JPH03141115A - 酸化イットリウム微粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、粒径が揃った酸化イツトリウム（放粉末の製
造法及びその中間製品の炭酸イットリウムまたは塩基性
炭酸イツトリウムの微粉末の製造法に関する。

（従来の技術） 酸化イットリウム粉末は、最近、高温超伝導酸化物の原
料、ＣＲＴ表示装置のユーロピウムで賦活したイットリ
ウム水溶液の原Ｉ〕１、酸イ；センサー用ジルコニア固
体電解質の添加成分、窒化ケイ素セラミ７り焼結体の焼
結助削などに広く利用されている。

一般に、これらの酸化イ・ノトリウムは、イツトリウム
塩の水溶液に過剰のノに酸化すトリウム・Ｋ忍Ｚαまた
はアンモニア本を加えて得られた／に酸化物を仮焼して
製造されている。

さらに、特開昭５６−２６７３２号公報に記載されてい
るように、蓚酸イツトリウムを焼成して製造する方法が
あり、また、特開昭５９−２１３６２０号公報に記載さ
れているように、塩化イツトリウム水′／Ｂ液または硝
酸イットリウム水溶液にアンモニア水または力性ソーダ
水を添加したとき得られるイツトリウム塩基性塩を焙焼
して製造する方法がある。

（発明が解決しようとする課題） イットリウム塩の水ｍ　２１に過剰の水酸化ナトリウム
水溶液またはアンモニア水を加えて水酸化物を製造した
場合には、得られた水酸化イツトリウムの生成物の多く
は非晶質で凝集している。

この非晶質で凝集している水酸化イ・ｌトリウムを加熱
分解して得られた酸化イｙ　）・リウムは一次粒子径か
大きく、かつ不均一であるという問題点かある。

このような酸化イツトリウム粉末を原料または添加剤と
して使用した製品は、性能が悪い場合があったりして所
期の製品が得られないこともある。

特開昭５６−２６７３２号公報に記載されるような蓚酸
塩を熱分解する方法では、熱分解過程で生成する酸化炭
素の燃焼により、粉体表面が粉体内部よりも高温になる
ため、熱分解で得られた塊を潰砕した同一ロット粉末で
も、粒径１表面積が不均一であるという問題点があり、
この酸化イツトリウムを使用した製品の性能に影響する
ことかある。

また、特開昭５９−２１３６２０号公報に記載されるよ
うな混化イツトリウム水溶液または硝酸イツトリウム水
溶液にアンモニア水または力・住ソーダ水を添加したと
き得られるイットリウム塩基性塩を焙焼して製造する方
法で得られた酸化イツトリウムは、イットリウム塩基性
塩の沈澱物形成時に、沈澱物が凝集し易く、したがって
得られる酸化イツトリウム粉末はやはり一次粒径か大き
く、かつ、不均一であるという問題点があり、前記した
蓚酸塩を分解する場合と同様に、この酸化イブ１ヘリウ
ムを使用した製品の性能に影響することがある。

本発明は上記欠点を解決するためになされたものであり
、粒径が均一で、かつ焼結性の良い酸化イットリウム微
粉末の製造方法を提供することを０自りとしている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明では塩化イットリウ
ムまたは硝酸イツトリウムの水溶液に尿素を添加し、水
熱反応させて中間製品である炭酸イットリウムまたは塩
基性炭酸イ・ントリウム陳粉末を生成し、この炭酸イッ
トリウムまたは塩基性炭酸イツトリウム微粉末を仮焼す
ることを特徴としている。

なお、水熱反応条件は温度範囲を１００〜３００℃とし
、仮焼条件は温度範囲を　７００〜１０００℃とする。

（作　用） 塩化イツトリウムまたは硝酸イツトリウムの水（８冴に
尿素を添加し、水熱法といわれる、水の存在の下で、１
００″Ｃ以上ないし水の臨界温度以下の温囃で加熱する
と、炭酸イツトリウムまたは塩基性炭酸イツトリウムの
１紋粉末が生成する。

