JPH0333671B2 - - Google Patents
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- JPH0333671B2 JPH0333671B2 JP58501619A JP50161983A JPH0333671B2 JP H0333671 B2 JPH0333671 B2 JP H0333671B2 JP 58501619 A JP58501619 A JP 58501619A JP 50161983 A JP50161983 A JP 50161983A JP H0333671 B2 JPH0333671 B2 JP H0333671B2
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- sintering
- slurry
- particles
- ceramic
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Description
請求の範囲
1 適当な金属アルコキシドを加水分解し、洗浄
し、乾燥し、造粒し、さらにか焼することからな
る加水分解技術によつて金属酸化物粉末を用意
し、該か焼した金属酸化物粉末を湿式ボールミル
処理し、該湿式ボールミル処理により生ずる上澄
み液を排出し、該上澄み液からの粉末を少なくと
も一つの粉末凝縮体に形成し、さらに該少なくと
も一つの粉末凝縮体をセラミツク体に焼結するこ
とからなるAl2O3、ZrO2およびTiO2からなる材
料類から選択されるセラミツク材料体の製造方法
において、前記湿式ボールミル処理を、1.8乃至
2.4にわたるPHを有する水性スラリーと共に行う
ことを特徴とする方法。Claim 1: A metal oxide powder is prepared by a hydrolysis technique consisting of hydrolyzing a suitable metal alkoxide, washing, drying, granulating and calcining; Wet ball milling the powder, draining the supernatant resulting from the wet ball milling, forming the powder from the supernatant into at least one powder condensate, and sintering the at least one powder condensate into a ceramic body. In the method for producing a ceramic material body selected from the materials consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 and TiO 2 , the wet ball milling process
A method characterized in that it is carried out with an aqueous slurry having a pH of over 2.4.
2 前記セラミツク材料がTiO2を包含しており、
かつ前記アルコキシドがチタンエトキシド、チタ
ンイソプロポキシドおよびチタンブトキシドから
選択される請求の範囲第1項記載の方法。2. The ceramic material contains TiO 2 ,
2. The method of claim 1, and wherein said alkoxide is selected from titanium ethoxide, titanium isopropoxide, and titanium butoxide.
3 前記PHが約2.1である請求の範囲第1項また
は第2項記載の方法。3. The method according to claim 1 or 2, wherein the PH is about 2.1.
4 前記焼結を650℃と1200℃との間の温度、好
ましくは850℃において行う請求の範囲第1項、
第2項または第3項記載の方法。4. Claim 1, wherein said sintering is carried out at a temperature between 650°C and 1200°C, preferably 850°C,
The method according to item 2 or 3.
5 前記セラミツク材料が更にAl、NbおよびTa
から選択される元素を含む請求の範囲第1項乃至
第4項のいずれか一項に記載の方法。5 The ceramic material further contains Al, Nb and Ta.
5. A method according to any one of claims 1 to 4, comprising an element selected from:
6 前記アルコキシドにアルコールを添加する請
求の範囲第1項乃至第5項のいずれか一項に記載
の方法。6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein alcohol is added to the alkoxide.
技術分野
本発明は低められた温度における焼結工程を有
するセラミツク製造方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a process for manufacturing ceramics having a sintering step at reduced temperatures.
発明の背景
セラミツク材料から製造される機器は多くの重
要な技術的用途を有する。例えばそれらは磁石、
コンデンサー、サイリスター、サーミスター並び
に多くの他の用途に有効である。これら材料の製
造のため多くの技術が開発されており、全部とは
言わなくともその多くは高温における焼結工程と
して必要としている。BACKGROUND OF THE INVENTION Devices manufactured from ceramic materials have many important technical applications. For example, they are magnets,
Useful in capacitors, thyristors, thermistors and many other applications. Many techniques have been developed for the production of these materials, many if not all requiring high temperature sintering processes.
