JPH101367A - Manufacturing method of crystal oriented ceramics - Google Patents
Manufacturing method of crystal oriented ceramicsInfo
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- JPH101367A JPH101367A JP8177459A JP17745996A JPH101367A JP H101367 A JPH101367 A JP H101367A JP 8177459 A JP8177459 A JP 8177459A JP 17745996 A JP17745996 A JP 17745996A JP H101367 A JPH101367 A JP H101367A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ある特定の結晶方位に依存する各種の特性に
優れ,厚膜の状態にあるセラミックスを容易かつ安価に
製造することができる,結晶配向セラミックスの製造方
法を提供すること。
【解決手段】 酸化物多結晶セラミックスを構成する金
属元素を含む溶液,または該溶液から作成される粘凋な
ゾル状物を用いて,幅2mm以上,厚さ500μm以下
の膜状成形体を成形する第一工程と,該膜状成形体を熱
処理する第二工程とよりなる。この方法により,酸化物
多結晶セラミックスよりなる特定の結晶面が配向した結
晶配向セラミックスであり,該結晶配向セラミックスの
配向度がLotgering法による計算で10%以上
である。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a crystallographically oriented ceramic which is excellent in various characteristics depending on a specific crystal orientation and can easily and inexpensively produce a ceramic in a thick film state. thing. SOLUTION: Using a solution containing a metal element constituting oxide polycrystalline ceramics or a viscous sol formed from the solution, a film-shaped molded body having a width of 2 mm or more and a thickness of 500 μm or less is formed. And a second step of heat-treating the film-shaped body. According to this method, it is a crystallographically-oriented ceramic having a specific crystal plane composed of oxide polycrystalline ceramics, and the degree of orientation of the crystallographically-oriented ceramic is 10% or more as calculated by Lotgering method.
Description
【0001】[0001]
【技術分野】本発明は,圧電効果を応用した加速度セン
サ,超音波センサ,焦電効果を応用した赤外線センサ等
に利用できる酸化物セラミックスよりなる結晶配向セラ
ミックスを製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing crystal oriented ceramics composed of oxide ceramics, which can be used for acceleration sensors, ultrasonic sensors, infrared sensors utilizing a pyroelectric effect, etc. utilizing a piezoelectric effect.
【0002】[0002]
【従来技術】多結晶セラミックスの結晶面あるいは結晶
軸を配向させる技術は,これまでいくつかの提案が成さ
れてきた。そして,多結晶セラミックスの特定の結晶面
あるいは結晶軸を配向させることにより,単結晶に近い
組成を有する多結晶セラミックスを作成することができ
る。これにより,特定の結晶面あるいは結晶軸に依存す
る特性を大きく向上させることができる。2. Description of the Related Art Several techniques for orienting the crystal plane or crystal axis of polycrystalline ceramics have been proposed. By orienting a specific crystal plane or crystal axis of the polycrystalline ceramic, a polycrystalline ceramic having a composition close to a single crystal can be produced. Thereby, characteristics dependent on a specific crystal plane or crystal axis can be greatly improved.
【0003】特に,極性を有する結晶軸に大きくその特
性が依存する強誘電体の多結晶セラミックスでは,結晶
を配向させることにより,結晶が配向していない無配向
の多結晶セラミックスに比べて,電気機械結合係数や残
留分極量など極性に由来する特性が向上するとして,特
許出願や技術報告がなされている。また,磁性材料で
も,結晶を配向させたフェライトセラミックスの使用に
より,耐磨耗性が向上して磁気ヘッドの寿命が延びるこ
とが報告されている(粉体および粉末冶金,第26巻第
4号,pp.123−130,1979)。[0003] In particular, ferroelectric polycrystalline ceramics whose properties largely depend on a crystal axis having polarity have a higher electric property than non-oriented polycrystalline ceramics in which crystals are not oriented by orienting the crystals. Patent applications and technical reports have been filed for improving characteristics derived from polarity such as the mechanical coupling coefficient and the amount of remanent polarization. Also, it has been reported that the use of ferrite ceramics in which crystals are oriented improves the abrasion resistance of magnetic materials and extends the life of magnetic heads (powder and powder metallurgy, Vol. 26, No. 4, No. 4). Pp. 123-130, 1979).
【0004】多結晶セラミックスの結晶を配向させる手
段,方法等としては,従来各種の方法が開示されてい
る。そのいくつかを以下に例示する。例えば,チタン酸
ビスマス(Bi4 Ti3 O12)に代表される層状ペロブ
スカイト型構造のように,特定の結晶面の表面エネルギ
ーが他の結晶面に比べて著しく小さい多結晶セラミック
スは,加熱しながら一軸圧力を加えるホットフォージン
グ法により,結晶が一軸配向した緻密な結晶配向セラミ
ックスを得ることができる(Jpn.J.Appl.P
hys.,Vol.19,No.1,pp31−39,
1980)。Conventionally, various methods have been disclosed as means and methods for orienting the crystals of polycrystalline ceramics. Some of them are exemplified below. For example, a polycrystalline ceramic having a specific crystal plane whose surface energy is significantly smaller than that of other crystal planes, such as a layered perovskite structure represented by bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ), is heated. A dense crystal-oriented ceramic in which crystals are uniaxially oriented can be obtained by a hot forging method in which a uniaxial pressure is applied (Jpn. J. Appl. P.
hys. , Vol. 19, no. 1, pp31-39,
1980).
【0005】また,上述のチタン酸ビスマスのように結
晶異方性の強い物質は,板状や針状の粉末の合成が可能
であり,かかる異方性形状を有する粉末をバインダーや
液体と共にテープ成形や押出成形することにより,これ
ら異方性形状の粉末を配向させ,その後熱処理により焼
結させ,結晶配向セラミックスを作成する手法も知られ
ている(J.Am.Ceram.Soc.,Vol.7
2,No.2,pp289−93,1989)。A substance having a strong crystal anisotropy, such as the above-mentioned bismuth titanate, is capable of synthesizing a plate-like or needle-like powder. There is also known a method in which these anisotropically shaped powders are oriented by molding or extrusion, and then sintered by heat treatment to prepare crystallographically oriented ceramics (J. Am. Ceram. Soc., Vol. 7
2, No. 2, pp 289-93, 1989).
【0006】また,スピネル構造のフェライトのよう
に,骨格を形成する原料に板状粉末(代表的にはα型酸
化鉄)を用い,やはり配向度(結晶の配向の程度)を高
める成形方法を採用し,合成時に原料の配向軸を生成物
が引き継ぐ,いわゆるトポキタシー法によって,結晶配
向セラミックスを作製することは可能であった(エレク
トロニク・セラミクス,´91年7月号,pp.56−
63,1991)。ただし,この手法は,原料としての
酸化鉄およびセラミックスとしてのフェライトのような
トポタキシー反応が可能な立体的な格子整合性がある原
料と生成物の組み合わせが存在する時にのみ有効であ
る。[0006] Further, a molding method for increasing the degree of orientation (the degree of crystal orientation) using plate-like powder (typically α-type iron oxide) as a raw material for forming a skeleton, such as ferrite having a spinel structure, has also been proposed. It was possible to produce crystallographically oriented ceramics by a so-called topokitacy method, in which the product takes over the orientation axis of the raw material during synthesis (Electronic Ceramics, July 1991, pp. 56-
63, 1991). However, this method is effective only when there is a combination of a raw material and a product having a steric lattice matching property such as iron oxide as a raw material and ferrite as a ceramic capable of performing a topotaxic reaction.
【0007】[0007]
【解決しようとする課題】しかしながら,結晶型が等方
性(立方晶系)あるいは擬等方性(僅かに歪んだ立方晶
系)の材料で,かつトポタキシー反応が可能な3次元的
に格子整合性のある異方性原料を持たない物質よりなる
結晶配向セラミックスは,高価で生産性の劣る単結晶育
成に頼らない限り,作製は困難なことであった。[Problems to be Solved] However, a material whose crystal type is isotropic (cubic system) or quasi-isotropic (slightly distorted cubic system), and which has a three-dimensional lattice matching capable of a topotaxy reaction. Crystal-oriented ceramics made of a material that does not have anisotropic raw materials have been difficult to fabricate unless relying on single crystal growth that is expensive and inferior in productivity.
【0008】例えば,PZT(化合物名:ジルコン・チ
タン酸鉛)やチタン酸バリウムに代表されるように工学
的に重要な強誘電体の多くが取る結晶型であるペロブス
カイト型構造は,立方構造あるいはわずかに歪んだ立方
構造であり,その歪みの方向によって大きな特性の異方
性を示す。しかしこれらの物質における結晶の異方性は
極めて小さく,従って,異方性形状の単結晶粉末を合成
することがきわめて困難である。また,骨格を構成す
る,Ti,Zr,Nbなどの酸化物がペロブスカイト型
における骨格構造と長周期構造が類似で,しかも異方性
形状を持つ粉末が合成できないため,トポタキシー法に
よる配向制御もできなかった。For example, a perovskite-type structure, which is a crystal type taken by many engineeringly important ferroelectrics such as PZT (compound name: lead zircon / titanate) and barium titanate, has a cubic structure or a cubic structure. It has a slightly distorted cubic structure, and exhibits large anisotropy of characteristics depending on the direction of the distortion. However, the crystal anisotropy of these materials is extremely small, and it is therefore extremely difficult to synthesize a single crystal powder having an anisotropic shape. In addition, since the oxides such as Ti, Zr, and Nb constituting the skeleton have a similar long-period structure to the skeleton structure of the perovskite type, a powder having an anisotropic shape cannot be synthesized. Did not.
【0009】これまでに,チタン酸カリウム繊維あるい
はその誘導体である繊維状酸化チタンまたは繊維状含水
酸化チタンを原料としてチタン酸鉛やチタン酸バリウム
などの配向セラミックスを作製する技術が特許公告され
ているが(特公昭63−24949号,特公昭63−2
4950号,特公昭63−43339号,特公昭63−
43340号,特公昭63−43341号),ペロブス
カイト型構造とは異なるTi−O結合骨格を持つチタン
酸カリウム繊維やその誘導体を用いて結晶配向セラミッ
クスを作製することは原理的に極めて困難である。な
お,この原理的に困難であるということは,チタン酸カ
リウム繊維やその誘導体中のTi−O結合骨格が再配列
されねばペロブスカイト型構造中のTi−Oの結合骨格
とはならないため,トポタキシャル反応が成立しにくい
という理由による。Hitherto, a patent has been published for a technique for producing oriented ceramics such as lead titanate and barium titanate using potassium titanate fiber or its derivative, fibrous titanium oxide or fibrous hydrated titanium oxide, as a raw material. (Japanese Patent Publication No. 63-24949, Japanese Patent Publication No. 63-2
4950, JP-B-63-43339, JP-B-63-
No. 43340, JP-B-63-43341), and it is extremely difficult in principle to produce crystallographically-oriented ceramics using potassium titanate fibers having a Ti—O bond skeleton different from the perovskite structure and derivatives thereof. This difficulty in principle means that if the Ti—O bond skeleton in the potassium titanate fiber or its derivative is not rearranged, it will not become the Ti—O bond skeleton in the perovskite-type structure. Is difficult to hold.
【0010】結晶が配向したペロブスカイト型構造をと
る結晶配向セラミックスを得る別の方法は,スパッタリ
ング,化学気相蒸着(CVD),ゾルゲルなどの方法で
基板上に薄膜を作製することであり,ペロブスカイト型
構造の特定の結晶面と格子整合性の良い基板表面を利用
するエピタキシーと,基板の結晶方位とは無関係に表面
エネルギーの差違や原子の供給の差違などによって特定
の結晶面が配向するセルフ・テクスチャーが知られてい
る。Another method for obtaining a crystallographically oriented ceramic having a perovskite type structure in which crystals are oriented is to form a thin film on a substrate by a method such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), or sol-gel. Epitaxy, which uses a substrate surface with good lattice matching with a specific crystal plane of the structure, and self-texture, in which a specific crystal plane is oriented due to a difference in surface energy or a difference in the supply of atoms, regardless of the crystal orientation of the substrate It has been known.
