(57)【要約】【課題】本発明は、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体の製造方法を提供するものである。【解決手段】上記の課題を解決するため、本発明の一形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法は、誘電体粒子及び溶剤を含むスラリーを帯電させる工程と、前記スラリーを噴霧し、帯電した液滴を発生させる工程と、前記液滴中にて、前記溶剤を蒸発させて、前記誘電体粒子同士を凝集させる工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010228993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体粒子及び溶剤を含むスラリーを帯電させる工程と、
前記スラリーを噴霧し、帯電した液滴を発生させる工程と、
前記液滴中にて、前記溶剤を蒸発させて、前記誘電体粒子同士を凝集させる工程と、
を備えたことを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体粒子凝集体の製造方法において、
前記誘電体粒子を凝集させる工程は、
前記帯電した液滴中にて、誘電体粒子を分極させつつ、前記溶剤を蒸発させる工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体粒子凝集体の製造方法において、
前記液滴を発生させる工程は、
前記スラリーに静電気力を印加することにより、前記スラリーを噴霧する工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の誘電体粒子凝集体の製造方法において、
前記誘電体粒子を凝集させる工程は、
前記帯電した液適同士を電気的斥力により反発させることにより、前記帯電した液適を微細化しつつ前記溶剤を蒸発させる工程を有することを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の誘電体粒子凝集体の製造方法において、
前記誘電体粒子は、強誘電体であることを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の誘電体粒子凝集体の製造方法において、
前記誘電体粒子は、ペロブスカイト構造を有し、正方晶であることを特徴とする誘電体粒子凝集体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体粒子凝集体の製造方法に関するものである。かかる誘電体粒子凝集体は、例えばセラミック焼結体の作製に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、誘電体粒子凝集体は、例えばセラミック焼結体の作製等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
誘電体粒子凝集体の製造方法としては、特許文献１に、誘電体粒子を溶剤中に分散しスラリー状とした後、該スラリーを回転ディスク法等により噴霧乾燥させる方法が記載されている。かかる方法により得られる誘電体粒子凝集体は、平均粒径が約２０μｍから約２００μｍの範囲であって、真球状である。
【０００４】
誘電体粒子は、特許文献２に、水熱合成法により合成され、平均粒径が０．０５μｍから０．２μｍの範囲であって、非真球状であるものが記載されている。
【０００５】
ところで、例えば誘電体粒子をセラミック焼結体の作製に用いる場合、セラミック焼結体は、誘電体粒子凝集体を加圧成形し、焼成することにより得られる。ここで、誘電体粒子凝集体が真球状で且つ微小であれば、かかる加圧成形の際、誘電体粒子凝集体がより均一で且つ緻密に成形され、セラミック焼結体をより均一で且つ緻密にすることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の方法では、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体を形成することは難しく、かかる誘電体粒子凝集体を形成することが可能な製造方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１７４６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２７７０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法は、誘電体粒子及び溶剤を含むスラリーを帯電させる工程と、前記スラリーを噴霧し、帯電した液滴を発生させる工程と、前記液滴中にて、前記溶剤を蒸発させて、前記誘電体粒子同士を凝集させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法によれば、帯電した液滴中で誘電体粒子同士を凝集させることにより、真球状で且つ微小な誘電体粒子凝集体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる誘電体粒子凝集体の製造方法を説明する断面図である。
【図２】実施例１により得られたチタン酸バリウム凝集体を、走査電子顕微鏡により、５０００倍に拡大した写真である。
