JP6517012B2 - Method of manufacturing dielectric ceramic particles and dielectric ceramic - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体セラミックス粒子の製造方法および誘電体セラミックスに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing dielectric ceramic particles and dielectric ceramics.
スマートフォン、タブレット等の普及に伴い、これらに使用される電子部品の小型高性能化が進められており、積層コンデンサとして使用されるMLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor:積層セラミックコンデンサ)も当然のように、小型大容量化が求められている。 With the spread of smartphones, tablets, etc., miniaturization and high performance of electronic components used for these are being promoted, and as a matter of course, MLCC (Multi Layer Ceramic Capacitor) used as a multilayer capacitor is also natural. Small size and large capacity are required.
現在、MLCCの小型大容量化のために、誘電体層を薄膜化し、積層数の増加を図るのが主流である。そのためには、誘電体材料として使用しているチタン酸バリウム(BaTiO3:BT)等の誘電体セラミックスを微粒子化(小粒径化)することができる技術が求められている。 At present, in order to miniaturize and increase the capacity of MLCCs, it is the mainstream to thin the dielectric layer to increase the number of stacked layers. For this purpose, a technology capable of micronizing (reducing the particle diameter) of dielectric ceramics such as barium titanate (BaTiO 3 : BT) used as dielectric materials is required.
しかしながら、チタン酸バリウムは、粒径が小さくなるにつれて、比誘電率が小さくなることが知られており(サイズ効果)、チタン酸バリウムを使用している限り、今後のMLCCのさらなる小型大容量化には困難な状況が訪れつつある。したがって、チタン酸バリウム以上の比誘電率を発現する新しい材料の開発が行われている。 However, barium titanate is known to decrease in relative dielectric constant as the particle size decreases (size effect), and as long as barium titanate is used, further miniaturization and capacity increase of future MLCCs A difficult situation is coming to Therefore, development of a new material that exhibits a dielectric constant higher than that of barium titanate has been made.
そのような材料の一種として、互いに種類の異なる複合酸化物によってコア粒子およびシェル相がそれぞれ形成された、コア−シェル構造体の形態をとる誘電体セラミックス粒子が知られている。そして、このようなコア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子は、比誘電率だけでなく、DCバイアス特性等の他の物性に関する向上効果もまた発現することが期待される。 As one type of such materials, dielectric ceramic particles in the form of a core-shell structure are known, in which core particles and a shell phase are respectively formed by different types of complex oxides. The dielectric ceramic particles having such a core-shell structure are expected to exhibit not only the relative dielectric constant but also an improvement effect on other physical properties such as DC bias characteristics.
コア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子の一例として、チタン酸バリウムをコア粒子とし、当該コア粒子をチタン酸ストロンチウム(SrTiO3:ST)によって被覆してシェル相を形成することにより、BT/STの複合ナノ粒子(コア−シェル構造体)を作製する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 As an example of a dielectric ceramic particle having a core-shell structure, barium titanate is used as a core particle, and the core particle is covered with strontium titanate (SrTiO 3 : ST) to form a shell phase, thereby forming BT / ST. A technique for producing a composite nanoparticle (core-shell structure) of the above has been proposed (for example, Patent Document 1).
このようなコア−シェル構造体の製造方法について、特許文献1には、チタン酸バリウム粒子をコア粒子として、水酸化ストロンチウムおよびチタンジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Ti(iPrO)2(AcAc)2:TPA)をシェル相形成用の原料として用いた方法が開示されている。上記方法では、チタン酸バリウム粒子、水酸化ストロンチウムおよびTPAを用いてソルボサーマル合成処理を行うことにより、コア−シェル構造体を作製することができる。 Such core - a method for manufacturing a shell structure, Patent Document 1, the barium titanate particles as the core particles, strontium hydroxide and titanium diisopropoxy blunder acetylacetonate (Ti (i PrO) 2 ( AcAc) 2 discloses a method using TPA) as a raw material for shell phase formation. In the above method, the core-shell structure can be produced by performing a solvothermal synthesis process using barium titanate particles, strontium hydroxide and TPA.
特許文献1の技術によれば、チタン酸バリウム/チタン酸ストロンチウムの複合ナノ粒子を製造することができる。しかしながら、原料として用いるTPAは、キレート錯体であり、高価な化合物であるため、工業化の観点からは、より安価な原料を用いることができる技術が求められている。 According to the technique of Patent Document 1, barium titanate / strontium titanate composite nanoparticles can be manufactured. However, since TPA used as a raw material is a chelate complex and is an expensive compound, from the viewpoint of industrialization, a technique capable of using a cheaper raw material is required.
したがって、本発明の目的は、より安価な原料を用いて、コア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子を製造する方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記方法により得られた誘電体セラミックス粒子を含む誘電体セラミックスを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing dielectric ceramic particles having a core-shell structure using cheaper raw materials. Another object of the present invention is to provide a dielectric ceramic containing dielectric ceramic particles obtained by the above method.
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、コア粒子およびシェル相を有する誘電体セラミックス粒子の製造方法において、コア粒子とシェル相の原料化合物とを、特定の角速度以上で回転する機構を有する機械的回転体によって乾式混合することにより、安価な原料で上記誘電体セラミックス粒子の製造が可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, in the method for producing dielectric ceramic particles having core particles and shell phase, the core particles and the raw material compound for shell phase are dry mixed by a mechanical rotator having a mechanism rotating at a specific angular velocity or more. It has been found that it is possible to manufacture the above-mentioned dielectric ceramic particles using inexpensive raw materials, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。 That is, the above object of the present invention is achieved by the following constitution.
1.25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子と、前記コア粒子の表面上に形成され、前記第一の複合酸化物とは異なる第二の複合酸化物を主成分とするシェル相と、を有する誘電体セラミックス粒子の製造方法であって、
前記コア粒子と前記第二の複合酸化物の原料化合物とを乾式混合して前記第二の複合酸化物の原料化合物を前記コア粒子に被覆させて原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物に水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行う工程と、を含み、
前記乾式混合は、6×103rad/s以上の角速度で回転する機構を有する機械的回転体によって行われる、誘電体セラミックス粒子の製造方法;
2.前記乾式混合は、メカノフュージョン装置で行われる、上記1.に記載の誘電体セラミックス粒子の製造方法;
3.前記第二の複合酸化物の原料化合物は、酸化ジルコニウム、酸化チタンおよび酸化ニオブからなる群から選択される少なくとも一種を含む、上記1.または2.に記載の誘電体セラミックス粒子の製造方法;
4.前記第二の複合酸化物は、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、ニオブ酸カリウムまたは、ニオブ酸ナトリウムである、上記1.〜3.のいずれかに記載の誘電体セラミックス粒子の製造方法;
5.前記第一の複合酸化物は、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、ニオブ酸カリウムまたは、ニオブ酸ナトリウムである、上記1.〜4.のいずれかに記載の誘電体セラミックス粒子の製造方法;
6.上記1.〜5.のいずれかに記載の方法により製造される誘電体セラミックス粒子を含む、誘電体セラミックス。
A core particle mainly composed of a first complex oxide having a perovskite structure at 1.25 ° C., and a second complex oxide formed on the surface of the core particle and different from the first complex oxide A method of manufacturing dielectric ceramic particles having a shell phase mainly composed of
Dry-mixing the core particle and the material compound of the second composite oxide to coat the material particle of the second composite oxide on the core particle to obtain a material mixture;
Performing a hydrothermal synthesis process or a solvothermal synthesis process on the raw material mixture,
The method for producing dielectric ceramic particles, wherein the dry mixing is performed by a mechanical rotating body having a mechanism rotating at an angular velocity of 6 × 10 3 rad / s or higher;
2. The dry mixing is carried out by a mechanofusion apparatus. A method of producing dielectric ceramic particles described in
3. The raw material compound of the second composite oxide includes at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide and niobium oxide. Or 2. A method of producing dielectric ceramic particles described in
4. The second composite oxide is barium zirconate, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, potassium niobate or sodium niobate. ~ 3. A method of producing dielectric ceramic particles according to any one of the above;
5. The first composite oxide is barium titanate, barium zirconate, strontium titanate, calcium titanate, potassium niobate or sodium niobate. ~ 4. A method of producing dielectric ceramic particles according to any one of the above;
6. Above 1. To 5. A dielectric ceramic comprising dielectric ceramic particles produced by the method according to any one of the above.
本発明によれば、より安価な原料を用いて、コア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子を製造する方法が提供される。さらに、本発明によれば、上記方法により得られた誘電体セラミックス粒子を含む誘電体セラミックスが提供される。 According to the present invention, there is provided a method of producing dielectric ceramic particles having a core-shell structure using a cheaper raw material. Furthermore, according to the present invention, there is provided a dielectric ceramic containing dielectric ceramic particles obtained by the above method.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
本発明の第一の形態は、25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子と、前記コア粒子の表面上に形成され、前記第一の複合酸化物とは異なる第二の複合酸化物を主成分とするシェル相と、を有する誘電体セラミックス粒子の製造方法であって、
前記コア粒子と前記第二の複合酸化物の原料化合物とを乾式混合して前記第二の複合酸化物の原料化合物を前記コア粒子に被覆させて原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物に水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行う工程と、を含み、
前記乾式混合は、6×103rad/s以上の角速度で回転する機構を有する機械的回転体によって行われる、誘電体セラミックス粒子の製造方法である。
According to a first aspect of the present invention, a core particle mainly composed of a first complex oxide having a perovskite structure at 25 ° C., and a core particle formed on the surface of the core particle, What is claimed is: 1. A method of manufacturing dielectric ceramic particles having a shell phase mainly composed of different second composite oxides, comprising:
Dry-mixing the core particle and the material compound of the second composite oxide to coat the material particle of the second composite oxide on the core particle to obtain a material mixture;
Performing a hydrothermal synthesis process or a solvothermal synthesis process on the raw material mixture,
The dry mixing is a method of manufacturing dielectric ceramic particles, which is performed by a mechanical rotator having a mechanism that rotates at an angular velocity of 6 × 10 3 rad / s or more.
本発明者らは、特許文献1に開示されたようなコア−シェル構造体について検討する過程で、製造方法に着目し、より安価に製造することができる方法について検討を行った。その際、特開2013−129560号公報に開示された、主成分となるチタン酸バリウムと、副成分となる金属酸化物とを混合して焼成する方法に着目した。しかしながら、上記文献に開示された技術によって得られる焼結体は、固溶体となってしまい、目的とするコア−シェル構造体は得られなかった。 In the process of examining the core-shell structure as disclosed in Patent Document 1, the present inventors focused on the production method, and examined a method that can be manufactured at lower cost. At that time, attention was paid to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-129560, in which barium titanate as a main component and a metal oxide as a minor component are mixed and fired. However, the sintered body obtained by the technique disclosed in the above-mentioned document becomes a solid solution, and the target core-shell structure can not be obtained.
次に、本発明者らは、上記文献の材料を用いて、乳鉢および乳棒を用いた一般的な混合方法で混合した後、水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行うことについて検討したが、この方法を以ってしても、コア粒子に対するシェル相の被覆が不十分であり、目的とするコア−シェル構造体を得ることはできなかった。 Next, the present inventors examined using a material of the above-mentioned literature, performing mixing processing by a general mixing method using a mortar and a pestle, and then performing hydrothermal synthesis processing or solvothermal synthesis processing, Even with this method, the coating of the shell phase on the core particles was insufficient, and it was not possible to obtain the intended core-shell structure.
そこで本発明者らは、鋭意検討を重ね、驚くべきことに、特定の角速度で回転する機構を有する機械的回転体を用いてコア粒子とシェル相の原料化合物とを混合し、この混合物を用いて水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理をすることにより、目的とするコア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子が得られることを見出した。 Therefore, the present inventors repeatedly conducted intensive studies, and surprisingly, using a mechanical rotator having a mechanism rotating at a specific angular velocity, the core particles and the raw material compound of the shell phase were mixed, and this mixture was used. It has been found that, by carrying out hydrothermal synthesis treatment or solvothermal synthesis treatment, dielectric ceramic particles having a target core-shell structure can be obtained.