【0011】しかしながら,このような方法は,厚い膜
を作るためには製膜時間が長くなり,製造コストが高価
になるばかりでなく,膜が基板に拘束されているため,
膜厚を厚くしようとすれば,熱処理の際に,結晶化や緻
密化に伴う応力の発生や基板との熱膨張率の差によっ
て,膜において亀裂が生じる,更に膜が基板より剥離す
るという問題が生じ,膜の破壊が起こりやすい。従っ
て,このような方法で,5μmを超えるような厚みの結
晶配向セラミックスを得る事は極めて困難である。よっ
て,上述の方法はバルク材料を得るための方法としては
不適当である。However, such a method requires a long film forming time and a high manufacturing cost in order to form a thick film, and furthermore, the film is restrained by the substrate.
If the film thickness is to be increased, cracks occur in the film due to the stress caused by crystallization and densification during heat treatment and the difference in the coefficient of thermal expansion with the substrate, and the film peels off from the substrate. Occurs and the film is likely to be destroyed. Therefore, it is extremely difficult to obtain a crystallographically-oriented ceramic having a thickness exceeding 5 μm by such a method. Therefore, the above method is not suitable as a method for obtaining a bulk material.
【0012】また,他の技術としては,金属元素,例え
ばPb,Ti,Znを含む粘凋な溶液を紡糸し,熱処理
を加える事によって多結晶PZT繊維を作成する技術が
ある(Yoshikawa,et al.,Proce
edings of theEighth IEEE
International Symposiumon
Applications of Ferroele
ctrics,pp.269−272,1992)。Further, as another technique, there is a technique of spinning a viscous solution containing a metal element, for example, Pb, Ti, Zn, and applying a heat treatment to produce a polycrystalline PZT fiber (Yoshikawa, et al.). ., Proce
edings of theEightth IEEE
International Symposium
Applications of Ferroele
ctrics, pp. 269-272, 1992).
【0013】しかし,上記多結晶PZT繊維は,円形の
穴から押し出されて作られたものであるため,該多結晶
PZT繊維の形状は,大きな平坦表面を持たない断面円
形の繊維形状である。従って,例え,繊維の表面で核生
成して成長し,そのためにセルフ・テクスチャーを持つ
結晶粒が存在したとしても,それらの結晶軸は共通に配
向してはおらず,多結晶PZT繊維は特別な配向を示さ
ない。However, since the polycrystalline PZT fiber is formed by being extruded from a circular hole, the shape of the polycrystalline PZT fiber is a circular cross-sectional fiber shape having no large flat surface. Therefore, even if nucleation and growth occur on the surface of the fiber and there are grains having a self-texture, their crystal axes are not commonly oriented, and the polycrystalline PZT fiber is a special type. No orientation is shown.
【0014】また,特公平7−115935号には,セ
ラミックス前駆体薄膜の製造方法として,金属化合物か
ら形成したゾルを有機重合体と均一に混合して調整した
粘凋液をスリットから吐出させて連続薄膜を形成する事
を特徴とするセラミックス前駆体薄膜の製造方法が述べ
られている。この公告特許には,作製した実施例も挙げ
られているが,結晶配向についての掲載はなく,これに
より得られたセラミックス前駆体薄膜の結晶が配向して
いるかどうかは不明である。Japanese Patent Publication No. Hei 7-115935 discloses a method for producing a ceramic precursor thin film in which a viscous liquid prepared by uniformly mixing a sol formed from a metal compound with an organic polymer is discharged from a slit. A method for producing a ceramic precursor thin film characterized by forming a continuous thin film is described. Although this published patent also includes a fabricated example, it does not disclose the crystal orientation, and it is unknown whether the crystal of the ceramic precursor thin film obtained by this is oriented.
【0015】また,アモルファス状態の圧電セラミック
ス粉末の成形体を熱処理により結晶化する際,表面に結
晶種を付着させておく事により結晶が配向した圧電セラ
ミックスを製造する方法が特許出願されている(特公昭
62−72560号)。しかしながら,この方法におい
て,種結晶が付着した場所から成長する結晶核そのもの
が結晶配向していない。よって,例え(上述した明細書
に書かれているように)これらの結晶核が横方向にぶつ
かりあって縦方向にのみ結晶成長が起きるとしても,成
長した結晶はやはり結晶配向していない。In addition, a patent application has been filed for a method of producing a piezoelectric ceramic in which crystals are oriented by attaching crystal seeds to the surface when crystallizing an amorphous piezoelectric ceramic powder compact by heat treatment. Japanese Patent Publication No. 62-72560). However, in this method, the crystal nucleus itself growing from the place where the seed crystal is attached is not crystal-oriented. Thus, even if these crystal nuclei collide laterally (as described in the above specification) and crystal growth occurs only in the vertical direction, the grown crystal is still not crystallographically oriented.
【0016】本発明は,かかる問題点に鑑み,ある特定
の結晶方位に依存する各種の特性に優れ,厚膜の状態に
あるセラミックスを容易かつ安価に製造することができ
る,結晶配向セラミックスの製造方法を提供しようとす
るものである。In view of the above problems, the present invention provides a method for producing a crystallographically oriented ceramic, which is excellent in various characteristics depending on a specific crystal orientation and can easily and inexpensively produce a ceramic in a thick film state. It seeks to provide a way.
【0017】[0017]
【課題の解決手段】次に,請求項1の発明は,酸化物多
結晶セラミックスを構成する金属元素を含む溶液,また
は該溶液から作成される粘凋なゾル状物を用いて,幅2
mm以上,厚さ500μm以下の膜状成形体を成形する
第一工程と,該膜状成形体を熱処理する第二工程とより
なることを特徴とする結晶配向セラミックスの製造方法
にある。A first aspect of the present invention is to use a solution containing a metal element constituting oxide polycrystalline ceramics, or a viscous sol-like material prepared from the solution, to form a polycrystalline ceramic having a width of 2 mm.
A method for producing a crystallographically-oriented ceramic, comprising: a first step of forming a film-shaped molded body having a thickness of not less than mm and a thickness of not more than 500 μm; and a second step of heat-treating the film-shaped molded body.
【0018】上記製造方法においては,酸化物多結晶セ
ラミックスを構成する金属元素を含む溶液,または該溶
液から作成されるゾル状物を膜状成形体となす。これを
熱処理することにより,上記膜状成形体は熱分解・酸化
し,含有されている有機成分等が除去され,結晶化され
る。以上により,上記膜状成形体をテープ状または薄片
状焼結体となすことができ,この焼結体が結晶配向セラ
ミックスとなる。In the above manufacturing method, a solution containing a metal element constituting the oxide polycrystalline ceramics, or a sol formed from the solution is formed into a film-shaped molded body. By subjecting this to a heat treatment, the film-shaped molded body is thermally decomposed and oxidized, and the contained organic components and the like are removed and crystallized. As described above, the film-shaped molded body can be formed into a tape-like or flaky sintered body, and this sintered body becomes a crystal-oriented ceramic.
【0019】上記結晶配向セラミックスにおいては,上
記テープ状または薄片状焼結体の幅方向の平坦面におい
て,表面エネルギーの最も小さな結晶面が平行に配向
し,この配向状態がテープ状または薄片状焼結体に引き
継がれた状態にある。なお,上記表面エネルギーの最も
小さな結晶面とは,一般的には連続した最強結合鎖を2
つ以上含む結晶面であり,例えばペロブスカイト型構造
の化合物である結晶配向セラミックスにおいては,擬立
方晶{100}面である。なお,上記最強結合鎖(Pe
riodic Bond Chain)とは,結晶構造
中で最も強い結合エネルギーを有する原子またはイオン
の連続する列を称する。In the above crystallographically-oriented ceramics, the crystal plane having the smallest surface energy is oriented in parallel on the flat surface in the width direction of the tape-shaped or flake-shaped sintered body, and the orientation state is tape-shaped or flake-shaped sintered body. It has been taken over by the union. Note that the crystal plane having the smallest surface energy generally means a continuous strongest binding chain as 2
This is a pseudo-cubic {100} plane in a crystallographically oriented ceramic which is a compound having a perovskite structure. The strongest binding chain (Pe
“Riodic Bond Chain” refers to a continuous row of atoms or ions having the strongest binding energy in the crystal structure.
【0020】上記製造方法において,膜状成形体が結晶
配向セラミックスとなる過程につき説明する。まず,第
一工程において得られた膜状成形体は,第二工程におい
て結晶化し,焼結体となるが,該第二工程にかかる熱処
理は,主として第一段階及び第二段階の二つのプロセス
よりなる。上記第一段階において,上記膜状成形体より
溶媒等の除去が行なわれ,熱分解,酸化,高分子化の進
展に加え,少なくとも上記膜状成形体の幅方向の表面で
ある平坦面において結晶核が生成する。In the above-mentioned manufacturing method, the process of turning the film-shaped molded body into a crystallographically-oriented ceramic will be described. First, the film-like molded product obtained in the first step is crystallized in the second step to form a sintered body. The heat treatment in the second step mainly consists of two processes, the first step and the second step. Consisting of In the first step, a solvent or the like is removed from the film-shaped molded body, and in addition to the progress of thermal decomposition, oxidation, and polymerization, a crystal is formed on at least a flat surface that is a surface in the width direction of the film-shaped molded body. Nuclei form.
【0021】そして,上記結晶核が結晶粒子へと成長す
るにあたり,膜状成形体の他の部分と比較して,平坦面
にある他の結晶核との間に優先的に架橋ネットワークが
発達する。また,この時,膜状成形体の緻密化も一部開
始される。以上により,平坦面における隣接する結晶核
はほぼ同一方向に結晶面が配向した状態となりつつ形成
される。When the crystal nuclei grow into crystal grains, a crosslinked network develops preferentially with other crystal nuclei on a flat surface as compared with other portions of the film-shaped molded body. . At this time, the densification of the film-shaped molded body is partially started. As described above, the adjacent crystal nuclei on the flat surface are formed while the crystal planes are oriented in substantially the same direction.
【0022】次に,第二段階では,上記結晶粒が膜状成
形体の内部に向かって粒成長し,結晶粒子となる。そし
て,上記膜状成形体の緻密化が進展する。上記粒成長
は,上記平坦面における比較的寸法の大きな結晶粒が,
膜状成形体の内部に存在するアモルファスまたは微小な
結晶粒を取り込んでいくという,いわゆるオストワルド
成長に拠るものである。この時,膜状成形体内部にある
微小な結晶粒等は,上記平坦面にある結晶核と同一の配
向を有するように取り込まれる。以上により,膜状成形
体の結晶化は,平坦面における結晶面の配向を引き継ぎ
つつ進行するため,得られた焼結体は結晶配向セラミッ
クスとなる。Next, in the second stage, the above-mentioned crystal grains grow toward the inside of the film-shaped formed body and become crystal grains. Then, the densification of the film-shaped molded body proceeds. In the above-mentioned grain growth, relatively large crystal grains on the flat surface are
This is based on so-called Ostwald growth, in which amorphous or fine crystal grains existing inside the film-like molded body are taken in. At this time, fine crystal grains and the like inside the film-shaped molded body are taken in so as to have the same orientation as the crystal nuclei on the flat surface. As described above, the crystallization of the film-shaped molded body proceeds while inheriting the orientation of the crystal plane on the flat surface, and thus the obtained sintered body is a crystal-oriented ceramic.
【0023】以上に示した上記製造方法は,原料の液状
化またはゾル化,膜状成形体の成形,該膜状成形体の熱
処理等の非常に単純な作業より構成されているため,特
別な設備,器具,技術等を用いることなく,結晶配向セ
ラミックスを製造することができる。また,従来の方法
においては5μm以上の厚みの結晶配向セラミックスが
得難かったが,上記製造方法によれば,上述するごとく
容易かつ安価に厚膜の結晶配向セラミックスを得ること
ができる。このため,上記製造方法によれば,容易かつ
安価に製造することができる,結晶配向セラミックスの
製造方法を提供することができる。The above-mentioned production method described above comprises very simple operations such as liquefaction or solification of raw materials, molding of a film-like molded product, and heat treatment of the film-like molded product. Crystal oriented ceramics can be manufactured without using equipment, equipment, technology, and the like. Further, in the conventional method, it was difficult to obtain a crystallographically-oriented ceramic having a thickness of 5 μm or more. However, according to the above-described manufacturing method, a thick-film crystallographically-oriented ceramic can be easily and inexpensively obtained as described above. Therefore, according to the above manufacturing method, it is possible to provide a method for manufacturing a crystallographically-oriented ceramic which can be easily and inexpensively manufactured.
