JP4135701B2 - セラミックス粉末及びその前駆体 - Google Patents
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Description
本発明は、配向セラミックスを作成する際の原料等として利用することができる、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）等のビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの板状粒子よりなるセラミックス粉末及びその前駆体に関する。
高い平均アスペクト比を有する板状粒子よりなるセラミックス粉末を用いて、配向セラミックスを作成することが従来より知られている（実施形態例１参照）。
ここに配向セラミックスとは、多結晶セラミックスであって、これを構成する結晶粒子の結晶が一軸配向した状態にあるセラミックスである。
このようなセラミックスは多結晶ではあるが単結晶に近い特性を有しており、特に結晶配向性を有する各種電気的、磁気的性質等に優れている。
なお、上記各種電気的、磁気的性質としては、誘電性、焦電性、圧電性、強誘電性、磁性、イオン伝導性、電子伝導性、熱電性等を挙げることができる。
ここに配向セラミックスとは、多結晶セラミックスであって、これを構成する結晶粒子の結晶が一軸配向した状態にあるセラミックスである。
このようなセラミックスは多結晶ではあるが単結晶に近い特性を有しており、特に結晶配向性を有する各種電気的、磁気的性質等に優れている。
なお、上記各種電気的、磁気的性質としては、誘電性、焦電性、圧電性、強誘電性、磁性、イオン伝導性、電子伝導性、熱電性等を挙げることができる。
このため、各種電気的、磁気的性質を利用した各種センサ、デバイスを上記配向セラミックスにて作成した場合には、優れた性能を有するこれらのセンサ、デバイスを得ることができる。
なお、上記各種センサ、デバイスとしては、加速度センサ、焦電センサ、超音波センサ、磁性センサ、電解センサ、温度センサ、ガスセンサなどのセンサ類、熱電変換、圧電トランスなどのエネルギー変換素子、圧電アクチュエータ、超音波モータ、レゾネータなどの低損失アクチュエータ、低損失レゾネータ、キャパシタ、イオン伝導体等を挙げることができる。
なお、上記各種センサ、デバイスとしては、加速度センサ、焦電センサ、超音波センサ、磁性センサ、電解センサ、温度センサ、ガスセンサなどのセンサ類、熱電変換、圧電トランスなどのエネルギー変換素子、圧電アクチュエータ、超音波モータ、レゾネータなどの低損失アクチュエータ、低損失レゾネータ、キャパシタ、イオン伝導体等を挙げることができる。
また、高い平均アスペクト比を有する板状粒子よりなるセラミックス粉末の利用方法としては、例えばその表面に各種電気的、磁気的性質に優れた機能材料層を設け複合材料とすることが挙げられる。
このような複合材料は、上記セラミックス粉末が高表面積、形状異方性を有することから、各種電気的、磁気的性質に優れ、かつその機能持性に異方性が現れる。よって、上記複合材料により、優れた化学センサ、電気粘性流体用分散粒子、蓄電デバイス、エネルギー変換デバイス等を作成することができる。
このような複合材料は、上記セラミックス粉末が高表面積、形状異方性を有することから、各種電気的、磁気的性質に優れ、かつその機能持性に異方性が現れる。よって、上記複合材料により、優れた化学センサ、電気粘性流体用分散粒子、蓄電デバイス、エネルギー変換デバイス等を作成することができる。
また、上記高い平均アスペクト比を有する板状粒子よりなるセラミックス粉末は、後述の実施形態例１及び３に示すごとく、通常の合成方法では配向セラミックスを得難いセラミックスを合成する際のホスト材料として使用することもできる。
なお、特に上記セラミックス粉末であって、その組成がチタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）等のビスマスを含有するものについては、配向圧電セラミックスの原料、配向熱電セラミックスの原料、電気粘性流体用分散粒子等に利用できる優れた性質を有している。
そして、このような板状粒子よりなるセラミックス粉末の製造方法としては、ビスマスやチタンよりなる塩化物、硫酸塩のフラックスを利用して合成する方法が知られている（非特許文献１参照）。
しかしながら、上記フラックスを利用した合成により得られたセラミックス粉末には塩素イオンや硫酸イオンのような不純物アニオンが残留する。そして、これら不純物アニオンを上記セラミックス粉末より洗浄・除去することは困難である。
そして、酸素を除くＣｌ-1、ＮＯ3 -1、ＳＯ4 -2等の電界によって移動し易い不純物アニオンの量が多いほど、誘電体・強誘電体材料の絶縁性が低下することが知られている。
そして、酸素を除くＣｌ-1、ＮＯ3 -1、ＳＯ4 -2等の電界によって移動し易い不純物アニオンの量が多いほど、誘電体・強誘電体材料の絶縁性が低下することが知られている。
従って、上記セラミックス粉末を用いて作成した配向セラミックスの絶縁性は低く、よって、これを用いて作成したコンデンサ、圧電セラミックス等は高電界下では性能が低かった。
また、上記セラミックス粉末をオイルに分散させ、電気粘性流体として利用することが知られている。しかし、この電気粘性流体の絶縁性が低いことから、これを用いて作成した電気クラッチは電気的損失が大きかった。
また、上記セラミックス粉末を用いてキャパシタなどを作成した場合にも、損失が高くなる。
また、上記セラミックス粉末をオイルに分散させ、電気粘性流体として利用することが知られている。しかし、この電気粘性流体の絶縁性が低いことから、これを用いて作成した電気クラッチは電気的損失が大きかった。
また、上記セラミックス粉末を用いてキャパシタなどを作成した場合にも、損失が高くなる。
更に、上記セラミックス粉末を焼成し、焼結体として利用することがある。しかしながら、焼結後もこれらの不純物アニオンが残留することから、上記焼結体の絶縁性も低かった（非特許文献２参照）。このため、この焼結体により作成した、誘電セラミックス等は性能が低かった。
ところで、セラミックスの製造方法として、下記の非特許文献３に、以下の方法が示されている。
上記製造方法にかかるセラミックス原料は、Ｂｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末よりなり、これらはモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝４５：５５の割合で含有されてなる。なお、このモル比は、この製造方法にて作成されるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を形成する必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が２３モル％過剰である。
上記製造方法にかかるセラミックス原料は、Ｂｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末よりなり、これらはモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝４５：５５の割合で含有されてなる。なお、このモル比は、この製造方法にて作成されるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を形成する必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が２３モル％過剰である。
まず、上記セラミックス原料をペレット状に成形、その後、該ペレットを７５０℃、４８時間、次いで８５０℃、４８時間にて仮焼、仮焼体となす。
その後、上記仮焼体を粉砕、粉砕セラミックスとなす。
次いで、上記粉砕セラミックスを再成形した後、１１００℃、４８時間にて本焼成、セラミックスを得た。
その後、上記仮焼体を粉砕、粉砕セラミックスとなす。
次いで、上記粉砕セラミックスを再成形した後、１１００℃、４８時間にて本焼成、セラミックスを得た。
しかしながら、このセラミックスの配向度は低く、通常のセラミックスと殆どかわらない。
これは、仮に上記仮焼の際にＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の平均アスペクト比の大きな板状の結晶粒子が生成したとしても、この板状の結晶粒子は仮焼体を粉砕する際に破壊されてしまうためである。
これは、仮に上記仮焼の際にＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の平均アスペクト比の大きな板状の結晶粒子が生成したとしても、この板状の結晶粒子は仮焼体を粉砕する際に破壊されてしまうためである。
一方、上記仮焼体は、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12の結晶粒子が過剰のＢｉ2Ｏ3により強固に結合されたものである。このため、粉砕は長時間行う必要がある。よって、工程が高コストになる。