セラミツク材料を用いる多くのタイプの機器は
1以上の電気的接点を必要とする電気機器であ
る。しかし、1400℃を代表とする高い焼結温度は
電極を形成するのに用いることができる材料を大
きく制限する。電極材料の多くは貴金属であり、
これら金属の価格は近年大きく上昇してきている
ので、より低い焼結温度および、したがつてより
安価な電極材料を使用することができるセラミツ
ク材料の製造方法が望まれる。もちろん低い焼結
温度は他のタイプの機器の製造においても、例え
ば、低い焼結温度のエネルギーコストと低さおよ
び揮発性成分が存在する場合に低い焼結温度によ
つて可能になる組成制御の容易さが望ましいとの
理由からまた望ましいものである。 Many types of devices that use ceramic materials are electrical devices that require one or more electrical contacts. However, high sintering temperatures, typically 1400°C, greatly limit the materials that can be used to form the electrodes. Many of the electrode materials are precious metals,
Since the prices of these metals have increased significantly in recent years, a method of manufacturing ceramic materials that allows the use of lower sintering temperatures and therefore cheaper electrode materials is desired. Of course, lower sintering temperatures can also be used in the production of other types of devices, for example due to the energy costs and lower compositional control enabled by lower sintering temperatures in the presence of volatile components. Ease is also desirable because it is desirable.
多層セラミツクコンデンサーはより低い焼結温
度が望ましい電気機器の一例である。多層セラミ
ツクコンデンサーの製造は代表的にセラミツク材
料の層の間に電極材料を配置することを必要とす
る。セラミツク層と電極材料層とは共に酸化雰囲
気中の高められた温度において共焼結される。多
層セラミツクコンデンサーに通常用いられるチタ
ン酸バリウムセラミツクの粉末は、代表的におよ
そ1400℃の焼結温度を必要とする。このような比
較的高い温度においては、Ag−Pd合金のような
貴金属が電極として代表的に必要とされる。Ag
から成る電極のような代替物は、セラミツク材料
をAgの融点、およそ962℃、より低い温度におい
て焼結されることができない限り使用することは
できない。 Multilayer ceramic capacitors are an example of electrical equipment where lower sintering temperatures are desirable. The manufacture of multilayer ceramic capacitors typically requires placing electrode materials between layers of ceramic material. Both the ceramic layer and the electrode material layer are co-sintered at elevated temperature in an oxidizing atmosphere. Barium titanate ceramic powders commonly used in multilayer ceramic capacitors typically require sintering temperatures of approximately 1400°C. At such relatively high temperatures, noble metals such as Ag-Pd alloys are typically required as electrodes. Ag
Alternatives such as electrodes consisting of Ag cannot be used unless ceramic materials can be sintered at temperatures lower than the melting point of Ag, approximately 962°C.
焼結温度を低めるべく種々の解決法が採られて
きた。1つの解決法は化学的手段、例えば焼結に
先立ちセラミツク組成物にドーパントを添加する
ことにより焼結温度を低下させるものである。し
かしこの解決法はドーパントがセラミツク組成物
の誘電性に有害な影響を与えるのでしばしば望ま
しくない。第2の解決法は、低い温度において焼
結を進めるために最適の物理的性質を備えたセラ
ミツク粉末を製造するものである。この方法の1
例がアメリカセラミツク学会ジヤーナル
(Journal of the American Ceramic Society)、
64、第19〜22頁、1981年に報告されている。この
論文は1100℃において焼結し得るZrO2で安定化
したY2O3の凝集していないミクロン単位の粉末
を利用することを報告している。この温度は通常
の焼結温度よりもおよそ300℃低い。 Various solutions have been taken to reduce sintering temperatures. One solution is to reduce the sintering temperature by chemical means, such as adding dopants to the ceramic composition prior to sintering. However, this solution is often undesirable because the dopants have a deleterious effect on the dielectric properties of the ceramic composition. The second solution is to produce ceramic powders with optimal physical properties for sintering at low temperatures. 1 of this method
An example is the Journal of the American Ceramic Society.
64, pp. 19-22, 1981. This paper reports the use of a non-agglomerated micron-sized powder of ZrO 2 stabilized Y 2 O 3 that can be sintered at 1100°C. This temperature is approximately 300°C lower than normal sintering temperatures.