【0024】本発明の製造方法により以下に示す結晶配
向セラミックスが得られる。酸化物多結晶セラミックス
よりなる結晶面が配向した結晶配向セラミックスであ
り,該結晶配向セラミックスの配向度がLotgeri
ng法による計算で10%以上である結晶配向セラミッ
クスである。また,本発明では,上記酸化物多結晶セラ
ミックスとして,フェライト以外のものでも,あるいは
フェライトでも上記配向度の結晶配向セラミックスを製
造することができる。According to the production method of the present invention, the following crystallographically-oriented ceramics can be obtained. It is a crystallographically-oriented ceramic composed of oxide polycrystalline ceramics whose crystal faces are oriented, and the degree of orientation of the crystallographically-oriented ceramic is Lotgeri.
It is a crystallographically-oriented ceramic that is 10% or more as calculated by the ng method. Further, in the present invention, it is possible to produce a crystallographically-oriented ceramic having the above-described degree of orientation even if the oxide polycrystalline ceramic is other than ferrite or ferrite.
【0025】この結晶配向セラミックスの有する作用に
つき,以下に説明する。この結晶配向セラミックスは,
これを構成する単結晶の結晶粒子が特定のある一枚の結
晶面に整列した微細構造組織を有する,いわゆる配向し
た状態にある酸化物多結晶セラミックスである。このた
め,上記結晶配向セラミックスは,無配向の酸化物多結
晶セラミックスと比較して,特定の結晶方位に依存する
特性が大きく向上している。なお,上記特性の具体例と
しては,例えば,磁化率,誘電率,電気機械結合定数,
残留分極量,焦電係数,圧電g定数等が挙げられる(後
述の表2,表4,表5)。The function of the crystallographically-oriented ceramic will be described below. This crystallographically oriented ceramic
This is a so-called oriented oxide polycrystalline ceramic having a microstructure in which single crystal grains constituting the crystal are arranged on a specific single crystal plane. For this reason, the characteristics of the above crystallographically oriented ceramics greatly depend on a specific crystal orientation, as compared with non-oriented oxide polycrystalline ceramics. Specific examples of the above characteristics include, for example, magnetic susceptibility, dielectric constant, electromechanical coupling constant,
Examples include a residual polarization amount, a pyroelectric coefficient, a piezoelectric g constant, and the like (Tables 2, 4, and 5 described later).
【0026】また,例えば,配向により向上する特性と
その応用技術としては,以下のものが挙げられる。焦電
性−焦電センサ,圧電性−加速度センサ,圧電トランス
または表面弾性波用基板,熱電性−電子冷凍または熱電
発電,イオン伝導性−ガスセンサまたは固体電解質,蓄
電性−キャパシタ,電子伝導性−超伝導デバイス,電気
絶縁性−絶縁基板,熱伝導性−基板またはヒートシン
ク。Further, for example, the following can be cited as characteristics to be improved by orientation and its applied technology. Pyroelectric-pyroelectric sensor, piezoelectric-acceleration sensor, piezoelectric transformer or substrate for surface acoustic wave, thermoelectric-electronic refrigeration or thermoelectric power generation, ionic conductivity-gas sensor or solid electrolyte, electricity storage-capacitor, electron conductivity- Superconducting device, electrical insulating-insulating substrate, thermal conductive-substrate or heat sink.
【0027】従って,酸化物多結晶セラミックスの上述
にかかる特性を利用して作成された各種センサ類及びデ
バイス類は,この結晶配向セラミックスを用いることに
より,無配向の酸化物多結晶セラミックスを用いた場合
と比較して大きく性能が向上する。なお,上記各種セン
サ類としては,高感度な焦電センサ,高感度な加速度セ
ンサが挙げられ,上記各種デバイス類としては,高効率
なレゾネータ,高効率な圧電トランス等が挙げられる。Therefore, various sensors and devices made by utilizing the above-described characteristics of the oxide polycrystalline ceramics use the non-oriented oxide polycrystalline ceramics by using the crystal oriented ceramics. The performance is greatly improved as compared with the case. The various sensors include a high-sensitivity pyroelectric sensor and a high-sensitivity acceleration sensor, and the various devices include a high-efficiency resonator, a high-efficiency piezoelectric transformer, and the like.
【0028】以上のように,本発明によれば,ある特定
の結晶方位に依存する各種の特性に優れた,結晶配向セ
ラミックス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 crystallographically-oriented ceramic excellent in various characteristics depending on a specific crystal orientation.
【0029】また,上記配向度が10%未満である場合
には,顕著な特性の向上が認められないおそれがある
(後述の表2,表4,表5)。更に,上記配向度が20
%以上であることが好ましい。この範囲の配向度であれ
ばより特性の向上が認められる。また,酸化物多結晶セ
ラミックスとしては,以下で示すチタン酸ジルコン酸鉛
等のペロブスカイト型構造を有するもの等が挙げられ
る。When the degree of orientation is less than 10%, there is a possibility that no remarkable improvement in characteristics is not recognized (Tables 2, 4 and 5 described later). Further, when the degree of orientation is 20
% Is preferable. If the degree of orientation is in this range, further improvement in characteristics can be recognized. Examples of the polycrystalline oxide ceramics include those having a perovskite structure, such as lead zirconate titanate shown below.
【0030】なお,上記Lotgering法につき,
以下に説明する。即ち,Lotgering法により得
られた結晶配向セラミックスの配向度Q(HKL)は,
以下の数1により定義される。In addition, regarding the Lotgering method,
This will be described below. That is, the degree of orientation Q (HKL) of the crystallographically-oriented ceramic obtained by the Lotgering method is:
It is defined by the following Equation 1.
【0031】[0031]
【数1】 (Equation 1)
【0032】ここに,I(HKL)は結晶配向セラミッ
クスにおける結晶面(HKL)からのX線回折強度であ
る。一方,I0 (HKL)は,上記結晶配向セラミック
スと同一組成であり,かつ無配向の酸化物多結晶セラミ
ックスにおける結晶面(HKL)からのX線回折強度で
ある。また,Σ´I(HKL)はI(100),I(2
00),I(300)等,結晶配向セラミックスにおけ
る各配向結晶面からのX線回折強度の総和である。一
方,ΣI0 (hkl)は,上記無配向の酸化物多結晶セ
ラミックスにおける全ての結晶面(hkl)からのX線
回折強度の総和である。なお,Q(HKL)の値は無配
向の場合に0%,全ての結晶粒子が配向している場合に
100%となるよう規格化してある。Here, I (HKL) is the X-ray diffraction intensity from the crystal plane (HKL) in the crystallographically-oriented ceramic. On the other hand, I 0 (HKL) is the X-ray diffraction intensity from the crystal plane (HKL) of the non-oriented oxide polycrystalline ceramic having the same composition as the above-mentioned crystal-oriented ceramic. Σ′I (HKL) is I (100), I (2
00), I (300), etc. are the sum of the X-ray diffraction intensities from each crystallographic plane of the crystallographically-oriented ceramic. On the other hand, ΔI 0 (hkl) is the sum of the X-ray diffraction intensities from all crystal planes (hkl) in the non-oriented oxide polycrystalline ceramic. The value of Q (HKL) is standardized to be 0% in the case of no orientation and 100% in the case where all the crystal grains are oriented.
【0033】また,上記配向度を得るためのX線回折強
度の測定には,測定試料を回転中心から偏心して回転さ
せ,大面積の照射を可能として,できるだけ多くの結晶
粒子を捉えて測定精度を向上させることが好ましい。こ
れは,特に結晶粒子が大きい場合に有効である。In order to measure the X-ray diffraction intensity for obtaining the degree of orientation, the measurement sample is rotated eccentrically from the center of rotation to irradiate a large area, and as many crystal grains as possible are captured. Is preferably improved. This is particularly effective when the crystal grains are large.
【0034】また,上記酸化物多結晶セラミックスがペ
ロブスカイト型構造を主相とするものであり,配向した
結晶面が上記ペロブスカイトを擬立方晶と見た場合の
{100}面であることが好ましい。ペロブスカイト型
構造においては,通常,その結晶構造は立方晶の他に正
方晶,六方晶,斜方晶があるが,これらの構造を立方晶
から僅かに歪んだ擬立方晶とみなして,以下議論を進め
る。例えば正方晶ペロブスカイト型構造の場合,正方晶
における{100}面及び{001}面とが,上述の擬
立方晶の{100}面となる。Preferably, the oxide polycrystalline ceramic has a perovskite structure as a main phase, and the oriented crystal plane is a {100} plane when the perovskite is regarded as a pseudo-cubic crystal. In the perovskite-type structure, the crystal structures are usually cubic, tetragonal, hexagonal, and orthorhombic. These structures are regarded as pseudo-cubic crystals slightly distorted from cubic crystals. Advance. For example, in the case of a tetragonal perovskite structure, the {100} plane and the {001} plane in the tetragon become the pseudo-cubic {100} plane.
【0035】この面が,表面エネルギーが低い面である
事を利用して配向させることにより,無配向セラミック
スに比べて極性方向が揃っており,このため極性に依存
した特性に優れた結晶配向セラミックスを得ることがで
きる。なお,上記ぺロブスカイト型構造を有する酸化物
多結晶セラミックスの例としては,チタン酸ジルコン酸
鉛,チタン酸鉛,チタン酸バリウム等というセラミック
スが挙げられる。By orienting using this surface having a low surface energy, the direction of polarity is more uniform than that of non-oriented ceramics. Can be obtained. Examples of the oxide polycrystalline ceramics having a perovskite structure include ceramics such as lead zirconate titanate, lead titanate, and barium titanate.
【0036】次に,上記第一工程につき詳細に説明す
る。上記溶液またはゾル状物は,金属元素のアルコキシ
ドを始めとする有機金属化合物または金属元素の金属塩
を原料として用い,いわゆるゾルゲル法または錯体重合
法により調整することができる。特に,ゾルゲル法を用
いて溶液またはゾル状物を作成する場合には,作成のプ
ロセスにおいて加水分解を施し,その分子構造において
少なくとも部分的に架橋を有する溶液またはゾル状物を
作成することが好ましい。これにより,最強結合鎖のネ
ットワークが表面で発達しやすいという効果を得ること
ができる。Next, the first step will be described in detail. The solution or sol can be prepared by a so-called sol-gel method or complex polymerization method using an organic metal compound such as an alkoxide of a metal element or a metal salt of a metal element as a raw material. In particular, when preparing a solution or sol using the sol-gel method, it is preferable to perform hydrolysis in the preparation process to prepare a solution or sol having at least partially crosslinked in its molecular structure. . Thereby, the effect that the network of the strongest binding chain easily develops on the surface can be obtained.
【0037】また,上記溶液またはゾル状物は,必要に
応じて有機溶媒,水,増粘材などを加え,粘度と架橋の
度合を調整することが好ましい。これにより,膜状成形
体の表面を平滑に保つという効果を得ることができる。It is preferable to adjust the viscosity and the degree of cross-linking to the solution or sol by adding an organic solvent, water, a thickener, and the like, if necessary. Thereby, the effect of keeping the surface of the film-shaped molded body smooth can be obtained.
【0038】また,上記有機金属化合物,金属塩として
は,Ti,Nb,Zr,Fe,Ba,Pb,Bi,S
r,La,Ge,Si,Al,Zn,Mgを始めとする
広い範囲の元素の,エトキシド,メトキシド,プロポキ
シド,ブトキシドなどアルコキシド類,カルボン酸塩,
硝酸塩,塩化物等を使用することができるが,上記に挙
げた範囲にとどまらない。The above-mentioned organometallic compounds and metal salts include Ti, Nb, Zr, Fe, Ba, Pb, Bi, S
alkoxides such as ethoxide, methoxide, propoxide, butoxide, carboxylate, etc. of a wide range of elements including r, La, Ge, Si, Al, Zn, and Mg.
