JPH0832559B2 - ペロブスカイト型化合物の無機微粉体の製造方法 - Google Patents

ペロブスカイト型化合物の無機微粉体の製造方法

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JPH0832559B2
JPH0832559B2 JP7239487A JP7239487A JPH0832559B2 JP H0832559 B2 JPH0832559 B2 JP H0832559B2 JP 7239487 A JP7239487 A JP 7239487A JP 7239487 A JP7239487 A JP 7239487A JP H0832559 B2 JPH0832559 B2 JP H0832559B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はペロブスカイト化合物(以下「ABO3」と称す
る。)の無機微粉体の製造方法に関する。
該ABO3化合物をセラミックス化したセラミックスは優
れた誘電性、圧電性および半導性を有し、エレクトロニ
クス分野において非常に有用であり、コンデンサー、電
波フィルター,着火素子、サーミスター等として使用さ
れる。
従来技術 近年電子デバイスの小型軽量高性能化にともない、該
ABO3セラミックスもまた薄膜化、小型化が要求されてお
り、セラミックス化における配合、成形、焼結等の技術
面で薄膜化、小型化の検討がなされてきた。しかし従来
の固相反応で作られた粒径0.8μm以上の原料ではその
限界にきている。すなわち、従来の固相反応で作られた
ABO3原料とは、Mg,Ca,Sr,BaおよびPb(以下A群元素と
称する)の少なくとも1種類以上の炭酸塩もしくは酸化
物と、Ti,Zr、HfおよびSn(以下B群元素と称する)の
少なくとも1種以上の酸化物とを混合し、これを1000℃
以上の高温で処理してABO3化合物となした後ボールミル
等で機械的に粉砕し、ロ過、乾燥して製造される。その
ため固相反応では0.8μm以上のABO3化合物しか得られ
ず、該ABO3化合物を使用するといかに配合、成形、焼結
技術を駆使しようともセラミックスの小型化、薄膜化に
は限界があった。
発明が解決しようとする問題点 特開昭59-39726,特開昭61-91016、特開昭60-90825お
よび特開昭61-31345には、ABO3化合物の微粒子原料が記
載されている。しかしながらこれらの方法では、ロ過、
水洗の工程を必要とするためA/Bモル比制御が非常に困
難となり、また経済的にも不利である。例えば、特開昭
59-39726,特開昭61-91016では、チタンまたはジルコニ
ウムの水酸化物とバリウム、ストロンチウム、カルシウ
ムの水溶性塩とを強アルカリ水溶液中で反応して微粒子
ABO3を得ているが、電気特性上好ましくないアルカリ金
属Na,K等を除く操作が必要となり、さらにそのためモル
比制御が困難となり、コスト高となる。また、特開昭61
-31345では、反応終了後、ロ過時の未反応水溶性A元素
成分の流出のために生じるA/Bモル比のずれを防止する
ため、ロ過前に一度A元素成分を不溶化させる工程を追
加し、A/Bモル比を制御しているが、いずれにしても、
ロ過、水洗工程が不可欠なためモル比制御の正確性に欠
け、工程を追加する分だけさらに経済的に不利である。
また、ABO3化合物のA/Bモル比因子はセラミックス化、
つまり、緻密化あるいはその焼結結晶粒径において非常
に影響を及ぼすことがわかっており、少なくとも少数点
以下3桁近くのA/Bモル比コントロールの正確さが要求
されている。
そこで本発明者らは、A群元素およびB群元素の化合
物の混合物水溶液を常圧加熱反応または水熱反応した
後、噴霧乾燥することにより、一般に行われているロ
過、水洗工程を省略することを可能にし、それらの工程
によって生じるA/Bモル比のずれおよび未反応A元素成
分の偏在を解消することを可能にし、さらに工場スケー
ルで生産する場合、連続式で行えるメリットを見出し、
本発明に至った。
発明の構成 次に本発明方法を詳細に説明する。
A群元素化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物
またはB群元素化合物から選ばれる少なくとも1種の化
合物は、市販品そのままを使用してもよく、また、通常
の合成法で調製しても良い。例えば、水酸化物、酸化
物、有機金属化合物、塩等が使用できる。ただし、該化
合物の陰イオン部が後のセラミックス化および該セラミ
ックスの電気特性上好ましくない影響を及ぼす場合は使
用できない。またB群元素の水酸化物あるいは酸化物を