また、上記仮焼体が緻密になるにつれて、過剰のＢｉ2Ｏ3を蒸発除去することは極めて困難となる。そのため、本焼成においても過剰Ｂｉ2Ｏ3の一部は残留し、得られたセラミックスの純度を低下させ、特性を害することもある。
また、上記仮焼体が緻密になるにつれて、過剰のＢｉ2Ｏ3を蒸発除去することは極めて困難となる。そのため、本焼成においても過剰Ｂｉ2Ｏ3の一部は残留し、得られたセラミックスの純度を低下させ、特性を害することもある。
なお、セラミックス原料を過剰なＢｉ2Ｏ3が発生しないような組成とした場合には、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12は固相反応により合成されることとなり、結晶粒子の平均アスペクト比が小さくなる。従って、これより配向セラミックスを得ることはホットフォージなどと組み合わせない限り、できない。さらに、これにより得られた配向セラミックスの配向度は低く、無配向のセラミックスとくらべて格別優れた性能を有してはいなかった（後述の比較試料Ｃ２、Ｃ３参照。）。
Ｉｎｏｕｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｃｅｒａｍｉｃ Ｂｕｌｌ．，ｐｐ．７０４−７０８，１９８３年
Ｉｎｏｕｅ，ｅｔ ａｌ．，窯業協会誌，Ｖｏｌ．９２，ｐｐ４１６−４１９，１９８４年
日本セラミックス協会，９６年会講演予稿集，Ｐ３７８（１９９６）
本発明は、かかる問題点に鑑み、配向度の高い配向セラミックスを作成可能で、高い絶縁性を有する、セラミックス粉末及びその前駆体を提供しようとするものである。
本発明のセラミックス粉末は、各種センサ又はデバイスに用いる配向セラミックスを作製するためのセラミックス粉末であって、
該セラミックス粉末は、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの板状粒子よりなり、
該板状粒子の平均アスペクト比が３以上であり、
かつ上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下であり、
上記板状粉末の上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有する上記セラミックスは、Ｂｉ 4 Ｔｉ 3 Ｏ 12 （チタン酸ビスマス）、Ｂｉ 2 ＶＯ 5.5 、Ｂｉ 2 ＷＯ 6 、Ｂｉ 3 ＴｉＮｂＯ 9 、Ｂｉ 3 ＴｉＴａＯ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 3 Ｔｉ 2 ＮｂＯ 12 、ＰｂＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＰｂＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＰｒＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＨｏＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＬａＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＣａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＢａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＳｒＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＬａＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、ＰｒＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂａ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｓｒ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｐｂ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｂｉ 5 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂｉ 6 Ｔｉ 3 Ｆｅ 2 Ｏ 18 、Ｂｉ 9 Ｔｉ 3 Ｆｅ 5 Ｏ 27 、ＣａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＳｒＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＰｂＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、及びＢａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 から選ばれる１種の化合物からなるか、これらの化合物の２つ以上が組み合わさってなることを特徴とするセラミックス粉末にある。
該セラミックス粉末は、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの板状粒子よりなり、
該板状粒子の平均アスペクト比が３以上であり、
かつ上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下であり、
上記板状粉末の上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有する上記セラミックスは、Ｂｉ 4 Ｔｉ 3 Ｏ 12 （チタン酸ビスマス）、Ｂｉ 2 ＶＯ 5.5 、Ｂｉ 2 ＷＯ 6 、Ｂｉ 3 ＴｉＮｂＯ 9 、Ｂｉ 3 ＴｉＴａＯ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 3 Ｔｉ 2 ＮｂＯ 12 、ＰｂＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＰｂＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＰｒＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＨｏＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＬａＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＣａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＢａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＳｒＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＬａＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、ＰｒＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂａ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｓｒ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｐｂ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｂｉ 5 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂｉ 6 Ｔｉ 3 Ｆｅ 2 Ｏ 18 、Ｂｉ 9 Ｔｉ 3 Ｆｅ 5 Ｏ 27 、ＣａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＳｒＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＰｂＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、及びＢａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 から選ばれる１種の化合物からなるか、これらの化合物の２つ以上が組み合わさってなることを特徴とするセラミックス粉末にある。