Nitrate, chloride and the like can be used, but are not limited to the above ranges.
【0039】次に,上記膜状成形体は幅2mm以上,厚
さ500μm以下である。上記幅が2mm未満である場
合には,充分な面積の平坦面を得ることができないおそ
れがあり,配向度が低下するおそれがある。なお,上記
幅は1m以下であることが好ましい。幅が1mより大き
い場合には,膜状成形体の成形にコストがかかるおそれ
がある。Next, the film-shaped molded body has a width of 2 mm or more and a thickness of 500 μm or less. If the width is less than 2 mm, a flat surface having a sufficient area may not be obtained, and the degree of orientation may be reduced. The width is preferably 1 m or less. If the width is larger than 1 m, it may be costly to form the film-shaped molded body.
【0040】更に,上記厚さが500μmより厚い場合
には,平坦面において生成した結晶核が膜状成形体の内
側へ成長することが困難となるおそれがある。なお,上
記厚みは1μm以上であることが好ましい。厚みが1μ
m未満である場合には,膜状成形体の成形にコストがか
かるおそれがある。Further, when the thickness is greater than 500 μm, it may be difficult for crystal nuclei generated on the flat surface to grow inside the film-shaped molded body. Note that the thickness is preferably 1 μm or more. 1μ thick
When it is less than m, there is a possibility that cost is required for molding the film-shaped molded body.
【0041】次に,上記第一工程の詳細に付き説明す
る。上記膜状成形体の成形は,大気中等のどのような雰
囲気中で行っても良く,あるいは液体中でも行っても良
い。上記膜状成形体の平坦面における結晶核の架橋ネッ
トワークの発達が不完全な溶液またはゾル状物ではその
発達を促すために,水蒸気を含む雰囲気中あるいは水や
有機溶媒中に成形体を出す方法で上記膜状成形体を成形
することが好ましい。また,上記溶液またはゾル状物が
アルカリ土類,アルカリ,希土類元素を含有する場合に
は,二酸化炭素を含まない雰囲気,または二酸化炭素を
含まない水あるいは有機溶媒液体中において上記膜状成
形体を成形することが好ましい。これにより,BaやL
aのように安定な炭酸塩が存在する元素が炭酸塩を形成
するのを防止することができる。Next, the first step will be described in detail. The formation of the film-shaped molded body may be performed in any atmosphere such as the air, or may be performed in a liquid. In the case of a solution or sol in which the cross-linking network of crystal nuclei is incompletely developed on the flat surface of the film-like molded product, a method of forming the molded product in an atmosphere containing water vapor or in water or an organic solvent in order to promote the development. It is preferable to form the above-mentioned film-shaped molded body by using the above method. When the solution or sol contains an alkaline earth, alkali, or rare earth element, the film-like molded body is placed in an atmosphere containing no carbon dioxide, or in water or an organic solvent liquid containing no carbon dioxide. It is preferred to mold. As a result, Ba and L
An element in which a stable carbonate exists, such as a, can be prevented from forming a carbonate.
【0042】なお,膜状成形体の寸法は成形直後はスリ
ットの寸法とほぼ等しいが水分及び有機溶媒の蒸発によ
り寸法収縮を生じる。よって,本請求項1における膜状
成形体の寸法は,成形直後の膜状成形体のものとする。Although the dimensions of the film-like molded body are almost equal to the dimensions of the slit immediately after molding, the dimensions shrink due to evaporation of water and an organic solvent. Therefore, the dimensions of the film-shaped molded article in the present invention are those of the film-shaped molded article immediately after molding.
【0043】また,得られた膜状成形体の平坦面の平坦
度を高めるために,該平坦面に対し圧延処理を施すこと
もできる。これにより,配向度をさらに高めることがで
きる。Further, in order to increase the flatness of the flat surface of the obtained film-shaped molded product, the flat surface may be subjected to a rolling treatment. Thereby, the degree of orientation can be further increased.
【0044】次に,上記第二工程の詳細につき説明す
る。上記第二工程にかかる熱処理は,主として第一段階
及び第二段階の二つのプロセスに分けることができ,ま
ず一方の第一段階につき以下に説明する。上記第一段階
にかかる熱処理の温度は500℃以下とすることが好ま
しい。また,得ようとする結晶配向セラミックスが,ペ
ロブスカイト型構造,例えばチタン酸バリウムのよう
な,結晶化し難いペロブスカイト型構造を主相とするも
のである場合には,700℃以下であることが好まし
い。Next, the details of the second step will be described. The heat treatment in the second step can be mainly divided into two processes, a first stage and a second stage. One of the first stages will be described below. The temperature of the heat treatment in the first stage is preferably 500 ° C. or less. When the crystallographically-oriented ceramic to be obtained has a perovskite-type structure, such as barium titanate, which has a hardly crystallizable perovskite-type structure as a main phase, the temperature is preferably 700 ° C. or lower.
【0045】これにより,有機成分の熱分解と共に膜状
成形体の平坦面に優先的に結晶核を発生させることがで
きる。なお,急激な熱分解反応が生じやすく,膜状成形
体が破壊されやすいため,緩やかな昇温を行うことが好
ましい。また,発生する結晶核の密度を小さくするため
にも,上記第一段階における膜状成形体の昇温速度は毎
分10℃以下とするのが好ましい。また,上記第一段階
の加熱手段としては,電気炉,赤外線加熱炉等を用いる
ことができる。ただし,膜状成形体の平坦面に優先的に
結晶核を発生させるために,輻射,伝熱により膜状成形
体の外側から熱を加わえることができる手段が好まし
い。As a result, crystal nuclei can be preferentially generated on the flat surface of the film-shaped molded body together with the thermal decomposition of the organic component. Since a rapid thermal decomposition reaction easily occurs and the film-like molded body is easily broken, it is preferable to perform a gradual temperature increase. Further, in order to reduce the density of generated crystal nuclei, it is preferable that the rate of temperature rise of the film-shaped molded body in the first stage is 10 ° C. or less per minute. Further, as the heating means in the first stage, an electric furnace, an infrared heating furnace, or the like can be used. However, in order to preferentially generate crystal nuclei on the flat surface of the film-shaped molded body, a means capable of applying heat from the outside of the film-shaped molded body by radiation and heat transfer is preferable.
【0046】なお,上記第一段階の熱処理の温度は30
0℃以上とすることが好ましい。この温度未満である場
合には,結晶化が進行しないおそれがある。また,結晶
化の進行が遅くなるおそれがある。The temperature of the first heat treatment is 30.
The temperature is preferably set to 0 ° C. or higher. If the temperature is lower than this temperature, crystallization may not proceed. Further, the progress of crystallization may be slowed down.
【0047】また,得ようとする結晶配向セラミックス
が鉛(酸化鉛を含む)のような揮発性物質を含む場合に
は,上記揮発性物質を含む雰囲気中において熱処理を行
う等の手段により,この揮発性物質が膜状成形体より失
われないような工夫が必要である。また,上述の揮発性
物質を含有する膜状成形体の第二工程に関して,この揮
発性物質の揮発を防止するため,この揮発性物質を含む
前駆体溶液を上記膜状成形体の表面の平坦面に予め塗布
することが好ましい。When the crystallographically-oriented ceramic to be obtained contains a volatile substance such as lead (including lead oxide), heat treatment is performed in an atmosphere containing the volatile substance. It is necessary to take measures to prevent volatile substances from being lost from the film-shaped molded body. In addition, in the second step of the above-mentioned film-like molded article containing a volatile substance, in order to prevent the volatile substance from being volatilized, a precursor solution containing this volatile substance is applied to the surface of the above-mentioned film-shaped molded article by flattening. It is preferable to apply it to the surface in advance.
【0048】次に,上記第二段階につき説明する。上記
第二段階にかかる熱処理の温度は600℃〜1500℃
とすることが好ましい。これにより,粒成長と膜状成形
体の緻密化に必要な原子の拡散が生じやすくなる。熱処
理の温度が600℃未満である場合には,粒成長による
配向度の向上が阻害されるおそれがある。一方,150
0℃を越えた場合には,粒子の異常成長のため,表面の
凹凸が激しくなり,配向度が再び低下するおそれがあ
る。なお,上記第二段階における熱処理の温度は,金属
元素の種類,膜状成形体の厚みによって多少異なり,膜
状成形体の厚みが厚いほど,高温の熱処理が必要であ
る。Next, the second stage will be described. The temperature of the heat treatment according to the second step is 600 ° C to 1500 ° C.
It is preferable that As a result, diffusion of atoms necessary for grain growth and densification of the film-shaped molded body is likely to occur. If the temperature of the heat treatment is lower than 600 ° C., improvement in the degree of orientation due to grain growth may be hindered. On the other hand, 150
If the temperature exceeds 0 ° C., the irregularity of the surface becomes severe due to abnormal growth of the particles, and the degree of orientation may decrease again. Note that the temperature of the heat treatment in the second stage slightly varies depending on the type of the metal element and the thickness of the film-shaped molded body. The thicker the film-shaped molded body, the higher the heat treatment required.
【0049】また,例えば,得ようとする結晶配向セラ
ミックスが,ジルコン・チタン酸鉛のように揮発性物質
(この場合は鉛)を含む場合には,この揮発性物質を含
む雰囲気中において熱処理を行うことが好ましい。ま
た,揮発性物質が膜状成形体より失われ難くするため
に,上記熱処理の温度を600℃〜1350℃の範囲で
行うことが好ましい。また,第一段階と同様に上記揮発
性物質を含む雰囲気中において熱処理を行う等の手段に
より,この揮発性物質が膜状成形体より失われないよう
な工夫が必要である。また,得ようとする結晶配向セラ
ミックスが,特にチタン酸バリウムのような,結晶化し
難いものである場合には,上記熱処理は温度700℃〜
1500℃の範囲で行うことが好ましい。For example, when the crystallographically-oriented ceramic to be obtained contains a volatile substance (lead in this case) such as zircon / lead titanate, heat treatment is performed in an atmosphere containing this volatile substance. It is preferred to do so. Further, in order to make it difficult for volatile substances to be lost from the film-shaped molded body, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature in the range of 600 ° C to 1350 ° C. Also, as in the first step, it is necessary to devise a means such that the volatile substance is not lost from the film-shaped molded body by means such as heat treatment in an atmosphere containing the volatile substance. If the crystallographically-oriented ceramic to be obtained is difficult to crystallize, especially barium titanate, the heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C.
It is preferable to carry out in the range of 1500 ° C.
【0050】なお,上記製造方法により得られた結晶配
向セラミックスに対し,さらに外部場を加えることで,
該外部場に関連した各種特性を高めることができる。例
えば,強誘電体としての性能を有する結晶配向セラミッ
クスに対しては,電場を加えて極性の方向を揃える分極
処理を行うことにより,分極量を大きくすることができ
る。By adding an external field to the crystallographically-oriented ceramic obtained by the above manufacturing method,
Various characteristics related to the external field can be enhanced. For example, for a crystallographically-oriented ceramic having a performance as a ferroelectric substance, the polarization amount can be increased by performing a polarization process to make the direction of the polarity uniform by applying an electric field.
【0051】また,例えば,チタン酸鉛やチタン酸バリ
ウムのような正方晶ペロブスカイト型構造の結晶配向セ
ラミックスは,このような処理により,平坦面と平行に
{001}の結晶面が配向するため,擬立方晶としての
配向度のみでなく正方晶としての配向度が高まることと
なる。また,上記平坦面に対し平行に研磨を行い,この
面に電極を設けた場合には,この面において分極に由来
した特性が高まるため,電気機械結合係数,焦電係数が
更に大きく上昇するため好ましい。また,圧電g定数も
大きく上昇するため好ましい。For example, in a crystal oriented ceramic having a tetragonal perovskite structure such as lead titanate or barium titanate, the {001} crystal plane is oriented parallel to the flat surface by such a treatment. Not only the degree of orientation as a pseudo-cubic crystal but also the degree of orientation as a tetragonal crystal is increased. Also, when the flat surface is polished in parallel and an electrode is provided on this surface, the characteristics derived from polarization are increased on this surface, and the electromechanical coupling coefficient and the pyroelectric coefficient are further increased. preferable. Further, the piezoelectric g constant is also preferable because it greatly increases.