発明の概要
本発明によれば、スラリー中における金属酸化
物粉末の分散を最大にするPH領域においてボール
ミル処理し、焼結することによりセラミツク材料
を比較的低い温度において高密度に焼結すること
ができる。金属酸化物粉末は、好ましい実施態様
にあつては、アルコキシドを加水分解してスラリ
ーを形成し、該スラリー中の金属酸化物粉末を乾
燥し、造粒し、そしてか焼することを包含する方
法により製造される。更に好ましい実施態様とし
てアルコキシドにアルコールが添加される。更に
他の好ましい実施態様として本方法により製造さ
れるセラミツク材料はTiO2を包含する。なおい
つそう好ましい実施態様として本方法により製造
されるセラミツク材料はイソプロポキシドのよう
なTi−アルコキシドの加水分解により製造され
るTiO2を包含し、850℃においてその理論密度の
99パーセントまで焼結される。この温度は通常の
焼結温度よりおよそ500℃低い。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, ceramic materials can be sintered to a high density at relatively low temperatures by ball milling and sintering in a PH range that maximizes the dispersion of metal oxide powder in a slurry. can. The metal oxide powder is prepared, in a preferred embodiment, by a method that includes hydrolyzing an alkoxide to form a slurry, drying, granulating, and calcining the metal oxide powder in the slurry. Manufactured by. In a further preferred embodiment, alcohol is added to the alkoxide. In yet another preferred embodiment, the ceramic material produced by the method includes TiO2 . In a more preferred embodiment, the ceramic material produced by this method includes TiO 2 produced by hydrolysis of Ti-alkoxides such as isopropoxide, and has a theoretical density of
Sintered to 99%. This temperature is approximately 500°C lower than the normal sintering temperature.
詳細な説明
セラミツク酸化物材料は、非常に小さい粒子サ
イズを有する凝集していないセラミツク粉末を用
いることにより、比較的低い温度において焼結す
ることができる。金属酸化物粉末を、スラリー中
における粉末の分散を最大にする領域内のPH値を
有するスラリー中においてボールミル処理する。
このPHは粒子の表面電荷を制御し、凝集傾向を減
少させる。粒子サイズの小さいことは、密集した
材料中の間隙が小さく焼結工程中に容易に除去で
きることにつながり、それによつて高密度を達成
できることになるので望ましい。しかし、単に粒
子サイズが小さいだけでは。粒子はまた凝集を妨
げるためにスラリー中に分散させなければなら
ず、これが再び大きな間隙をつくることになり、
結果として焼結後の密度が低くなるので十分でな
い。DETAILED DESCRIPTION Ceramic oxide materials can be sintered at relatively low temperatures by using unagglomerated ceramic powders with very small particle sizes. The metal oxide powder is ball milled in a slurry having a PH value in a region that maximizes dispersion of the powder in the slurry.
This PH controls the surface charge of the particles and reduces their tendency to agglomerate. Small particle size is desirable because it leads to smaller voids in the dense material that can be easily removed during the sintering process, thereby allowing higher densities to be achieved. However, it is not just the particle size that is small. The particles also have to be dispersed in the slurry to prevent agglomeration, which again creates large voids,
As a result, the density after sintering becomes low, which is not sufficient.
好ましい実施態様にあつては、粉末はアルコキ
シドの加水分解で始まる方法により製造される。
アルコキシドの粘度が所望の工程温度において望
ましからぬ程高い場合は、アルコキシドを適当な
アルコール中に溶解することによりその粘度を低
減させることができる。アルコールを添加するこ
とにより、また粒子のサイズも小さくなる。セラ
ミツク材料中に数種の金属が望ましく存在する場
合は、2種以上のアルコキシドが使用される。ア
ルコキシドの使用は、反応生成物、金属酸化物お
よびアルコールを生成しながら所望の金属原子を
導入する便利な手段を与えるものであり、加水分
解後それらは反応することがない。 In a preferred embodiment, the powder is produced by a process that begins with hydrolysis of an alkoxide.
If the viscosity of the alkoxide is undesirably high at the desired process temperature, the viscosity can be reduced by dissolving the alkoxide in a suitable alcohol. Adding alcohol also reduces the size of the particles. If several metals are desired to be present in the ceramic material, more than one alkoxide is used. The use of alkoxides provides a convenient means of introducing the desired metal atoms while producing reaction products, metal oxides and alcohols, which do not react after hydrolysis.