上記のように、本発明の誘電体セラミックス粒子の製造方法では、コア粒子とシェル相の原料化合物とを乾式混合する際、特定の角速度以上で回転する機構を有する機械的回転体によって行われる。このような機構を有する機械的回転体は、コア粒子およびシェル相の原料化合物に、剪断応力や遠心力等の大きな機械的エネルギーを加えることができる。そして、コア粒子およびシェル相の原料化合物にこの機械的なエネルギーが加わる際、摩擦や圧縮といった作用が加わり、これら原料の構造や結合状態が変化して活性化し、他の物質と相互作用しやすくなる(メカノケミカル的相互作用)。したがって、この相互作用により、コア粒子の表面にシェル相の原料化合物を略均一に付着させることができる。その結果、コア粒子表面がシェル相の原料化合物により十分に被覆される。このとき、シェル相の原料化合物としては、TPA等の高価なキレート錯体を用いる必要はなく、金属酸化物等の比較的安価な化合物を適用可能である。また、粉体の状態で処理できるため、ペレット成形等の工程も省略することができ、製造工程が簡素化され、さらにスケールアップしやすいという利点も有する。 As described above, in the method of producing dielectric ceramic particles according to the present invention, when dry-mixing the core particles and the raw material compound of the shell phase, the mechanical rotation body having a mechanism rotating at a specific angular velocity or more is used. A mechanical rotator having such a mechanism can apply large mechanical energy such as shear stress and centrifugal force to the core particle and the raw material compound of the shell phase. And when this mechanical energy is added to the core particle and shell phase raw material compounds, the action such as friction and compression is added, the structure and bonding state of these raw materials are changed and activated, and it is easy to interact with other substances (Mechanochemical interaction). Therefore, due to this interaction, the raw material compound of the shell phase can be attached substantially uniformly to the surface of the core particle. As a result, the core particle surface is sufficiently coated with the raw material compound of the shell phase. At this time, it is not necessary to use an expensive chelate complex such as TPA as a raw material compound for the shell phase, and a relatively inexpensive compound such as a metal oxide can be applied. In addition, since processing can be performed in the form of powder, steps such as pellet molding can be omitted, and the manufacturing process is simplified, and there is also an advantage that it is easy to scale up.
そして、このようにコア粒子上にシェル相の原料化合物が被覆した状態で水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行うことにより、上記のコア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子の製造が可能となる。なお、本発明は、上記メカニズムに何ら制限されるものではない。 And, by performing the hydrothermal synthesis process or the solvothermal synthesis process in a state where the core particle is coated with the raw material compound of the shell phase as described above, production of dielectric ceramic particles having the above-mentioned core-shell structure is possible. Become. The present invention is not limited to the above mechanism.
以下、本発明の誘電体セラミックス粒子の構成要素、および本発明を実施するための形態・態様について詳細に説明する。なお、以下の説明において示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(25℃)/相対湿度40〜50%の条件で測定する。 Hereinafter, components of the dielectric ceramic particles of the present invention, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, "-" shown in the following description uses the numerical value described before and after that in the meaning included as a lower limit and an upper limit. Moreover, unless otherwise indicated, measurement of operation, a physical property, etc. is measured on the conditions of room temperature (25 degreeC) / 40 to 50% relative humidity.
さらに、本明細書中、「粒径」は、電子顕微鏡により撮像し、無作為に、50個の粒子を抽出して該粒子径を測定し、これを平均したものである。また、粒子の形状が球形でない場合には、長径を測定して算出したものと定義する。 Furthermore, in the present specification, “particle size” is obtained by imaging with an electron microscope, randomly extracting 50 particles, measuring the particle size, and averaging the particle sizes. Moreover, when the shape of particle | grains is not spherical, it defines as what measured and calculated the major axis.
≪誘電体セラミックス粒子(誘電体セラミックス)の製造方法≫
本発明の誘電体セラミックス粒子の製造方法は、(1)コア粒子と、シェル相を形成するための原料化合物とを混合する工程(混合工程)および(2)水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行う工程(合成工程)に大別される。また、これら以外に、必要に応じて(3)洗浄・乾燥工程を行ってもよい。以下、各工程について詳細に説明する。
«Method of manufacturing dielectric ceramic particles (dielectric ceramic)»
The process for producing dielectric ceramic particles according to the present invention comprises (1) mixing core particles with a raw material compound for forming a shell phase (mixing process) and (2) hydrothermal synthesis or solvothermal synthesis Are roughly divided into the steps of carrying out (synthesis steps). Moreover, you may perform (3) washing | cleaning / drying process as needed other than these. Each step will be described in detail below.
(1)混合工程
本工程では、25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子と、上記第一の複合酸化物とは異なる第二の複合酸化物を主成分とするシェル相を形成するための原料化合物とを乾式混合し、当該原料化合物をコア粒子に被覆させ、原料混合物を得る。
(1) Mixing Step In this step, core particles mainly composed of a first composite oxide having a perovskite structure at 25 ° C. and second composite oxides different from the first composite oxide as a main component A raw material compound for forming a shell phase is dry mixed, and the raw material compound is coated on core particles to obtain a raw material mixture.
なお、本明細書中、「第一の複合酸化物を主成分とする」とは、コア粒子の全量に対して、第一の複合酸化物が90質量%以上含まれることを意味する。また、「第二の複合酸化物を主成分とする」とは、シェル相の全量に対して、第二の複合酸化物が90質量%以上含まれることを意味する。したがって製造上含まれてしまう不純成分がコア粒子中またはシェル相中に微量含まれていても良い。なお、コア粒子が第一の複合酸化物を90質量%以上含むこと、および、シェル相が第二の複合酸化物を90質量%以上含むことは、蛍光X線による分析により確認される。 In the present specification, "having the first composite oxide as a main component" means that the first composite oxide is contained in an amount of 90% by mass or more based on the total amount of core particles. Further, "having the second composite oxide as a main component" means that the second composite oxide is contained in an amount of 90% by mass or more based on the total amount of the shell phase. Therefore, a slight amount of impurities which may be contained in the production may be contained in the core particles or in the shell phase. In addition, that a core particle contains 90 mass% or more of 1st complex oxides, and a shell phase contains 90 mass% or more of 2nd complex oxides is confirmed by the analysis by a fluorescent X ray.
本工程において、コア粒子と、シェル相を形成するための第二の複合酸化物の原料化合物(本明細書中、単に「原料化合物」または「シェル相の原料化合物」とも称することがある)との混合は、特定の角速度以上で回転する機構を有する機械的回転体を用いて行われる。ここで、特定の角速度以上で回転する機構を有する機械的回転体を用いることにより、コア粒子およびシェル相の原料化合物(本明細書中、これらを単に「原料混合物」とも称することがある)に対して適当な剪断応力を与えることができる。その結果、上記メカノケミカル的相互作用により、コア粒子の表面に、上記原料化合物をほぼ均一に被覆させることができる。 In this step, a core particle and a raw material compound of a second composite oxide for forming a shell phase (which may be simply referred to herein as "raw material compound" or "raw material compound for shell phase") The mixing is performed using a mechanical rotator having a mechanism that rotates at a specific angular velocity or more. Here, by using a mechanical rotator having a mechanism that rotates at a specific angular velocity or more, it is possible to use as a raw material compound for core particles and shell phase (herein, these may be simply referred to as “raw material mixture”). Suitable shear stress can be given to it. As a result, the surface of the core particle can be almost uniformly coated with the above-mentioned raw material compound by the above-mentioned mechanochemical interaction.
本発明において、上記特定の角速度以上とは、6×103rad/s以上である。当該値以上の角速度で回転する機構を有する機械的回転体を用いることにより、コア粒子およびシェル相の原料化合物を均一に混合することができると共に、シェル相の原料化合物の偏在を抑制しつつ、コア粒子上にシェル相の原料化合物を被覆させることができる。したがって、構造的に欠陥の少ない誘電体セラミックス粒子を得ることができる。一方、上記値未満であると、コア粒子上にシェル相の原料化合物を十分に被覆することができず、コア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子を得ることが難しい。 In the present invention, the specific angular velocity or more is 6 × 10 3 rad / s or more. By using a mechanical rotator having a mechanism that rotates at an angular velocity equal to or greater than the value, it is possible to uniformly mix the core particle and shell phase raw material compounds while suppressing the uneven distribution of shell phase raw material compounds. The core particle can be coated with the raw material compound of the shell phase. Therefore, dielectric ceramic particles with few structural defects can be obtained. On the other hand, if it is less than the above value, the core particle can not be coated with the raw material compound of shell phase sufficiently, and it is difficult to obtain a dielectric ceramic particle having a core-shell structure.
なお、本工程において、「被覆」とは、コア粒子の表面全体がシェル相の原料化合物で被覆されていると好ましいが、表面の一部が露出していてもよい。詳細には、コア粒子表面の50面積%以上をシェル相の原料化合物が占めていれば、コア粒子がシェル相の原料化合物によって「被覆されている」ことを示す。なお、具体的な被覆率の測定方法は、実施例に記載の方法による。 In addition, in this process, although it is preferable that the whole surface of core particle is coat | covered with the raw material compound of a shell phase with "coating | cover", a part of surface may be exposed. In detail, if 50% or more of the surface area of the core particle is occupied by the shell phase starting compound, it indicates that the core particle is "covered" by the shell phase starting compound. In addition, the specific measuring method of a coverage is based on the method as described in an Example.
好ましい実施形態において、コア粒子の表面の50面積%以上がシェル相の原料化合物で被覆されていると好ましく、より好ましくは60面積%以上、さらに好ましくは70面積%以上、特に好ましくは80面積%以上、最も好ましくは90面積%以上がシェル相の原料化合物で被覆されていると好ましい。 In a preferred embodiment, it is preferable that 50 area% or more of the surface of the core particle is covered with the shell phase starting compound, more preferably 60 area% or more, still more preferably 70 area% or more, particularly preferably 80 area% The above, most preferably 90% by area or more is preferably covered with the shell phase starting compound.
このように、コア粒子表面をシェル相の原料化合物によって十分に被覆するという観点から、上記角速度は、6.2×103rad/s以上であると好ましく、1.0×104rad/s以上であるとより好ましく、1.5×104rad/s以上であると特に好ましい。 Thus, from the viewpoint of sufficiently covering the core particle surface with the raw material compound of the shell phase, the angular velocity is preferably 6.2 × 10 3 rad / s or more, and 1.0 × 10 4 rad / s. It is more preferable that it is the above, and it is especially preferable that it is 1.5 * 10 < 4 > rad / s or more.
一方、上記角速度の上限は特に制限されないが、機械的な限界値を考慮すると、3.2×104rad/s以下である。 On the other hand, the upper limit of the angular velocity is not particularly limited, but is 3.2 × 10 4 rad / s or less in consideration of mechanical limit values.
本工程では、コア粒子と、シェル相の原料化合物とを乾式混合する。このように乾式混合することで、上記のような機械的回転体を用いた際、原料混合物に対して剪断応力が十分に加わり、メカノケミカル的な相互作用により、シェル相の原料化合物の被覆を促進する。また、溶媒を添加・除去する必要がないため、工業的にも有利である。 In this step, the core particles and the raw material compound of the shell phase are dry mixed. By dry mixing in this way, when using a mechanical rotating body as described above, shear stress is sufficiently applied to the raw material mixture, and the coating of the shell phase raw material compound is performed by mechanochemical interaction. Facilitate. In addition, it is industrially advantageous because it is not necessary to add or remove the solvent.
本工程において、混合時間は特に制限されないが、1〜10分間であると好ましい。混合および被覆を十分に行うという観点から、混合時間は、2〜8分間であると好ましく、3〜6分間であるとより好ましい。 In the present step, the mixing time is not particularly limited, but preferably 1 to 10 minutes. From the viewpoint of sufficient mixing and coating, the mixing time is preferably 2 to 8 minutes, and more preferably 3 to 6 minutes.
上記条件に基づく混合を行うために用いられる機械的回転体(すなわち、混合装置)としては、例えば、ハイブリダイゼーション装置、メカノフュージョン装置、シータコンポーザおよびメカノミル等が挙げられるが、特に制限されない。 Examples of mechanical rotating bodies (that is, mixing devices) used to perform mixing based on the above conditions include, for example, a hybridization device, a mechanofusion device, a theta composer and a mechano mill, but are not particularly limited.