【図３】図２におけるチタン酸バリウム凝集体の粒度分布を表したグラフである。縦軸は円形度を、横軸は粒径（μｍ）を示し、各点が各粒子を示す。
【図４】実施例１により得られたチタン酸バリウム凝集体であって集束ビーム加工したものを、走査イオン顕微鏡により、８０００倍に拡大した写真である。
【図５】実施例２により得られたチタン酸バリウム凝集体を、走査電子顕微鏡により、５０００倍に拡大した写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施形態に係る誘電体粒子凝集体の製造方法を、噴霧装置１を用いた製造方法を例に、図１に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態により作製される誘電体粒子凝集体は、様々な用途に用いることができる。
【００１４】
例えば、かかる誘電体粒子凝集体をセラミック焼結体の作製に用いた場合、誘電体粒子凝集体を加圧成形する際に、誘電体粒子凝集体が真球状で且つ微小であるため、より均一で且つ緻密に成形することができる。したがって、より均一で且つ緻密なセラミック焼結体を作製することができる。
【００１５】
まず、図１に示した噴霧装置１について説明する。
【００１６】
噴霧装置１は、内部が空洞であり且つ下端に開口部２aを有する円筒状のシリンジ２と、該シリンジ２内に接続された印加電圧供給線３と、該印加電圧供給線３に接続された電源４と、シリンジ２の下方に位置し且つグランドに接続された導電性の基板５と、を備えている。開口部２aの径は、微小に設定されており、例えば１００μｍ以下に設定されている。電源４は、印加する電圧を調整することができる。
【００１７】
噴霧装置１は、以下のように試料を噴霧する機能を有する。
【００１８】
まず、シリンジ２の内部に試料が供給される。試料としては、例えば液状又はスラリー状のもの等が用いられる。供給された試料は、開口部２aの微小な径に起因して表面張力が重力を上回るため、開口部２aから下方に適下されない。
【００１９】
次に、電源４から印加電圧供給線３を介してシリンジ２内の試料に電圧を印加することにより、試料を帯電させるとともに電場を発生させる。基板５が導電性であるため、かかる電場によって試料と基板５との間に静電気力が発生する。かかる静電気力に起因して試料と基板５との間に電気的引力が生じる。かかる電気的引力と重力との和が表面張力を上回ると、試料が開口部２aから基板５に向けて噴霧される。
【００２０】
かかる噴霧により、帯電した試料から液滴を発生させる。かかる液滴が帯電していることから、試料の液滴同士が電気的斥力により反発するため、試料の液滴を微細化することができる。かかる微細化により、液滴に含まれる液体を効率良く蒸発させるができる。このように蒸発させるため、風圧や遠心力等の外力を試料に印加する必要がない。
【００２１】
以下に、噴霧装置１を用いた誘電体粒子凝集体の製造方法について説明する。
【００２２】
（１）誘電体粒子を準備する。
【００２３】
誘電体粒子は、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸ジルコン酸鉛等の誘電材料により形成されたものを使用することができる。特に、誘電材料として誘電率が高いものを使用することが望ましい。誘電率の高い誘電材料としては、圧電体、焦電体又は強誘電体の性質を有するものを使用することができ、なかでも、誘電率の観点から強誘電体の性質を有するものを使用することが望ましい。なお、誘電体粒子がぺロブスカイト構造を有する場合、同様の観点から、結晶構造が正方晶であるものを用いることが望ましい。
【００２４】
また、誘電体粒子の平均粒径は、例えば０．００１μｍ以上３μｍ以下に設定されている。この誘電体粒子は、例えば水熱合成法等により作製される。
【００２５】
（２）誘電体粒子と溶剤とを混合し、スラリー６を作製する。
【００２６】
誘電体粒子と溶剤との混合は、例えばボールミル、ビーズミル又は振動ミル等を用いて、誘電体粒子を溶剤中に分散させることにより行われる。溶剤としては、エタノール又はポリエチレングリコール等を用いることができる。なかでも、エタノールを用いることが望ましい。なお、誘電体粒子及び溶剤を混合する際、更に可塑剤、分散剤又は潤滑剤等を混合させても構わない。
【００２７】
（３）スラリー６を噴霧し、誘電体粒子凝集体を形成する。
【００２８】
具体的には、以下のように行われる。
【００２９】
まず、スラリー６をシリンジ２内に供給する。
【００３０】
次に、電源４から印加電圧供給線３を介してシリンジ２内のスラリー６に電圧を印加することにより、スラリー６を帯電させるとともに電場を発生させる。かかる電場に起因して生じる静電気力により、帯電したスラリー６を噴霧させる。
【００３１】
スラリー６の噴霧により、帯電した液滴を発生させる。帯電した液滴同士は電気的斥力により反発するため、スラリー６の液滴を微細化し、液滴に含まれる溶剤を効率良く蒸発させるができる。なお、かかる噴霧の際、加熱しないことが望ましい。
【００３２】
以上の方法により、誘電体粒子凝集体を作製することができる。
【００３３】
かかる誘電体粒子凝集体は、帯電した液滴中で誘電体粒子に分極が生じ、分極した誘電体粒子同士が凝集した状態で、液滴中の溶剤が蒸発することにより、形成されると推定される。
【００３４】