本発明にかかるビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスとしては、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12（チタン酸ビスマス）、Ｂｉ2ＶＯ5.5、Ｂｉ2ＷＯ6、Ｂｉ3ＴｉＮｂＯ9、Ｂｉ3ＴｉＴａＯ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＢａＢｉ3Ｔｉ2ＮｂＯ12、ＰｂＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＰｒＢｉ3Ｔｉ3Ｏ12、ＨｏＢｉ3Ｔｉ3Ｏ12、ＬａＢｉ3Ｔｉ3Ｏ12、ＣａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＢａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＬａＢｉ4Ｔｉ3ＦｅＯ15、ＰｒＢｉ4Ｔｉ3ＦｅＯ15、Ｂａ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｓｒ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｐｂ2Ｂｉ4Ｔｉ5Ｏ18、Ｂｉ5Ｔｉ3ＦｅＯ15、Ｂｉ6Ｔｉ3Ｆｅ2Ｏ18、Ｂｉ9Ｔｉ3Ｆｅ5Ｏ27、ＣａＢｉ5Ｔｉ4ＦｅＯ18、ＳｒＢｉ5Ｔｉ4ＦｅＯ18、ＰｂＢｉ5Ｔｉ4ＦｅＯ18、ＢａＢｉ5Ｔｉ4ＦｅＯ18等を挙げることができる。また、これらの化合物の２つ以上が組み合わさった、混合層状ビスアス層状ペロブスカイトでもよい（例；Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．７８巻１１号３１４２−４４頁、１９９５年）。
上記板状粒子は平均アスペクト比が３以上である。このため、上記セラミックス粉末に対し、ドクターブレード成形、押出、圧延、一軸加圧、遠心成形、湿式加圧、非等方的加圧等の配向成形を施すことにより、板状粒子の長軸方向が揃った配向度の高い成形体を得ることができる。
また、例えば、上記セラミックス粉末を電気絶縁性液体に懸濁させて電気粘性流体となし、該電気粘性流体を利用して電気クラッチなどのデバイスを作成した場合、電界印加時に大きな降伏応力を生じるという優れた性能を発揮することができる。
上記平均アスペクト比が３未満である場合には、無配向のものと同程度の性能のセラミックスしか作成することができないおそれがある。
なお、上記平均アスペクト比が１０以上となった場合には、得られる効果が更に顕著となるため、好ましい。
また、上記平均アスペクト比の上限は特にないが、２００を超えるような粒子は混合の際に取り扱いにくい。そのため、２００以下とするのが好ましい。
なお、上記平均アスペクト比が１０以上となった場合には、得られる効果が更に顕著となるため、好ましい。
また、上記平均アスペクト比の上限は特にないが、２００を超えるような粒子は混合の際に取り扱いにくい。そのため、２００以下とするのが好ましい。
上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量は１０００ｐｐｍ以下である。
上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍを超える場合には、上記セラミックス粉末を用いて作成した配向セラミックス、電気粘性流体の絶縁性が低下するおそれがある。
そのため、例えば、この電気粘性流体を用いてキャパシタを作成した場合には、損失が高くなるため、性能がおおいに低下するおそれがある。
上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍを超える場合には、上記セラミックス粉末を用いて作成した配向セラミックス、電気粘性流体の絶縁性が低下するおそれがある。
そのため、例えば、この電気粘性流体を用いてキャパシタを作成した場合には、損失が高くなるため、性能がおおいに低下するおそれがある。
また、このような絶縁性の低下、損失の高さの度合いは、残留する不純物アニオンの種類、作成したデバイスの種類によって異なる。しかし、一般的には１０００ｐｐｍを超える不純物アニオンが存在する場合に、無視できない性能低下が発生する。
なお、上記不純物アニオンとは、電界によって移動し易い、酸素を除くＣｌ-1、ＮＯ3 -1、ＳＯ4 -2等のイオンを示している。
なお、上記不純物アニオンとは、電界によって移動し易い、酸素を除くＣｌ-1、ＮＯ3 -1、ＳＯ4 -2等のイオンを示している。
また、上記平均アスペクト比は走査型電子顕微鏡により上記板状粒子を撮影し、その長軸方向と短軸方向の寸法を計測、これらの寸法比より求めることができる。また、上記不純物アニオン量は化学分析にて求めることができる。
本発明の作用につき、以下に説明する。
本発明にかかるセラミックス粉末は、平均アスペクト比が３以上である板状粒子より構成され、不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である板状粒子より構成されている。
このため、本発明にかかるセラミックス粉末は形状異方性が大きい。
本発明にかかるセラミックス粉末は、平均アスペクト比が３以上である板状粒子より構成され、不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である板状粒子より構成されている。
このため、本発明にかかるセラミックス粉末は形状異方性が大きい。
従って、本発明にセラミックス粉末に対し、上述したドクターブレード成形等の配向成形を施すことにより、配向度の高い配向セラミックスを作成することができる。
なお、上記配向セラミックスは、上記セラミックス粉末を構成するビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造の結晶における擬正方晶のｃ軸、または上記層状ペロブスカイト型結晶構造の結晶をホスト材料として作成されたペロブスカイト型結晶構造の結晶における擬立方晶のａ軸が一軸配向した状態にある。
なお、上記配向セラミックスは、上記セラミックス粉末を構成するビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造の結晶における擬正方晶のｃ軸、または上記層状ペロブスカイト型結晶構造の結晶をホスト材料として作成されたペロブスカイト型結晶構造の結晶における擬立方晶のａ軸が一軸配向した状態にある。
そして、上記配向セラミックスは、上述したごとく、結晶配向性を有する各種電気的、磁気的性質に優れており、これを用いて各種センサ、デバイスを作成することにより、優れた性能を有するこれらのセンサ、デバイスを得ることができる。
例えば、本発明にかかるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12よりなるセラミックス粉末より、優れた圧電セラミックスを作成することができる。
例えば、本発明にかかるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12よりなるセラミックス粉末より、優れた圧電セラミックスを作成することができる。
また、本発明にかかるセラミックス粉末は絶縁性を低下させる原因となる不純物アニオンの量が少ない。
このため、本発明のセラミックス粉末は絶縁性に優れ、これより作成した誘電体、圧電体等は優れた性能を発揮する。そのため、優れたコンデンサ、圧電アクチュエータ等を作成することができる。
このため、本発明のセラミックス粉末は絶縁性に優れ、これより作成した誘電体、圧電体等は優れた性能を発揮する。そのため、優れたコンデンサ、圧電アクチュエータ等を作成することができる。
以上のように、本発明によれば、配向度の高い配向セラミックスを作成可能で、高い絶縁性を有する、セラミックス粉末を提供することができる。
次に、上記セラミックス粉末の製造方法においては、得ようとするビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを構成するＢｉ以外の元素の酸化物または熱分解により酸化物となる化合物とＢｉ2Ｏ3とよりなり、
かつ上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを形成するのに必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が５モル％以上過剰であるセラミックス原料を準備し、
次いでこれらをＢｉ2Ｏ3の融点以上に加熱することにより、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを形成する第一工程を行い、
得られたビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを粉砕すると共に酸処理することにより、上記セラミックスの板状粒子よりなる粉末を形成する第二工程を行う。
かつ上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを形成するのに必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が５モル％以上過剰であるセラミックス原料を準備し、
次いでこれらをＢｉ2Ｏ3の融点以上に加熱することにより、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを形成する第一工程を行い、
得られたビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを粉砕すると共に酸処理することにより、上記セラミックスの板状粒子よりなる粉末を形成する第二工程を行う。
上記Ｂｉ以外の元素の酸化物の具体例としては、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ、ＣａＯ、Ｐｒ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｆｅ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3などの酸化物を挙げることができる。
また、アルカリ土類金属のように二酸化炭素を含む大気中では酸化物が安定でない元素については上記酸化物に代えて熱分解により酸化物となる化合物を用いてもよい。
上記化合物としては、炭酸塩、水酸化物、有機金属化合物等が挙げられる。上記水酸化物としては、水酸化チタン、水酸化鉄等が挙げられ、上記有機金属化合物としては、金属アルコキシド（チタンイソプロオキシド、ナトリウムエトキシド等）、酢酸鉛、酢酸ランタン等が挙げられる。その中でも、炭酸塩、水酸化物、有機金属化合物のように熱分解によって酸化物となり、かつ不純物アニオンの源とならない化合物を用いるのがよい。
しかし、酸化物を利用できるものについては、酸化物を利用するほうがより好ましい。
また、上記セラミックス原料の一部として炭酸塩を用いた場合は、炭酸塩の分解を促進するために、第一工程における加熱は減圧下で行うことがより好ましい。
上記化合物としては、炭酸塩、水酸化物、有機金属化合物等が挙げられる。上記水酸化物としては、水酸化チタン、水酸化鉄等が挙げられ、上記有機金属化合物としては、金属アルコキシド（チタンイソプロオキシド、ナトリウムエトキシド等）、酢酸鉛、酢酸ランタン等が挙げられる。その中でも、炭酸塩、水酸化物、有機金属化合物のように熱分解によって酸化物となり、かつ不純物アニオンの源とならない化合物を用いるのがよい。
しかし、酸化物を利用できるものについては、酸化物を利用するほうがより好ましい。
また、上記セラミックス原料の一部として炭酸塩を用いた場合は、炭酸塩の分解を促進するために、第一工程における加熱は減圧下で行うことがより好ましい。
上記セラミックス原料において、Ｂｉ2Ｏ3の過剰量が５モル％未満である場合には、平均アスペクト比の高いセラミックス粉末を得ることができなくなるおそれがある。
また、過剰量の上限は特にないが、過剰量が１００モル％を超えても効果は飽和するため、増量することが無意味となる。その上、第二工程においてＢｉ2Ｏ3を完全に除去することが困難となり、純度の低いセラミックス粉末しか得られないおそれがある。
また、過剰量の上限は特にないが、過剰量が１００モル％を超えても効果は飽和するため、増量することが無意味となる。その上、第二工程においてＢｉ2Ｏ3を完全に除去することが困難となり、純度の低いセラミックス粉末しか得られないおそれがある。
また、上記第一工程における加熱は、酸素を含む雰囲気中、温度８２４〜１１００℃、少なくとも３０分保持することにより行うことが好ましい。
また、上記雰囲気は大気でも良いが、酸素雰囲気がより好ましい。
これにより、より板状結晶の生成を促進することができる。これは、後述するごとく、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造におけるＢｉ2Ｏ2層の中央には酸素の並ぶ面がｃ面と平行に存在し、上記第一工程を酸素雰囲気中で行うことにより、気相との界面エネルギーをより小さくすることができるからである。
また、上記雰囲気は大気でも良いが、酸素雰囲気がより好ましい。
これにより、より板状結晶の生成を促進することができる。これは、後述するごとく、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造におけるＢｉ2Ｏ2層の中央には酸素の並ぶ面がｃ面と平行に存在し、上記第一工程を酸素雰囲気中で行うことにより、気相との界面エネルギーをより小さくすることができるからである。
また、第一工程の終了後の上記温度からの降温速度は、毎時５０℃以上、より好ましくは毎時１００℃以上の速度が好ましい。上記降温速度が遅い場合には、大きな少数の単結晶が生成し、多数の板状粉末を得ることができなくなるおそれがある。
次に、上記第二工程における粉砕は、湿式ボールミル粉砕により行うことが好ましい。これにより、酸処理において酸を隅々にまで行き渡らせ、過剰Ｂｉ2Ｏ3を完全に除去することができる。また、大きさの均一な板状粒子よりなるセラミックス粉末を作成することができる。
また、上記湿式ボールミル粉砕に際しては、直径３ｍｍ以上のボールを用いるのが好ましい。ボールの大きさが直径３ｍｍ未満である場合には、形成された板状粒子が更に微粉砕され、平均アスペクト比が小さくなってしまうおそれがある。
また、上記湿式ボールミル粉砕に際しては、毎分３０回から２００回程度の回転速度にて行うことが好ましい。
また、上記湿式ボールミル粉砕に際しては、毎分３０回から２００回程度の回転速度にて行うことが好ましい。
次に、上記第二工程における酸処理にはいかなる無機酸をも用いることができる。その中でも特に塩酸と硝酸とが好ましい。更には、Ｂｉ2Ｏ3との反応物が水溶性であり、除去が容易な硝酸を使用することがより好ましい。
上記酸処理における酸の量としては、過剰Ｂｉ2Ｏ3と反応する化学当量よりも多い量、できれば２０モル％以上過剰な量である事が好ましい。酸の濃度としては０．０１〜１０規定の範囲である事が好ましい。ただし、硝酸の処理時間が長すぎると、Ｂｉを含む層状ペロブスカイト型結晶構造からもＢｉが抽出されてしまうため、処理時間が長すぎないようにする必要がある。通常は１時間以内の処理で充分過剰Ｂｉが除去できる。
上記酸処理における酸の量としては、過剰Ｂｉ2Ｏ3と反応する化学当量よりも多い量、できれば２０モル％以上過剰な量である事が好ましい。酸の濃度としては０．０１〜１０規定の範囲である事が好ましい。ただし、硝酸の処理時間が長すぎると、Ｂｉを含む層状ペロブスカイト型結晶構造からもＢｉが抽出されてしまうため、処理時間が長すぎないようにする必要がある。通常は１時間以内の処理で充分過剰Ｂｉが除去できる。
次に、上記第二工程の終了後の後処理として、得られたセラミックス粉末の表面に付着した酸中の不純物アニオン、あるいは不純物アニオンとビスマスとの化合物を速やかに洗浄除去する事が好ましい。
このためには、酸を除去した後の粉末をアンモニア水のような弱アルカリ水溶液で洗浄するのが望ましい。また、上記洗浄後に更に数回のイオン交換水、望ましくは蒸留水により、洗浄することが好ましい。
このためには、酸を除去した後の粉末をアンモニア水のような弱アルカリ水溶液で洗浄するのが望ましい。また、上記洗浄後に更に数回のイオン交換水、望ましくは蒸留水により、洗浄することが好ましい。
次に、上記セラミックス粉末の製造方法の作用につき以下説明する。
上記製造方法においては、セラミックス原料中のＢｉ2Ｏ3の量が過剰であり、また第一工程にてセラミックス原料をＢｉ2Ｏ3の融点以上の温度に保持する。
これにより、第一工程においては液相のＢｉ2Ｏ3が生じ、Ｂｉ2Ｏ3の分量が過剰であることから、液相Ｂｉ2Ｏ3存在下でビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの合成、粒成長が進行する。
上記製造方法においては、セラミックス原料中のＢｉ2Ｏ3の量が過剰であり、また第一工程にてセラミックス原料をＢｉ2Ｏ3の融点以上の温度に保持する。
これにより、第一工程においては液相のＢｉ2Ｏ3が生じ、Ｂｉ2Ｏ3の分量が過剰であることから、液相Ｂｉ2Ｏ3存在下でビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの合成、粒成長が進行する。
このため、固相反応に比べて原子の拡散が容易となり、結晶構造における表面エネルギーの低い面を長軸方向に垂直な広がり面とした板状結晶を容易に生成することができる。
また、上記第一工程における板状結晶の生成は短時間で終了するため、製造工程が短時間となり、製造コストを安価とすることができる。
また、上記第一工程における板状結晶の生成は短時間で終了するため、製造工程が短時間となり、製造コストを安価とすることができる。
ところで、一般に、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造では、連結したペロブスカイト単位セルの間にＢｉ2Ｏ2層が存在する。このため、液相Ｂｉ2Ｏ3との間の界面エネルギーが低くなる。よって、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造が液相Ｂｉ2Ｏ3に覆われた場合、ｃ面を界面とする板状粒子はエネルギー的な利得が大きくなる。
即ち、ｃ面が結晶構造における表面エネルギーの低い面となる。
即ち、ｃ面が結晶構造における表面エネルギーの低い面となる。
従って、第一工程においては、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造におけるｃ面を長軸方向に垂直な広がり面とした板状結晶を容易に生成することができる。
