JPH0782022A - 配向性磁器およびその製造方法 - Google Patents

配向性磁器およびその製造方法

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JPH0782022A
JPH0782022A JP5223021A JP22302193A JPH0782022A JP H0782022 A JPH0782022 A JP H0782022A JP 5223021 A JP5223021 A JP 5223021A JP 22302193 A JP22302193 A JP 22302193A JP H0782022 A JPH0782022 A JP H0782022A
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JP
Japan
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oriented
porcelain
particles
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anisotropically shaped
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Application number
JP5223021A
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English (en)
Inventor
Keiichi Furuta
圭一 古田
Yoshiharu Fukuda
義治 福田
Takayuki Kimura
隆幸 木村
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位量が大きく、アクチュエータ、超音波
振動子、加速度センサ、焦電センサとして好適に使用さ
れる圧電特性を有する配向性磁器を提供するものであ
る。 【構成】 ペロブスカイト型構造を有する配向性磁器
からなり、該配向性磁器において少なくとも一つ以上の
結晶軸の方向が揃い異方性を有し、焼成後に分極軸方向
が揃っていることを特徴とする圧電性を有する配向性磁
器に関するものであり、該配向性磁器は、フラックス法
によりアスペクト比3以上の異方形状粒子を合成し、該
異方形状粒子を成形、焼成することにより製造すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の圧電性を有する配向性磁
器は、アクチュエータ、超音波振動子、加速度センサ、
フィルタ、焦電センサなどに適用される。
【0002】
【従来技術およびその問題点】従来の固相法で製造した
圧電体磁器は、焼成したままの状態では等方的であり、
そのため電気的な分極処理を行って仮に100%分極で
きたとしても、理論的に単結晶の分極の割合の8割程度
であり、またアクチュエータ等として使用する場合に脱
分極が生じ易く、素材そのものが有している特性を十分
に引き出していない。さらに90度分域の存在は、経時
変化、変位量の大きさ、ヒステリシスの大きさにも大き
な影響を与えていると考えられる。
【0003】従来、圧電体磁器の特性を向上させるため
に、焼結時に加圧して粒子配向型圧電セラミックスを製
造する方法が知られているが(特公昭61−1916号
公報)、特殊な装置を必要とし、また量産性に乏しいと
いう問題点がある。また、特開昭61−106454号
公報にはタングステンブロンズ型の結晶構造を有する強
誘電体について開示され、その中に結晶粒子がその長軸
方向を一軸方向に揃えて配向しているセラミックス材料
が示されている。しかしながら、この材料は圧電特性が
劣っている。
【0004】
【発明の目的】本発明の目的は、圧電特性に大きな影響
を与える90度分域を制御することによって、すなわち
分極処理を行うことなく焼成後にすでに分極軸方向が揃
った状態にすることによって圧電特性の良好な磁器を得
ることを目的とする。本発明の圧電性を有する配向性磁
器を使用することにより、変位量が大きく、ヒステリシ
スの少ないアクチュエータ、発熱量の少ない超音波振動
子、感度の良好な圧力センサ、焦電センサ等を得ること
を目的とする。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明は、ペロブスカ
イト型構造を有する配向性磁器からなり、該配向性磁器
において少なくとも一つ以上の結晶軸の方向が揃い異方
性を有し、焼成後に分極軸方向が揃っていることを特徴
とする圧電性を有する配向性磁器に関する。
【0006】また本発明は、焼成時に酸化物となり、か
つペロブスカイト型構造を有する配向性磁器となるP