機械的回転体の具体例としては、ハイブリダイザーNHS−1(株式会社奈良機械製作所製)等のハイブリダイゼーション装置;メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン株式会社製)、ノビルタ(登録商標)(ホソカワミクロン株式会社製)等のメカノフュージョン装置;シータコンポーザ(徳寿工作所社製);メカノミル(岡田精工株式会社製);ヘンシェルミキサー(例えば、日本コークス工業株式会社製);マルチパーパスミキサー(例えば、日本コークス工業株式会社製);コンポジ(日本コークス工業株式会社製)等が挙げられる。 Specific examples of the mechanical rotator include hybridization devices such as Hybridizer NHS-1 (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.); mechanofusion system (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), Nobilta (registered trademark) (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) Etc .; Theta composer (made by Dekushou Seisakusho Co., Ltd.); Mechano mill (made by Okada Seiko Co., Ltd.); Henschel mixer (eg made by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.); Multipurpose mixer (eg A composite (manufactured by Japan Coke Industry Co., Ltd.) and the like.
上述したように、近年の傾向として、誘電体セラミックス粒子の微粒子化(小粒径化)が求められているため、コア粒子の粒径は小さいものであると好ましい。したがって、このような目的から、粒径が1μm以下であるコア粒子を被覆するためには、上記混合装置の中でも、メカノフュージョンシステムまたはノビルタ(登録商標)(共にホソカワミクロン株式会社)を用いると好適である。よって、本工程における乾式混合は、メカノフュージョンシステムまたはノビルタ(登録商標)等のメカノフュージョン装置によって行われると特に好ましい。 As described above, it is desirable that the diameter of the dielectric ceramic particles be reduced (the particle diameter be reduced) as a recent trend, and therefore the core particles preferably have a small particle diameter. Therefore, in order to coat core particles having a particle size of 1 μm or less for this purpose, it is preferable to use Mechanofusion system or Nobilta (registered trademark) (both Hosokawa Micron Corporation) among the above mixing devices. is there. Therefore, dry mixing in this step is particularly preferably performed by a mechanofusion system or a mechanofusion apparatus such as Nobilta (registered trademark).
ここで、メカノフュージョン装置について概説する。メカノフュージョン装置は、回転容器と、当該回転容器内で回転するインナーピース(プレスヘッド)を備えている。ここで、インナーピースの回転容器の内壁に近接する側の面は、回転容器の内壁と異なる曲率半径を有している。したがって、回転容器内に投入されたコア粒子およびシェル相の原料化合物(すなわち、原料混合物)は、遠心力によりその回転容器の内壁に押しつけられて固定された状態となり、上記曲率半径の異なるインナーピースとの間において剪断応力を受ける。その結果、コア粒子表面にシェル相の原料化合物が被覆される。 Here, the mechanofusion device is outlined. The mechanofusion device includes a rotating container and an inner piece (press head) that rotates in the rotating container. Here, the surface on the side close to the inner wall of the rotary container of the inner piece has a radius of curvature different from that of the inner wall of the rotary container. Therefore, the core particles and the raw material compound of the shell phase (that is, the raw material mixture) charged into the rotary vessel are pressed against and fixed to the inner wall of the rotary vessel by centrifugal force, and the inner piece having different curvature radius It receives shear stress between As a result, the core particle surface is coated with the raw material compound of the shell phase.
メカノフュージョン装置を用いることにより、粒径が100nm〜1μmであるコア粒子に対して、シェル相の原料化合物を十分に被覆させることができ、さらに、上記インナーピースと、回転容器の内壁との間隔を調節することにより、粒径のさらに小さいコア粒子に対しても、シェル相の原料化合物を被覆することが可能となる。具体的には、上記インナーピースと、回転容器の内壁との間隔は、0mmを超えて3mm以下であると好ましい。 By using the mechanofusion device, the core particle having a particle diameter of 100 nm to 1 μm can be sufficiently coated with the raw material compound of the shell phase, and the distance between the inner piece and the inner wall of the rotary vessel By adjusting the above, it is possible to coat the shell phase starting compound even on core particles having a smaller particle size. Specifically, the distance between the inner piece and the inner wall of the rotary container is preferably more than 0 mm and 3 mm or less.
本工程における雰囲気は特に制限されず、大気中、または窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うこともできる。また、混合時の温度も特に制限されないが、コア粒子およびシェル相の原料がコア−シェル構造体の作製に不適となるほどの改質を生じない温度で行うことが好ましい。したがって、5〜40℃程度で行うことが好ましい。 The atmosphere in this step is not particularly limited, and may be performed in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. Also, the temperature at the time of mixing is not particularly limited, but it is preferable to carry out at a temperature at which the core particles and the raw material of the shell phase do not undergo modification to an extent that is unsuitable for preparation of the core-shell structure. Therefore, it is preferable to carry out at about 5 to 40 ° C.
なお、コア粒子上にシェル相が偏析することを防ぐために、機械的回転体による混合の前に、コア粒子およびシェル相の原料化合物について、乳鉢と乳棒とを用いて予備混合を行ってもよい。 In addition, in order to prevent the shell phase from being separated on the core particle, the raw material compound of the core particle and the shell phase may be pre-mixed using a mortar and a pestle before mixing by the mechanical rotator. .
以下、本工程において用いられるコア粒子およびシェル相の原料化合物について説明する。 Hereafter, the raw material compound of the core particle and shell phase used in this process is demonstrated.
(コア粒子)
誘電体セラミックス粒子の原料としてのコア粒子は、25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物を主成分とする粒子であれば、特に制限されない。
(Core particle)
The core particle as a raw material of the dielectric ceramic particle is not particularly limited as long as it is a particle having a first composite oxide having a perovskite structure at 25 ° C. as a main component.
「第一の複合酸化物を主成分とする」の用語の定義は上述の通りであって、製造上含まれてしまう不純成分がコア粒子中に微量含まれていても良い。不純成分としては、第一の複合酸化物を構成する元素以外の元素、すなわち、カリウム、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム、ニオブ、鉄、鉛などの金属由来成分、ガラス成分および炭化水素系の有機成分、表面吸着水などが挙げられる。 The definition of the term “based on the first composite oxide” is as described above, and a slight amount of impurity components that may be contained in the production may be contained in the core particle. As the impure component, elements other than the elements constituting the first complex oxide, that is, components derived from metals such as potassium, sodium, aluminum, calcium, niobium, iron, lead, etc., glass components and organic components of hydrocarbon type, Surface adsorption water etc. are mentioned.
コア粒子は、コア粒子の全量に対して、第一の複合酸化物を93質量%以上含んでいると好ましく、95質量%以上含んでいるとより好ましく、98質量%以上含んでいると特に好ましい。一方、その上限は特に制限されないが、実質的には100質量%である。第一の複合酸化物の含有量が多いほど、シェル相を構成する第二の複合酸化物と相互作用しやすくなり、比誘電率やDCバイアス特性といった、各種物性値の向上に寄与するため、好ましい。 The core particles preferably contain 93% by mass or more of the first composite oxide, more preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 98% by mass or more based on the total amount of the core particles. . On the other hand, the upper limit thereof is not particularly limited, but is substantially 100% by mass. As the content of the first complex oxide increases, the interaction with the second complex oxide constituting the shell phase becomes easy, and contributes to the improvement of various physical property values such as the relative dielectric constant and the DC bias characteristic. preferable.
ここで、25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ジルコン酸バリウム(BaZrO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸カルシウム(CaTiO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)およびニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)等が挙げられる。上記第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子としては、市販品を用いてもよいし、適宜合成してもよい。 Here, as the first composite oxide having a perovskite structure at 25 ° C., barium titanate (BaTiO 3 ), barium zirconate (BaZrO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ) And potassium niobate (KNbO 3 ) and sodium niobate (NaNbO 3 ). As core particles containing the first composite oxide as a main component, a commercially available product may be used, and synthesis may be performed as appropriate.
中でも、高い比誘電率を有する誘電体セラミックス粒子を得るという観点からは、チタン酸バリウムを用いると好ましい。また、DCバイアス特性に優れる誘電体セラミックス粒子を得るという観点からは、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、またはニオブ酸カリウムを用いると好ましい。 Among them, barium titanate is preferably used from the viewpoint of obtaining dielectric ceramic particles having a high relative dielectric constant. From the viewpoint of obtaining dielectric ceramic particles excellent in DC bias characteristics, it is preferable to use barium titanate, barium zirconate, strontium titanate, calcium titanate or potassium niobate.
上記第一の複合酸化物を主成分とする粒子は、一種を単独で使用しても良く、二種以上を混合して使用しても良い。 The particles containing the first composite oxide as a main component may be used alone or in combination of two or more.
コア粒子の粒径(平均粒径)は、特に制限されず、コア粒子を構成する第一の複合酸化物の種類にも依存するが、近年の誘電体セラミックス粒子の小粒径化の傾向から、1μm以下であると好ましい。一方、サイズ効果(小粒径化に伴い、比誘電率の低下を伴うこと)や凝集を抑制するという観点から、コア粒子の粒径は、50nm以上であると好ましい。 The particle size (average particle size) of the core particle is not particularly limited, and depends on the type of the first composite oxide constituting the core particle, but from the tendency of the particle size reduction of dielectric ceramic particles in recent years And 1 μm or less. On the other hand, it is preferable that the particle diameter of the core particle is 50 nm or more from the viewpoint of suppressing the size effect (reduction of the relative dielectric constant accompanied by the reduction of the particle diameter) and the aggregation.
また、良好なコア−シェル構造を形成するという観点から、コア粒子の粒径は、500nm以下であると好ましい。さらに、サイズ効果の影響を抑制しつつ、誘電体セラミックス粒子の小粒径化を図るという実用的な観点から、コア粒子の粒径は、80〜450nmであるとより好ましく、100〜400nmであると特に好ましい。 Also, from the viewpoint of forming a good core-shell structure, the particle diameter of the core particle is preferably 500 nm or less. Furthermore, from the practical viewpoint of reducing the particle diameter of the dielectric ceramic particles while suppressing the influence of the size effect, the particle diameter of the core particles is more preferably 80 to 450 nm, and 100 to 400 nm. And particularly preferred.
(シェル相の原料化合物)
本工程において、シェル相の原料化合物は、第二の複合酸化物を主成分とするシェル相を形成するために、コア粒子と混合して用いられる。ここで、第二の複合酸化物は、上記第一の複合酸化物とは異なる組成を有し、第一の複合酸化物の物性を考慮して適宜選択される。
(Source compounds for shell phase)
In this step, the raw material compound of the shell phase is used in combination with the core particles to form a shell phase composed mainly of the second composite oxide. Here, the second composite oxide has a composition different from that of the first composite oxide, and is appropriately selected in consideration of the physical properties of the first composite oxide.
ここで、シェル相を構成する第二の複合酸化物は、第一の複合酸化物に対して組成が異なるものであれば特に制限されないが、第一の複合酸化物と同様、25℃でペロブスカイト構造を有するものであると好ましい。加えて、第二の複合酸化物は、第一の複合酸化物との相互作用により、第一の複合酸化物の物性(比誘電率、DCバイアス特性等)を向上させることができるものであるとより好ましい。具体的には、第一の複合酸化物および第二の複合酸化物は、同軸方向の格子定数が、互いに異なる組み合わせであると好ましい。このように、第一の複合酸化物および第二の複合酸化物において、同軸方向の格子定数が異なる組み合わせのものを用いることにより、コア粒子−シェル相界面において、コア粒子に含まれる第一の複合酸化物の単位格子を歪ませることができる。その結果、誘電率やDCバイアス特性を向上させることができる。 Here, the second composite oxide constituting the shell phase is not particularly limited as long as the composition is different from the first composite oxide, but similar to the first composite oxide, it is a perovskite at 25 ° C. It is preferable that it has a structure. In addition, the second composite oxide can improve the physical properties (specific dielectric constant, DC bias characteristics, etc.) of the first composite oxide by interaction with the first composite oxide. And more preferred. Specifically, it is preferable that the first complex oxide and the second complex oxide be a combination in which lattice constants in the coaxial direction are different from each other. Thus, by using a combination of lattice constants different in the coaxial direction in the first composite oxide and the second composite oxide, the first core particle contained in the core particle at the core particle-shell phase interface is obtained. The unit cell of the complex oxide can be distorted. As a result, the dielectric constant and the DC bias characteristics can be improved.
したがって、第二の複合酸化物は、上記条件を満たすものであると好ましく、第一の複合酸化物との関係を考慮して、ジルコン酸バリウム(BaZrO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸カルシウム(CaTiO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、およびニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)から選択されると好ましい。 Therefore, it is preferable that the second composite oxide satisfies the above conditions, and barium zirconate (BaZrO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and the like in consideration of the relationship with the first composite oxide. It is preferable to select from strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), and sodium niobate (NaNbO 3 ).