以上により、上記第一工程により、上記板状結晶が過剰に存在するＢｉ2Ｏ3により結合したセラミックス（前駆体）を得ることができる。
以上により、上記第一工程により、上記板状結晶が過剰に存在するＢｉ2Ｏ3により結合したセラミックス（前駆体）を得ることができる。
そして、上記第二工程においては、第一工程において得られたセラミックス（前駆体）を粉砕すると共に酸処理する。
上記酸処理により、上記過剰のＢｉ2Ｏ3が溶解・除去されるため、上記第一工程にて得られた板状結晶の形状を壊すことなくＢｉ2Ｏ3を除去することができる。
上記酸処理により、上記過剰のＢｉ2Ｏ3が溶解・除去されるため、上記第一工程にて得られた板状結晶の形状を壊すことなくＢｉ2Ｏ3を除去することができる。
そして、上記第一工程及び第二工程を経て得られたセラミックス粉末を構成する板状粒子とは、第一工程において生成したビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造におけるｃ面を長軸方向に垂直な広がり面とした板状結晶である。
そのため、本発明によれば、平均アスペクト比の高い板状粉末よりなるセラミックス粉末を得ることができる。
そのため、本発明によれば、平均アスペクト比の高い板状粉末よりなるセラミックス粉末を得ることができる。
更に、上記製造方法においては、セラミックス原料として上述した酸化物または熱分解により酸化物となる化合物とＢｉ2Ｏ3とを用いてなり、このセラミックス原料中には不純物アニオンが含まれていない。従って、この製造方法において、不純物アニオンが混入する可能性があるのは第二工程における酸処理だけである。
従って、従来の塩化物、硫酸塩を原料とする合成方法と比較して不純物アニオンの含有量の少ないセラミックス粉末を得ることができる。
従って、従来の塩化物、硫酸塩を原料とする合成方法と比較して不純物アニオンの含有量の少ないセラミックス粉末を得ることができる。
以上により、上記製造方法によれば、上記の優れたセラミックス粉末を得ることができる。
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるセラミックス粉末とその製造方法、またこれを用いて作成した配向セラミックスにつき説明する。
本例のセラミックス粉末はビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスであるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の板状粒子よりなるセラミックス粉末である。
上記板状粒子の平均アスペクト比は３以上であり、かつ上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である。
本発明の実施形態例にかかるセラミックス粉末とその製造方法、またこれを用いて作成した配向セラミックスにつき説明する。
本例のセラミックス粉末はビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスであるＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の板状粒子よりなるセラミックス粉末である。
上記板状粒子の平均アスペクト比は３以上であり、かつ上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である。
また、上記セラミックス粉末の製造方法につき説明する。
得ようとするビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックス、即ちＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を構成するＢｉ以外の元素、即ちＴｉの酸化物であるＴｉＯ2とＢｉ2Ｏ3とよりなり、かつ上記セラミックスを形成するのに必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が１０モル％過剰であるセラミックス原料を準備する。
得ようとするビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックス、即ちＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12を構成するＢｉ以外の元素、即ちＴｉの酸化物であるＴｉＯ2とＢｉ2Ｏ3とよりなり、かつ上記セラミックスを形成するのに必要な量よりもＢｉ2Ｏ3が１０モル％過剰であるセラミックス原料を準備する。
次いで、これらをＢｉ2Ｏ3の融点以上の温度、即ち９００℃に加熱することにより、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12よりなるセラミックスを形成する第一工程を行い、得られたセラミックス（前駆体）を粉砕すると共に酸処理することにより、上記セラミックスの板状粒子よりなる粉末を形成する第二工程を行う。
次に、上記セラミックス粉末の製造方法につき詳細に説明する。
本例の製造方法にて使用するセラミックス原料はＢｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末よりなり、これらはモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝２．２：３の割合で含有されてなる。即ち、このセラミックス原料においては、Ｂｉが１０モル％過剰である。
上記セラミックス原料を水と共にボールミルで混合し、これを大気中または酸素中、９００℃で４時間加熱し、第一工程を行い、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
本例の製造方法にて使用するセラミックス原料はＢｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末よりなり、これらはモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝２．２：３の割合で含有されてなる。即ち、このセラミックス原料においては、Ｂｉが１０モル％過剰である。
上記セラミックス原料を水と共にボールミルで混合し、これを大気中または酸素中、９００℃で４時間加熱し、第一工程を行い、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
上記セラミックス（前駆体）を１規定の硝酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、第二工程を行い、スラリー状の物質を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。
その後、上記洗浄物を乾燥し、セラミックス粉末を得た。
そして、第一工程を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料１、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料２とする。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。
その後、上記洗浄物を乾燥し、セラミックス粉末を得た。
そして、第一工程を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料１、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料２とする。
試料１及び試料２にかかるセラミックス粉末をＸ線回折にて調べたところ、これらはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であることが確認できた。
また、試料１及び試料２に残留した不純物アニオン（硝酸イオン及び塩素イオン）を還元蒸留／インドフェノール青吸光度法及び電位差滴定法を用いて調べたところ、これらの不純物アニオンは検出されなかった。即ち、上記試料１及び試料２に含まれる不純物アニオンは５００ｐｐｍ未満であることが分かった。
また、試料１及び試料２に残留した不純物アニオン（硝酸イオン及び塩素イオン）を還元蒸留／インドフェノール青吸光度法及び電位差滴定法を用いて調べたところ、これらの不純物アニオンは検出されなかった。即ち、上記試料１及び試料２に含まれる不純物アニオンは５００ｐｐｍ未満であることが分かった。
次に、上記試料１を走査型電子顕微鏡にて観察、その長軸方向と短軸方向の寸法の計測により平均アスペクト比を求めたところ約４．６であった。また、上記試料２が約６．３であった。
次に、上記試料１にかかるセラミックス粉末をホスト材料として、Ｂｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなる配向セラミックスを製造する方法及びこれにより得られた配向セラミックスについて説明する。