用いる場合、本原料の粒径は0.3μm以下,好ましくは
0.1μm以下のものが良く、0.3μm以上であると反応が
困難になる。さらに、本原料の粒径は目的生成ABO3化合
物の粒径以下でなければならないことはいうまでもな
い。
A群元素化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物
と、B群元素化合物から選ばれる少なくとも1種の化合
物との混合物水溶液は、必要に応じてpH10以上に調節さ
れる。pH10以下では反応が進行しない場合がほとんどで
ある。
こうして得られたアルカリ性混合物水溶液を常圧加熱
反応または水熱反応することにより、ABO3化合物を得
る。いうまでもなく常圧加熱反応とは常圧下で沸騰させ
て反応させる方法であり、水熱反応とは加圧下で通常11
0℃〜300℃付近の温度で反応する方法である。そしてこ
れらの反応条件として反応温度、反応圧、反応時間、混
合物水溶液の濃度等が挙げられる。反応温度は通常、90
℃以上であればABO3化合物は生成するが、反応速度を上
げるには高温にすれば良い。また反応時間については反
応温度100℃,常圧で3時間あれば十分であり、反応温
度および圧力と相関する。また、混合物水溶液の濃度は
生成ABO3の粒径に影響し、濃度が低ければ粒径が大きく
なる傾向がある。好ましい濃度としては0.2〜0.9モル/l
(ABO3換算)である。ただし、これらの諸条件について
は目的生成ABO3化合物、あるいはA元素の化合物の混合
物水溶液の調製方法によって多少違ってくる。
次に、生成したABO3化合物含有スラリーは噴霧乾燥さ
れる。該噴霧乾燥は通常スプレードライヤーで行われる
が、以下に示す条件を満足する装置であればスプレード
ライヤーに限らない。
1) A元素成分とB元素成分が系外に出ず、A/Bモル
比のズレを生じない。
2) 未反応A元素成分およびB元素成分が乾燥時に偏
在せず、未反応A元素成分とB元素成分および生成ABO3
が均一乾燥される。
本発明の方法によって得られた粉は、未反応A元素成
分及びB元素成分が存在しても、均一に存在しているた
め、本乾燥工程、仮焼工程、本焼成工程で容易に反応し
てABO3になる。
さらに、噴霧乾燥後得られたABO3無機微粉体は必要に
応じてカ焼される。そのカ焼温度は目的とされる該無機
微粉体の粒径および結晶形によって制限される。チタン
酸バリウムを例にとると、含水酸化チタン(粒径0.05μ
m)と水酸化バリウムの常圧加熱反応で得たBa/Tiモル
比1.000のチタン酸バリウムは、乾燥後、諸条件によっ
て若干異なるが通常0.1μm以下の立方晶形の粉であ
る。そして本チタン酸バリウムは高温で処理されると粒
成長し、結晶形も変化する。具体的には1000℃で3時間
カ焼した本チタン酸バリウムは、平均粒径が0.5μmで
あり、結晶形は正方晶である。従って0.5μm正方晶の
チタン酸バリウムが必要な場合、1000℃でカ焼し、0.15
μmの立方晶のものが必要な場合850℃でカ焼すれば良
い。
ABO3化合物の焼結に際しては、該焼結体の焼結性また
は電気特性を調節する目的で通常種々の添加剤が加えら
れる。例えば焼結性に関しては粒成長抑制剤、硬化剤等
があり、電気特性に関してはシフター,ディプレッサ
ー,還元剤,還元防止剤等がある。具体的にはB,Bi,Li,
Y,Dy,Ce,Sm,Mn,Co,Ni,Nb,Si等がある。そして必要があ
れば目的用途に応じて、これらの添加剤をABO3微粉体中
に含有させることが可能である。添加時期はA元素およ
びB元素の混合物水溶液の調製時、反応時、反応後、お
よび噴霧乾燥終了時のいずれでも良いが、均一に含有さ
せるには、噴霧乾燥前の工程で添加する方が好ましい。
また、ABO3化合物の乾式成形に際しては通常成形カサ
密度を上げる等の目的でバインダーや可塑剤などの成形
助剤をABO3化合物原料粉に加えて造粒し、できた顆粒を
用いて成形される。本発明法では、ABO3化合物の反応生
成後成形助剤を加えて噴霧乾燥することによって成形用
顆粒原料として得ることも可能である。
実施例1 大阪チタニウム(株)製の塩化チタン水溶液(Ti=1
6.5重量%)200gに水1800mlを加え、5重量%アンモニ
ア水(林純薬工業(株)試薬1級)700mlを約1時間か
けて添加し、水酸化チタンスラリーとなし、ヌッチェで
水洗ロ過を行い、含水酸化チタンケーキとした。該ケー
キはTiO2の定量の結果、11.46重量%であった。
該含水酸化チタンケーキ240.2gに蒸留水を加えて、Ti
O260g/lスラリーに調整した後、反応系を窒素雰囲気に
し、Ba(OH)2・8H2O108.7gを加え、さらに蒸留水を加え