【0052】なお,本発明にかかる製造方法により,フ
ェライト系以外の酸化物多結晶配向セラミックスよりな
る結晶配向セラミックスでも,あるいはフェライト系の
結晶配向セラミックスでも作成することもできる。By the manufacturing method according to the present invention, it is also possible to produce a crystal-oriented ceramic composed of a polycrystalline oriented ceramic other than a ferrite-based oxide or a ferrite-based crystal-oriented ceramic.
【0053】次に,請求項2の発明のように,上記膜状
成形体を熱処理することにより得られた結晶配向セラミ
ックスを複数枚積層して積層体となし,該積層体に一軸
加圧を加えた状態で,熱処理を行うことが好ましい。Next, a plurality of crystallographically-oriented ceramics obtained by heat-treating the film-shaped molded body are laminated to form a laminate, and the laminate is subjected to uniaxial pressing. It is preferable to perform heat treatment in the added state.
【0054】本請求項においては,膜状成形体を熱処理
することにより得られた膜状またはテープ状の結晶配向
セラミックスを,その平坦面を対面させつつ複数枚積層
した積層体に対し,一軸加圧を加えた状態で熱処理を行
うものである。これにより,バルク状またはペレット状
の結晶配向セラミックスを容易に作成することができ
る。In the present invention, a film-shaped or tape-shaped crystallographically-oriented ceramic obtained by heat-treating a film-shaped molded body is uniaxially applied to a laminate obtained by laminating a plurality of such ceramics with their flat surfaces facing each other. The heat treatment is performed while applying pressure. Thereby, bulk-shaped or pellet-shaped crystallographically-oriented ceramics can be easily produced.
【0055】また,上記二軸加圧及び熱処理に当たって
は,通常のホットプレス炉を用いて,上述の第二工程に
おける第一段階と同程度の温度またはこれより高い温度
において一軸加圧及び熱処理を施すことが好ましい。即
ち,上記熱処理の温度は600〜1500℃の範囲とす
ることが好ましい。また,得ようとする結晶配向セラミ
ックスが,上述の請求項2に示すごとく,例えばチタン
酸バリウムのような,結晶化し難いペロブスカイト型構
造を主相とするものである場合には,700〜1500
℃であることが好ましい。In the biaxial pressing and heat treatment, the uniaxial pressing and heat treatment are carried out at a temperature similar to or higher than that of the first step in the above-mentioned second step using a usual hot press furnace. It is preferable to apply. That is, the temperature of the heat treatment is preferably in the range of 600 to 1500 ° C. Further, when the crystallographically-oriented ceramic to be obtained has a perovskite-type structure which is difficult to crystallize, such as barium titanate, as a main phase, 700 to 1500
C. is preferred.
【0056】これにより,積層された各結晶配向セラミ
ックス間に優れた密着性を得ることができる。また,上
記一軸加圧は上記結晶配向セラミックスを積層した面に
対し垂直な方向から徐々に加圧することが好ましい。こ
れにより,配向度を大きく低下させたり,亀裂を生じさ
せることなく厚みの大きい結晶配向セラミックスを得る
ことができる。As a result, excellent adhesion can be obtained between the stacked crystal oriented ceramics. In addition, it is preferable that the uniaxial pressing is performed gradually from a direction perpendicular to the plane on which the crystallographically-oriented ceramics are laminated. As a result, a crystallographically oriented ceramic having a large thickness can be obtained without significantly lowering the degree of orientation or causing cracks.
【0057】また,上記一軸加圧における圧力は,5k
g/cm2 〜500kg/cm2 であることが好まし
い。上記圧力が,5kg/cm2 よりも小さい場合に
は,層間が密着しにくく,一方,500kg/cm2 よ
りも大きい場合には,積層体は再び薄くなってしまうお
それがある。The pressure in the uniaxial pressing is 5 k
It is preferably from g / cm 2 to 500 kg / cm 2 . When the pressure is lower than 5 kg / cm 2 , the layers are hardly adhered to each other. On the other hand, when the pressure is higher than 500 kg / cm 2 , the laminate may be thinned again.
【0058】また,電極を内蔵したバルク状またはペレ
ット状の結晶配向セラミックスを得る場合には,以下に
示すような手順で作成することができる。まず,予め,
一枚または複数枚の結晶配向セラミックスの平坦面の片
面または両面に対し,電極ペーストを塗布する。In order to obtain bulk or pellet-shaped crystallographically-oriented ceramics with built-in electrodes, they can be prepared by the following procedure. First,
An electrode paste is applied to one or both flat surfaces of one or more crystal-oriented ceramics.
【0059】その後,この電極ペーストを塗布した結晶
配向セラミックスと通常の結晶配向セラミックスとを適
宜積層し積層体となし,上述したごとく,一軸加圧を加
えた状態で熱処理する。この手順によれば,結晶配向セ
ラミックスよりなる各種センサ素子類,各種デバイス類
等を容易に作成することができる。Thereafter, the crystal oriented ceramics coated with the electrode paste and the normal crystal oriented ceramics are appropriately laminated to form a laminate, and as described above, heat treatment is performed while uniaxial pressure is applied. According to this procedure, various sensor elements and various devices made of crystallographically-oriented ceramics can be easily produced.
【0060】また,積層する各結晶配向セラミックス間
に任意の粉末または任意の焼結体,グリーンシート等を
挿み積層体となし,上述したごとく,一軸加圧を加えた
状態で熱処理することもできる。これにより,結晶配向
セラミックスよりなる各種センサ素子類,各種デバイス
類等を容易に作成することができる。Further, an arbitrary powder or an arbitrary sintered body, a green sheet, or the like may be inserted between the crystallographically oriented ceramics to be laminated to form a laminated body, and as described above, heat treatment may be performed in a state where uniaxial pressure is applied. it can. Thus, various sensor elements, various devices, and the like made of crystallographically-oriented ceramics can be easily produced.
【0061】次に,請求項3の発明のように,上記膜状
成形体を複数枚積層し一軸加圧を加えて積層体となし,
該積層体に必要に応じて加熱を行い圧着した後,熱処理
を行うことが好ましい。本請求項においては,膜状成形
体をその表面における平坦面を対面させつつ複数毎積層
した積層体に対し,一軸加圧を加えた状態で,必要に応
じて加熱を行い圧着した後,熱処理を行うものである。
これにより,バルク状またはペレット状の結晶配向セラ
ミックスを容易に作成することができる。Next, as in the third aspect of the present invention, a plurality of the film-like molded bodies are laminated and uniaxially pressed to form a laminated body.
It is preferable to perform heat treatment after heating and pressing the laminate as needed. According to the present invention, the laminated body obtained by laminating a plurality of film-shaped molded bodies with their flat surfaces facing each other is heated and crimped, if necessary, in a state where uniaxial pressure is applied, followed by heat treatment. Is what you do.
Thereby, bulk-shaped or pellet-shaped crystallographically-oriented ceramics can be easily produced.
【0062】上記一軸加圧を加えた状態において行う加
熱は,300℃以下の温度範囲で行うことが好ましい。
これにより,膜状成形体が相互に密着しやすく,かつ膜
状成形体に含有される有機成分の本格的な熱分解を防止
することができる。なお,より好ましい温度範囲は,下
限が50℃,上限が150℃である。The heating performed in the state where the uniaxial pressure is applied is preferably performed in a temperature range of 300 ° C. or less.
This makes it easy for the film-shaped molded articles to adhere to each other, and also prevents full-scale thermal decomposition of the organic components contained in the film-shaped molded articles. In addition, a more preferable temperature range has a lower limit of 50 ° C. and an upper limit of 150 ° C.
【0063】また,上記一軸加圧における圧力は,10
g/cm2 〜1kg/cm2 であることが好ましい。上
記圧力が,10g/cm2 よりも小さい場合には,膜状
成形体が圧着されず,一方,1kg/cm2 よりも大き
い場合には,積層体の厚みが減少し,バルク状またはペ
レット状の結晶配向セラミックスを得ることができなく
なるおそれがある。なお,上記圧力のより望ましい下限
は20g/cm2 ,上限は100g/cm2 である。The pressure in the uniaxial pressurization is 10
It is preferably from g / cm 2 to 1 kg / cm 2 . When the above pressure is less than 10 g / cm 2 , the film-like molded product is not pressed, while when it is more than 1 kg / cm 2 , the thickness of the laminate decreases and the shape of the laminate becomes bulky or pellet-like. May not be able to be obtained. The lower limit of the above pressure is more preferably 20 g / cm 2 , and the upper limit is 100 g / cm 2 .
【0064】また,上記積層体の一軸加圧を加えた状態
での熱処理は,該積層体を金属板等の間に,テトラフル
オロエチレン等の高分子フィルムを介して挿んだ状態に
て行うことが好ましい。これにより,金属板との癒着を
防止することができる。また,上記金属板の積層体と対
面する表面は,平滑であることが好ましい。これによ
り,成形体の平滑な表面を保持し,配向度の高い一軸性
結晶配向セラミックスを得ることができる。この積層体
に対する熱処理は前述の第二工程における第一及び第二
段階の熱処理条件と同じである。The heat treatment in a state where uniaxial pressure is applied to the laminate is performed with the laminate inserted between metal plates or the like via a polymer film such as tetrafluoroethylene. Is preferred. Thereby, adhesion with a metal plate can be prevented. The surface of the metal plate facing the laminate is preferably smooth. Thereby, it is possible to obtain a uniaxially crystallographically-oriented ceramic having a high degree of orientation while maintaining a smooth surface of the molded body. The heat treatment for this laminate is the same as the heat treatment conditions in the first and second stages in the above-described second step.
【0065】次に,請求項4の発明のように,上記膜状
成形体は,粘度が100ポイズ以上に調整された溶液ま
たはゾル状物を押出成形型のスリットより押出すことに
より成形することが好ましい。これにより,容易に上記
膜状成形体を形成することができる。Next, as in the fourth aspect of the present invention, the film-shaped molded product is formed by extruding a solution or sol having a viscosity adjusted to 100 poise or more through a slit of an extrusion die. Is preferred. Thereby, the film-shaped molded body can be easily formed.
【0066】また,上記スリットは,その幅方向の平均
粗さが50μm以下であることが好ましい。上記平均粗
さが50μm以下となることにより,得られた結晶配向
セラミックスが上述するLotgering法による計
算で20%以上という配向度を得ることができる。な
お,上記平均粗さのより好ましい上限は10μm以下で
ある。The slit preferably has an average roughness in the width direction of 50 μm or less. When the average roughness is 50 μm or less, the obtained crystallographically-oriented ceramic can have an orientation degree of 20% or more as calculated by the Lotgering method described above. Note that a more preferable upper limit of the average roughness is 10 μm or less.
【0067】また,上記溶液またはゾル状物を押出成形
するに当たり,ピストン等の機械的手段,または空気圧
等によりこれらを上記スリットを通過させる。上記溶液
またはゾル状物の粘度は,上記スリットの通過が可能と
なる程度に高い必要があり,その場合の粘度は100ポ
イズ以上である。上記粘度が100ポイズ未満である場
合には,膜状成形体がその形を維持することができず,
流動による変形を起こすおそれがある。また,上記膜状
成形体の表面における平坦面に凹凸が生じるおそれがあ
る。なお,より好ましい粘度は500ポイズ以上であ
る。When the solution or sol is extruded, the solution or sol is passed through the slit by mechanical means such as a piston or by air pressure. The viscosity of the solution or sol must be high enough to allow passage through the slit, in which case the viscosity is 100 poise or more. If the above viscosity is less than 100 poise, the film-like molded product cannot maintain its shape,
There is a risk of deformation due to flow. In addition, there is a possibility that unevenness may occur on the flat surface of the surface of the film-shaped molded body. In addition, more preferable viscosity is 500 poise or more.