b、La、ZrまたはTiから選択される少なくとも2
種の化合物を、フラックス法によりアスペクト比3以上
の異方形状粒子とし、該異方形状粒子を成形、焼成する
ことを特徴とする圧電性を有する配向性磁器の製造方法
に関する。
【0007】本発明の配向性磁器を製造するために用い
られる異方形状粒子としては単結晶粒子が好ましい。異
方形状粒子はフラックス法により製造することができ
る。成形方法としては、ドクターブレード法、押し出し
法などを採用することができ、これらの方法により異方
形状粒子を配向させることができる。なお、アスペクト
比が3以上の異方形状粒子を使用する場合には、焼成時
に特に加圧する必要はなく、常圧下に異方性を有する配
向性磁器を製造することができる。
【0008】配向性磁器の基本組成物として、例えばP
bTiO3 、Pb(ZrTi)O3、(PbLa)(Z
rTi)O3 を挙げることができる。さらに、これらの
組成物において各元素を他の元素で置換したり、他の化
合物を添加したりすることにより電気的特性を向上させ
ることができる。例えば、Zr、Tiサイトの一部をM
g、Nb等で、また、Pbサイトの一部をBi等で置換
することができる。さらに、酸化ケイ素、酸化マンガン
等を添加することができる。
【0009】本発明の配向性磁器について(PbLa)
(ZrTi)O3 組成を例にとると、例えば、以下のよ
うな方法により製造することができる。まず、Zr
2 、TiO2 および必要に応じて添加される微量の添
加物を所望の組成となるような割合で配合する。この配
合物に、さらにNaClなどのフラックスを加えて15
分から2時間混合する。この混合物をるつぼに入れ、1
150〜1300℃で1時間から15時間程度焼成す
る。冷却後、軽く粉砕し、沸騰水にて洗浄してフラック
スを除去し、ろ過後乾燥し、柱状のZrTiO4 化合物
を合成する。このようにして得られた柱状ZrTiO4
粒子とPbOおよびLa 2 3 、さらにフラックスとし
てNa2 SO4 などを混合し、700℃〜1100℃で
1時間〜20時間焼成すると柱状形状の(PbLa)
(ZrTi)O4 粒子が得られる。この柱状粒子にバイ
ンダー、可塑剤、および溶剤などを加え、ドクターブレ
ード法などにより、成形体を得る。この場合、粒子が柱
状形状となっているので、成形の際、各粒子はランダム
な方向になるのではなく、長さ方向に配向する。このグ
リーンシートそのもの、あるいは、このグリーンシート
を複数枚重ねた後、焼成する。焼成後、結晶軸に対して
所望の面に電極を形成する。本発明で得られる配向性磁
器は、焼成後にすでに分極軸方向が揃っており、高電界
を印加して用いるアクチュエータの場合には特に分極処
理を行う必要はないが、超音波振動子やセンサー等に用
い、圧電特性を向上させたい場合には分極処理を施す。
【0010】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明を
更に具体的に説明する。 実施例1 酸化ジルコニウム粉末(ZrO2 )16.22g、酸化
チタン粉末(TiO2)8.78g、およびフラックス
としてNaCl30gを用い、らいかい機で1時間混合
粉砕した。これをるつぼに入れ、1200℃で2時間焼
成した。冷却後に洗浄、ろ過しフラックスを分離した
後、80℃で一晩乾燥し、柱状のZrTiO4 粒子を得
た。このZrTiO4 粒子4.02gにPbO8.28
g、La23 0.19gおよびフラックスとしてNa
2 SO4 を20g配合し、らいかい機で1時間混合し
た。この混合物をるつぼに入れ、950℃で10時間焼
成した。冷却後に洗浄、ろ過しフラックスと分離し、乾
燥し、アスペクト比5の柱状の(Pb0.955 La0.03
(Zr0.545 Ti0.455 )O3 粒子を得た。
【0011】次に、この粒子をグリーンシート成形し
た。成形に先だって、バインダとしてポリビニルブチラ
ール樹脂、可塑剤、溶剤および分散剤を添加して、ボー
ルミル混合しスラリー状物とした。このスラリー状物を
ドクターブレード法を用いて、柱状粒子の長軸が揃うよ
うに成形し、厚み200μmのグリーンシートを作製し
た。このグリンシートを7mm角に切断し、長軸が一定
方向に揃うように、このグリーンシートを30枚重ね、
80℃で熱圧着して積層した。この成形体を空気雰囲気
中で脱脂し、焼成し、圧電体磁器を作製した。この圧電
体磁器を加工後、粒子の長軸に垂直な面にAg電極を形
成した。この試料に電界0〜2kV/mmの三角波(周
波数0.05Hz)を三回印加し、三回目の電界誘起歪
み、ヒステリシスを測定したところ、電界誘起歪みが大
きく、ヒステリシスが小さくアクチュエータとして好適
であることがわかった。この結果を表1に示す。なお、