て0.7モル/l(BaTiO3換算)、Ba/Tiモル比1.000のスラ
リーに調整した。該スラリーを沸騰温度まで約1時間か
けて昇温し、沸騰温度で約3時間反応を行った。
反応終了後、該スラリーを0.9モル/lまで濃縮し、大
川原化工機(株)製スプレードライヤー)を用いて入口
温度250℃,出口温度120℃、アトマイザー回転数25000
r.p.mで噴霧乾燥してチタン酸バリウム微粉体を得た。
生成チタン酸バリウム微粉体のX線回折および電子顕
微鏡写真から、生成チタン酸バリウム微粉体は、平均粒
径0.08μmで、立方晶であることがわかった。また、螢
光X線にてBa/Tiモル比を測定したところ1.000であっ
た。
実施例2 実施例1と同様にして含水酸化チタン/Ba(OH)2・8H2
O混合スラリー0.7モル/l(BaTiO3換算)を調製した後、
該スラリーを耐熱性ニッケル合金製のオートクレーブ
(容量1)に500mlを仕込み、500r.p.mで攪拌しなが
ら100℃/hrで昇温し、250℃で2時間反応を行った。
反応後実施例1と同様にスプードライヤーで噴霧乾燥
を行いチタン酸バリウム微粉体を得た。
X線回折および電顕写真は実施例1のものと同様であ
った。また螢光X線によりBa/Tiモル比の定量を行った
結果1.000であった。
実施例3 純度99.99%のチタニウムイソプロポキシド(レアー
メタル(株)製)100gを150mlのイソプロピルアルコー
ル(林純薬(株)特級)に溶解し、2時間加熱還流し
た。窒素雰囲気化で、該チタニウムイソプロポキシド溶
液を、80℃に保った45重量%Ba(OH)2・8H2O水溶液246.6
gに1時間30分かけてローラーポンプで徐々に滴下し、
その後加水し、スラリー濃度0.7モル/l、Ba/Tiモル比1.
000に調整した。以下、実施例1または実施例2と同様
に常圧加熱反応または水熱反応を行った後、噴霧乾燥を
行い、チタン酸バリウム無機微粉体を得た。常温加熱反
応および水熱反応で得た組成物の両者とも、X線回折、
電顕写真および螢光X線のBa/Tiモル比の定量結果よ
り、粒径0.09μmで、Ba/Tiモル比が1.000の立方晶形チ
タン酸バリウムであることがわかった。
実施例4 窒素雰囲気下で、純度99.99%バリウムイソプロポキ
シド(レアーメタル(株)製)75.83g(0.2970モル)と
純度99.99%チタニウムイソポロポキシド(レアーメタ
ル(株)製)85.17g(0.3000モル)とを350mlのイソプ
ロピルアルコールに溶解し、2時間加熱還流した。
該溶液に蒸留水65mlを1時間かけて滴下し、アルコラ
ートを加水分解し、一旦室温まで冷却し加水してスラリ
ー濃度を0.5モル/l(BaTiO3換算)、Ba/Tiモル比0.990
に調整した。
以下、実施例1または実施例2と同様に常温加熱反応
または水熱反応を行い、粒径0.07μmでBa/Tiモル比0.9
90の立方晶チタン酸バリウムを得た。
実施例5 実施例1と同様にして得た含水酸化チタンケーキ(1
1.46重量%)200.0gに蒸留水を加えてスラリー濃度60g/
lに調整した。反応系を窒素雰囲気下にした後、Sr(OH)2
・8H2O76.24gを該スラリーに添加した。
最終スラリー濃度を0.7モル/l(SrTiO3換算)に加水
調整した後、以下実施例1または実施例2と同様にして
チタン酸ストロンチウム微粉体を得た。螢光X線より該
チタン酸ストロンチウムのSr/Tiモル比を定量した結果
1.000であった。
実施例6 実施例1で得たあらかじめTi含有量を測定した含水酸化
チタンスラリー(約TiO260g/l)中に、窒素雰囲気下でB
a0.9Sr0.1TiO3になるようあらかじめBaおよびSrのそれ
ぞれの含有量を定量しておいたBa(OH)2・8H2OおよびSr
(OH)2・8H2Oを添加し、その後加水してスラリー濃度を
0.7モル/l(Ba0.9Sr0.1TiO2換算)になるよう調整した
後、以下実施例1または実施例2と同様にして、Ba0.9S
r0.1TiO3微粉体を得た。螢光X線での定量により、Ba,S
rおよびTiのモル比は所定通りであった。
実施例7 実施例1で得たBaTiO3組成物を850℃で3時間カ焼
し、部分安定化ジルコニアボールと樹脂製ポットを用い
て3時間湿式粉砕した後、ポリビニルアルコールおよび
ポリエチレングリコールをそれぞれBaTiO3に対して固型
分換算で1.0重量%および0.5重量%添加し、スプレード
ライヤーにて造粒した。造粒物を1500kg/cm2の圧力で乾
式成形した後600℃まで50℃/hr,所定温度まで250℃/hr
で昇温し、所定温度で2時間焼成した。
比較品として、市販品チタン酸バリウム(平均粒径1.