上記第二の複合酸化物によって構成されるシェル相を形成するため、シェル相の原料化合物は、上記第二の複合酸化物に含まれる元素を含む化合物であると好ましい。ここで、「第二の複合酸化物に含まれる元素」とは、第二の複合酸化物である、ペロブスカイト構造(ABO3型)を有する複合酸化物に含まれる元素、すなわち、AサイトおよびBサイトのいずれかを占める元素を指す(本明細書中、第二の複合酸化物のBサイトを占める元素を含む原料化合物を「第一の原料化合物」と、同じくAサイトを占める元素を含む原料化合物を「第二の原料化合物」と称することがある。なお、Aサイトを占める元素およびBサイトを占める元素の両方を含む原料化合物は、「第一の原料化合物」に含むものとする)。 In order to form a shell phase constituted by the second complex oxide, the raw material compound of the shell phase is preferably a compound containing an element contained in the second complex oxide. Here, the “element contained in the second complex oxide” is an element contained in the complex oxide having the perovskite structure (ABO 3 type), which is the second complex oxide, that is, A site and B In this specification, a raw material compound containing an element occupying the B site of the second composite oxide is referred to as a “first raw material compound” and a raw material containing an element occupying the A site The compound may be referred to as a “second raw material compound.” A raw material compound containing both an element occupying the A site and an element occupying the B site is included in the “first raw material compound”.
本工程において添加されるシェル相の原料化合物としては、第二の複合酸化物に含まれる元素の酸化物または炭酸塩であるとより好ましい。かような化合物をシェル相の原料化合物として用いることにより、例えば、特許文献1に開示されたTPAのような、高価なキレート錯体を用いることなく、比較的安価な方法によってコア−シェル構造体を得ることができる。 It is more preferable that it is an oxide or carbonate of the element contained in 2nd complex oxide as a raw material compound of the shell phase added at this process. By using such a compound as a raw material compound for the shell phase, the core-shell structure can be obtained by a relatively inexpensive method without using an expensive chelate complex such as TPA disclosed in Patent Document 1, for example. You can get it.
なお、本工程では、上記第一の原料化合物および第二の原料化合物の両方を添加する必要はない。したがって、本工程では、第一の原料化合物および第二の原料化合物のいずれか一方を添加すればよい。すなわち、本工程では、コア粒子とシェル相の原料化合物の少なくとも一種とを混合すればよい。 In this step, it is not necessary to add both of the first raw material compound and the second raw material compound. Therefore, in this step, any one of the first raw material compound and the second raw material compound may be added. That is, in this step, the core particles and at least one of the raw material compounds of the shell phase may be mixed.
ここで、本工程において添加されるシェル相の原料化合物は、第一の原料化合物であると好ましい。さらに、第一の原料化合物の中でも、第二の複合酸化物のペロブスカイト構造(ABO3型)において、Bサイトを占める元素(金属)の酸化物または炭酸塩であるとより好ましい。このとき、Aサイトを占める元素を含む原料化合物(第二の原料化合物)は、以下で詳説する(2)合成工程において添加されると好ましい。なお、第二の原料化合物に関する説明は、以下の(2)合成工程の節で詳説する。 Here, the raw material compound of the shell phase added in this step is preferably the first raw material compound. Furthermore, among the first raw material compounds, oxides or carbonates of elements (metals) occupying the B site in the perovskite structure (ABO 3 type) of the second complex oxide are more preferable. At this time, it is preferable that the raw material compound (second raw material compound) containing an element occupying the A site be added in (2) synthesis step described in detail below. In addition, the description regarding a 2nd raw material compound is explained in full detail in the section of the following (2) synthetic | combination process.
上記第二の複合酸化物に含まれる元素を考慮すると、本工程で添加される第一の原料化合物は、ジルコニウム、チタンおよびニオブからなる群から選択されるいずれか一種の金属の酸化物または炭酸塩であると好ましい。これらの原料化合物は比較的安価であるため、工業的に有利である。加えて、上記原料化合物に由来する第二の複合酸化物は、コア粒子を構成する第一の複合酸化物との相互作用により、比誘電率やDCバイアス特性等の各種物性を向上させやすいという利点もある。 Considering the elements contained in the second composite oxide, the first raw material compound added in this step is an oxide or carbonate of any one metal selected from the group consisting of zirconium, titanium and niobium Preferably it is a salt. These starting compounds are industrially advantageous because they are relatively inexpensive. In addition, it is said that the second complex oxide derived from the above-mentioned raw material compound can easily improve various physical properties such as relative dielectric constant and DC bias characteristics by the interaction with the first complex oxide constituting the core particle. There is also an advantage.
なお、炭酸塩を用いる場合は、(2)合成工程において、シェル相を形成する反応を促進するため、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ源(OH−源)となりうるものをさらに添加すると好ましい。 When a carbonate is used, (2) in the synthesis step, in order to accelerate the reaction to form a shell phase, an alkali source (OH - source) such as sodium hydroxide or potassium hydroxide may be further added. preferable.
上記第一の原料化合物の中でも、乾式混合を行う際の原料化合物の取り扱いの容易性や、後処理工程の簡便さを考慮すると、本工程で添加されるシェル相の原料化合物は、金属の酸化物であると好ましい。 Among the first raw material compounds, in consideration of the ease of handling of the raw material compound in dry mixing and the simplicity of the post-treatment step, the raw material compound of the shell phase added in this step is a metal oxide It is preferable that it is a thing.
したがって、シェル相の原料化合物(第一の原料化合物)は、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)および酸化ニオブ(Nb2O5)からなる群から選択される少なくとも一種を含むと好ましい。なお、上記第一の原料化合物は、シェル相を構成する第二の複合酸化物の組成によっては、一種を単独で使用しても良く、二種以上を混合して使用しても良い。 Therefore, if the raw material compound for the shell phase (first raw material compound) contains at least one selected from the group consisting of zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) preferable. The first raw material compound may be used singly or in combination of two or more depending on the composition of the second composite oxide constituting the shell phase.
本工程において添加されるシェル相の原料化合物(第一の原料化合物)の量は特に制限されず、目的とする誘電体セラミックス粒子中のコア粒子およびシェル相の含有比率によって適宜変更されうる。 The amount of the raw material compound for the shell phase (first raw material compound) to be added in this step is not particularly limited, and may be appropriately changed depending on the content ratio of the core particles and shell phase in the target dielectric ceramic particles.
ここで、シェル相を構成する第二の複合酸化物の含有量比率(モル比)は、第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子表面上をシェル相が被覆することができる限りにおいて、特に制限はないが、以下で詳説するように、シェル相を構成する第二の複合酸化物が、コア粒子を構成する第一の複合酸化物に対して、等モル量であるか、または少ないモル比で含有されていると好ましい。したがって、本工程において添加されるシェル相の原料化合物(好ましくは、第一の原料化合物)と、コア粒子に含まれる第一の複合酸化物とのモル比は0.1〜1:1(シェル相の原料化合物:第一の複合化合物)の割合であると好ましく、0.25〜0.5:1の割合であるとより好ましい。なお、シェル相の原料化合物を二種類以上用いる場合は、すべての原料化合物に含まれるBサイト元素(第二の複合酸化物のBサイトを占める元素)の和が、第一の複合酸化物に対して上記範囲内であると好ましい。 Here, the content ratio (molar ratio) of the second composite oxide constituting the shell phase is as long as the shell phase can coat the surface of the core particle containing the first composite oxide as a main component. There is no particular limitation, but as described in detail below, the second composite oxide constituting the shell phase is equimolar to the first composite oxide constituting the core particle, or It is preferable to be contained in a small molar ratio. Therefore, the molar ratio of the raw material compound of the shell phase (preferably, the first raw material compound) added in this step to the first composite oxide contained in the core particle is 0.1 to 1: 1 (shell The ratio of the raw material compound of the phase: the first composite compound) is preferable, and the ratio of 0.25 to 0.5: 1 is more preferable. In addition, when using 2 or more types of raw material compounds of a shell phase, the sum of B site element (element which occupies B site of 2nd complex oxide) contained in all the raw material compounds becomes 1st complex oxide. On the other hand, it is preferable to be within the above range.
一方、シェル相の原料化合物の形状は、特に制限されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状など任意の構造をとりうる。なかでも、原料化合物の入手容易性やコア粒子を被覆しやすいという観点からは、球状または不定形状であると好ましい。シェル相の原料化合物が球状であるとき、その粒径は、特に制限されないが、コア粒子の粒径よりも小さいものが好ましい。より具体的には、球状であるシェル相の原料化合物の粒径は、コア粒子の粒径に対し、1.0〜40%であると好ましい。 On the other hand, the shape of the raw material compound for the shell phase is not particularly limited, and any structure such as powdery, spherical, rod-like, needle-like, plate-like, columnar, indeterminate, scaly and spindle-like can be adopted. Among them, the spherical or irregular shape is preferable from the viewpoint of the availability of the raw material compound and the ease of coating the core particles. When the raw material compound of the shell phase is spherical, the particle size thereof is not particularly limited, but preferably smaller than the particle size of the core particle. More specifically, the particle diameter of the spherical shell phase starting compound is preferably 1.0 to 40% of the particle diameter of the core particles.
(2)合成工程
本工程では、上記の工程において得られた原料混合物に対して水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を施すことにより、コア粒子の表面上にシェル相を形成する。
(2) Synthesis Step In this step, a shell phase is formed on the surface of the core particle by subjecting the raw material mixture obtained in the above step to a hydrothermal synthesis treatment or a solvothermal synthesis treatment.
水熱合成処理およびソルボサーマル合成処理とは、中〜高程度の圧力(通常、0.10〜1,000MPa)と中〜高程度の温度(通常100℃〜1000℃)の下で行われる反応を用いた処理であり、使用する溶媒によってそれぞれ区別される。「水熱合成処理」とは、水(純水、イオン交換水、超純水等)のみを溶媒として使用する場合であり、その他の有機溶媒を溶媒として含まない形態である。一方、「ソルボサーマル合成処理」とは、有機溶媒を使用する形態であるが、有機溶媒を含んでいれば、水を含む形態であっても「ソルボサーマル合成処理」と称する。 Hydrothermal synthesis treatment and solvothermal synthesis treatment are reactions performed under moderate to high pressure (usually 0.10 to 1,000 MPa) and moderate to high temperature (usually 100 ° C. to 1000 ° C.) The treatment is carried out using a solvent, which is differentiated according to the solvent used. The "hydrothermal synthesis process" is a case where only water (pure water, ion-exchanged water, ultrapure water, etc.) is used as a solvent, and other organic solvents are not contained as a solvent. On the other hand, "solvothermal synthesis treatment" is a form using an organic solvent, but if it contains an organic solvent, it is called "solvothermal synthesis treatment" even if it contains water.
本工程において、上記(1)混合工程において調製された原料混合物に対し、シェル相を形成するための原料化合物をさらに添加してもよい。上記(1)混合工程において、シェル相の原料化合物として、第一の原料化合物(第二の複合酸化物のBサイトを占める元素を含む原料化合物)のみを添加する形態を好ましい形態として説明したが、この場合において、第二の原料化合物(第二の複合酸化物のAサイトを占める元素を含む原料化合物)を本工程において添加すると好ましい。 In this step, a raw material compound for forming a shell phase may be further added to the raw material mixture prepared in the above (1) mixing step. In the (1) mixing step described above, a mode in which only the first raw material compound (the raw material compound containing the element occupying the B site of the second composite oxide) is added as the shell phase raw material compound is described as a preferable form In this case, it is preferable to add a second raw material compound (a raw material compound containing an element occupying the A site of the second composite oxide) in this step.
第二の原料化合物としては、シェル相を構成する第二の複合酸化物の組成に依存するが、第二の複合酸化物のペロブスカイト構造(ABO3型)において、Aサイトを占める元素の水酸化物、炭酸塩、酢酸塩またはアルコキシド化合物であると好ましい。 The second raw material compound depends on the composition of the second composite oxide constituting the shell phase, but in the perovskite structure (ABO 3 type) of the second composite oxide, hydroxylation of the element occupying the A site Substances, carbonates, acetates or alkoxide compounds are preferred.
上記第二の原料化合物を添加することにより、シェル相を形成するために必要な元素をさらに添加し、補うことができる。 By adding the second raw material compound, elements necessary for forming the shell phase can be further added and supplemented.