焼成後の試料のX線回折パターン強度は、I(001) /I
(1 00) =2であった。
【0012】実施例2 フラックスとしてNaCl−Na2 SO4 混合フラック
スを用いた他は実施例1と同様に試料を作製した。この
試料の電界誘起歪み、ヒステリシスを実施例1と同様な
方法により測定した。この測定結果を表1に示す。
【0013】比較例1 PbO、La2 3 、ZrO2 およびTiO2 を実施例
1の磁器組成物と同じ組成になるように配合し、ボール
ミル混合した。溶媒を除去後、900℃で2時間仮焼し
た。この仮焼粉をボールミル粉砕し、溶媒を除去後、バ
インダを加え乾式成形した。この成形体を、空気雰囲気
中で脱脂し、気密性の良好なこう鉢に入れ1270℃で
2時間焼成し、圧電体磁器を作製した。この圧電体磁器
を加工後Ag電極を形成した。この試料の電界誘起歪
み、ヒステリシスを実施例1と同様な方法により測定し
た。この測定結果を表1に示す。
【0014】実施例3 PbTiO3 粉末およびSrCO3 粉末をSrO/(P
bTiO3 +SrO)=0.25wt%となるように秤
量し、混合粉砕し、ふた付白金るつぼに入れ、1450
℃で1時間焼成した。得られた粉末を200メッシュ以
下に粉砕した。この出発原料とフラックスとしてPbO
を混合粉砕し、ふた付白金るつぼに入れ、1100℃2
時間加熱し、室温まで徐冷し、結晶を成長させた。フラ
ックスを希硝酸により溶解させ、育成結晶を分離した。
このようにしてアスペクト比4程度の板状の結晶を得
た。次に、この粒子をグリーンシート成形した。成形に
先だって、バインダとしてポリビニルブチラール樹脂、
可塑剤、溶剤、および分散剤またはガラス成分を添加し
て、ボールミル混合しスラリー状物とした。このスラリ
ー状物をドクターブレード法を用いて、板状粒子の単軸
が揃うように成形し、厚み100μmのグリーンシート
を作製した。このグリーンシートを7mm角に切断し、
グリーンシートを4枚重ね、80℃で熱圧着して積層し
た。この成形体を、空気雰囲気中で脱脂、焼成し、圧電
体磁器を作製した。この圧電体磁器を加工後、粒子の短
軸に垂直な方向にAg電極を形成し、170℃、8kV
/mmで分極処理を行った。この試料の焦電係数を測定
し、比誘電率との比から性能評価指数(焦電係数/比誘
電率)を求めた。アスペクト比の大きい粒子を用いて作
製した配向性磁器は従来の方法で作製した試料に比較し
性能評価指数で優れていることがわかる。測定結果を表
2に示す。
【0015】比較例2 組成を実施例3の磁器組成物と同じになるように配合
し、ボールミル混合した。溶媒を除去後、900℃で2
時間仮焼した。この仮焼粉に実施例3と同量のガラス成
分を加え、ボールミル粉砕し、溶媒を除去後、バインダ
を加え乾式成形した。この成形体を、空気雰囲気中で脱
脂、焼成し、圧電体磁器を作製した。この圧電体磁器を
加工後Ag電極を形成し、170℃、8kV/mmで分
極処理を行った。実施例3と同様にして性能評価指数を
求めた。測定結果を表2に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】本発明の圧電性を有する配向性磁器は、
分極軸方向を揃えることができ、そのため変位量が大き
く、ヒステリシスが小さくアクチュエータ、超音波振動
子に好適である。また、圧電特性の向上により他の圧電
デバイスにも適用できる。さらに、焦電特性においても
高性能化が図れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/49 H01B 3/00 H 9059−5G H01L 41/187 9274−4M H01L 41/18 101 B

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペロブスカイト型構造を有する配向性
    磁器からなり、該配向性磁器において少なくとも一つ以
    上の結晶軸の方向が揃い異方性を有し、焼成後に分極軸
    方向が揃っていることを特徴とする圧電性を有する配向
    性磁器。
  2. 【請求項2】 焼成時に酸化物となり、かつペロブス
    カイト型構造を有する配向性磁器となるPb、La、Z
    rまたはTiから選択される少なくとも2種の化合物
    を、フラックス法によりアスペクト比3以上の異方形状
    粒子とし、該異方形状粒子を成形、焼成することを特徴
    とする圧電性を有する配向性磁器の製造方法。
JP5223021A 1993-09-08 1993-09-08 配向性磁器およびその製造方法 Pending JPH0782022A (ja)

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