JPH0471848B2 - - Google Patents

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JPH0471848B2
JPH0471848B2 JP20694483A JP20694483A JPH0471848B2 JP H0471848 B2 JPH0471848 B2 JP H0471848B2 JP 20694483 A JP20694483 A JP 20694483A JP 20694483 A JP20694483 A JP 20694483A JP H0471848 B2 JPH0471848 B2 JP H0471848B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘電体材料の1種であるチタン酸バ
リウムとジルコニウム酸バリウムの固溶体微粒子
を製造するための方法に関する。
近年、誘電体材料を微粒子化するための製造方
法が種々の角度から研究されているが、その微粒
子化した誘電体材料の用途の一つとしてセラミツ
クコンデンサへの応用がある。電子製品の小形
化、高密度化に伴い、コンデンサについても他の
電子部品と同様に小形、軽量にし、更に大容量
化、耐高周波性の向上が要求されている。このた
め、セラミツクコンデンサにおいては、セラミツ
ク層の厚みを薄く、均一にするためにも誘電体材
料の微粒子化が必要となる。また、この微粒子化
により、焼結温度を低く抑えることも可能とな
る。
この他、電歪材料、圧電材料、透明セラミツク
材料等の原料としても、例えば焼結性、温度特性
を改善する上から、粒子径が小さく、均一なもの
が期待されている。
このような誘電体材料の一つとしてチタン酸バ
リウムとジルコニウム酸バリウムの固溶体Ba
(ZrxTi1-x)O3(以下、BZTxと略記し、数字xは
Zrのモル%を示す。なお、0<x<1)があり、
従来この固溶体を得るためにBaCO3とZrO2
TiO2又はBaTiO3とBaZrO3を原料とする固相反
応が行われている。この固相反応により得られた
BZT固溶体を微粒子化する場合、仮焼後の粉砕
工程においてAl2O3などの不純物の混入は避けえ
られない面がある。また、粉砕した固溶体微粒子
の粒径が不均一であることによる成形むらの発
生、焼結後の気孔の増加などの問題が生じる。更
に、焼結は拡散によつて支配されるものである
が、ZrとTiの固溶均一性は高いとは言えず、局
所的にZrとTiの含有量が夫々大きい所ができる
ため、誘電特性の面からも改善の余地が大きい。
最近これらの問題点を改善するための試みが多
方面でなされているが、その一つに金属アルコキ
シド法がある。金属アルコキシドとは、アルコー
ルの水素原子を金属で置換した化合物をいう。こ
の金属アルコキシド法による合成法として、例え
ば特公昭58−2220号公報に示されている方法があ
る。しかし、この方法による場合、合成時に得ら
れる物質は0.2<x<0.9の広範囲にわたつてアモ
ルフアス状態であり、結晶質のものを得るには熱
処理が不可欠であるため、製造工程の面からみれ
ば従来の固相反応法を大幅に改善したとは言い難
い。また、この合成法において使用する有機金属
化合物である金属アルコキシドは、通常の固相反
応で使用する原料より遥かに価格が高いという点
でも実用化には多くの問題点がある。
本発明は、上述のような問題点を解決すること
ができ、高純度で均一、且つ活性度の優れたBa
(ZrxTi1-x)O3固溶体微粒子を得ることができる
製造方法を提供するものである。
本発明は、四塩化ジルコニウムZrCl4のような
Zr化合物もしくはその加水分解生成物と四塩化
チタンTiCl4のようなTi化合物もしくはその加水
分解生成物とを所定の割合に混合した後、バリウ
ムBa塩を加え、強アルカリ側の水溶液中、沸点
付近の温度で反応させ、生成した沈殿を水又は温
水で洗浄してK+、Na+、Li+等のアルカリイオン
を十分除去し、濾過、乾燥させることにより
BZT固溶体微粒子を得る製造方法である。
ここで、Zr化合物としては、ZrCl4、Zr(NO3
4、ZrO(NO32・2H2O、ZrOCl2・8H2Oなどを
水に溶解した水溶液、またZr化合物の加水分解
生成物としては、その水溶液をNH4OH、LiOH、
NaOH、KOH等のアルカリ溶液で加水分解させ
たものを使用することができる。
Ti化合物としては、TiCl4、Ti(SO42などを水
に溶解した水溶液、またTi化合物の加水分解生
成物としては、その水溶液を上記アルカリ溶液で
加水分解させたものを使用することができる。但
し、Ti(SO42を使用する場合には、硫酸根SO4 2-
を除去する必要があるので、単なる水溶液として
反応させないで、1回アルカリで加水分解して
TiO2・nH2Oを作り、十分水洗して濾別した後
使用する。
Ba塩としては、Ba(NO32、Ba(OH)2
BaCl2、Ba(CH3COO)2などを使用することがで