加水分解後、金属酸化物粉末は一般にボールミ
ル処理の前に中間処理工程を経る。適当の中間工
程は代表的に、加水分解中に製造されたスラリー
中の粉末の乾燥およびこれに続く造粒および粉末
のか焼を含んでいる。ボールミル処理が終了した
後、スラリーをしばらくの間放置し、より大きい
粒子を沈降させる。しばらく沈降させたのち、上
澄みのスラリーを排出し、粒子を稠密にする。本
方法においては、より小さい粒子を選択し、得ら
れる密度を増大させている。 After hydrolysis, the metal oxide powder typically undergoes an intermediate treatment step before ball milling. Suitable intermediate steps typically include drying of the powder in the slurry produced during hydrolysis, followed by granulation and calcination of the powder. After ball milling is complete, the slurry is allowed to stand for a period of time to allow larger particles to settle out. After settling for a while, the supernatant slurry is drained to densify the particles. In this method, smaller particles are selected to increase the resulting density.
ボールミル処理中に最大にすべき粉末の分散度
は溶液のPHに依存する。スラリーの粘度および沈
降について研究結果を粉末の分散量および、した
がつてスラリー中の臨界PH値およびPH領域を決定
するのに用いることができる。一般に、より高度
に分散された粉末を有するスラリーは、より低度
に分散された粉末を有すスラリーよりも相対的に
低い粘度を有する。文献中には論文があり、例え
ばアメリカセラミツク学会ジヤーナル、12、第
394〜398頁、1949年、はスラリーの見掛け粘度と
そのPHとの関係を示している。酸化物の表面は一
般に真の表面電荷および酸化物表面と酸化物表面
から離れた液体媒質との間の電位差に帰着する
H+またはOH-を放つことができるイオン化位置
を有するとの仮説を設けている。この電位差は通
常ゼータ電位と呼ばれており、それば臨界PH値ま
たはPH領域において最大値に達するとの分析が示
されている。これらの値および領域は、酸化物表
面のイオン化は酸化物が平衡にある液体媒質のPH
に依存しているという事実に決定される。すべて
の粒子は同一の電荷を運び、同一のゼータ電位を
有するので、粒子間の静電気的斥力は粒子の緊密
な接近すなわちフロキユレーシヨンを防止するこ
とができる。ゼータ電位が十分に大きい場合、静
電気的斥力は顕著になり、フアンデルワールス引
力に打ち勝ち、粒子は液体中に分散したまま留ま
る。比較的低い粘度はそれが良好に分散した粒子
に帰着するので望ましい。 The degree of powder dispersion that should be maximized during ball milling depends on the PH of the solution. Studies on slurry viscosity and sedimentation can be used to determine the amount of powder dispersed and therefore the critical PH value and PH region in the slurry. Generally, slurries with more highly dispersed powders have relatively lower viscosities than slurries with less dispersed powders. There are papers in the literature, such as Journal of the Ceramic Society of America, 12th, No.
394-398, 1949, shows the relationship between the apparent viscosity of a slurry and its pH. Oxide surfaces generally result in a true surface charge and a potential difference between the oxide surface and the liquid medium remote from the oxide surface.
The hypothesis is that it has ionization sites that can release H + or OH - . This potential difference is commonly referred to as the zeta potential, and analysis has shown that it reaches its maximum value at a critical PH value or region. These values and regions indicate that the ionization of the oxide surface depends on the pH of the liquid medium in which the oxide is in equilibrium.
determined by the fact that it depends on Since all particles carry the same charge and have the same zeta potential, electrostatic repulsion between the particles can prevent their close proximity or flocculation. If the zeta potential is large enough, the electrostatic repulsion becomes significant and overcomes the Van der Waals attraction, and the particles remain dispersed in the liquid. A relatively low viscosity is desirable as it results in well-dispersed particles.
固体粒子の沈降速度はストークスの式から算出
することができ、この式は速度が粒子サイズの二
乗に伴つて増加することを示している。このよう
に、微粒子を有するスラリー中では沈降は代表的
にゆつくりと進行する。一例として下記のように
製造されるTiO2の粉末はおよそ0.02μmの粒子半
径を有し、よく分散した場合、0.1mm/日より小
さい沈降速度を有している。 The settling velocity of solid particles can be calculated from the Stokes equation, which states that velocity increases with the square of the particle size. As described above, sedimentation typically proceeds slowly in a slurry containing fine particles. As an example, TiO 2 powder produced as described below has a particle radius of approximately 0.02 μm and, when well dispersed, has a settling rate of less than 0.1 mm/day.
