JP4195931B2 - スカンジウム化合物超微粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
されたγ−ScOOHが報告されているが、その形状は扁平なひし形の板状であり、代表的な
形状は66×37×4.5nmと記載されている。
り、扁平な形状は本質的なものである。非特許文献1の362頁には、γ−ScOOHを773Kで仮焼すると立方晶系のSc2O3が形成されるがその形状はγ−ScOOHのひし形板状を保っていた旨、記述されている。非特許文献1に示された酸化スカンジウムの応用は光学多層膜であったため、酸化スカンジウム膜に空隙が存在した方が空隙による応力緩和のため応用上の強度を確保できる。このような著しく形状対称性が劣っている形状により酸化スカンジウム膜に空隙ができ所望の応用に供されている。
ウム酸化物の超微粒子に関しては詳細な記述があるも、スカンジウム酸化物の超微粒子に関しては製造に関する具体的な記述がない。したがって、スカンジウム超微粒子の存在に関してもその存在は確認されていなかった。
ジャーナル オブ マテリアルズ ケミストリー (Journal of Materials Chemistry) 第10巻 第359−363頁 2000年出版
の構造形態」をもつという欠点があった。この原因はγ−ScOOHが低温でも結晶化しやす
く、しかも斜方晶系に属するためである。すなわち、斜方晶系特有の扁平な構造形態が現れてしまう。このγ−ScOOHを仮焼して形成される酸化スカンジウムの構造形態はγ−ScOOHの形態を反映して扁平なひし形板状となり、しかも、高温での熱処理によって凝集しやすいという欠点があった。この原因はγ−ScOOHを前駆体としたためであり、また、凝集
しやすいのは、5nm程度という薄さに起因していると考えられる。
さらに、本発明は、上記前駆体を原料として製造される形状対称性に優れた酸化スカンジウム仮焼体超微粒子とその製造方法を提供することを目的としている。
m以上60nm以下である非晶質の超微粒子であることを特徴としている。
本発明の目的である、酸化スカンジウム仮焼体超微粒子の前駆体でありかつ形状対称性に優れた特徴を持つ非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子は、非特許文献1などに記載された従来の前駆体γ−ScOOHとは全く組成が異なるゆえに、球状の超微粒子構造を示す。
カンジウム粒子の体積が製造される前駆体の体積の50%未満であれば、発明の効果は損なわれず、空隙の少ない酸化スカンジウムセラミックスが実現する。
あることを考慮すると価数−1のOH基の存在が不可欠であり、したがって、Sc(OH)CO3が前駆体の主成分と推定された。なお、アンモニウムイオンは蒸留滴定法で定量
し、硝酸イオンは分光光度計で定量したが前駆体には含まれていなかった。結晶水H2O
の量は以上の結果と前駆体の重量との違いから推定した。前駆体を仮焼するとSc2O3に変化する。この変化に伴う重量変化は、前駆体組成の前記同定結果が正しいことを裏付けていた。
H2Oの混合物であった。Rが4以下では、(NH4)Sc(CO3)2・H2Oの存在は体
積比で50%未満であった。Rが3より大きい条件で形成された前駆体の高分解走査顕微鏡観察を行ったが、その凝集の程度はいずれもγ−ScOOHよりは小さく、したがって従来の前駆体であるγ−ScOOHより形状が優れていた。
の形状とよく一致する。
比較例1
硝酸スカンジウムに加える沈殿剤として炭酸基を含まないアンモニア水を用いた。25℃ 以上70℃以下の温度に保たれた硝酸スカンジウム含有溶液を攪拌しながら沈殿剤であるアンモニア水を滴下することにより沈殿物を生成させた。この生成沈殿物を吸引ろ過したのち蒸留水及び無水アルコールで洗浄し、乾燥させた。乾燥物は破砕して粉末状の形状とした。沈殿物は、強度にゲル化したため吸引ろ過は容易ではなかった。また、乾燥工程中に試料は激しく凝集したので、その粉砕も容易ではなかった。
ロードであったがγ−ScOOHを特徴づける多数の明瞭な回折ピークを示し、前駆体はγ−ScOOHであることが同定された。(020)回折ピークの線幅を解析した結果、γ−ScOOH
は(020)回折線に規定される空間軸方向に対し約6nmのサイズを持つことが判明した。この値は非特許文献1に記載されたγ−ScOOHのひし形板片の板片厚4.5nmに近
い値である。また、乾燥中に激しく凝集したため走査型顕微鏡で観察される形態は、数μm程度サイズの粗い粒子であった。すなわち、γ−ScOOHは激しい凝集のため粒径の揃っ
た超微粒子の形状を呈することはない。
比較例2
比較例1で得られた粒子を前駆体として700℃で仮焼した。得られた酸化スカンジウムは、その(222)X線回折線幅から見積もられた結晶粒径は38nmであったが、走査顕微鏡で観察される形態は、γ−ScOOHの形状を反映して数μm程度の粗い粒子であっ
た。また、窒素ガスの吸着量から計算された1グラムあたりの表面積は0.7m2であっ
た。この表面積から球形を仮定して計算して求めた粒径は2.2μmとなり、走査顕微鏡観察結果を裏付けている。このような形状の酸化スカンジウムを焼成しても酸化スカンジウムの理想密度の83%のセラミックスしか得られなかった。ただし、ここで理想密度とは単結晶酸化スカンジウムから計算される密度をいう。このような低密度のセラミックスは光学的応用に供することができない。
Claims (5)
- 非晶質塩基性炭酸スカンジウムSc(OH)CO3を主成分とする、粒径が10nm以上60nm以下であることを特徴とする超微粒子。
- 請求項1記載の非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子の製造方法において、スカンジウムの酸性塩水溶液を、炭酸を含む塩基性塩水溶液によって中和反応させる工程と、中和反応沈殿物を乾燥する工程とを有し、前記の中和反応させる工程において、塩基性塩水溶液に含まれる炭酸イオンのモル量の酸性塩水溶液に含まれるスカンジウムイオンのモル量に対する比を2.2以上4.0以下に制御し、反応温度を25℃以上60℃以下に制御することを特徴とする非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子の製造方法。
- 請求項2記載の非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子の製造方法において、スカンジウムの酸性塩として硝酸塩を、炭酸を含む塩基性塩として炭酸水素アンモニウムを用いることを特徴とする非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子の製造方法。
- 請求項2記載の方法で製造した非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子を仮焼することにより生成する酸化スカンジウム仮焼体超微粒子であって、その粒径が10nm以上60nm以下であり、球状もしくは多面体状の形状を有し、かつ、立方晶系に属する多結晶粒であることを特徴とする酸化スカンジウム仮焼体超微粒子。
- 請求項4記載の酸化スカンジウム仮焼体超微粒子の製造方法であって、請求項2記載の方法で製造した非晶質塩基性炭酸スカンジウムを主成分とする超微粒子を酸素雰囲気中で700℃以上900℃以下の酸素雰囲気中で1時間以上仮焼することを特徴とする酸化スカンジウム仮焼体超微粒子の製造方法。
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