【0068】なお,上述の鉛のような揮発性物質を含む
材料よりなる溶液またはゾル状物を成形する場合には,
膜状成形体を上述の揮発性物質を含む溶液中に押出すこ
とが好ましい。これにより,膜状成形体の表面は揮発性
物質が過剰に存在でき,熱処理中に膜状成形体より上記
揮発性物質が失われることを防止することができる。な
お,上記溶液の溶媒としては,水,有機溶媒を用いるこ
とができる。When a solution or a sol made of a material containing a volatile substance such as lead is formed,
It is preferable to extrude the film-shaped molded body into a solution containing the above-mentioned volatile substance. Thus, the volatile substance can be present in excess on the surface of the film-shaped molded body, and the volatile substance can be prevented from being lost from the film-shaped molded body during the heat treatment. Note that water and an organic solvent can be used as the solvent of the above solution.
【0069】[0069]
実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる結晶配向セラミックスの製
造方法,その性能評価につき説明する。本例の結晶配向
セラミックスは,La,Mn添加チタン酸鉛よりなる特
定の結晶面が配向した結晶配向セラミックスである。そ
して,その配向度は前述のLotgering法による
計算で10%以上である。Embodiment 1 A method for producing a crystallographically-oriented ceramic according to an embodiment of the present invention and its performance evaluation will be described. The crystallographically-oriented ceramic of this example is a crystallographically-oriented ceramic made of La, Mn-added lead titanate and having a specific crystal plane oriented. The degree of orientation is 10% or more as calculated by the Lotgering method described above.
【0070】また,本例の結晶配向セラミックスの製造
方法は,Pb,Ti,La,Mnを含む粘凋なゾル状物
を用いて,幅2mm以上,厚さ500μm以下の膜状成
形体を成形する第一工程と,該膜状成形体を熱処理する
第二工程とよりなる。なお,上記膜状成形体は,粘度が
100ポイズ以上に調整されたゾル状物を押出成形型の
スリットより押出すことにより成形する。The method for producing a crystallographically-oriented ceramic according to the present embodiment comprises forming a film-shaped molded product having a width of 2 mm or more and a thickness of 500 μm or less using a viscous sol containing Pb, Ti, La and Mn. And a second step of heat-treating the film-shaped body. The film-shaped molded body is formed by extruding a sol having a viscosity adjusted to 100 poise or more through a slit of an extrusion mold.
【0071】次いで,上記製造方法につき詳細に説明
し,上記ゾル状物の粘度とこれにより得られた結晶配向
セラミックスの配向度との関係につき表1に示す試料A
1〜A5を用いて説明する。Next, the production method will be described in detail, and the relationship between the viscosity of the sol-like material and the degree of orientation of the crystallographically-oriented ceramic obtained thereby will be shown in Table 1 below.
This will be described using 1 to A5.
【0072】まず,上記製造方法における第一工程につ
き説明する。原料となる酢酸鉛,チタニウムイソプロポ
キシド,ランタンイソプロポキシド,酢酸マンガンを準
備した。これら原料を,Pb,Ti,La,Mnの原子
モル比が98:99:2:1となるように2−メトキシ
エタノールに溶解した。その後,この溶液に2分の1当
量の水を加え,120℃で加熱し,粘度を測定しながら
ゾル状物となし,それぞれ粘度が50,200,50
0,1000,1500ポイズとなった時のゾル状物を
サンプリングした。First, the first step in the above manufacturing method will be described. Raw materials of lead acetate, titanium isopropoxide, lanthanum isopropoxide and manganese acetate were prepared. These raw materials were dissolved in 2-methoxyethanol such that the atomic molar ratio of Pb, Ti, La, and Mn was 98: 99: 2: 1. Thereafter, a half equivalent of water was added to this solution and heated at 120 ° C. to form a sol while measuring the viscosity.
The sol was sampled at 0, 1000, and 1500 poise.
【0073】上記ゾル状物を大きさ5mm×200μm
のスリットより押出成形し,テープ状の膜状成形体を得
た。ただし,粘度1500ポイズのゾル状物は上述の大
きさのスリットよりの押出は困難であり,特に5mm×
1mmのスリットを用いて押出成形した。なお,これら
のスリットの幅方向の平均粗さは5μmであった。次い
で,上記膜状成形体を温度100℃において一昼夜乾燥
した。The above sol-like material is 5 mm × 200 μm in size.
Extrusion molding was carried out through the slits to obtain a tape-like film-shaped molded product. However, it is difficult to extrude a sol having a viscosity of 1500 poise through a slit having the above-mentioned size.
Extrusion was performed using a 1 mm slit. The average roughness in the width direction of these slits was 5 μm. Next, the film-shaped molded body was dried at a temperature of 100 ° C. for 24 hours.
【0074】次に,上記製造方法における第二工程につ
き説明する。なお,上記第二工程にかかる熱処理は第一
段階と第二段階とに分けて行った。まず,上記膜状成形
体を第一段階にかかる熱処理を施す。上記膜状成形体を
水蒸気を含む酸素気流中において,毎分5℃の昇温速度
にて450℃まで昇温し,その後450℃において1時
間保持した。Next, the second step in the above manufacturing method will be described. The heat treatment in the second step was performed in a first step and a second step. First, the film-shaped molded body is subjected to a heat treatment in the first stage. The film-shaped molded body was heated to 450 ° C. at a rate of 5 ° C./min in an oxygen gas stream containing water vapor, and then kept at 450 ° C. for 1 hour.
【0075】次に,第二段階にかかる熱処理を施す。上
記第一段階を終了した膜状成形体を酸素気流中におい
て,毎分10℃の昇温速度にて1200℃まで昇温し,
その後1200℃において30分保持した。なお,上記
第一段階及び第二段階を通して,上記膜状成形体の周囲
には酸化鉛とジルコン酸鉛との混合粉末を配置し,上記
膜状成形体からの鉛成分の飛散を防止した。Next, a second stage heat treatment is performed. The film-shaped molded body after the first step is heated to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in an oxygen stream,
Thereafter, the temperature was kept at 1200 ° C. for 30 minutes. Throughout the first and second steps, a mixed powder of lead oxide and lead zirconate was placed around the film-like molded body to prevent the lead component from scattering from the film-like molded body.
【0076】以上により,表1にかかる試料A1〜試料
A5の結晶配向セラミックスを得た。なお,上記粘度5
0ポイズのゾル状物より得られた結晶配向セラミック
ス,即ち試料A1は膜状成形体の乾燥の際に平坦面が湾
曲し,得られた結晶配向セラミックスの形状も断面が略
長方形とならず,楕円形に近い形状となった。その他の
試料は断面が略長方形のテープ状の結晶配向セラミック
スを得ることができた。As described above, the crystal oriented ceramics of Samples A1 to A5 shown in Table 1 were obtained. The above viscosity 5
The crystallographically-oriented ceramic obtained from the 0-poise sol, that is, the sample A1 has a flat surface curved when the film-shaped molded body is dried, and the obtained crystallographically-oriented ceramic does not have a substantially rectangular cross section. The shape became almost elliptical. For other samples, tape-shaped crystal-oriented ceramics having a substantially rectangular cross section could be obtained.
【0077】次に,以上に示すごとく得られた試料A1
〜試料A5の配向度を測定する。まず,上記試料のX線
回折を行いX線回折強度のパターンを得た。なお,この
X線回折強度のパターンより,上記試料はいずれも正方
晶のペロブスカイト型構造を主相とすることが分かっ
た。次に,上記X線回折強度のパターンより,試料A1
〜試料A5の{100}面の配向度を計算する。なお,
各結晶面の面方位は上記正方晶のベロブスカイト型構造
を擬立方晶と仮定することにより決定した。即ち,上記
試料A1〜試料A5は,いずれも正方晶であるが,この
正方晶の{100},{001}面を共に擬立方晶の
{100}面とみなした。Next, the sample A1 obtained as described above was used.
-Measure the degree of orientation of sample A5. First, the sample was subjected to X-ray diffraction to obtain a pattern of X-ray diffraction intensity. From the pattern of the X-ray diffraction intensity, it was found that all of the samples had a tetragonal perovskite structure as a main phase. Next, from the pattern of the X-ray diffraction intensity, the sample A1
Calculate the degree of orientation of the {100} plane of sample A5. In addition,
The plane orientation of each crystal plane was determined by assuming that the tetragonal bevelskite structure was pseudo-cubic. That is, although all of the samples A1 to A5 are tetragonal, the {100} and {001} planes of the tetragonal were both regarded as pseudo-cubic {100} planes.
【0078】前述の数1にかかる, Σ´I(HKL)/ΣI(hkl) をPとする。Pの値は上記試料A1〜試料A5のテープ
状の平坦面におけるX線回折強度のパターンより導出す
ることができる。次に,前述の数1にかかる Σ´I0 (HKL)/ΣI0 (hkl) をP0 とする。P0 の値は上記試料A1〜試料A5のそ
れぞれを粉砕し,得られた粉末のX線回折強度のパター
ンより導出することができる。これらから前述の数1に
かかる,Q=(P−P0 )/(1−P0 )に従って配向
度が計算できる。Let Σ′I (HKL) / ΣI (hkl) be P according to the above equation (1). The value of P can be derived from the pattern of the X-ray diffraction intensity on the tape-like flat surface of each of the samples A1 to A5. Next, Σ′I 0 (HKL) / ΣI 0 (hkl) according to the above equation 1 is defined as P 0 . The value of P 0 can be derived from the X-ray diffraction intensity pattern of the powder obtained by crushing each of the samples A1 to A5. From these, the degree of orientation can be calculated according to Q = (P−P 0 ) / (1−P 0 ) according to Equation 1 described above.
【0079】ただし,上述の導出において使用した回折
面(HKL)は,X線としてCu−Kαを用い,その回
折角度2θを20度〜50度の範囲にて変化させること
により測定された,試料A1〜試料A5を擬立方晶と仮
定した場合に{100},{110},{111}とな
る結晶面である。なお,これらの結晶面は,通常に上記
試料A1〜試料A5の構造を正方晶とみなした場合に
は,(100),(001),(110),(10
1),(111),(200),(002)となる各結
晶面である。これにより試料A1〜試料A5にかかる結
晶配向セラミックスの配向度を得ることができ,これを
表1に記した。However, the diffraction plane (HKL) used in the above derivation was measured by using Cu-Kα as X-rays and changing the diffraction angle 2θ in the range of 20 to 50 degrees. The crystal planes are {100}, {110}, and {111} when A1 to A5 are assumed to be pseudo-cubic. Incidentally, these crystal planes are usually (100), (001), (110), (10) when the structure of the samples A1 to A5 is regarded as tetragonal.
1), (111), (200), and (002). As a result, the degree of orientation of the crystallographically-oriented ceramics of Samples A1 to A5 can be obtained, and this is shown in Table 1.
【0080】同表によれば,試料A1〜試料A5は,そ
の配向度が10%以上であり,本発明にかかる結晶配向
セラミックスであることが分かった。また,その中でも
試料A2〜A4は,その配向度が20%以上と高いもの
であった。According to the table, it was found that Samples A1 to A5 had a degree of orientation of 10% or more and were crystal-oriented ceramics according to the present invention. Samples A2 to A4 had a high degree of orientation of 20% or more.
【0081】以上により,本例にかかる原料及び製造方
法において,配向度が20%以上あるテープ状の結晶配
向セラミックスを作成する場合には,ゾル状物の粘度が
100ポイズ以上である必要があることが分かった。As described above, in the raw material and the manufacturing method according to the present example, when producing a tape-shaped crystal-oriented ceramic having a degree of orientation of 20% or more, the viscosity of the sol-like material needs to be 100 poise or more. I understood that.