しかし、微粒子は凝集する傾向があり、各凝集
体はやや低い固形含量を有する103〜105個のゆる
く結合した粒子からなつている。凝集体のサイズ
は粒子サイズよりはるかに大きいので、凝集体の
沈降速度は個々の粒子に期待される速度よりもは
るかに大きい。凝集体が主にほぼ同一サイズの粒
子からなつている場合、それらの沈降速度は凝集
体中の固型画分に逆比例する。このように沈降速
度は微粒子がかさばつた、低密度の凝集体を形成
する場合においてさえも比較的早い。その結果と
して粉末の分散度合は沈降速度に直接的に関連す
る。 However, the microparticles tend to agglomerate, with each agglomerate consisting of 10 3 to 10 5 loosely bound particles with a rather low solids content. Since the size of the aggregates is much larger than the particle size, the settling velocity of the aggregates is much greater than that expected for individual particles. If the aggregates consist primarily of particles of approximately the same size, their settling rate is inversely proportional to the solid fraction in the aggregate. Thus, the settling rate is relatively high even when the fine particles form bulky, low-density aggregates. As a result, the degree of dispersion of the powder is directly related to the settling rate.
本方法はAl2O3、ZrO2、およびTiO2の使用に
対し良く適合しているが、特にTiO2に言及して
説明することとする。ミクロン単位のTiO2の粉
末をチタンアルコキシド、例えばチタンエトキシ
ド、チタンイソプロポキシドおよびチタンブトキ
シドの加水分解により製造される。加水分解反応
は以下の化学反応式により表わされる:
2Ti(OCoH2o+1)4+2H2O→2TiO(OCoH2o+1)
2+4CoH2o+1OH(1)
2TiO(OCoH2o+1)2→TiO2+Ti(OCo
H2o+1)4(2)
正味の反応は:
Ti(OCoH2o+1)4+2H2O→TiO2+4Co
H2o+1OH(3)
である(式中nはチタンエトキシド、チタンイソ
プロポキシドおよびチタンブトキシドに対し、
夫々n=2、3および4である)。このようにチ
タンアルコキシドの各1モルが水2モルと反応
し、TiO21モルおよびアルコール4モルを生成す
る。 Although the method is well suited for use with Al 2 O 3 , ZrO 2 , and TiO 2 , it will be described with particular reference to TiO 2 . Micron-scale TiO 2 powder is produced by hydrolysis of titanium alkoxides such as titanium ethoxide, titanium isopropoxide and titanium butoxide. The hydrolysis reaction is represented by the following chemical equation: 2Ti(OC o H 2o+1 ) 4 +2H 2 O→2TiO(OC o H 2o+1 )
2 +4C o H 2o+1 OH(1) 2TiO(OC o H 2o+1 ) 2 →TiO 2 +Ti(OC o
H 2o+1 ) 4 (2) The net reaction is: Ti(OC o H 2o+1 ) 4 +2H 2 O→TiO 2 +4C o
H 2o+1 OH(3) (where n is for titanium ethoxide, titanium isopropoxide and titanium butoxide,
n=2, 3 and 4, respectively). Each mole of titanium alkoxide thus reacts with 2 moles of water to produce 1 mole of TiO 2 and 4 moles of alcohol.
ある種の陽イオンドーパント、例えばAl、Nb
およびTaがある静電気特性を制御するためTiO2
にしばしば好ましく添加される。このドーパント
は金属アルコキシドの形で導入することができ、
これがチタンアルコキシド中に溶解する。例えば
Alが所望のドーパントである場合、例えばアル
ミニウムブトキシドの適当量をチタンブトキシド
中に溶解する。TaまたはNbが所望のドーパント
である場合、例えばタンタルエトキシドまたはニ
オブエトキシドをチタンエトキシド中に溶解す
る。陽イオンドーパントおよびTiO2の前駆物質
は共に混和性溶液中に存在するので、TiO2中へ
のドーパントの均質な分布が達成される。 Certain cationic dopants, e.g. Al, Nb
and Ta to control the electrostatic properties TiO 2
often preferably added to. This dopant can be introduced in the form of a metal alkoxide,
This dissolves in the titanium alkoxide. for example
If Al is the desired dopant, for example, a suitable amount of aluminum butoxide is dissolved in titanium butoxide. If Ta or Nb is the desired dopant, for example tantalum ethoxide or niobium ethoxide is dissolved in the titanium ethoxide. Since both the cationic dopant and the precursor of TiO 2 are present in a miscible solution, a homogeneous distribution of the dopant into the TiO 2 is achieved.