このように作製された誘電体粒子凝集体は、真球状で且つ微小である。誘電体粒子凝集体の真球状である形状は、帯電した液滴中にて、分極した誘電体粒子同士が凝集した状態で、液滴中の溶剤が蒸発することにより、形成されると推定される。また、誘電体粒子凝集体の微小な形状は、上述した凝集体の形成が、微細化した液滴中で行われることに起因すると推定される。
【００３５】
また、かかる誘電体粒子凝集体は、誘電体粒子の分極及び溶剤の蒸発により形成され、凝集の際に風圧や遠心力等の外力が印加されていないため、密度が均一であると推定される。
【００３６】
なお、（１）の工程にて、誘電材料として誘電率が高いものを使用すると、スラリー６を噴霧する際、効率良く誘電体粒子を凝集させることができる。これは、帯電した液滴中にて誘電体粒子が分極しやすいため、帯電した液滴中にて誘電体粒子同士が凝集しやすくなることに起因すると推定される。
【００３７】
また、（２）の工程にて、溶剤としてエタノールを使用すると、誘電体粒子を効率良く凝集させることができる。これは、スラリー６を噴霧する際、溶剤を効率良く蒸発させることができることに起因すると推定される。
【００３８】
また、（２）の工程にて、スラリー６における誘電体粒子の濃度を適宜調整することにより、所望の大きさの誘電体粒子凝集体を作製することができる。例えば、スラリー６における誘電体粒子の濃度を高めると、誘電体粒子凝集体の形状を大きくすることができる。これは、誘電体粒子の濃度により、帯電した液滴中にて凝集する誘電体粒子の量が変化することに起因すると推定される。
【００３９】
また、（４）の工程にて、スラリー６を噴霧する際、加熱しないことが望ましい。その結果、誘電体粒子凝集体の密度をより均一に形成することができる。なお、本実施形態によると、液滴を微細化しているため、加熱することなく効率良く溶剤を蒸発させることができる。
【００４０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例を記載する。
【００４２】
実施例１
まず、エタノールに、正方晶のチタン酸バリウム（平均粒径０．１μｍ）を加え、ビーズミルで５時間混合することにより、チタン酸バリウムの質量濃度が５５％であるスラリーを作製した。次に、上述の噴霧装置を用いてかかるスラリーに３０ＫＶの電圧を印加して噴霧し、エタノールを蒸発させてチタン酸バリウム凝集体を得た。
【００４３】
得られたチタン酸バリウム凝集体の走査電子顕微鏡写真を図２に示す。図２に示した写真の画像解析を、「ＭａｃＶｉｅｗ」という市販のソフトを用いて行い、円形度及び平均粒径を測定した。その結果を表１及び図３に示す。なお、粒径は、ＪＩＳＲ１６７０：２００６に規定された円相当径に準ずる。また、円形度は、ＪＩＳＢ２７１１：２００５に準ずる。
【００４４】
【表１】
2010228993.tif 000003
表１に示すように、チタン酸バリウム凝集体は、円形度が１に近く、平均粒径が小さい。したがって、チタン酸バリウムバリウム凝集体は、真球状で且つ微小である。
【００４５】
また、得られたチタン酸バリウム凝集体を集束イオンビーム加工し、その断面を形成した。かかる加工を行ったチタン酸バリウム凝集体の走査イオン顕微鏡写真を図４に示す。図４に示すように、かかる断面に多数のボイドが観察される（図中の矢印）。かかる断面におけるボイドについて、最も近接するボイドとの重心間距離を計測し、その重心間距離の標準偏差を求めた。その結果を表２に示す。なお、重心間距離の計測は、「ＭａｃＶｉｅｗ」を用いて行った。また、標準偏差は、異なる３つの断面について求めた。
【００４６】
【表２】
2010228993.tif 000004
表２に示すように、かかる重心間距離の標準偏差は小さい。したがって、各ボイド間の距離が均一に近いため、かかる断面においてボイドは均一に散らばっていると推定される。このことから、チタン酸バリウム内部の密度は均一であると推定される。
【００４７】
実施例２
まず、エタノールに、正方晶のチタン酸バリウム（平均粒径０．１μｍ）を加え、ビーズミルで５時間混合することにより、チタン酸バリウムの質量濃度が１％であるスラリーを作製した。次ぎに実施例１と同様にスラリーを噴霧し、チタン酸バリウム凝集体を得た。
【００４８】
得られたチタン酸バリウム凝集体の走査電子顕微鏡写真を図５に示す。図２と図５とを比較すると、実施例１に係る図２に示されたチタン酸バリウム凝集体の粒径の方が大きい。したがって、スラリーにおけるチタン酸バリウムの質量濃度を高めることにより、得られるチタン酸バリウム凝集体の粒径を大きくすることができると推定される。
【符号の説明】
【００４９】
１        噴霧装置
２        シリンジ
２ａ      開口部
３        印加電圧供給線
４        電源
５        基板
６        スラリー
【図１】
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【図２】
2010228993.tif 000006
【図３】
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【図４】
2010228993.tif 000008
【図５】
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