このようにして未焼成積層体2の焼成が終了し,セラミック積層体1を得る。この後,側面電極14をセラミック積層体1に接合し,またリード線141,142を接合して,圧電体素子として機能するよう構成する。
【0052】
次に,本例にかかる作用効果について説明する。
本例の未焼成積層体2の焼成において,焼成雰囲気は誘電層のPZT等が還元されず,電極層のCu等が酸化されない酸素分圧に制御する必要がある。
この酸素分圧は図3に示すエリンガム図表から導出した所定の範囲(同図において網掛けで示した領域である)である。
【0053】
本例ではこうばち31内に未焼成積層体2と共にPZTよりなる誘電層還元防止剤21,Cuよりなる電極層酸化防止剤22を導入した。
すなわち,仮に酸素分圧が高い焼成雰囲気では電極層の酸化が進行するおそれがあるが,電極層酸化防止剤22は電極層よりも参加しやすい物質で,雰囲気中の酸素を獲得して自分自身が酸化する。この反応に伴い焼成雰囲気内の酸素分圧は低下し,自ずから電極層が酸化し難くなる状態に酸素分圧が低下する。
【0054】
また,仮に酸素分圧が低い焼成雰囲気では,同様に誘電層の還元が進行するおそれがあるが,誘電層還元防止剤21は誘電層よりも還元されやすい物質で,誘電層より先に還元され,酸素を焼成雰囲気に放出する。この反応に伴い焼成雰囲気内の酸素分圧は上昇し,自ずから誘電層が還元され難くなる状態に酸素分圧が上昇する。
【0055】
このように本例によれば,焼成雰囲気は自ずから適切な酸素分圧に到達するため,電極層の酸化も誘電層の還元も生じ難い。
【0056】
なお,本例ではこうばち31内に誘電層還元防止剤21と電極層酸化防止剤22の双方を導入したが,焼成炉内に導入する雰囲気ガスが還元性であれば誘電層還元防止剤21のみを導入しても本例と同様の効果を得ることができる。導入するガスが酸化性であれば電極層酸化防止剤22のみでよい。
【0057】
(参考例1)
本例は,図5に示すごとく,未焼成積層体2の四箇所の表面を該未焼成積層体2と反応し難いMgOよりなるマグネシア板351,352,34で覆って焼成を行う。
マグネシア板351,352,34で覆うことにより,未焼成積層体2の周辺はガスが滞留しやすくなる。そのため,未焼成積層体2の表面に露出した未焼成誘電層や未焼成電極層が還元されたり酸化した結果の自生した所定の酸素分圧の雰囲気が,焼成の継続される間,維持される。
【0058】
そのため,結果として実施例1のこうばち内と同様に未焼成積層体周囲に自生雰囲気が形成され,誘電層が還元され難く,電極層が酸化され難く,良好なセラミック積層体を得ることができる。
その他詳細は実施例1と同様であり,実施例1と同様の作用効果を有する。
【0059】
また,本例と同様の焼成において,マグネシアの板でなくて,マグネシアの粉末で未焼成積層体を覆ってもよい。
この場合も未焼成積層体の周辺のガスが滞留し,未焼成積層体2の表面に露出した未焼成誘電層や未焼成電極層が還元されたり酸化した結果の自生した所定の酸素分圧の雰囲気が,焼成の継続される間,維持される。
よって,結果として実施例1のこうばち内と同様に未焼成積層体周囲に形成され,誘電層が還元され難く,電極層が酸化され難く,良好なセラミック積層体を得ることができる。
【0060】
また,マグネシアの代わりにPZT,PbZrO3,PbTiO3のいずれか一種以上よりなる粉末で被覆して焼成することできる。
この場合,上記粉末が還元することで周囲に酸素を放出する。このような粉末により被覆された未焼成積層体の近傍は,自ずと電極層が酸化せず,誘電層が還元しない酸素分圧の雰囲気となる。
よって,結果として実施例1のこうばち内と同様の雰囲気が未焼成積層体周囲に形成され,誘電層が還元され難く,電極層が酸化され難く,良好なセラミック積層体を得ることができる。
【0061】
(実施例2)
本例は,図6に示すごとく,未焼成積層体2を誘電層還元防止剤及び電極層酸化防止剤に通した雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成する方法について説明する。
【0062】
以下,詳細に説明する。
図6に本例にかかる焼成について説明する。
雰囲気ガス導入口41とCu粉よりなる電極層酸化防止剤22を配置する第1保持部42,誘電層還元防止剤21を配置する第2保持部43とを有し,焼成容器であるこうばち31への導入口44を備えた雰囲気ガス通路4を用いて,雰囲気ガスをこうばち31に導入する。こうばち31は蓋310で閉じてある。なお,上記こうばち31は未焼成積層体2と反応し難いマグネシウム製である。
なお,上記第1保持部42,第2保持部43はこうばち31内の同一の温度とすることが好ましい。
【0063】
実施例1と同様の要領で組成も同じ未焼成積層体2を準備する。未焼成積層体2をこうばち31に入れて蓋310を閉じる。
こうばち31を図示を略した焼成炉に設置して,こうばち31の内部に雰囲気ガス通路4を用いて雰囲気ガスを導入するように構成する。