ホスト材料である上記試料１にゲスト材料であるＮａ2ＣＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3を混合する。この混合物をドクターブレード成形し、成形体とする。得られた成形体を圧延、圧延体となす。
ホスト材料である上記試料１にゲスト材料であるＮａ2ＣＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3を混合する。この混合物をドクターブレード成形し、成形体とする。得られた成形体を圧延、圧延体となす。
次に、上記圧延体を静水圧加圧する。その後、酸素中、１１５０℃で１０時間でこれを焼結、焼結体とした。
得られた焼結体中のＢｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなるペロブスカイト相は擬立方晶表示の（１００）面が一軸優先配向しており、Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ法による配向度は３０％であった。
即ち、試料１より配向セラミックスを製造することができた。
得られた焼結体中のＢｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなるペロブスカイト相は擬立方晶表示の（１００）面が一軸優先配向しており、Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ法による配向度は３０％であった。
即ち、試料１より配向セラミックスを製造することができた。
次に、比較試料Ｃ１について説明する。
これは、上記試料１及び試料２と同様のセラミックス原料を用いたが、第一工程における焼成の条件を違えたため、平均アスペクト比の小さいセラミックス粉末が生成した例である。
まず、上記試料１及び試料２を製造した際に用いたセラミックス原料を準備する。上記セラミックス原料を大気中、温度８００℃で４時間加熱、セラミックスを得た。
これは、上記試料１及び試料２と同様のセラミックス原料を用いたが、第一工程における焼成の条件を違えたため、平均アスペクト比の小さいセラミックス粉末が生成した例である。
まず、上記試料１及び試料２を製造した際に用いたセラミックス原料を準備する。上記セラミックス原料を大気中、温度８００℃で４時間加熱、セラミックスを得た。
得られたセラミックスを上述の試料１及び試料２と同様のプロセスを利用し、１規定の硝酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合、第二工程を行い、スラリー状の物質を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。その後、上記洗浄物を乾燥し、比較試料Ｃ１にかかるセラミックス粉末を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。その後、上記洗浄物を乾燥し、比較試料Ｃ１にかかるセラミックス粉末を得た。
上記比較試料Ｃ１はＸ線回折によればＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であったが、粉末の形状は球形状に近く、大半は平均アスペクト比が１．５以下であった。
また、上記比較試料Ｃ１を、試料１と同様に、これをホスト材料として、Ｂｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなる焼結体を作成した。
しかし、この焼結体の配向度は７％であり、優れた配向セラミックスとは言い難いかった。また、各種特性も無配向のセラミックスと変わらなかった。
また、上記比較試料Ｃ１を、試料１と同様に、これをホスト材料として、Ｂｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなる焼結体を作成した。
しかし、この焼結体の配向度は７％であり、優れた配向セラミックスとは言い難いかった。また、各種特性も無配向のセラミックスと変わらなかった。
次に、比較試料Ｃ２、Ｃ３について説明する。
これらは、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12を形成するに必要十分な分量のＢｉ2Ｏ3とＴｉＯ2とよりなるセラミックス原料を使用した例である。
まず、Ｂｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末がモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝２：３の割合で含有されてなるセラミックス原料を準備する。
これらは、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12を形成するに必要十分な分量のＢｉ2Ｏ3とＴｉＯ2とよりなるセラミックス原料を使用した例である。
まず、Ｂｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末がモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝２：３の割合で含有されてなるセラミックス原料を準備する。
上記セラミックス原料を水と共にボールミルで混合し、これを大気中または酸素中、９００℃で４時間加熱し、反応生成物としてセラミックスを得た。
次に、得られたセラミックスを１規定の硝酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、スラリー状の物質を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄、得られた洗浄物を乾燥し、セラミックス粉末を得た。
そして、加熱を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を比較試料Ｃ２、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を比較試料Ｃ３とする。
次に、得られたセラミックスを１規定の硝酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、スラリー状の物質を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄、得られた洗浄物を乾燥し、セラミックス粉末を得た。
そして、加熱を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を比較試料Ｃ２、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を比較試料Ｃ３とする。
上記比較試料Ｃ２及びＣ３にかかるセラミックス粉末をＸ線回折にて調べたところ、これらはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であることが確認できた。
また、比較試料Ｃ２及びＣ３の形状はいずれも球形状に近く、殆どの粉末は平均アスペクト比が１．５以下であった。
また、上記比較試料Ｃ２を試料１と同様に、これをホスト材料として、Ｂｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3焼結体を作成したところ、その配向度は８％であり、優れた配向セラミックスとは言い難いかった。また、各種特性も無配向のセラミックスと変わらなかった。
また、比較試料Ｃ２及びＣ３の形状はいずれも球形状に近く、殆どの粉末は平均アスペクト比が１．５以下であった。
また、上記比較試料Ｃ２を試料１と同様に、これをホスト材料として、Ｂｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3焼結体を作成したところ、その配向度は８％であり、優れた配向セラミックスとは言い難いかった。また、各種特性も無配向のセラミックスと変わらなかった。
以上により、本例にかかるセラミックス粉末からは配向度の高い優れた配向セラミックスを作成することができることが分かった。また、本例にかかる製造方法からは、平均アスペクト比が大きく、不純物アニオンの含有量が少ないセラミックス粉末を得ることができることが分かった。
実施形態例２
本例は第二工程の酸処理に当たって塩酸を用いた、セラミックス粉末の製造方法である。
本例の製造方法において使用したセラミックス原料は、実施形態例１の試料１を作成した場合と同様のセラミックス原料である。そして、上記セラミックス原料に対し、実施形態例１の試料１を作成した場合と同様の第一工程を施し、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
次に、上記セラミックスを１規定の塩酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、第二工程を行い、スラリー状の物質を得た。
本例は第二工程の酸処理に当たって塩酸を用いた、セラミックス粉末の製造方法である。