チタンアルコキシドの融点は代表的な処理温
度、例えば、25℃、に近いので液体アルコキシド
はこれらの温度において非常に粘着性がある。ア
ルコキシドの粘度はアルコキシドを適当なアルコ
ール、例えばチタンエトキシドはエチルアルコー
ルに、チタンイソプロポキシドはイソプロピルア
ルコールに、チタンブトキシドはブチルアルコー
ルに溶解することにより低減させることができ
る。 The melting point of titanium alkoxide is close to typical processing temperatures, eg, 25°C, so liquid alkoxides are very sticky at these temperatures. The viscosity of the alkoxide can be reduced by dissolving the alkoxide in a suitable alcohol, such as titanium ethoxide in ethyl alcohol, titanium isopropoxide in isopropyl alcohol, and titanium butoxide in butyl alcohol.
希釈されたアルコキシド溶液のアルコール含量
は望ましくは95パーセントより小さい。希釈溶液
もまたより小さい粒子サイズのTiO2加水分解反
応生成物を生じる。例えば、10パーセントのチタ
ンイソプロポキシドおよび90%のイソプロピルア
ルコールからなるアルコキシド溶液を用いて製造
されたTiO2粒子のサイズは、希釈しないチタン
イソプロポキシドを用いて製造された粒子サイズ
のほぼ25パーセントである。粒子サイズはTiO2
分子間のブラウン衝突の頻度により決定されるの
で、粒子サイズはアルコールによる希釈により減
ぜられるとの仮設が設けられる。希釈された条件
ではTiO2分子はより少なく集中され、それらの
衝突頻度は減ぜられる。 The alcohol content of the diluted alkoxide solution is desirably less than 95 percent. Dilute solutions also yield TiO2 hydrolysis reaction products with smaller particle sizes. For example, the size of TiO2 particles produced using an alkoxide solution consisting of 10 percent titanium isopropoxide and 90% isopropyl alcohol is approximately 25 percent of the particle size produced using undiluted titanium isopropoxide. It is. Particle size is TiO2
The hypothesis is that particle size is reduced by dilution with alcohol, as it is determined by the frequency of Brownian collisions between molecules. In dilute conditions TiO2 molecules are less concentrated and their collision frequency is reduced.
本処理方法は以下のように進行する。反応はチ
タンアルコキシド、例えばイソプロポキシドが液
体のままである温度、例えば25℃において好適に
起こる。チタンイソプロポキシド溶液が水と接触
すると直ちに反応して濁つた沈殿を生じる。チタ
ンイソプロポキシドは例えば撹拌している水の中
に噴霧することができる。CO2による汚染を最小
にするため、好ましくは窒素のような不活性気体
で運動している水の上を覆う。 The processing method proceeds as follows. The reaction preferably takes place at a temperature at which the titanium alkoxide, such as isopropoxide, remains liquid, such as 25°C. When a titanium isopropoxide solution comes into contact with water, it immediately reacts to form a cloudy precipitate. Titanium isopropoxide can be sprayed into stirring water, for example. To minimize contamination with CO2 , preferably an inert gas such as nitrogen is blanketed over the moving water.