きる。また、これらの加水分解生成物を使用して
もよい BZT微粒子を合成する際の反応条件として、
強アルカリ性水溶液のpHは、0<x≦0.2の範囲
で13.5以上、0.2<x<1の範囲で13.7以上が好ま
しい。
反応温度は、0<x≦0.2の範囲で80℃以上、
好ましくは90℃以上、0.2<x<0.7の範囲で90℃
以上、好ましくは沸点温度、0.7≦x<1の範囲
では沸点温度が好ましい。
Ba/Zr+Tiのモル比は、0.7以上5以下、好ま
しくは1から2付近とする。
反応時間は、0<x≦0.2の範囲で反応開始直
後でもよく、1時間もすれば十分高い収率が得ら
れる。0.2<x<0.7の範囲では、20分以上、好ま
しくは1時間半程、0.7≦x<1の範囲では1時
間以上、好ましくは2時間程で十分高い収率が得
られる。
本発明は、上述した通り、結晶性の高いBZT
固溶体微粒子を全範囲にわたつて熱処理なしに液
相から合成することができる方法である。この製
造方法により、BZT微粒子の高均一性、高純度
化及び固溶因子xの高均一性が達成され、例えば
セラミツク原料として優れた微粒子が得られる。
従来の固相反応法によれば、仮焼や高温での焼成
が必要であるが、この湿式合成法では合成時に既
にBZT固溶体が形成されているため、仮焼工程
を省略し、また焼成温度を低くすることができ
る。従つて、焼成温度の違いによるキユリー点や
静電特性のバラツキが極めて少なくなり、信頼性
が高くなる。本製造方法により得られた微粒子
は、粒子径が均一であるため、成形時のむらや焼
結時発生する気孔が減少する。一方、本製造方法
では、粉砕混合工程を含まないので、Fe、Alな
どの不純物の混入の虞れはなくなり、これらの混
入による静電特性のバラツキもなくなる。更に、
同じ湿式合成法のアルコキシド法における金属ア
ルコキシドとは異り、出発原料としてTiCl4
ZrCl4、Ba(NO32のような低廉な原料を使用す
るので極めて生産性に富み、BZT微粒子を安価
に得ることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。
実施例 1 約200gのTiCl4を氷水中に攪拌しながら加えて
水溶液を作つた後、メスフラスコに移し変えて容
量を1000ccとする。次に、この溶液から一部を採
取してアンモニア水でTiO2を沈殿させ、この沈
殿に約1000℃の熱処理を施した後、重量測定を行
つてメスフラスコ中のTiCl4標準溶液の正確な濃
度を決定した。その結果0.956mol/であつた。
同様に、約200gのZrCl4を水中に攪拌しながら加
えて黄色の水溶液を作つた後、メスフラスコに移
し変えて容量を1000ccにする。次に、この溶液か
ら一部を採取してリン酸水素二アンモニウム
(NH42HPO4でZrP2O7を沈殿させ、この沈殿に
約1000℃の熱処理を施した後、重量測定を行つて
メスフラスコ中のZrCl4標準溶液の正確な濃度を
決定した。その結果0.856mol/であつた。
そこで、BZT20となるように、このTi標準溶
液49.25cc、Zr標準溶液13.75ccをビーカに採取
し、この中にBa(NO32を15.38gを加えて完全に
溶解させる。溶解し難いときは、熱を少し加えれ
ば簡単に透明な溶液となる。次に、予め調整済み
の5N−KOH溶液をpH13.9になるまでこの溶液
に加える。これにより溶液は白色の懸濁液とな
り、この後全溶液量を約400ccにする。この溶液
を沸騰させながら攪拌し、3時間程熟成させる。
熟成後生成した淡黄白色沈殿に温水を使用して10
回程デカンテーシヨンを繰り返すことにより、ア
ルカリイオン等の不純物を除去する。最後に、こ
の沈殿を濾過分離して、90℃で乾燥させると、約
13gの微粒子が得られる。
上記操作により得られた物質を、X線回析(銅
ターゲツト、ニツケルフイルタ)により分析した
結果を第1図Bに同じく湿式合成したBaTiO3
(第1図A)とBaZrO3(第1図C)と共に示す。
なお、回析強度は、夫々(110)の回析ピーク
を基準に規格化したものである。これらのX線回
析パターンから、BZTは、BaTiO3のピーク位置
からBaZrO3のピーク位置に少しシフトしている
ことがわかり、ASTMカードの5−626と6−
399から予測される立方晶ペロブスカイト型BST
微粒子のピーク位置に一致していることが確認さ
れた。
実施例 2 実施例1で使用したTi標準溶液とZr標準溶液
からBZT50となるように夫々30.78ccと34.37ccを
採取し、この溶液にBa(OH)2・8H2Oを18.56g加
えた後、5N−KOH溶液でpH14とし、更に全溶
液量を約400ccにする。この溶液を沸騰させなが
ら攪拌し、適時抽出してBZT微粒子生成の時間
依存性を調べた結果を第2図の曲線Aに示す。こ
のグラフで縦軸の生成量は、(110)のピーク強度
を100に規格化した場合の相対強度を示す。また、
反応温度を80℃に変えて、全く同様の実験を行つ