上記(1)混合工程の節において説明した第二の複合酸化物に含まれる元素を考慮すると、第二の原料化合物は、バリウム、カリウム、ナトリウム、ストロンチウム、カルシウムからなる群から選択されるいずれか一種の元素の水酸化物、炭酸塩、酢酸塩またはアルコキシド化合物であると好ましい。これらの原料化合物は比較的安価であるため、工業的に有利である。加えて、上記第一の原料化合物および上記第二の原料化合物に由来する第二の複合酸化物は、コア粒子を構成する第一の複合酸化物との相互作用により、比誘電率やDCバイアス特性等の各種物性を向上させやすいという利点もある。 Considering the elements contained in the second composite oxide described in the section (1) of the mixing step, the second raw material compound is any one selected from the group consisting of barium, potassium, sodium, strontium and calcium Preference is given to the hydroxides, carbonates, acetates or alkoxides of one element. These starting compounds are industrially advantageous because they are relatively inexpensive. In addition, the second composite oxide derived from the first raw material compound and the second raw material compound has a relative dielectric constant or a DC bias due to an interaction with the first complex oxide constituting the core particle. There is also an advantage that it is easy to improve various physical properties such as properties.
なお、炭酸塩を用いる場合は、シェル相を形成する反応を促進するため、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ源(OH−源)となりうるものをさらに添加すると好ましい。 In the case of using a carbonate, in order to promote the reaction to form the shell phase, sodium hydroxide, an alkali source such as potassium hydroxide - further adding what can be a (OH source) preferred.
上記第二の原料化合物の中でも、原料化合物の取り扱いの容易性や、原料化合物が比較的安価であるという観点から、第二の原料化合物としては、上記元素の水酸化物または炭酸塩であると好ましく、水酸化物であると特に好ましい。 Among the second starting compound, the second starting compound is a hydroxide or a carbonate of the above element from the viewpoint of ease of handling of the starting compound and that the starting compound is relatively inexpensive. Preferably, the hydroxide is particularly preferred.
したがって、シェル相の原料化合物(第二の原料化合物)は、水酸化バリウム八水和物(Ba(OH)2・8H2O)等の水酸化バリウム、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)からなる群から選択されると好ましい。なお、上記第二の原料化合物は、シェル相を構成する第二の複合酸化物の組成によっては、一種を単独で使用しても良く、二種以上を混合して使用しても良い。 Therefore, the raw material compound for the shell phase (second raw material compound) is barium hydroxide such as barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2 .8H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide It is preferable to be selected from the group consisting of (KOH), strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ). The above-mentioned second raw material compounds may be used singly or in combination of two or more depending on the composition of the second composite oxide constituting the shell phase.
第二の原料化合物の添加量は特に制限されず、目的とする誘電体セラミックス粒子中のシェル相の組成によって適宜変更されうる。一例として、第一の原料化合物と、第二の原料化合物とのモル比は1:1.0〜2.0(第一の原料化合物:第二の原料化合物)の割合であると好ましい。かような比率とすることにより、第一の原料化合物が残存することなく目的の第二の複合酸化物に変換され、また、不純物となりうる未反応物の生成を抑制することができる。 The addition amount of the second raw material compound is not particularly limited, and may be appropriately changed depending on the composition of the shell phase in the target dielectric ceramic particles. As an example, it is preferable that the molar ratio of the first raw material compound to the second raw material compound is a ratio of 1: 1.0-0. 0 (first raw material compound: second raw material compound). By setting the ratio as such, it is possible to convert into the target second complex oxide without remaining the first raw material compound, and to suppress the formation of an unreacted material which can be an impurity.
本工程において用いる溶媒としては、シェル相を構成する材料に応じて、水(純水、イオン交換水、超純水等)、有機溶媒を適宜選択することができる。すなわち、本工程では、シェル相を構成する材料に応じて、水熱合成処理およびソルボサーマル合成処理を適宜選択すればよい。 As the solvent used in this step, water (pure water, ion-exchanged water, ultrapure water, etc.) and an organic solvent can be appropriately selected according to the material constituting the shell phase. That is, in this step, the hydrothermal synthesis process and the solvothermal synthesis process may be appropriately selected according to the material constituting the shell phase.
本工程において用いることができる溶媒としては、特に制限されないが、以下のものが例示される。 Although it does not restrict | limit especially as a solvent which can be used at this process, The following are illustrated.
上述の通り、水熱合成処理において用いられる溶媒は、水(純水、イオン交換水、超純水等)である。 As described above, the solvent used in the hydrothermal synthesis treatment is water (pure water, ion-exchanged water, ultrapure water, etc.).
また、ソルボサーマル合成処理において用いられる溶媒は、特に制限されず、種々の有機溶媒を用いることができるが、例えば、メタノール、エタノール、ベンジルアルコール、メトキシエタノール等のアルコール類;エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸ブチル、酢酸エチル、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のエステル類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族類等が挙げられる。なお、上記溶媒は、一種を単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて使用してもよい。また、上記有機溶媒に水を混合した混合溶媒としてもよい。 The solvent used in the solvothermal synthesis process is not particularly limited, and various organic solvents can be used. For example, alcohols such as methanol, ethanol, benzyl alcohol, methoxyethanol, etc .; ethylene glycol, diethylene glycol, etc. Glycols; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; esters such as butyl acetate, ethyl acetate, carbitol acetate and butyl carbitol acetate; ethers such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl ether and tetrahydrofuran; Examples thereof include amines such as methyl ethanolamine and diethanolamine; and aromatics such as benzene, toluene and xylene. In addition, the said solvent may be used individually by 1 type, and may be used combining 2 or more types. Moreover, it is good also as a mixed solvent which mixed water with the said organic solvent.
本工程において用いる溶媒は、容器の腐食などの観点から、非酸性の(すなわち、中性または塩基性の)混合液(反応混合液)とすると好ましい。 The solvent used in this step is preferably a non-acidic (that is, neutral or basic) mixture (reaction mixture) from the viewpoint of corrosion of the container and the like.
上記溶媒の中でも、強い極性溶媒である水、アルコール類およびこれらの混合溶媒は、特に好適な溶媒として用いられる。このように、極性が高い溶媒を用いることにより、反応性が高くなり、より低い温度でシェル相化合物を合成できる。混合溶媒を用いる場合、水:アルコールを1:9〜9:1の混合比(体積比)で混合すると好ましい。さらに、安価という点に加え、より極性が高い溶媒であるという点では、溶媒として水を用いる(すなわち、水熱合成処理を行う)と特に好ましい。 Among the above solvents, water which is a strong polar solvent, alcohols, and a mixed solvent thereof are used as a particularly suitable solvent. Thus, by using a highly polar solvent, the reactivity becomes high, and the shell phase compound can be synthesized at a lower temperature. When a mixed solvent is used, it is preferable to mix water: alcohol in a mixing ratio (volume ratio) of 1: 9 to 9: 1. Furthermore, it is particularly preferable to use water as a solvent (that is, to carry out a hydrothermal synthesis treatment) in that it is a more polar solvent in addition to being inexpensive.
水熱合成反応時およびソルボサーマル反応時の温度は特に限定されないが、120℃〜400℃であると好ましく、150℃〜300℃であるとより好ましい。 The temperature during the hydrothermal synthesis reaction and the solvothermal reaction is not particularly limited, but is preferably 120 ° C. to 400 ° C., and more preferably 150 ° C. to 300 ° C.
また、水熱合成反応またはソルボサーマル反応を行う時間についても特に限定されないが、好ましくは1〜72時間、より好ましくは5〜50時間、さらに好ましくは10〜30時間である。 The time for carrying out the hydrothermal synthesis reaction or the solvothermal reaction is also not particularly limited, but preferably 1 to 72 hours, more preferably 5 to 50 hours, and still more preferably 10 to 30 hours.
水熱合成反応またはソルボサーマル反応を行う際の圧力は、特に限定されないが、0.10〜4.0MPa程度で行うと好ましい。このような圧力下での反応は、オートクレーブ等の耐圧容器中で行うことができる。 Although the pressure at the time of performing a hydrothermal synthesis reaction or a solvothermal reaction is not specifically limited, It is preferable to carry out by about 0.10-4.0 MPa. The reaction under such pressure can be carried out in a pressure container such as an autoclave.
(3)洗浄・乾燥工程
上記(1)混合工程および(2)合成工程によりコア−シェル構造を有する誘電体セラミックス粒子を形成した後、必要に応じて洗浄・乾燥工程を行ってもよい。本工程は、主として、上記(2)合成工程により生じた不純物や未反応物を除去するために行われる。したがって、洗浄溶媒は、これらを溶解させることができると共に、生成した誘電体セラミックス粒子に影響しない溶媒が用いられる。たとえば、酢酸水溶液、水等を用いて洗浄すると好ましい。この時の洗浄溶媒の温度は、不純物や未反応物の除去を効率よく行い、かつ、精製した誘電体セラミックス粒子の物性を損なうことを抑制するため、10〜80℃であると好ましい。
(3) Washing / Drying Step After the dielectric ceramic particles having a core-shell structure are formed by the above (1) mixing step and (2) synthesis step, a washing / drying step may be carried out as required. This step is mainly performed to remove impurities and unreacted substances generated in the above (2) synthesis step. Therefore, as the washing solvent, a solvent which can dissolve them and which does not affect the produced dielectric ceramic particles is used. For example, washing with an aqueous solution of acetic acid, water or the like is preferable. The temperature of the cleaning solvent at this time is preferably 10 to 80 ° C. in order to efficiently remove impurities and unreacted substances and to prevent the physical properties of the purified dielectric ceramic particles from being damaged.
また、乾燥条件も特に制限されないが、100〜150℃で乾燥させると好ましい。この時用いられる乾燥装置は、特に制限されず、例えば、オーブン、熱風乾燥機などの通常用いられる装置を用いることができる。これらの乾燥装置は、複数を組み合わせて使用してもよい。 Also, the drying conditions are not particularly limited, but drying at 100 to 150 ° C. is preferable. The drying apparatus used at this time is not particularly limited, and for example, a commonly used apparatus such as an oven or a hot air dryer can be used. These drying devices may be used in combination.
上記乾燥時の雰囲気は特に制限されず、大気中、または窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うこともできる。 The atmosphere at the time of drying is not particularly limited, and may be performed in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.
≪誘電体セラミックス粒子≫
本発明の製造方法により得られる誘電体セラミックス粒子は、25℃でペロブスカイト構造を有する第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子と、当該コア粒子の表面上に形成され、上記第一の複合酸化物とは異なる第二の複合酸化物を主成分とするシェル相と、を有する。すなわち、本発明の製造方法により得られる誘電体セラミックス粒子は、コア粒子と、当該コア粒子の表面を被覆するシェル相と、を有するコア−シェル構造体である。ここで、コア−シェル構造体であることは、STEM−EDS分析やSEM観察により確認することができる。特に、STEM−EDS分析により、元素分布を測定することにより、より明確に確認することができる。
«Dielectric ceramic particles»
The dielectric ceramic particle obtained by the manufacturing method of the present invention is formed on the surface of the core particle having a first composite oxide having a perovskite structure at 25 ° C. as a main component, and the first core particle. And a shell phase mainly composed of a second complex oxide different from the complex oxide. That is, the dielectric ceramic particle obtained by the production method of the present invention is a core-shell structure having a core particle and a shell phase covering the surface of the core particle. Here, the core-shell structure can be confirmed by STEM-EDS analysis or SEM observation. In particular, it can confirm more clearly by measuring elemental distribution by STEM-EDS analysis.
コア粒子は、その表面の全体がシェル相で被覆されていると好ましいが、表面の一部が露出していてもよい。詳細には、コア粒子の表面の50面積%以上をシェル相が占めていれば、コア粒子がシェル相によって「被覆されている」ことを示す。なお、具体的な被覆率の測定方法は、実施例に記載の方法による。 The core particles are preferably coated on the entire surface with the shell phase, but part of the surface may be exposed. Specifically, if 50% or more of the surface of the core particle is occupied by the shell phase, it indicates that the core particle is "covered" by the shell phase. In addition, the specific measuring method of a coverage is based on the method as described in an Example.