【0082】次に,膜状成形体の成形にかかるスリット
の状態と得られた結晶配向セラミックスの配向度との関
係につき,試料A6〜試料A8を用いて説明する。試料
A6は,上述の粘度500ポイズのゾル状物を大きさ1
mm×500μmのスリットを用いて幅1mmの膜状成
形体となし,該膜状成形体を上述と同様の方法により結
晶配向セラミックスとなしたものである。Next, the relationship between the state of the slit for forming the film-shaped molded body and the degree of orientation of the obtained crystallographically-oriented ceramic will be described with reference to Samples A6 to A8. For sample A6, the above-mentioned sol having a viscosity of 500 poise was sized 1
A film having a width of 1 mm was formed using a slit of mm × 500 μm, and the film was formed into a crystal-oriented ceramic by the same method as described above.
【0083】試料A7及び試料A8は,上述の粘度50
0ポイズのゾル状物を大きさ5mm×500μmのスリ
ットを用いて幅5mmの膜状成形体となし,該膜状成形
体を上述と同様の方法により結晶配向セラミックスとな
したものである。ただし,試料A8を得るために用いた
スリットには予め傷を付け,その幅方向の平均粗さを7
0μmとした。試料A6,試料A7を得るために用いた
スリットについては,幅方向の平均粗さは20μmであ
った。そして,試料A6〜試料A8について,上述と同
様の方法により配向度を測定した。The samples A7 and A8 had the above viscosity of 50.
A sol having a size of 0 poise was formed into a film-shaped molded product having a width of 5 mm using a slit having a size of 5 mm × 500 μm, and the film-shaped molded product was formed into a crystal-oriented ceramic by the same method as described above. However, the slit used to obtain the sample A8 was scratched in advance, and the average roughness in the width direction was 7 mm.
It was set to 0 μm. The average roughness in the width direction of the slit used for obtaining Samples A6 and A7 was 20 μm. Then, the orientation degree of each of Samples A6 to A8 was measured by the same method as described above.
【0084】以上によれば,試料A6は明確な平坦面を
示さず,配向度の測定ができなかった。試料A7の配向
度は20%,試料A8の配向度は13%であった。よっ
て,試料A6と試料A7とを比較することにより,配向
度が20%以上ある結晶セラミックスを作成するには,
膜状成形体の幅が2mm以上必要であることが分かっ
た。また,試料A7と試料A8とを比較することによ
り,配向度が20%以上ある結晶セラミックスを作成す
るには,スリットの幅方向の平均粗さが50μm程度以
下である必要のあることが分かった。According to the above, sample A6 did not show a clear flat surface, and the degree of orientation could not be measured. The degree of orientation of Sample A7 was 20%, and the degree of orientation of Sample A8 was 13%. Therefore, in order to prepare a crystalline ceramic having a degree of orientation of 20% or more by comparing Sample A6 with Sample A7,
It was found that the width of the film-shaped molded body was required to be 2 mm or more. Further, by comparing Sample A7 and Sample A8, it was found that, in order to produce a crystalline ceramic having a degree of orientation of 20% or more, the average roughness in the width direction of the slit needs to be about 50 μm or less. .
【0085】次に,本例にかかる配向度を有する結晶配
向セラミックスの電気機械結合係数及び分極量を,配向
度の低い結晶配向セラミックス及びこれと同成分で無配
向のセラミックスとの間にて比較した。まず,試料A9
及び試料A10はそれぞれ,上述の試料A1及び試料A
3にかかる結晶配向セラミックスを20枚積層して積層
体となし,該積層体に1200℃,15分のホットプレ
ス焼結による一軸加圧と熱処理とを施すことにより得ら
れた試料である。また,試料a1,試料a2はそれぞれ
上述の試料A1及び試料A3にかかる結晶配向セラミッ
クスを粉砕し,バルク状に成形し,上述と同条件にてホ
ットプレス焼結を施すことにより得られた試料である。Next, the electromechanical coupling coefficient and the amount of polarization of the crystallographically-oriented ceramic having the degree of orientation according to the present example were compared between the crystallographically-oriented ceramic having a low degree of orientation and the non-oriented ceramic having the same components. did. First, sample A9
And Sample A10 are the above-described Sample A1 and Sample A, respectively.
This is a sample obtained by laminating 20 crystal-oriented ceramics according to No. 3 to form a laminate, and subjecting the laminate to uniaxial pressing and heat treatment by hot press sintering at 1200 ° C. for 15 minutes. Samples a1 and a2 were obtained by crushing the crystallographically oriented ceramics of Samples A1 and A3, forming them into a bulk, and performing hot press sintering under the same conditions as above. is there.
【0086】上記試料A9,試料A10,試料a1,試
料a2に対し,その平坦面を研磨し,金を蒸着すること
により電極を取付ける。その後,100℃のシリコンオ
イルの中で電界を加えることにより分極処理を施した。
そして,共振反共振法により電気機械結合係数を測定
し,焦電電流検出法により残留分極量を測定し,この測
定結果を表2に記した。Electrodes are attached to the samples A9, A10, a1, and a2 by polishing the flat surfaces and depositing gold. Thereafter, polarization treatment was performed by applying an electric field in 100 ° C. silicon oil.
Then, the electromechanical coupling coefficient was measured by the resonance anti-resonance method, and the amount of remanent polarization was measured by the pyroelectric current detection method. The measurement results are shown in Table 2.
【0087】同表によれば,本発明にかかる配向度を有
する試料A9,A10の電気機械結合係数及び分極量
は,無配向(配向度が0)の試料a1,a2と比較して
高いことが分かった。また,試料A10の電気機械結合
係数及び分極量は,試料A9よりも更に高いことが分か
った。従って,これらの特性は配向度と正の相関がある
ことが分かった。According to the table, the electromechanical coupling coefficient and the polarization amount of the samples A9 and A10 having the degree of orientation according to the present invention are higher than those of the samples a1 and a2 having no orientation (degree of orientation 0). I understood. Further, it was found that the electromechanical coupling coefficient and the polarization amount of Sample A10 were higher than those of Sample A9. Therefore, it was found that these characteristics had a positive correlation with the degree of orientation.
【0088】以上により,本例にかかる原料及び製造方
法によれば,無配向のものより高い電気機械結合定数,
分極量を有するバルク状の結晶配向セラミックスを得る
ことができることが分かった。また,この製造方法は特
殊な技術等を用いていないため,容易かつ安価にバルク
状の結晶配向セラミックスを得ることができる。As described above, according to the raw material and the manufacturing method of this example, the electromechanical coupling constant is higher than that of the non-oriented one,
It was found that bulk crystallographically oriented ceramics having a polarization amount could be obtained. In addition, since this manufacturing method does not use a special technique or the like, a bulk crystallographically-oriented ceramic can be easily and inexpensively obtained.
【0089】[0089]
【表1】 [Table 1]
【0090】[0090]
【表2】 [Table 2]
【0091】実施形態例2 本例の一軸性結晶配向セラミックスは,PZT(ジルコ
ン・チタン酸鉛)よりなる特定の結晶面が配向した結晶
配向セラミックスである。そして,その配向度がLot
gering法による計算で10%以上である。この結
晶配向セラミックスの特性につき説明する。Embodiment 2 The uniaxially crystallographically-oriented ceramic of this example is a crystallographically-oriented ceramic made of PZT (zircon / lead titanate) having a specific crystal plane oriented. And the degree of orientation is Lot
It is 10% or more as calculated by the geling method. The characteristics of this crystallographically-oriented ceramic will be described.
【0092】次に,本例にかかる結晶配向セラミックス
の製造方法につき詳細に説明し,該結晶配向セラミック
スの製造の際の第二工程の第一段階の昇温速度と得られ
た結晶配向セラミックスの配向度との関係につき表3に
示す試料B1〜B3を用いて説明する。Next, the method for producing the crystallographically-oriented ceramic according to the present example will be described in detail, and the rate of temperature rise in the first stage of the second step in the production of the crystallographically-oriented ceramic and the obtained crystallographically-oriented ceramic will be described. The relationship with the degree of orientation will be described using samples B1 to B3 shown in Table 3.
【0093】まず,上記製造方法における第一工程につ
き説明する。原料となる酢酸鉛,チタニウムイソプロポ
キシド,ジルコニウムn−プロポキシドを準備した。こ
れら原料を,Pb,Zr,Tiの原子モル比が100:
52:48となるように2−メトキシエタノールに溶解
した。その後,この溶液にジエタノールアミンと加水分
解に要する1当量の水を加え,60℃で加熱し,粘度を
測定しながらゾル状物となし,粘度が500ポイズとな
った時のゾル状物をサンプリングした。First, the first step in the above manufacturing method will be described. Lead acetate, titanium isopropoxide and zirconium n-propoxide as raw materials were prepared. These raw materials were used when the atomic molar ratio of Pb, Zr, Ti was 100:
It was dissolved in 2-methoxyethanol to give a ratio of 52:48. Thereafter, diethanolamine and one equivalent of water required for hydrolysis were added to this solution, and the mixture was heated at 60 ° C. to form a sol while measuring the viscosity, and the sol when the viscosity reached 500 poise was sampled. .
【0094】上記ゾル状物を大きさ10mm×200μ
mのスリットより押出成形し,テープ状の膜状成形体を
得た。なお,スリットの幅方向の平均粗さは5μmであ
った。次いで,上記膜状成形体を温度100℃において
一昼夜乾燥した。The above sol-like material was sized 10 mm × 200 μm.
Extrusion molding was performed through a slit of m to obtain a tape-shaped film-like molded product. The average roughness in the width direction of the slit was 5 μm. Next, the film-shaped molded body was dried at a temperature of 100 ° C. for 24 hours.
【0095】次に,上記製造方法における第二工程につ
き説明する。なお,上記第二工程にかかる熱処理は第一
段階と第二段階とに分けて行った。まず,上記膜状成形
体を第一段階にかかる熱処理を施す。上記膜状成形体を
水蒸気を含む酸素気流中において,毎分2,5,20℃
の昇温速度にて450℃まで昇温し,その後450℃に
おいて1時間保持した。Next, the second step in the above manufacturing method will be described. The heat treatment in the second step was performed in a first step and a second step. First, the film-shaped molded body is subjected to a heat treatment in the first stage. The above-mentioned film-shaped molded body is heated at 2, 5, 20 ° C. per minute in an oxygen stream containing steam.
The temperature was raised to 450 ° C. at the temperature rising rate, and then maintained at 450 ° C. for 1 hour.
【0096】次に,第二段階にかかる熱処理を施す。上
記第一段階を終了した膜状成形体を酸素気流中におい
て,毎分10℃の昇温速度にて1200℃まで昇温し,
その後120℃において30分保持した。なお,上記第
一段階及び第二段階を通して,上記膜状成形体の周囲に
は酸化鉛とジルコン酸鉛との混合粉末を配置し,上記膜
状成形体からの鉛成分の飛散を防止した。以上により表
3にかかる試料B1〜B3を得た。また,実施形態例1
と同様にして,配向度を測定し,表3に記述した。Next, a heat treatment in the second stage is performed. The film-shaped molded body after the first step is heated to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min in an oxygen stream,
Thereafter, the temperature was maintained at 120 ° C. for 30 minutes. Throughout the first and second steps, a mixed powder of lead oxide and lead zirconate was placed around the film-like molded body to prevent the lead component from scattering from the film-like molded body. Thus, Samples B1 to B3 according to Table 3 were obtained. Further, Embodiment 1
The degree of orientation was measured in the same manner as described above and described in Table 3.
【0097】同表によれば,試料B1,B2の配向度が
これらより昇温速度の速かったB3の配向度よりも高い
ことが分かった。よって,配向度が20%以上である配
向セラミックスを得るためには,第二工程の第一段階に
かかる熱処理の昇温速度を毎分10℃以下とする必要が
あることが分かった。According to the table, it was found that the degree of orientation of Samples B1 and B2 was higher than the degree of orientation of B3, which had a higher heating rate than these. Therefore, it was found that in order to obtain oriented ceramics having an orientation degree of 20% or more, it is necessary to set the heating rate of the heat treatment in the first step of the second step to 10 ° C. or less per minute.