0μm)も前記と同様に成形焼成した。得られた焼結体
について、カサ密度を化学天秤およびマイクロメータで
測定し、電気特性(20℃での誘電率;tanδおよびキュリ
ー点,キュリー点での誘電率)を横河ヒューレットパッ
カード社製LCRメーター4274Aで測定した結果を表1に示
す。
発明の効果 以上のように、本発明方法ではA群元素およびB群元
素の出発原料の仕込み量、あるいは反応前のA/Bモル比
さえ厳密に調整すれば、所望のA/Bモル比に非常に精度
良く制御された微粒子ABO3化合物を容易かつ安価で得る
ことができ、さらに従来のロ過水洗乾燥工程により生ず
る未反応A元素およびB元素成分の偏在がなく、生成し
たABO3化合物と未反応A元素成分およびB元素成分とが
均一に混合している。さらに、通常セラミックス化にお
いて必要とされている添加剤や成形助剤を噴霧乾燥前に
加えることによって非常に合理的に成形用顆粒セラミッ
クス原料を得ることができる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Mg,Ca,Sr,Ba等のアルカリ土類金属およびP
    bよりなるA群元素化合物から選ばれる少なくとも一種
    の化合物と、Ti,Zr,HfおよびSnよりなるB群元素化合物
    から選ばれる少なくとも一種の化合物との所定のA/Bモ
    ル比混合物水溶液を調製し、該混合物水溶液を常圧加熱
    反応あるいは水熱反応させた後、反応混合物を噴霧乾燥
    し、必要に応じてカ焼することを特徴とするペロブスカ
    イト型化合物の無機微粉体の製造方法。
  2. 【請求項2】A群元素の少なくとも一種の水酸化物及び
    /又は酸化物と、B群元素の少なくとも一種の水酸化物
    及び/又は酸化物とを混合して混合物水溶液を得る第1
    項記載の無機微粉体の製造方法。
  3. 【請求項3】A群元素の少なくとも一種の水酸化物及び
    /又は酸化物と、B群元素の少なくとも一種の有機金属
    化合物とを混合して、混合物水溶液を得る第1項記載の
    無機微粉体の製造方法。
  4. 【請求項4】A群元素の少なくとも1種の有機金属化合
    物と、B群元素の少なくとも1種の水酸化物及び/又は
    酸化物とを混合して混合物水溶液を得る第1項記載の無
    機微粉体の製造方法。
  5. 【請求項5】A群元素の少なくとも1種の有機金属化合
    物と、B群元素の少なくとも1種の有機金属化合物とを
    混合して、混合物水溶液を得る第1項記載の無機微粉体
    の製造方法。
  6. 【請求項6】A群元素の少なくとも1種の水酸化物及び
    /又は酸化物が水酸化バリウムであり、B群元素の少な
    くとも1種の水酸化物及び/又は酸化物が含水酸化チタ
    ンであり、ペロブスカイト型化合物がチタン酸バリウム
    である第2項記載の無機微粉体の製造方法。
  7. 【請求項7】A群元素の少なくとも1種の水酸化物及び
    /又は酸化物が水酸化ストロンチウムであり、B群元素
    の少なくとも1種の水酸化物及び/又は酸化物が含水酸
    化チタンであり、ペロブスカイト型化合物がチタン酸ス
    トロンチウムである第2項記載の無機微粉体の製造方
    法。
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