この場合、加熱温度が１００℃未満であると、炭酸イア
　ｈリウムまたは塩基・１炭酸イ・ｌトリウムの生成物
の結晶性が悪く、非晶質となり、凝集して微粒とならな
い。

また、水の臨界温度を越えると、水が液体として存在せ
ず、反応が不安定である。しかも圧力が高く、反応容器
の設計上問題がある。

耐食材料としては白金、チタニウム金属、ジルコニウム
金属などがあるが白金は高価てあり、ジルコニウムまた
はジルコニウム合金は一般に３００″Ｃ程度以上の温度
になると酸化する。

チタニウム金属またはチタン合金は３００℃程度までに
引張強さ及び耐力が低下する。

さらに容器内を撹拌するための撹拌器用のメカニカルシ
ールのｍ造は、実用上安全と考えられる圧力は９０気圧
程度までである。したがって、温度３００℃以下、圧力
８５気圧程度で反応させるのが工業上有利である。この
場合に反応させるイツトリウム塩の１度と反応温度で、
炭酸イツトリウムまたは塩基性炭酸イットリウム、その
他の相が析出すると予想される。

このようにして生成された炭酸イツトリウムまたは塩基
性炭酸イツトリウムを分別脱水し、温度７００℃〜１０
００℃で仮焼すると酸化イツトリウム微粉末が生成する
。

ここで、温度７００℃未満で仮焼したときは、炭酸イツ
トリウムまたは塩基性炭酸イツトリウムの分解が不十分
で、そのような酸化イツトリウムを用いた製品の焼結性
が悪く、また、焼成収縮率が大きくなるために焼結体に
クラックを生じ易くなる。

また温度１０００℃以上で仮焼すると、仮焼粉末が固結
して硬くなり、潰砕が困難となってくる。このような粉
末を強いて潰砕すると、粉砕装置の材質を混入させて純
度を低下させる虞れがある。

尿素の役割は、尿素水溶液を加熱すると加水分解して炭
酸とアンモニアを生ずる。

ＣＯ（ＮＨ２）２　　±　１１２０　　→ＣＯ２＋　２
　Ｎ１１３この炭酸がイツトリウムと化合し、アンモニ
アは塩酸基または硝酸基と化合し、置換するものと思わ
れる。

オートクレーブ中で加圧加熱の加水分解反応を行なわせ
ると、この反応が瞬時に進行するために均一な沈澱か得
られるものと思われる。

（実施例） 原料の酸化イツトリウム粉末に対し化学量論的に少量過
剰の７０’Ｃの４Ｎ−塩酸に、原料の酸化イツトリウム
粉末を溶解させた。

冷却後、ガラスフィルターにて濾過し、これに純水を加
えてＩＭ／Ｊ！の塩化イットリウム水溶液とした。

この水溶液に中和量の１．２倍の尿素を加え、ジルコニ
ウムライニングを施した内容ｆＪ　１０００ｕの撹拌型
オートクレーブに６００ｎＪ充填し、２２０℃で５時間
水熱処理を行なった。

処理された後の液は白色スラリーとなり、この白色スラ
リー中に得られた析出物を、遠心分離機で洗浄脱水して
塩素イオン及びアンモニウムを除去した。洗浄終了後、
分散媒をエタノールに置換し、　１２０℃で２４時間乾
燥し、これをアルミナ製の潰砕機で潰砕した。

第１図は析出乾燥物のＸ線回折図であり、炭酸イツトリ
ウムのパターンを示す。また、第２図は走査型電子顕微
鏡写真であり、析出物は鱗片状の単位片が比較的弱く凝
集した状態を示し、直径が数１０μの球状の団粒であっ
た。この凝集団粒は容易にほぐれ、第３図の走査型電子
顕微鏡写真に示すような、長さ５〜１０μｍ幅０．５〜
３μｍの鱗片状の粒子となった。

この炭酸イツトリウム粉末を仮焼温度５００℃。

７００’Ｃ，９００℃と変えて仮焼し、各仮焼温度によ
る相変化をＸ線回折法により調べた。

その結果が第４図のＸ線回折図であり、仮焼温度５００
℃１時間の仮焼では、非晶質となったままてあり、７０
０℃１時間の仮焼で酸化イツトリウムに転移し、第５図
の走査型電子顕微鏡写真に示すように、酸化イツトリウ
ムに転移しても、仮焼前の炭酸イツトリウム粒子の形状
とほとんど相違は無かった。しかし、透過型電子顕微鏡
写真による観察では、この鱗片状粒子は形骸粒子（スケ
ルトン）となっており、相変化を起こしていることが確
認できた。