本例の製造方法において使用したセラミックス原料は、実施形態例１の試料１を作成した場合と同様のセラミックス原料である。そして、上記セラミックス原料に対し、実施形態例１の試料１を作成した場合と同様の第一工程を施し、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
次に、上記セラミックスを１規定の塩酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、第二工程を行い、スラリー状の物質を得た。
次に、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄、この洗浄物を乾燥しセラミックス粉末を得た。
そして、第一工程を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料３、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料４とする。
そして、第一工程を大気中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料３、酸素中で行うことにより得られたセラミックス粉末を試料４とする。
試料３及び試料４にかかるセラミックス粉末をＸ線回折にて調べたところ、これらはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であることが確認できた。
また、試料３及び試料４に残留した不純物アニオン（塩素イオン）を実施形態例１と同様にして調べたところ、９００ｐｐｍの残留塩素が検出された。また、実施形態例１と同様にして調べたところ、上記試料３の平均アスペクト比は約３．９、試料４は約６．０であった。
即ち、第二工程の酸処理に塩酸を用いた場合であっても、本発明にかかるセラミックス粉末を得られたことが分かった。
また、試料３及び試料４に残留した不純物アニオン（塩素イオン）を実施形態例１と同様にして調べたところ、９００ｐｐｍの残留塩素が検出された。また、実施形態例１と同様にして調べたところ、上記試料３の平均アスペクト比は約３．９、試料４は約６．０であった。
即ち、第二工程の酸処理に塩酸を用いた場合であっても、本発明にかかるセラミックス粉末を得られたことが分かった。
実施形態例３
本例はＢｉ2Ｏ3がより過剰に含まれたセラミックス原料を用いたセラミックス粉末の製造方法、得られたセラミックス粉末の性能、またこのセラミックス粉末より作成した配向セラミックスにつき説明するものである。
本例はＢｉ2Ｏ3がより過剰に含まれたセラミックス原料を用いたセラミックス粉末の製造方法、得られたセラミックス粉末の性能、またこのセラミックス粉末より作成した配向セラミックスにつき説明するものである。
本例にて使用するセラミックス原料はＢｉ2Ｏ3粉末及びＴｉＯ2粉末よりなり、これらはモル比Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ2＝１：１の割合で含有されてなる。即ち、このセラミックス原料においては、Ｂｉが５０モル％過剰である。
上記セラミックス原料を水と共にボールミルで混合し、これを酸素中、９００℃で４時間加熱し、第一工程を行い、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
上記セラミックス原料を水と共にボールミルで混合し、これを酸素中、９００℃で４時間加熱し、第一工程を行い、反応生成物としてセラミックス（前駆体）を得た。
上記セラミックスを１規定の硝酸中、ジルコニアボールを用いた湿式ボールミルにて１時間混合し、第二工程を行い、スラリー状の物質を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。
その後、上記洗浄物を乾燥し、試料５にかかるセラミックス粉末を得た。
その後、上記スラリーを吸引濾過し、得られた物質をアンモニア水及びイオン交換水にて充分に洗浄した。
その後、上記洗浄物を乾燥し、試料５にかかるセラミックス粉末を得た。
上記試料５にかかるセラミックス粉末をＸ線回折にて調べたところ、これらはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であることが確認できた。
また、試料５に残留した不純物アニオン（硝酸イオン及び塩素イオン）を実施形態例１と同様の方法で調べたところ、これらの不純物アニオンは検出されなかった。即ち、上記試料５に含まれる不純物アニオンは５００ｐｐｍ未満であることが分かった。また、上記試料５を実施形態例１と同様に平均アスペクト比を求めたところ、平均アスペクト比は約２０であった。
また、試料５に残留した不純物アニオン（硝酸イオン及び塩素イオン）を実施形態例１と同様の方法で調べたところ、これらの不純物アニオンは検出されなかった。即ち、上記試料５に含まれる不純物アニオンは５００ｐｐｍ未満であることが分かった。また、上記試料５を実施形態例１と同様に平均アスペクト比を求めたところ、平均アスペクト比は約２０であった。
次に、上記試料５をホスト材料とし、ゲスト材料としてＮｉＯ、ＴｉＯ2、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3を用い、実施形態例１と同様にしてＢｉ0.5Ｎａ0.5ＴｉＯ3よりなる焼結体を作成した。
この焼結体の配向度を実施形態例１と同様に測定したところ配向度は５６％であった。即ち、試料５より優れた配向セラミックスを製造することができることが分かった。
この焼結体の配向度を実施形態例１と同様に測定したところ配向度は５６％であった。即ち、試料５より優れた配向セラミックスを製造することができることが分かった。
また、上記試料５をホスト材料、ＮｉＯ、ＴｉＯ2、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3をゲスト材料、更にＮｉＯ、ＰｂＯ、ＴｉＯ2を転換材料としてＢｉ0.5Ｐｂ0.5Ｎｉ0.25Ｔｉ0.75Ｏ3よりなる焼結体を作成した。
なお、上記転換材料とは、上記ホスト材料である試料５、即ちＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12と反応してＢｉ0.5Ｐｂ0.5Ｎｉ0.25Ｔｉ0.75Ｏ3を生成させるための物質である。
なお、上記転換材料とは、上記ホスト材料である試料５、即ちＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12と反応してＢｉ0.5Ｐｂ0.5Ｎｉ0.25Ｔｉ0.75Ｏ3を生成させるための物質である。
上記ホスト材料、ゲスト材料、転換材料を混合する。この混合物より実施形態例１と同様の方法にてＢｉ0.5Ｐｂ0.5Ｎｉ0.25Ｔｉ0.75Ｏ3よりなる焼結体を作成した。
この焼結体の配向度を実施形態例１と同様に測定したところ配向度は７８％であった。即ち、試料５より優れた配向セラミックスを製造することができることが分かった。
この焼結体の配向度を実施形態例１と同様に測定したところ配向度は７８％であった。即ち、試料５より優れた配向セラミックスを製造することができることが分かった。
実施形態例４
本例は、セラミックス粉末より作成された誘電体の性能が、セラミックス粉末に含まれる不純物アニオンの含有量によってどのように異なるかについて説明するものである。
実施形態例３と同様の製造方法にて、不純物アニオンの含有量が５００ｐｐｍ未満であるセラミックス粉末を準備する。
このセラミックス粉末を用いて誘電体を作成する。
本例は、セラミックス粉末より作成された誘電体の性能が、セラミックス粉末に含まれる不純物アニオンの含有量によってどのように異なるかについて説明するものである。
実施形態例３と同様の製造方法にて、不純物アニオンの含有量が５００ｐｐｍ未満であるセラミックス粉末を準備する。
このセラミックス粉末を用いて誘電体を作成する。
まず、上記セラミックス粉末に温度１０５０℃、１時間にてホットプレス（圧力：２０ＭＰａ）を行い、ホットプレス体（誘電体）とした。次に、上記ホットプレス体を研磨、その後これに金電極を設け、１００℃のシリコンオイル中で４０ｋＶ／ｃｍの電界を印加した。
この時のリーク電流を測定したところ、１ｍＡ／ｃｍ3未満であった。
この時のリーク電流を測定したところ、１ｍＡ／ｃｍ3未満であった。
ところで、以下に示すごとく、不純物アニオンの含有量の高いセラミックス粉末を作成し、誘電体を得た。
即ち、Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ3＝２：３（モル比、化学量論比にあたる）の割合で混合した粉末と、ＮａＣｌ：ＫＣｌ＝１：１（モル比）で混合した粉末とを同重量秤量して、混合した。
これにより得られた粉末を白金るつぼ中で温度１０５０℃、１時間で加熱した。
上記加熱により得られた塊を温水中で洗い、吸引濾過を施し、粉末とした。
即ち、Ｂｉ2Ｏ3：ＴｉＯ3＝２：３（モル比、化学量論比にあたる）の割合で混合した粉末と、ＮａＣｌ：ＫＣｌ＝１：１（モル比）で混合した粉末とを同重量秤量して、混合した。
これにより得られた粉末を白金るつぼ中で温度１０５０℃、１時間で加熱した。