好ましい実施形態において、コア粒子の表面の50面積%以上がシェル相で被覆されていると好ましく、より好ましくは60面積%以上、さらに好ましくは70面積%以上、特に好ましくは80面積%以上、最も好ましくは90面積%以上がシェル相で被覆されていると好ましい。 In a preferred embodiment, 50 area% or more of the surface of the core particle is preferably covered with the shell phase, more preferably 60 area% or more, still more preferably 70 area% or more, particularly preferably 80 area% or more Preferably, 90% by area or more is covered with the shell phase.
また、誘電体セラミックス粒子の粒径(コア粒子上にシェル相が形成された状態の粒径)は、特に制限されないが、50nm〜1μmであると好ましく、80〜450nmであるとより好ましく、100〜400nmであると特に好ましい。 The particle size of the dielectric ceramic particles (the particle size of the state in which the shell phase is formed on the core particles) is not particularly limited, but is preferably 50 nm to 1 μm, more preferably 80 to 450 nm, and 100 It is especially preferable that it is -400 nm.
(コア粒子)
誘電体セラミックス粒子に含まれるコア粒子は、上記≪誘電体セラミックス粒子(誘電体セラミックス)の製造方法≫中の(1)混合工程の節において説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
(Core particle)
The core particles contained in the dielectric ceramic particles are as described in the section of (1) mixing step in the above-mentioned << Method of manufacturing dielectric ceramic particles (dielectric ceramic) >>, and thus detailed description will be omitted.
(シェル相)
シェル相は、第二の複合酸化物を主成分とし、上記コア粒子の表面を被覆するように形成されている。
(Shell phase)
The shell phase is formed to have the second composite oxide as a main component and to cover the surface of the core particle.
「第二の複合酸化物を主成分とする」の用語の定義は上述の通りであって、製造上含まれてしまう不純成分がシェル相中に微量含まれていても良い。不純成分としては、第二の複合酸化物を構成する元素以外の元素、すなわち、カリウム、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム、ニオブ、鉄、鉛などの金属由来成分、ガラス成分および炭化水素系の有機成分、表面吸着水などが挙げられる。 The definition of the term “based on the second composite oxide” is as described above, and a slight amount of impure components that may be contained in production may be contained in the shell phase. As the impure component, elements other than the elements constituting the second complex oxide, that is, components derived from metals such as potassium, sodium, aluminum, calcium, niobium, iron and lead, glass components and organic components of hydrocarbon type, Surface adsorption water etc. are mentioned.
シェル相は、シェル相の全量に対して、第二の複合酸化物を93質量%以上含んでいると好ましく、95質量%以上含んでいるとより好ましく、98質量%以上含んでいると特に好ましい。一方、その上限は特に制限されないが、実質的には100質量%である。第二の複合酸化物の含有量が多いほど、コア粒子を構成する第一の複合酸化物と相互作用しやすくなり、各種物性値の向上に寄与するため、好ましい。 The shell phase preferably contains 93% by mass or more of the second composite oxide, more preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 98% by mass or more based on the total amount of the shell phase. . On the other hand, the upper limit thereof is not particularly limited, but is substantially 100% by mass. The larger the content of the second composite oxide, the more easily it interacts with the first composite oxide constituting the core particle, which is preferable because it contributes to the improvement of various physical property values.
上述したように、シェル相を構成する第二の複合酸化物は、25℃における結晶構造が、ペロブスカイト型であるものであると好ましい。コア粒子を構成する第一の複合酸化物がペロブスカイト構造をとるため、同じ結晶構造を有するコア粒子およびシェル相を形成することにより、第一の複合酸化物と第二の複合酸化物とが界面において相互作用しやすくなり、得られる誘電体セラミックス粒子の各種物性を向上させやすくなる。 As described above, the second composite oxide constituting the shell phase preferably has a perovskite-type crystal structure at 25 ° C. Since the first complex oxide constituting the core particle has a perovskite structure, the first complex oxide and the second complex oxide form an interface by forming the core particle and the shell phase having the same crystal structure. In the above, it is easy to interact with each other and to improve various physical properties of the obtained dielectric ceramic particles.
ここで、シェル相を構成する第二の複合酸化物の含有量比率(モル比)は、第一の複合酸化物を主成分とするコア粒子を被覆することができる限りにおいて、特に制限はないが、シェル相を構成する第二の複合酸化物が、コア粒子を構成する第一の複合酸化物に対して、等モル量であるか、または少ないモル比で含有されていると好ましい。すなわち、コア粒子を構成する第一の複合酸化物(M1)に対する、シェル相を構成する第二の複合酸化物(M2)の含有モル比(M2/M1)は、1以下であると好ましい。より好ましくは0.75以下、特に好ましくは0.5以下である。 Here, the content ratio (molar ratio) of the second composite oxide constituting the shell phase is not particularly limited as long as it can coat the core particle containing the first composite oxide as a main component. However, it is preferable that the second composite oxide constituting the shell phase is contained in an equimolar amount or a small molar ratio with respect to the first composite oxide constituting the core particle. That is, the molar ratio (M 2 / M 1 ) of the second composite oxide (M 2 ) constituting the shell phase to the first composite oxide (M 1 ) constituting the core particle is 1 or less Is preferable. More preferably, it is 0.75 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
シェル相を構成する第二の複合酸化物は、第一の複合酸化物と相互作用することにより、比誘電率やDCバイアス特性等の各種物性を改善することができる。しかしながら、その一方で、複合酸化物自体は比誘電率等の各種物性値が比較的低いものがあるため、第二の複合酸化物量を多くしてしまうと、誘電体セラミックス粒子全体としての物性が低下する可能性がある。したがって、第一の複合酸化物の含有量に対する第二の複合酸化物の含有量を少なくして上記範囲とすることにより、誘電体セラミックス粒子全体としての物性値の低下を抑制することができる。 The second composite oxide constituting the shell phase can improve various physical properties such as relative dielectric constant and DC bias characteristics by interacting with the first composite oxide. However, on the other hand, the composite oxide itself has relatively low values of various physical properties such as relative dielectric constant, so if the amount of the second composite oxide is increased, the physical properties of the dielectric ceramic particles as a whole become It may decrease. Therefore, by reducing the content of the second composite oxide with respect to the content of the first composite oxide to set the content in the above range, it is possible to suppress a decrease in the physical property value of the entire dielectric ceramic particle.
一方、コア粒子を構成する第一の複合酸化物に対する、シェル相を構成する第二の複合酸化物の含有モル比(M2/M1)の下限は特に制限されないが、シェル相の被覆による各種物性の向上効果を十分に得るため、M2/M1は、0.005以上であると好ましく、0.1以上であるとより好ましく、0.2以上であると特に好ましい。 On the other hand, the lower limit of the molar ratio (M 2 / M 1 ) of the content molar ratio (M 2 / M 1 ) of the second composite oxide constituting the shell phase to the first composite oxide constituting the core particle is not particularly limited. In order to sufficiently obtain the effect of improving various physical properties, M 2 / M 1 is preferably 0.005 or more, more preferably 0.1 or more, and particularly preferably 0.2 or more.
なお、シェル相を構成する第二の複合酸化物として、複合酸化物を二種類以上用いる場合は、すべての複合酸化物の和が、第一の複合酸化物に対して上記範囲内であると好ましい。 When two or more complex oxides are used as the second complex oxide constituting the shell phase, the sum of all the complex oxides is within the above range with respect to the first complex oxide. preferable.
(コア粒子およびシェル相の組み合わせ)
本発明に係る製造方法によって得られる誘電体セラミックス粒子を構成するコア粒子(第一の複合酸化物)およびシェル相(第二の複合酸化物)の組み合わせは、第一の複合酸化物と第二の複合酸化物とが互いに組成の異なるものであれば、特に制限されない。本発明の製造方法によれば、互いに組成の異なる複合酸化物を含むコア−シェル構造体を安価かつ簡便に得ることができる。
(Combination of core particle and shell phase)
The combination of the core particle (first complex oxide) and the shell phase (second complex oxide) constituting the dielectric ceramic particles obtained by the production method according to the present invention is a combination of the first complex oxide and the second complex oxide. There is no particular limitation as long as the complex oxides of the present invention have mutually different compositions. According to the production method of the present invention, a core-shell structure containing complex oxides different in composition from each other can be obtained inexpensively and easily.
得られる誘電体セラミックス粒子の物性を考慮すると、誘電体セラミックス粒子が示す各種物性(比誘電率、DCバイアス特性等)のうち、少なくとも一種について、コア粒子単独のものよりも向上するようなコア粒子(第一の複合酸化物)およびシェル相(第二の複合酸化物)の組み合わせであると好ましい。具体的には、第一の複合酸化物および第二の複合酸化物は、同軸方向の格子定数が、互いに異なる組み合わせであると好ましい。 In view of the physical properties of the obtained dielectric ceramic particles, core particles such that at least one of various physical properties (dielectric constant, DC bias characteristics, etc.) exhibited by the dielectric ceramic particles is improved as compared with the core particle alone. It is preferable that it is a combination of (first complex oxide) and shell phase (second complex oxide). Specifically, it is preferable that the first complex oxide and the second complex oxide be a combination in which lattice constants in the coaxial direction are different from each other.
このような組み合わせとして、例えば、以下の表1のような組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、表1では、好ましい組み合わせのコア−シェル構造体を製造するために用いられる原料化合物(コア粒子およびシェル相の原料化合物)も併せて示す。 Examples of such a combination include, but are not limited to, the combinations shown in Table 1 below. In addition, in Table 1, the raw material compound (The raw material compound of a core particle and a shell phase) used in order to manufacture the core-shell structure of a preferable combination is also shown collectively.
≪誘電体セラミックス≫
本発明の第二の形態は、上記方法により製造される誘電体セラミックス粒子を含む、誘電体セラミックスを提供する。
«Dielectric ceramics»
A second aspect of the present invention provides a dielectric ceramic comprising dielectric ceramic particles produced by the above method.
誘電体セラミックスは、上記方法により製造される誘電体セラミックス粒子を含むものであれば、その形態は限定されるものではないが、上記方法により製造される誘電体セラミックス粒子の集合体であると好ましく、たとえば、球状物、板状物、ペレット、シート状、またはこれらの混合物の形態をとることができる。上記集合体の製造方法は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。例えば、本発明の方法により得られた誘電体セラミックス粒子を、適当なバインダーを用いてプレス成型することにより集合体を製造することができる。 The form of the dielectric ceramic is not limited as long as it contains dielectric ceramic particles produced by the above method, but is preferably an aggregate of dielectric ceramic particles produced by the above method. For example, it may be in the form of spheres, platelets, pellets, sheets or mixtures thereof. The method for producing the above aggregate is not particularly limited, and any known method can be used. For example, the assembly can be produced by press-molding the dielectric ceramic particles obtained by the method of the present invention using a suitable binder.
このとき使用可能なバインダーの例としては、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、アクリル系樹脂が挙げられる。添加するバインダーの量は、特に制限されず、誘電体セラミックス粒子の質量に対して、0.01質量%〜20質量%であると好ましく、成型体の密度を向上させるという観点から、0.5質量%〜15質量%であるとより好ましい。 As an example of the binder which can be used at this time, PVA (polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), and acrylic resin are mentioned. The amount of the binder to be added is not particularly limited, and is preferably 0.01% by mass to 20% by mass with respect to the mass of the dielectric ceramic particles, from the viewpoint of improving the density of the molded body 0.5 It is more preferable that it is mass%-15 mass%.
上記バインダーを用いて成型した後は、脱バインダー処理を行う。当該脱バインダー処理は、成型体を300〜800℃に加熱することにより行われると好ましく、より好ましくは、400〜600℃である。 After molding using the above-mentioned binder, debinding treatment is performed. The debinding treatment is preferably performed by heating the molded body to 300 to 800 ° C, more preferably 400 to 600 ° C.
上記のように、本発明に係る製造方法によれば、粉体の形態である誘電体セラミックス粒子を製造することができるため、種々の集合体に幅広く適用可能であり、加工性に優れる誘電体セラミックス粒子を得ることができる。 As described above, according to the manufacturing method according to the present invention, since dielectric ceramic particles in the form of powder can be manufactured, a dielectric which is widely applicable to various aggregates and is excellent in processability Ceramic particles can be obtained.
≪誘電体セラミックスの用途≫
上記誘電体セラミックスの用途は、特に制限されないが、比誘電率(ε)やDCバイアス特性に優れるものを製造可能であるため、パワーデバイス基板用コンデンサや、電源基板用コンデンサ等に好適に用いることができる。
«Applications of dielectric ceramics»
The application of the dielectric ceramic is not particularly limited, but since it is possible to manufacture ones excellent in relative dielectric constant (ε) and DC bias characteristics, it is suitably used for capacitors for power device substrates, capacitors for power substrate, etc. Can.