【0098】次に,本例にかかる結晶配向セラミックス
の電気機械結合係数及び分極量を,これと同成分で無配
向のセラミックスとの間にて比較した。まず,上述の試
料B1〜B3を製造するに当たって作製した膜状成形体
を20枚積層し,積層体となし,該積層体をテトラフル
オロエチレンフィルムに挿み,100g/cm2 で加圧
すると共に温度60℃,1分間にて熱処理を施した。そ
の後,酸素気流中にて,毎分10℃で1200℃まで昇
温し,その後1200℃にて2時間保持し,試料B4に
かかるバルク状の結晶配向セラミックスを得た。Next, the electromechanical coupling coefficient and the amount of polarization of the crystallographically-oriented ceramic according to this example were compared with those of a non-oriented ceramic having the same components. First, 20 film-like molded bodies produced for producing the above-mentioned samples B1 to B3 were laminated to form a laminate, and the laminate was inserted into a tetrafluoroethylene film, pressed at 100 g / cm 2 , and heated at a temperature of 100 g / cm 2. Heat treatment was performed at 60 ° C. for 1 minute. Thereafter, the temperature was raised to 1200 ° C. at 10 ° C./min in an oxygen gas flow, and then maintained at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a bulk crystallographically-oriented ceramic for sample B4.
【0099】また,試料B4と同成分で無配向のセラミ
ックスである試料b1を,酸化鉛,酸化チタン,酸化ジ
ルコニウムの粉末を,Pb:Ti:Zr=1:52:4
8の原子比となるよう混合し,温度1200℃,2時間
にて焼成し,焼結させることにより製造した。A sample b1, which is a non-oriented ceramic having the same components as the sample B4, was prepared by mixing powder of lead oxide, titanium oxide, and zirconium oxide with Pb: Ti: Zr = 1: 52: 4.
The mixture was mixed at an atomic ratio of 8, baked at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours, and sintered.
【0100】そして,上記試料B4及びb1の電気機械
結合定数を,実施形態例1と同様の方法で測定し,表4
に記述した。同表によれば,本例にかかる成分を有する
セラミックスにおいても,結晶が配向することにより,
電気機械結合係数が高まることが分かった。The electromechanical coupling constants of the samples B4 and b1 were measured in the same manner as in the first embodiment.
Described in. According to the table, even in the ceramics having the components according to this example, the crystals are oriented,
It has been found that the electromechanical coupling coefficient increases.
【0101】なお,本例にかかる結晶配向セラミックス
の上述とは異なる製造方法により得られた試料B5につ
き説明する。試料B5の製造方法の第一工程において,
まず,上述の試料B1〜B3と同様のゾル状物を準備し
た。上記ゾル状物を大きさ10mm×200μmのスリ
ットより押出成形し,テープ状の膜状成形体を得た。た
だし,上記押出成形に際しては,空気中ではなく,酢酸
鉛水溶液の中に対して膜状成形体を押出した。A sample B5 obtained by a method different from that described above for producing the crystallographically-oriented ceramic according to this example will be described. In the first step of the method for producing sample B5,
First, a sol-like material similar to the above-mentioned samples B1 to B3 was prepared. The sol was extruded through a slit having a size of 10 mm × 200 μm to obtain a tape-like film-like molded product. However, at the time of the extrusion molding, the film-shaped molded body was extruded not into the air but into an aqueous solution of lead acetate.
【0102】その後の第二工程における第一段階は,昇
温速度が毎分10℃であることを除いて,試料B1〜B
3と同様であった。また第二段階も,試料B1〜B3と
同様であった。以上により試料B5を得た。そして,上
記試料B5の配向度を実施形態例1と同様に測定したと
ころ,35%であることが分かった。[0102] The first stage in the subsequent second step was performed using samples B1 to B1 except that the heating rate was 10 ° C per minute.
Same as 3. The second stage was the same as the samples B1 to B3. Thus, Sample B5 was obtained. When the degree of orientation of the sample B5 was measured in the same manner as in Example 1, it was found to be 35%.
【0103】以上により,揮発しやすい鉛成分を含有す
る結晶配向セラミックスを作成する場合には,該鉛成分
を含有する溶液中において膜状成形体を成形することに
より,配向度が高まることが分かった。From the above, it can be seen that, when producing a crystallographically oriented ceramic containing a lead component which is easily volatilized, the degree of orientation is increased by forming the film-shaped molded body in a solution containing the lead component. Was.
【0104】[0104]
【表3】 [Table 3]
【0105】[0105]
【表4】 [Table 4]
【0106】実施形態例3 本例の結晶配向セラミックスは,チタン酸バリウムより
なる特定の結晶面が配向した結晶配向セラミックスであ
る。そして,その配向度がLotgering法による
計算で10%以上である。この結晶配向セラミックスの
製造方法につき詳細に説明し,該結晶配向セラミックス
の電気機械結合係数及び残留分極量を,これと同成分で
無配向のセラミックスとの間にて比較した。Embodiment 3 The crystallographically-oriented ceramic of this example is a crystallographically-oriented ceramic made of barium titanate with a specific crystal plane oriented. The degree of orientation is 10% or more as calculated by Lotgering method. The method for producing the crystallographically-oriented ceramic was described in detail, and the electromechanical coupling coefficient and the amount of remanent polarization of the crystallographically-oriented ceramic were compared with those of a non-oriented ceramic having the same components.
【0107】まず,上記製造方法における第一工程につ
き説明する。原料となるバリウムとチタンとのメトキシ
エトキシドを準備した。これら原料を,原子比がBa:
Ti=1:1となるように2−メトキシエタノールに溶
解した。なお,以上の操作は空気中の二酸化炭素を溶液
が吸収することを防止するために,グローブボックス中
において行った。その後,この溶液にジエタノールアミ
ンと加水分解に要する1当量の水を加え,120℃で加
熱し,粘度を測定しながらゾル状物となし,粘度が50
0ポイズとなった時のゾル状物をサンプリングした。First, the first step in the above manufacturing method will be described. A methoxy ethoxide of barium and titanium as raw materials was prepared. These raw materials are represented by an atomic ratio of Ba:
It was dissolved in 2-methoxyethanol so that Ti = 1: 1. The above operation was performed in a glove box in order to prevent the solution from absorbing carbon dioxide in the air. Thereafter, diethanolamine and one equivalent of water required for hydrolysis were added to this solution, and the mixture was heated at 120 ° C. to form a sol while measuring the viscosity.
The sol at the time of 0 poise was sampled.
【0108】上記ゾル状物を大きさ10mm×200μ
mのスリットより押出成形し,テープ状の膜状成形体を
得た。なお,スリットの幅方向の平均粗さは5μmであ
った。次いで,上記膜状成形体を温度100℃において
一昼夜乾燥した。The above sol was sized to 10 mm × 200 μm.
Extrusion molding was performed through a slit of m to obtain a tape-shaped film-like molded product. The average roughness in the width direction of the slit was 5 μm. Next, the film-shaped molded body was dried at a temperature of 100 ° C. for 24 hours.
【0109】次に,上記膜状成形体を20枚積層し,積
層体となし,該積層体をテトラフルオロエチレンフィル
ムに挿み,50g/cm2 で加圧すると共に温度80
℃,5分間にて熱処理を施した。その後,上記積層体を
水蒸気を含む酸素気流中にて,毎分5℃で650℃まで
昇温し,650℃にて1時間保持した。その後,酸素気
流中にて毎分10℃で1350℃まで昇温し,1350
℃にて2時間保持し,試料C1にかかるバルク状の結晶
配向セラミックスを得た。また,実施形態例1と同様に
配向度を測定し,表5に記述した。Next, 20 sheets of the above film-like molded body were laminated to form a laminate, and the laminate was inserted into a tetrafluoroethylene film, pressed at 50 g / cm 2 , and heated at a temperature of 80 g / cm 2.
Heat treatment was performed at 5 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the temperature of the laminated body was increased to 650 ° C. at 5 ° C./min in an oxygen gas stream containing water vapor, and maintained at 650 ° C. for 1 hour. Thereafter, the temperature was raised to 1350 ° C. at 10 ° C. per minute in an oxygen stream, and 1350 ° C.
C. for 2 hours to obtain a bulk crystallographically-oriented ceramic for sample C1. In addition, the degree of orientation was measured in the same manner as in Example 1 and described in Table 5.
【0110】また,試料C1と同成分で無配向のセラミ
ックスである試料c1を,チタン酸バリウムの粉末を温
度1350℃,2時間にて焼成し,焼結させることによ
り製造した。そして,上記試料C1及びc1の電気機械
結合定数を,実施形態例1と同様の方法で測定し,表5
に記述した。同表によれば,本例にかかる成分を有する
セラミックスにおいても,結晶が配向することにより,
電気機械結合係数が高まることが分かった。A sample c1, which is a non-oriented ceramic having the same components as the sample C1, was manufactured by sintering barium titanate powder at a temperature of 1350 ° C. for 2 hours and sintering. Then, the electromechanical coupling constants of the samples C1 and c1 were measured in the same manner as in the first embodiment.
Described in. According to the table, even in the ceramics having the components according to this example, the crystals are oriented,
It has been found that the electromechanical coupling coefficient increases.
【0111】[0111]
【表5】 [Table 5]
【0112】[0112]
【発明の効果】上記のごとく,本発明によれば,ある特
定の結晶方位に依存する各種の特性に優れ,厚膜の状態
にあるセラミックスを容易かつ安価に製造することがで
きる,結晶配向セラミックスの製造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 easily and inexpensively manufacture a ceramic in a thick film state, which is excellent in various characteristics depending on a specific crystal orientation, Can be provided.
Claims (4)
属元素を含む溶液,または該溶液から作成される粘凋な
ゾル状物を用いて,幅2mm以上,厚さ500μm以下
の膜状成形体を成形する第一工程と,該膜状成形体を熱
処理する第二工程とよりなることを特徴とする結晶配向
セラミックスの製造方法。1. A film-shaped molded product having a width of 2 mm or more and a thickness of 500 μm or less is prepared by using a solution containing a metal element constituting an oxide polycrystalline ceramic or a viscous sol-like material prepared from the solution. A method for producing a crystallographically-oriented ceramic, comprising: a first step of forming; and a second step of heat-treating the film-shaped formed body.
処理することにより得られた結晶配向セラミックスを複
数枚積層して積層体となし,該積層体に一軸加圧を加え
た状態で,熱処理を行うことを特徴とする結晶配向セラ
ミックスの製造方法。2. The laminate according to claim 1, wherein a plurality of crystallographically-oriented ceramics obtained by heat-treating the film-shaped molded body are laminated to form a laminate, and the laminate is subjected to uniaxial pressing. A method for producing a crystallographically-oriented ceramic, comprising performing a heat treatment.
数枚積層し一軸加圧を加えて積層体となし,該積層体に
熱処理を行うことを特徴とする結晶配向セラミックスの
製造方法。3. The method for producing a crystallographically-oriented ceramic according to claim 1, wherein a plurality of the film-shaped molded bodies are laminated, a uniaxial pressure is applied to form a laminated body, and the laminated body is subjected to a heat treatment.
上記膜状成形体は,粘度が100ポイズ以上に調整され
た溶液またはゾル状物を押出成形型のスリットより押出
すことにより成形することを特徴とする結晶配向セラミ
ックスの製造方法。4. The method according to claim 1, wherein:
A method for producing a crystallographically-oriented ceramic, characterized in that the film-shaped molded body is formed by extruding a solution or sol having a viscosity adjusted to 100 poise or more through a slit of an extrusion mold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8177459A JPH101367A (en) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | Manufacturing method of crystal oriented ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8177459A JPH101367A (en) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | Manufacturing method of crystal oriented ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH101367A true JPH101367A (en) | 1998-01-06 |
Family
ID=16031313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8177459A Pending JPH101367A (en) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | Manufacturing method of crystal oriented ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH101367A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012148494A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus and piezoelectric element |
| JP2012148495A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element |
-
1996
- 1996-06-17 JP JP8177459A patent/JPH101367A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012148494A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus and piezoelectric element |
| JP2012148495A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element |
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