さらに９００℃１時間の仮焼では、酸化イットリウムの
結晶化がより進んでおり、第６図に走査型電子型１紋３
Ａ写真を、第７図に透過型電子類１紋１Ａ写真を示すよ
うに、鱗片状粒子は形骸粒子になっており、その粒子径
は３０ｎＩ１１程度で／）っな。

この９００℃１時間で仮焼した酸化イツトリウムを、ボ
ールミルを用いてエタノール中３時間湿式粉砕し、これ
を収り出し乾燥して得られた粉末は、その平均粒径が１
．８４μｍを示し、その粒度分布は第８図に示すような
分布であった。

この結果得られた酸化イットリウムと市販品とを比較す
ると、市販品の粒度分布は第９図に示すような分布であ
り、本発明品の粒度分布を示す第８図に較べて市販品は
粗いことがわかる。また本発明品の形態は第１０図に走
査型電子顕微３Ａ写真を、第１１図に透過型電子顕微鏡
写真を示すように、次位子の粒径が５μｍ程度で、それ
がブロック状団粒になっている。

本発明の酸化イツトリウム粉末と、市販品の酸化イット
リウム粉末を、ともに２ｔ／ｃａｌｌの圧力でアイソス
タテックブレスにより成形し、この成形品を１６００″
Ｃ２時間で焼結したところ、第１２図に示すように、本
発明の酸化イツトリウム粉末を用いたものは、相対密度
が９６．６％であるのに対して市販品を用いたものは、
相対密度か７６．８％であって、本発明の酸化イットリ
ウム粉末を用いたもののほうか焼結性が良かった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば塩化イツトリウム
溶液又は硝酸イットリウム／８液に尿素を添加し、水熱
反応にて炭酸イットリウムまたは塩基性炭酸イツトリウ
ムを得、更に、これを仮焼するようにしたのて、粒径が
小さくて一定であり、かつ結晶性及び焼結性の良い酸化
イツトリウムが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の析出乾燥物のＸ線回折図、第２図は中
間製品として得られた炭酸イツトリウムの析出乾燥物の
走査型電子顕微鏡写真、第３図は第２図に示す炭酸イツ
トリウムの凝集団粒をほぐした状態の走査型電子顕微鏡
写真、第４図は仮焼後の析出乾燥物の仮焼温度による相
変化を示すＸ線回折図、第５図は７００℃１時間で仮焼
した試料の走査型電子類ｆａｉ！写真、第６図は９００
℃１時間で仮焼した試料の走査型電子顕微鏡写真、第７
図はそれが形骸粒子であることを示す透過型電子顕微鏡
写真、第８図は仮焼後に潰砕した酸化イツトリウムの粒
度分布図、第９図は市販品の酸化イットリウムの粒度分
布図、第１０図は市販の酸化イツトリウムの走査型電子
ｍ微鏡写真、第１１図はその透過型電子類１紋錘写真、
第１２図は仮焼成化イットリウム粉末を用いて焼結した
成形品の焼成温度と相対密度との関係図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）塩化イットリウム水溶液または硝酸イットリウム
   水溶液に尿素を添加し、水熱反応させて炭酸イットリウ
   ムまたは塩基性炭酸イットリウム微粉末を生成し、前記
   炭酸イットリウムまたは塩基性炭酸イットリウム微粉末
   を仮焼することを特徴とする酸化イットリウム微粉末の
   製造方法。
2. （２）水熱反応条件として温度範囲を１００〜３００℃
   とするとともに、仮焼条件として温度範囲を７００〜１
   ０００℃とすることを特徴とする請求項１項記載の酸化
   イットリウム微粉末の製造方法。
3. （３）塩化イットリウム水溶液または硝酸イットリウム
   水溶液に尿素を添加し、水熱反応させることを特徴とす
   る炭酸イットリウムまたは塩基性炭酸イットリウム微粉
   末の製造方法。
4. （４）水熱反応条件として温度範囲１００〜３００℃と
   することを特徴とする請求項３項記載の炭酸イットリウ
   ムまたは塩基性炭酸イットリウム微粉末の製造方法。