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
≪誘電体セラミックスの製造≫
[実施例1]
(混合工程)
コア粒子の原料としての粒径100nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO3 品名T−BTO−100RK:戸田工業株式会社)と、シェル相の原料としての粒径約10nm(コア粒子の粒径に対して10%の大きさ)の酸化ジルコニウム(ZrO2 品名UEP−100:第一稀元素化学工業株式会社)とをモル比でZrO2:BT=0.25:1.00となるように計量し、乳鉢と乳棒とを使用して25℃で5分間混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を、メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製 製品名 ノビルタ NOB−MINI、インナーピースと回転容器の内壁との間隔 1mm、以下同じ。)を使用して、3000rpm(1.88×104rad/s)、25℃の条件で3分間、乾式混合処理を行った。
«Production of dielectric ceramics»
Example 1
(Mixing process)
Barium titanate having a particle diameter 100nm as a raw material of the core particle (BT: BaTiO 3 Name T-BTO-100RK: Toda Kogyo Co., Ltd.) and, with respect to the particle size of a particle size of about 10 nm (core particles as a raw material of the shell phase 10% size) of zirconium oxide (ZrO 2 product name UEP-100: Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.) in a molar ratio so as to be ZrO 2 : BT = 0.25: 1.00 The mixture was mixed at 25 ° C. for 5 minutes using a mortar and pestle to obtain a mixed powder. This mixed powder was subjected to 3000 rpm (1.88 × 10 4 rad) using a mechanofusion apparatus (product name: Nobilta NOB-MINI, manufactured by Hosokawa Micron Corporation, distance between the inner piece and the inner wall of the rotating container: 1 mm, the same applies hereinafter). Dry mixing was performed for 3 minutes at 25 ° C./s).
(合成工程:水熱合成処理工程)
乾式混合処理(混合工程)後の粉末24.5gを100mLのオートクレーブ容器(三愛科学株式会社製:HU−100)に入れ、9.4gの水酸化バリウム8水和物(Ba(OH)2・8H2O:キシダ化学株式会社)を添加し(混合粉末中のZrO2に対してモル比で1.2倍量)、40mLの純水を添加した後、乾燥オーブン器にて230℃×18時間の条件で水熱合成処理を行った。
(Synthesis process: Hydrothermal synthesis process process)
24.5 g of the powder after dry mixing treatment (mixing step) is placed in a 100 mL autoclave vessel (manufactured by Sanai Scientific Co., Ltd .: HU-100), and 9.4 g of barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2. Add 8H 2 O: Kishida Chemical Co., Ltd.) (1.2 times the molar ratio to ZrO 2 in the mixed powder), add 40 mL of pure water, and then, in a drying oven, heat to 230 ° C x 18 The hydrothermal synthesis process was performed under the conditions of time.
(後処理工程)
水熱反応(合成工程:水熱合成処理工程)後、溶液と粉末とを分離するため、ろ過し、原料に含まれるバリウムイオンと、大気中の二酸化炭素との反応により生じる炭酸バリウムを除去するため、約80℃の温水で湯洗した。その後、粉末を100℃に設定した乾燥機にて、大気雰囲気下、一昼夜乾燥した。乾燥粉末を乳鉢と乳棒とで粗砕し、誘電体セラミックス粒子(1)を得た。
(Post-processing process)
After the hydrothermal reaction (synthesis step: hydrothermal synthesis treatment step), in order to separate the solution and the powder, it is filtered to remove barium carbonate generated by the reaction of barium ion contained in the raw material and carbon dioxide in the atmosphere. Therefore, it was rinsed in hot water at about 80 ° C. Thereafter, the powder was dried overnight in an air atmosphere with a dryer set at 100 ° C. The dried powder was crushed with a mortar and a pestle to obtain dielectric ceramic particles (1).
[実施例2]
混合工程において使用したチタン酸バリウム粒子を、粒径150nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO3 品名T−BTO−155RK:戸田工業株式会社)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス粒子(2)を得た。なお、このとき、コア粒子の粒径に対する酸化ジルコニウム粒子の大きさは6.7%である。
Example 2
A dielectric was prepared in the same manner as in Example 1, except that barium titanate particles used in the mixing step were changed to barium titanate having a particle diameter of 150 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-155RK: Toda Kogyo Co., Ltd.). Body ceramic particles (2) were obtained. At this time, the size of the zirconium oxide particle is 6.7% with respect to the particle diameter of the core particle.
[実施例3]
混合工程において使用したチタン酸バリウム粒子を、粒径200nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO3 品名T−BTO−200:戸田工業株式会社)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス粒子(3)を得た。なお、このとき、コア粒子の粒径に対する酸化ジルコニウム粒子の大きさは5%である。
[Example 3]
A dielectric was prepared in the same manner as in Example 1 except that barium titanate particles used in the mixing step were changed to barium titanate having a particle diameter of 200 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-200: Toda Kogyo Co., Ltd.) Body ceramic particles (3) were obtained. At this time, the size of the zirconium oxide particles is 5% with respect to the particle diameter of the core particles.
[実施例4]
混合工程において使用したチタン酸バリウムを、粒径300nmのチタン酸バリウム(BT:BaTiO3 品名T−BTO−300:戸田工業株式会社)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス粒子(4)を得た。なお、このとき、コア粒子の粒径に対する酸化ジルコニウム粒子の大きさは3.3%である。
Example 4
A dielectric is prepared in the same manner as in Example 1 except that barium titanate used in the mixing step is changed to barium titanate having a particle diameter of 300 nm (BT: BaTiO 3 product name T-BTO-300: Toda Kogyo Co., Ltd.) Ceramic particles (4) were obtained. At this time, the size of the zirconium oxide particles is 3.3% of the particle diameter of the core particles.
[実施例5]
合成工程において、水熱合成処理に代わり、エタノールを用いたソルボサーマル合成処理とした(純水の代わりにエタノールと純水との混合溶媒を溶媒として用いた)こと以外は、実施例3と同様にして誘電体セラミックス粒子(5)を得た。なお、ソルボサーマル合成処理において、純水4mLおよびエタノール36mLを混合した混合溶媒を用い、加熱温度および加熱時間は実施例1と同様とした。
[Example 5]
The synthesis step is the same as Example 3 except that in place of the hydrothermal synthesis treatment, solvothermal synthesis treatment using ethanol is used (in place of pure water, a mixed solvent of ethanol and pure water is used as a solvent). To obtain dielectric ceramic particles (5). In the solvothermal synthesis process, a mixed solvent in which 4 mL of pure water and 36 mL of ethanol were mixed was used, and the heating temperature and the heating time were the same as in Example 1.
[実施例6]
ソルボサーマル合成処理において、混合溶媒の混合比率を以下のように変更したこと以外は、実施例5と同様にして誘電体セラミックス粒子(6)を得た。混合溶媒は、純水20mLおよびエタノール20mLを混合して用いた。
[Example 6]
Dielectric ceramic particles (6) were obtained in the same manner as in Example 5, except that in the solvothermal synthesis process, the mixing ratio of the mixed solvent was changed as follows. The mixed solvent was used by mixing 20 mL of pure water and 20 mL of ethanol.
[実施例7]
メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製 NOB−MIN)を使用しタ混合を、2000rpm(1.26×104rad/s)の条件で3分間、乾式混合処理を行ったこと以外は、実施例3と同様にして誘電体セラミックス粒子(7)を得た。
[Example 7]
Example 3 except that dry mixing was performed using a mechanofusion apparatus (NOB-MIN manufactured by Hosokawa Micron Corporation) for 3 minutes under the conditions of 2000 rpm (1.26 × 10 4 rad / s). In the same manner as in the above, dielectric ceramic particles (7) were obtained.
[実施例8]
メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製 NOB−MIN)を使用しタ混合を、1000rpm(6.28×103rad/s)の条件で3分間、乾式混合処理を行ったこと以外は、実施例3と同様にして誘電体セラミックス粒子(8)を得た。
[Example 8]
Example 3 except that dry mixing was performed using a mechanofusion apparatus (NOB-MIN manufactured by Hosokawa Micron Corporation) for 3 minutes under the conditions of 1000 rpm (6.28 × 10 3 rad / s). In the same manner as in the above, dielectric ceramic particles (8) were obtained.
[実施例9]
混合工程において使用したチタン酸バリウム粒子を、粒径300nmのチタン酸ストロンチウム(ST:SrTiO3 品名ST−03:堺化学工業株式会社)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして誘電体セラミックス粒子(9)を得た。なお、このとき、コア粒子の粒径に対する酸化ジルコニウム粒子の大きさは3.3%である。
[Example 9]
A dielectric is prepared in the same manner as in Example 1, except that barium titanate particles used in the mixing step are changed to strontium titanate having a particle diameter of 300 nm (ST: SrTiO 3 product name ST-03: Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) Ceramic particles (9) were obtained. At this time, the size of the zirconium oxide particles is 3.3% of the particle diameter of the core particles.
[実施例10]
(混合工程)
コア粒子の原料としての粒径300nmのジルコン酸バリウム(BZ:BaZrO3 品名BZ−03:堺化学工業株式会社)と、シェル相の原料としての粒径約70nm(コア粒子の粒径に対して23%の大きさ)の酸化チタン(TiO2 品名PT−401M:石原産業株式会社)とをモル比でTiO2:BZ=0.25:1.00となるように計量し、乳鉢と乳棒とを使用して25℃で5分間混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を、メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製 NOB−MIN)を使用して、3000rpm(1.88×104rad/s)、25℃の条件で3分間、乾式混合処理を行った。
[Example 10]
(Mixing process)
Barium zirconate with a particle size of 300 nm (BZ: BaZrO 3 product name BZ-03: Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) as a raw material for core particles, and a particle size of about 70 nm (for the particle size of core particles) as a raw material for shell phase 23% size) of titanium oxide (TiO 2 product name PT-401M: Ishihara Sangyo Co., Ltd.) in a molar ratio of TiO 2 : BZ = 0.25: 1.00, mortar and pestle The mixture was mixed at 25 ° C. for 5 minutes to obtain a mixed powder. The mixed powder was subjected to dry mixing treatment at 3000 rpm (1.88 × 10 4 rad / s) at 25 ° C. for 3 minutes using a mechanofusion apparatus (NOB-MIN manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
(合成工程:水熱合成処理工程)
乾式混合処理(混合工程)後の粉末27.7gを100mLのオートクレーブ容器(三愛科学株式会社製:HU−100)に入れ、5.7gの水酸化バリウム8水和物(Ba(OH)2・8H2O:キシダ化学株式会社)を添加し(混合粉末中のTiO2に対してモル比で1.2倍量)、40mLの純水を添加した後、乾燥オーブン器にて180℃×18時間の条件で水熱合成処理を行った。
(Synthesis process: Hydrothermal synthesis process process)
27.7 g of powder after dry mixing treatment (mixing step) is placed in a 100 mL autoclave container (manufactured by Sanai Scientific Co., Ltd .: HU-100), and 5.7 g of barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2. Add 8H 2 O: Kishida Chemical Co., Ltd.) (1.2 times the molar ratio with respect to TiO 2 in the mixed powder), add 40 mL of pure water, and then add 180 ° C × 18 in the drying oven. The hydrothermal synthesis process was performed under the conditions of time.
(後処理工程)
実施例1と同様に後処理工程を行い、誘電体セラミックス粒子(10)を得た。
(Post-processing process)
The post-treatment step was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain dielectric ceramic particles (10).