てBZT微粒子生成の時間依存性を測定した結果
を第2図の曲線Bに示す。このグラフから、沸点
(〜100℃)では、BaZrO3よりも速く生成される
が、80℃でのデータに着目するとBaTiO3よりも
遥かにできにくいことがわかる。
次に、合成しようとするBZT50の反応初期に
おける組成状態を測定した結果を第3図の曲線C
に示す。このグラフから明らかなように、反応初
期の20〜30分までの間では、沸点温度での反応に
おいても目的のBZT50の組成とはならないで、
Tiの含量の大きい側にずれており、30分位経過
した後にBZT50の組成に収束する。なお、この
グラフは(110)の回析ピーク位置から計算した
面間隔d(110)を時間に対してプロツトしたもの
であり、単純なBaTiO3BaZrO3のd(110)も併
せて示してあるので、そのずれてゆく様子が理解
される。また、同様の実験を組成がBZT70とな
るように変えて行つた反応初期における時間依存
性のデータを第3図の曲線Dに示す。なお、反応
時間の初期において組成がBaTiO3側にずれるの
と同様に、反応温度もBZT50の80℃の実験にお
いては、BaTiO3側に終始ずれていた。従つて、
本出願人が提案したBaTiO3の発明(特開昭57−
147226)及びBaZrO3の発明(特願昭57−
219546)より、BaTiO3はBaZrO3と比較して遥
かに生成し易いので、本BZT微粒子の合成にお
いて、組成、反応時間、温度等は適切にその範囲
内に選ばれる必要がある。
実施例 3 実施例1で使用したTi標準溶液とZr標準溶液
からBZ(BaZrO3)、BZT90、BZT80、BZT70、
BZT60、BZT50、BZT40、BZT30、BZT20、
BZT10、BT(BaTiO3)となるように採取した各
溶液に、Ba(NO32を15.38g加えた後、pH13.9に
調整し、沸騰温度で3時間熟成させる。この反応
により合成したBZT固溶体微粒子の格子定数を
ネルソン−リレイ(Nelson−Riley)外挿関数か
ら高角側を用いて算出した結果を第4図のEに示
す。また、このBZT固溶体微粒子に1380℃で3
時間熱処理を施して得られたものに、同様の算出
法を適用して格子定数を測定した結果を第4図の
Fに示す。この両者の測定結果から、湿式合成し
たBZT固溶体微粒子の格子定数は、BaTiO3
BaZrO3から類推されるベガード則に略従うこと
が判明した。一方、この微粒子のX線回析チヤー
トの回析ピーク幅を観察すると、強いブロードニ
ングは見られないことから、局所的な歪やZr、
Tiの濃度むらは殆んどないと考えられる。
実施例 4 実施例1で使用したTiとZrの標準溶液から
BZT40、BZT30、BZT20、BZT10となるように
採取した各溶液に、Ba(OH)2・8H2Oを18.56g加
えた後、pH14に調整し、沸騰温度で3時間熟成
させる。この反応により合成したBZT固溶体微
粒子の走査型電子顕微鏡写真を第5図〜第8図に
示す。第5図はBZT10、第6図はBZT20、第7
図はBZT30、第8図はBZT40の夫々電子顕微鏡
写真である。これらの写真からZrの含有量が増
加すると共に、粒子径が大きくなつていくことが
わかる。一方、Zrの含有量が50%以上では、
BZTの粒子径は、BZと殆んど同じであり、0.5<
x<1の範囲では殆んど変化のないことが判明し
た。
【図面の簡単な説明】
第1図AはBaTiO3、第1図BはBZT20、第1
図CはBaZrO3の夫々X線回析パターンを示す
図、第2図はBZT50生成の時間依存性を示す図、
第3図はBZT50の反応初期における組成状態を
示す図、第4図はxの異なるBZT固溶体微粒子
について格子定数を測定した図、第5図は
BZT10、第6図はBZT20、第7図はBZT30、第
8図はBZT40の夫々電子顕微鏡写真である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Zr化合物もしくはその加水分解生成物とTi
    化合物もしくはその加水分解生成物とを混合した
    後、Ba塩を加え、強アルカリ性溶液中で反応さ
    せることを特徴とするBa(ZrxTi1-x)O3固溶体微
    粒子の製造方法。
JP20694483A 1983-11-04 1983-11-04 Ba(ΖrxTi↓1−x)O↓3固溶体微粒子の製造方法 Granted JPS60103030A (ja)

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EP19840903994 EP0163739B1 (en) 1983-11-04 1984-11-05 Process for preparing fine particles of ba (zrx ti 1-x)o3-solid solution

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