上記加熱により得られた塊を温水中で洗い、吸引濾過を施し、粉末とした。
上記粉末を調べたところ、その組成はＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12であり、温水で２０回洗浄し、更にアンモニア水で洗浄した。
洗浄後、粉末を乾燥させ、成分を分析したところ、０．２４重量％（２４００ｐｐｍ）の塩素イオンを含有していた。
最後に、上記粉末に対し、上述と同様の方法にてホットプレスを施し、ホットプレス体（誘電体）とした。次に、上記ホットプレス体を研磨、その後これに金電極を設け、１００℃のシリコンオイル中で１５ｋＶ／ｃｍの電界を印加した。
洗浄後、粉末を乾燥させ、成分を分析したところ、０．２４重量％（２４００ｐｐｍ）の塩素イオンを含有していた。
最後に、上記粉末に対し、上述と同様の方法にてホットプレスを施し、ホットプレス体（誘電体）とした。次に、上記ホットプレス体を研磨、その後これに金電極を設け、１００℃のシリコンオイル中で１５ｋＶ／ｃｍの電界を印加した。
この時のリーク電流を測定したところ、２ｍｍＡ／ｃｍ3を超える電流が観察された。即ち、このホットプレス体におけるリーク電流は、上述の不純物アニオンの含有量が少ないものと比較して、より低い電圧で、より高いリーク電流が流れてしまうことが分かった。
以上により、不純物アニオンの含有量が少ないほど、リーク電流が小さくなり、よって絶縁性に優れることが分かった。
上記のごとく、本発明によれば、配向度の高い配向セラミックスを作成可能で、高い絶縁性を有する、セラミックス粉末及びその前駆体を提供することができる。
Claims (4)
- 不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下であるセラミックス粉末を得るための前駆体であって、
ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの板状粉末と、Ｂｉ2Ｏ3とからなり、
上記前駆体中のＢｉ 2 Ｏ 3 の量は、５モル％以上であり、
上記板状粉末の上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有する上記セラミックスは、Ｂｉ 4 Ｔｉ 3 Ｏ 12 （チタン酸ビスマス）、Ｂｉ 2 ＶＯ 5.5 、Ｂｉ 2 ＷＯ 6 、Ｂｉ 3 ＴｉＮｂＯ 9 、Ｂｉ 3 ＴｉＴａＯ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 3 Ｔｉ 2 ＮｂＯ 12 、ＰｂＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＰｂＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＰｒＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＨｏＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＬａＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＣａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＢａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＳｒＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＬａＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、ＰｒＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂａ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｓｒ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｐｂ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｂｉ 5 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂｉ 6 Ｔｉ 3 Ｆｅ 2 Ｏ 18 、Ｂｉ 9 Ｔｉ 3 Ｆｅ 5 Ｏ 27 、ＣａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＳｒＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＰｂＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、及びＢａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 から選ばれる１種の化合物からなるか、これらの化合物の２つ以上が組み合わさってなり、
上記板状粉末は上記Ｂｉ 2 Ｏ 3 によって結合していることを特徴とするセラミックス粉末の前駆体。 - 請求項１において、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを構成するＢｉ以外の元素の酸化物又は熱分解により酸化物となる化合物とＢｉ 2 Ｏ 3 とからなり、かつ上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスを形成するのに必要な量よりもＢｉ 2 Ｏ 3 が５モル以上過剰であるセラミックス原料を準備し、次いでこれらをＢｉ 2 Ｏ 3 の融点以上に加熱することによって得られることを特徴とするセラミックス粉末の前駆体。
- 請求項１又は２に記載の上記前駆体を粉砕すると共に酸処理することにより、上記セラミックスの板状粒子よりなる粉末を形成して得られることを特徴とするセラミックス粉末。
- 各種センサ又はデバイスに用いる配向セラミックスを作製するためのセラミックス粉末であって、
該セラミックス粉末は、ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックスの板状粒子よりなり、
該板状粒子の平均アスペクト比が３以上であり、
かつ上記セラミックス粉末における不純物アニオンの含有量が１０００ｐｐｍ以下であり、
上記板状粉末の上記ビスマスを含有する層状ペロブスカイト型結晶構造を有する上記セラミックスは、Ｂｉ 4 Ｔｉ 3 Ｏ 12 （チタン酸ビスマス）、Ｂｉ 2 ＶＯ 5.5 、Ｂｉ 2 ＷＯ 6 、Ｂｉ 3 ＴｉＮｂＯ 9 、Ｂｉ 3 ＴｉＴａＯ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＳｒＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＢａＢｉ 3 Ｔｉ 2 ＮｂＯ 12 、ＰｂＢｉ 2 Ｎｂ 2 Ｏ 9 、ＰｂＢｉ 2 Ｔａ 2 Ｏ 9 、ＰｒＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＨｏＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＬａＢｉ 3 Ｔｉ 3 Ｏ 12 、ＣａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＢａＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＳｒＢｉ 4 Ｔｉ 4 Ｏ 15 、ＬａＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、ＰｒＢｉ 4 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂａ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｓｒ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｐｂ 2 Ｂｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 18 、Ｂｉ 5 Ｔｉ 3 ＦｅＯ 15 、Ｂｉ 6 Ｔｉ 3 Ｆｅ 2 Ｏ 18 、Ｂｉ 9 Ｔｉ 3 Ｆｅ 5 Ｏ 27 、ＣａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＳｒＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、ＰｂＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 、及びＢａＢｉ 5 Ｔｉ 4 ＦｅＯ 18 から選ばれる１種の化合物からなるか、これらの化合物の２つ以上が組み合わさってなることを特徴とするセラミックス粉末。
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