[実施例11]
(混合工程)
コア粒子の原料としての粒径300nmのチタン酸ストロンチウム(ST:SrTiO3 品名ST−03:堺化学工業株式会社)と、シェル相の原料としての粒径約70nmの酸化チタン(コア粒子の粒径に対して23%の大きさ)(TiO2 品名PT−401M:石原産業株式会社)とをモル比でTiO2:ST=0.25:1.00となるように計量し、乳鉢と乳棒とを使用して25℃で5分間混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を、メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製 NOB−MIN)を使用して、3000rpm(1.88×104rad/s)、25℃の条件で3分間、乾式混合処理を行った。
[Example 11]
(Mixing process)
Strontium titanate having a particle diameter of 300 nm (ST: SrTiO 3 product name ST-03: Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) as a raw material for core particles, and titanium oxide (particle diameter of core particles about 70 nm as a raw material for shell phase 23% of the size) (TiO 2 product name PT-401M respect: Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.) and TiO 2 in a molar ratio: ST = 0.25: weighed so that 1.00, and the mortar and pestle The mixture was mixed at 25 ° C. for 5 minutes to obtain a mixed powder. The mixed powder was subjected to dry mixing treatment at 3000 rpm (1.88 × 10 4 rad / s) at 25 ° C. for 3 minutes using a mechanofusion apparatus (NOB-MIN manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
(合成工程:水熱合成処理工程)
乾式混合処理(混合工程)後の粉末16.3gを100mLのオートクレーブ容器(三愛科学株式会社製:HU−100)に入れ、7.6gの水酸化バリウム8水和物(Ba(OH)2・8H2O:キシダ化学株式会社)を添加し(混合粉末中のTiO2に対してモル比で1.2倍量)、40mLの純水を添加した後、乾燥オーブン器にて180℃×18時間の条件で水熱合成処理を行った。
(Synthesis process: Hydrothermal synthesis process process)
16.3 g of the powder after dry mixing treatment (mixing step) is placed in a 100 mL autoclave vessel (manufactured by Sanai Scientific Co., Ltd .: HU-100), and 7.6 g of barium hydroxide octahydrate (Ba (OH) 2. Add 8H 2 O: Kishida Chemical Co., Ltd.) (1.2 times the molar ratio with respect to TiO 2 in the mixed powder), add 40 mL of pure water, and then add 180 ° C × 18 in the drying oven. The hydrothermal synthesis process was performed under the conditions of time.
(後処理工程)
実施例1と同様に後処理工程を行い、誘電体セラミックス粒子(11)を得た。
(Post-processing process)
The post-treatment step was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain dielectric ceramic particles (11).
[比較例1]
混合工程において、メカノフュージョン装置による混合を行わなかった以外は、実施例3と同様にして比較誘電体セラミックス粒子(1)を得た。
Comparative Example 1
Comparative dielectric ceramic particles (1) were obtained in the same manner as in Example 3 except that mixing by the mechanofusion device was not performed in the mixing step.
[比較例2]
混合工程において、メカノフュージョン装置による混合を行わなかった以外は、実施例4と同様にして比較誘電体セラミックス粒子(2)を得た。
Comparative Example 2
Comparative dielectric ceramic particles (2) were obtained in the same manner as in Example 4 except that mixing by the mechanofusion device was not performed in the mixing step.
上記実施例および比較例の処方等を下記の表2に示す。なお、表中の「−」は、シェル相が形成しなかったことを示す。 The formulations and the like of the above Examples and Comparative Examples are shown in Table 2 below. In addition, "-" in a table | surface shows that the shell phase did not form.
≪評価≫
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックスについて、以下の通り、評価した。
«Evaluation»
The dielectric ceramics obtained in the above Examples and Comparative Examples were evaluated as follows.
[STEM−EDS分析]
上記実施例で得られた誘電体セラミックス粒子について、FE−STEM−EDS分析を行った。なお、測定は、日本電子株式会社 JM2800を用いて行った。一例として、実施例1による誘電体セラミックス粒子(1)に関し、得られたSTEM像を図1Aに示す。なお、図1B〜1Eには、図1Aと同一視野で測定したBa、Ti、Zr、およびBa+Ti+Zrのマッピングデータをそれぞれ示す。
[STEM-EDS analysis]
FE-STEM-EDS analysis was performed on the dielectric ceramic particles obtained in the above examples. In addition, the measurement was performed using Nippon Denshi Co., Ltd. JM2800. As an example, with respect to the dielectric ceramic particles (1) according to Example 1, the obtained STEM image is shown in FIG. 1A. 1B to 1E show mapping data of Ba, Ti, Zr, and Ba + Ti + Zr measured in the same field of view as FIG. 1A.
その結果、誘電体セラミックス粒子(1)において、チタン酸バリウム粒子(コア粒子)の表面に、ジルコン酸バリウムからなるシェル相が均一に形成されている(コーティングされている)ことが確認された。 As a result, it was confirmed that in the dielectric ceramic particle (1), a shell phase consisting of barium zirconate was uniformly formed (coated) on the surface of the barium titanate particle (core particle).
また、他の実施例による誘電体セラミックス粒子においても、上記のようなコア−シェル構造が、同様に形成されていることをSTEM−EDS分析により確認した。 Moreover, also in the dielectric ceramic particles according to the other examples, it was confirmed by STEM-EDS analysis that the above-mentioned core-shell structure is formed similarly.
[SEM観察]
上記実施例および比較例において原料として用いたコア粒子を構成する粒子(チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム)について、SEM分析を行った。また、上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックス粒子(1)〜(11)および比較誘電体セラミックス粒子(1)〜(2)について、SEM分析を行った。なお、測定は、日本電子株式会社 JSM−7800Fを用いて行った。得られたSEM像を図2A〜図14に示す。図中、「反応前」とは、乾式混合処理前、「反応後」とは、水熱合成処理後またはソルボサーマル合成処理後を示す。
[SEM observation]
SEM analysis was performed on particles (barium titanate, barium zirconate, strontium titanate) which constitute core particles used as raw materials in the above-described Examples and Comparative Examples. In addition, SEM analysis was performed on the dielectric ceramic particles (1) to (11) and the comparative dielectric ceramic particles (1) to (2) obtained in the above-described Examples and Comparative Examples. In addition, the measurement was performed using Nippon Denshi Co., Ltd. JSM-7800F. The obtained SEM images are shown in FIGS. 2A to 14. In the figure, “before reaction” indicates before dry mixing treatment, and “after reaction” indicates after hydrothermal synthesis treatment or after solvothermal synthesis treatment.
その結果、実施例に係る誘電体セラミックス粒子(1)〜(11)では、コア粒子の表面上に均一にシェル相が形成していることが確認された。SEM像中、実施例で得られた誘電体セラミックス粒子(1)〜(11)は、非常に微細な粒子(シェル相を構成する複合酸化物粒子)がコア粒子上に均一に分布しており、シェル相によってコア粒子の表面がほぼ完全に被覆されている様子が示されている。一方で、比較誘電体セラミックス粒子(1)〜(2)では、コア粒子(チタン酸バリウム粒子)の表面上にジルコン酸バリウム粒子が偏析(偏在)しており、コア−シェル構造は確認されなかった。これは、比較例の条件による乾式混合処理では、シェル相の原料となる酸化ジルコニウムが、十分にコア粒子を被覆することができなかったため、ろ過、水洗処理にてBaZrO3(ジルコン酸バリウム)が抜け落ちたものと考えられる。 As a result, in the dielectric ceramic particles (1) to (11) according to the examples, it was confirmed that a shell phase was uniformly formed on the surface of the core particle. In the SEM images, in the dielectric ceramic particles (1) to (11) obtained in the examples, very fine particles (complex oxide particles constituting the shell phase) are uniformly distributed on the core particles. It is shown that the surface of the core particle is almost completely covered by the shell phase. On the other hand, in the comparative dielectric ceramic particles (1) to (2), the barium zirconate particles are segregated (localized) on the surface of the core particles (barium titanate particles), and the core-shell structure is not confirmed The This is because, in the dry mixing treatment under the conditions of the comparative example, the zirconium oxide as the raw material of the shell phase could not sufficiently cover the core particles, so BaZrO 3 (barium zirconate) was filtered and washed with water. It is considered to have fallen out.
[XRD測定]
上記実施例および比較例で得られた誘電体セラミックス粒子(1)〜(11)および比較誘電体セラミックス粒子(1)〜(2)について、XRD測定を行った。測定は、X線回折装置(PANalytical、RAYONS Xを用いて行い、線源はCu−Kα、電圧45kV、電流40mAとした。得られた結果から、2θが20〜80°の領域に観測されたピークについて、図15〜図21に示す。
[XRD measurement]
The XRD measurement was performed on the dielectric ceramic particles (1) to (11) and the comparative dielectric ceramic particles (1) to (2) obtained in the above examples and comparative examples. The measurement was performed using an X-ray diffractometer (PANAlytical, RAYON S X, a radiation source of Cu-Kα, a voltage of 45 kV, and a current of 40 mA. From the obtained results, 2θ was observed in the region of 20-80 °. The peaks are shown in FIGS.
その結果、実施例で得られた誘電体セラミックス粒子(1)〜(11)において、コア粒子(チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム)だけでなく、シェル相(ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム)の形成を示すピークが観測された。比較例で得られた比較誘電体セラミックス粒子(1)〜(2)については、実施例と比較して、BaZrO3(ジルコン酸バリウム)ピークが極めて小さくなっていたことから、上述した通り、シェル相によって十分にコア粒子を被覆することができなかったため、ろ過、水洗処理にてBaZrO3(ジルコン酸バリウム)が抜け落ちたものと考えられる。 As a result, in the dielectric ceramic particles (1) to (11) obtained in the examples, not only core particles (barium titanate, barium zirconate, strontium titanate) but also shell phases (barium zirconate, titanate) A peak was observed indicating the formation of barium). As for the comparative dielectric ceramic particles (1) and (2) obtained in the comparative example, since the BaZrO 3 (barium zirconate) peak is extremely small as compared with the example, as described above, the shell It was considered that BaZrO 3 (barium zirconate) was removed by filtration and washing with water because the core particles could not be sufficiently coated by the phase.
[被覆率の測定]
被覆率は、以下のようにして算出した。まず、誘電体セラミックス粒子のSEM写真を拡大し、視野内の粒子について、シェル相によって被覆されている粒子と被覆されていない粒子とを数え、割合を算出した。次いで、被覆されている粒子に関しては、SEM像から面積を計算し、その被覆率を算出した。このとき、SEMの拡大倍率は、コア粒子の大きさ(粒径)に依存して適宜決定すればよい(なお、参考までに、実施例1および2は7万倍、実施例3〜8は5万倍、実施例9〜11は3万倍、比較例1および2は5万倍とした)。結果を表2に示す。なお、シェル相によるコア粒子の被覆率は、コア粒子と、シェル相を構成する第二の複合酸化物の原料化合物とを混合したときの上記原料化合物による被覆率と略同一の値を示す。よって、誘電体セラミックス粒子におけるシェル相による被覆率を測定することにより、上記原料化合物によるコア粒子の被覆率を算出することができる。
[Measurement of coverage rate]
The coverage was calculated as follows. First, the SEM photograph of the dielectric ceramic particles was enlarged, and the particles covered with the shell phase and the particles not covered with the particles in the field of view were counted, and the ratio was calculated. Then, for the particles being coated, the area was calculated from the SEM image and the coverage was calculated. At this time, the magnification of the SEM may be appropriately determined depending on the size (particle diameter) of the core particle (For reference, Examples 1 and 2 are 70,000 times, Examples 3 to 8 are 50,000 times, Examples 9 to 11 were 30,000 times, and Comparative Examples 1 and 2 were 50,000 times). The results are shown in Table 2. The coverage of the core particle by the shell phase shows substantially the same value as the coverage by the above-mentioned raw material compound when the core particle and the raw material compound of the second composite oxide constituting the shell phase are mixed. Therefore, the coverage of the core particle by the above-mentioned raw material compound can be calculated by measuring the coverage by the shell phase in dielectric ceramic particles.
Claims (5)
前記コア粒子と前記第二の複合酸化物の原料化合物とを乾式混合して前記第二の複合酸化物の原料化合物を前記コア粒子に被覆させて原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物に水熱合成処理またはソルボサーマル合成処理を行う工程と、を含み、
前記乾式混合は、6×103rad/s以上の角速度で回転する機構を有する機械的回転体によって行われる、誘電体セラミックス粒子の製造方法。 A core particle mainly composed of a first complex oxide having a perovskite structure at 25 ° C., and a second complex oxide formed on the surface of the core particle and different from the first complex oxide A method for producing dielectric ceramic particles having a shell phase as a component,
Dry-mixing the core particle and the material compound of the second composite oxide to coat the material particle of the second composite oxide on the core particle to obtain a material mixture;
Performing a hydrothermal synthesis process or a solvothermal synthesis process on the raw material mixture,
The method for producing dielectric ceramic particles, wherein the dry mixing is performed by a mechanical rotating body having a mechanism that rotates at an angular velocity of 6 × 10 3 rad / s or more.
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