こうばち31と蓋310との間は厳密に閉じているわけでなく若干のガス交換が生じる。しかし,こうばち31内の雰囲気が大きく変動するほどのガス交換はおこなわれない。つまりこうばち31内は自生雰囲気となる。
【0064】
本例の焼成では,まず焼成炉の炉内温度をあげてこうばち31ごと未焼成積層体2を加熱する。所定の温度に達した後,雰囲気ガス通路4から雰囲気ガスを導入するが,雰囲気ガスの温度は未焼成積層体2とほぼ同じ温度となるように予め加熱しておく。
そして,雰囲気ガス導入口41より雰囲気ガスG0が導入され,第1保持部42において電極層酸化防止剤22を通過して雰囲気ガスG1となる。その後,第2保持部43において誘電層還元防止剤21を通過して雰囲気ガスG2となる。このG2がこうばち31への導入口44より導入される。
【0065】
ところで雰囲気ガスG1の酸素分圧の値によってG1やG2の状態は変化するが,雰囲気ガスG0の酸素分圧が高かろうと低かろうと余分の酸素は電極層酸化防止剤22において除去され,足りない酸素は誘電層還元防止剤21から補われる。
こうして,誘電層が還元され難く,電極層が酸化され難く,良好なセラミック積層体を得ることができる。
その他詳細は実施例1と同様の構成と作用効果を有する。
【0066】
(参考例2)
本例は,未焼成積層体を焼成する際に密閉された焼成容器を利用する。
即ち,未焼成積層体を焼成容器に導入し,該焼成容器内を真空とする。
その後,焼成容器内が所定の酸素分圧となるよう雰囲気ガスを導入して,焼成容器を加熱して未焼成積層体を焼成する。
【0067】
本例の場合は,焼成容器内を一度真空にした後,所定の酸素分圧となるように雰囲気ガスを導入するため,酸素分圧の調整が容易である。さらに,焼成容器内の焼成雰囲気は外部とのガス交換が生じ難いため,電極層の酸化に伴う酸素の吸収,誘電層の還元に伴う酸素の放出によって,未焼成積層体周辺の焼成雰囲気は自ずと電極層が酸化せず,誘電層が還元しない酸素分圧の雰囲気となる。
こうして,誘電層が還元され難く,電極層が酸化され難く,良好なセラミック積層体を得ることができる。
その他詳細は実施例1と同様の構成と作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における,セラミック積層体の斜視図。
【図2】 実施例1における,セラミック積層体の展開図。
【図3】 実施例1における,エリンガム図表から導出した,Cuが酸化されずPZTが還元されない温度と酸素分圧の領域を示す線図。
【図4】 実施例1における,焼成の説明図。
【図5】 参考例1における,未焼成積層体の4面を囲った焼成の説明図。
【図6】 実施例2における,未焼成積層体に雰囲気ガスを導入して焼成する説明図。
【符号の説明】
1...セラミック積層体,
11...誘電層,
12,13...電極層,
2...未焼成積層体,
21...誘電層還元防止剤,
22...電極層酸化防止剤,
Claims (8)
- 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤と電極層酸化防止剤とを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を電極層酸化防止剤を導入した酸化焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
焼成炉内で上記未焼成積層体の隣に誘電層還元防止剤を配置し,還元焼成雰囲気において上記未焼成積層体を焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤及び電極層酸化防止剤に通した雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を電極層酸化防止剤に通した酸化性雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 誘電層と電極層とを交互に積層したセラミック積層体を製造するに当たり,
PZT系誘電材料を含む未焼成誘電層と,Cu,合金ガラスフリットを添加したCu,銅合金のうち少なくとも1種以上よりなる電極材料を含む未焼成電極層とを交互に積層した未焼成積層体を準備し,
該未焼成積層体を誘電層還元防止剤に通した還元性雰囲気ガスを導入した焼成雰囲気において焼成することを特徴とするセラミック積層体の製造方法。 - 請求項1,2,4,5のいずれか一項において,上記電極層酸化防止剤はCu,Cu2Oのいずれか一種以上よりなることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
- 請求項1,3,4,6のいずれか一項において,上記誘電層還元防止剤はPbO,PbTiO2,PZT,PbZrO3,CuO,Cu2Oのいずれか一種以上よりなることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
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