小径、代表的には2〜3μmより小さい孔を有
する適当な紙を通しての過によりスラリーか
ら液体を除去する。得られる液は透明な液体で
あり、加水分解の間に形成された沈澱の凝集のサ
イズが紙の孔より大きいことを示している。残
渣を移して蒸留水と十分に混合し、好ましくは3
回蒸留してあらゆる未反応チタンイソプロポキシ
ドを除去する。次いでスラリーを過して液体を
除去する。次いで残渣をイソプロピルアルコール
と混合し、再び過する。アルコールとの混合、
洗浄およびこれに引き続いての過の処理を好ま
しくは数回、例えば3回繰り返して残留水を除去
する。 The liquid is removed from the slurry by filtration through a suitable paper having pores of small diameter, typically smaller than 2-3 μm. The resulting liquid is a clear liquid, indicating that the size of the precipitate agglomerates formed during hydrolysis is larger than the paper pores. Transfer the residue and mix well with distilled water, preferably 3
Repeat distillation to remove any unreacted titanium isopropoxide. The slurry is then passed through to remove the liquid. The residue is then mixed with isopropyl alcohol and filtered again. mixing with alcohol,
The washing and subsequent filtration is preferably repeated several times, for example three times, to remove residual water.
過した粉末を次いで約100℃において約1時
間乾燥する。乾燥した粉末を例えば850μmの直
径の孔を有するふるいを通して造粒し、空気中約
550℃の温度において16時間か焼する。か焼した
粉末を次いでポリプロピレン容器中においてPH約
2.1を有するHCl−H2O溶液中でZrO2ミリング媒
体を用いて約3時間粉砕する。 The filtered powder is then dried at about 100°C for about 1 hour. The dry powder is granulated through a sieve with holes of e.g.
Calcinate for 16 hours at a temperature of 550°C. The calcined powder is then placed in a polypropylene container to a pH of approximately
Grind for about 3 hours using ZrO 2 milling media in HCl-H 2 O solution with 2.1.
スラリーはおよそ14重量パーセントの固型分を
有する。 The slurry has a solids content of approximately 14 weight percent.
2.1のPHが水溶液中におけるTiO2粉末の分散を
最大にするもので最も好ましいと思われる。約
1.8乃至約2.4の範囲内のどのPHも好都合に使用す
ることができる。この範囲外では凝集体が形成し
易い。 A pH of 2.1 appears to be the most preferred as it maximizes the dispersion of the TiO 2 powder in the aqueous solution. about
Any pH within the range of 1.8 to about 2.4 can be advantageously used. Outside this range, aggregates are likely to form.
ボールミル処理後、粉末スラリーを72時間放置
する。上澄みのスラリーは懸濁液中の最も微小な
粒子のみからなつているのでこれをサイホンで除
去し、例えば遠心分離により密に凝縮する。得ら
れた粉末の凝縮物を約105℃において約16時間乾
燥する。得られた凝集物を次いで650℃と1200℃
との間の温度において焼結する。焼結雰囲気とし
て流動酸素を用いることができる。 After ball milling, leave the powder slurry for 72 hours. The supernatant slurry, which consists only of the smallest particles in suspension, is removed with a siphon and densely condensed, for example, by centrifugation. The powder condensate obtained is dried at about 105° C. for about 16 hours. The resulting aggregates were then heated to 650°C and 1200°C.
sintering at temperatures between Flowing oxygen can be used as the sintering atmosphere.
得られた材料の密度をCCl4を沈没液体として
アルキメデスの原理により測定した。決定した相
対密度は4.26g/cm3の理論密度に基づくものであ
つた。上述した方法により製造し、酸素中で850
℃において2時間焼結したTiO2はドープしたも
のもドープしながつたものも共に理論値の99.5パ
ーセントより大きな密度と0.5μmより小さい結晶
粒度を有していた。 The density of the obtained material was measured by Archimedes' principle using CCl 4 as the sinking liquid. The relative density determined was based on a theoretical density of 4.26 g/cm 3 . Produced by the method described above and heated at 850 °C in oxygen.
Both doped and undoped TiO 2 sintered at 0.degree. C. for 2 hours had a density greater than 99.5 percent of theoretical and a grain size less than 0.5 .mu.m.
与えられた温度における焼結により粒子寸法が
異なる以外は同一である固体粒子の2以上の糸に
幾何学的に類似する変化を生ぜしめるのに要する
時間を支配する比較的簡単な法則があることは当
業者により一般的に認められるところである。そ
の一例として、与えらた温度において半径r1の球
形粒子を焼結するのに時間t1を要するとすれば、
半径r2を有する粒子を焼結するのに要する時間t2
は式:
t2=(r2/r1=)nt1
により与えられる(式中nの値は焼結に際しての
物質輸送機構のいかんによる)。nの値は格子拡
散に関して3であり、粒界拡散に関して4であ
る。一般に、必要とされる焼結時間が温度の逆数
に伴つて指数的に増大することは当業者によりさ
らに推測されるところである。低い温度でかつ小
さい結晶粒度を有する試料にあつては、一般に粒
界拡散は稠密化へ導くより重要な物質輸送機構で
ある。TiO2中における粒界拡散は文献中に報告
されていないが、粒界拡散の活性化エネルギーは
一般に格子拡散のそれより小さい。したがつて粒
子サイズが小さければ焼結温度が低下することが
期待される。 that there are relatively simple laws governing the time required for sintering at a given temperature to produce geometrically similar changes in two or more strands of otherwise identical solid particles with different particle sizes; is generally recognized by those skilled in the art. As an example, if it takes time t 1 to sinter a spherical particle of radius r 1 at a given temperature, then
The time required to sinter a particle with radius r 2 t 2
is given by the formula: t 2 = (r 2 /r 1 =) n t 1 (the value of n in the formula depends on the mass transport mechanism during sintering). The value of n is 3 for lattice diffusion and 4 for grain boundary diffusion. It is further assumed by those skilled in the art that, in general, the required sintering time increases exponentially with the inverse of temperature. For samples with low temperatures and small grain sizes, grain boundary diffusion is generally the more important mass transport mechanism leading to densification. Although grain boundary diffusion in TiO 2 has not been reported in the literature, the activation energy of grain boundary diffusion is generally smaller than that of lattice diffusion. Therefore, it is expected that the smaller the particle size, the lower the sintering temperature.
低温焼結に先だつてTiO2粉末を凝集の前によ
く分散させることが重要である。上述の方法にお
いて、加水分解およびか焼の間に形成された大き
な凝集体は沈降により除去した。したがつて微小
で凝集していない粒子のみが遠心分離により稠密
体に凝縮される。凝集体を除去すると、製造され
た試料中の密度分布はより均一になつた。細孔の
サイズ分布はより均一になり、稠密化は試料が不
均一な密度を有する場合に存在する残留細孔によ
り制限を受けて遅れることなく、より容易に進行
する。 Prior to low temperature sintering, it is important that the TiO 2 powder is well dispersed before agglomeration. In the above method, large aggregates formed during hydrolysis and calcination were removed by settling. Therefore, only small, unagglomerated particles are condensed into a dense body by centrifugation. After removing the aggregates, the density distribution in the produced samples became more uniform. The pore size distribution becomes more uniform and densification proceeds more easily without being limited and delayed by residual pores that are present when the sample has a non-uniform density.
粉末の凝集物は遠心分離技術以外の方法によつ
ても製造することができる。例えば、アイソスタ
テイツクプレスによつても所望の均一な密度分布
を有する凝集物を得ることができる。 Powder agglomerates can also be produced by methods other than centrifugation techniques. For example, an agglomerate having the desired uniform density distribution can also be obtained by isostatic pressing.
焼結が終了したのち機器の製造、例えばセラミ
ツク材料への電気的接点の製造を続けて行なうこ
とができる。 After sintering has been completed, the production of devices, for example the production of electrical contacts to the ceramic material, can continue.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1983/000457 WO1983003823A1 (en) | 1982-05-03 | 1983-04-04 | Method for fabricating ceramic materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59500714A JPS59500714A (en) | 1984-04-26 |
| JPH0333671B2 true JPH0333671B2 (en) | 1991-05-17 |
Family
ID=22174946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58501619A Granted JPS59500714A (en) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | Manufacturing method of ceramic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59500714A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0829264B2 (en) * | 1986-12-03 | 1996-03-27 | 日本セメント株式会社 | Method for producing fine powder of raw material for ceramics |
| JP2947558B2 (en) * | 1988-10-18 | 1999-09-13 | 新光電気工業株式会社 | Ceramic insulating material and method of manufacturing the same |
-
1983
- 1983-04-04 JP JP58501619A patent/JPS59500714A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59500714A (en) | 1984-04-26 |
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