JPS6227328A - 易焼結性ペロプスカイトおよびその固溶体原料粉末の製造方法 - Google Patents

易焼結性ペロプスカイトおよびその固溶体原料粉末の製造方法

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JPS6227328A
JPS6227328A JP60161257A JP16125785A JPS6227328A JP S6227328 A JPS6227328 A JP S6227328A JP 60161257 A JP60161257 A JP 60161257A JP 16125785 A JP16125785 A JP 16125785A JP S6227328 A JPS6227328 A JP S6227328A
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perovskite
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JP60161257A
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Shinichi Shirasaki
信一 白崎
Kyoji Odan
恭二 大段
Kosuke Ito
伊藤 幸助
Masaru Kurahashi
優 倉橋
Motoharu Hanaki
花木 基治
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National Institute for Research in Inorganic Material
Ube Corp
Original Assignee
National Institute for Research in Inorganic Material
Ube Industries Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 ペロブスカイト型構造(以下、ペロブスカイトという)
およびその固溶体は、圧電体、誘電体。
半導体センサー、オプトエレクトロニクス材料等の機能
性セラミックスとして広範囲に利用されている。最近は
この機能性セラミックスの高度化が進展し、その要請に
対応アきる易焼結性、均一性。
高嵩密度で、且つ低コストのペロブスカイトおよびその
固溶体の原料粉末が多重に効率的に製造できる技術の開
発が要望されている。
従来、ペロプスカイトおよびその固溶体の原料粉末の製
造方法としては、乾式法と湿式法が知られている。
乾式法は構成原料成分の化合物を乾式で混合し。
これを仮焼する方法である。しかし、この方法では、均
一組成の原料粉末が得難いため、優れた機能性を持つペ
ロプスカイトおよびその固溶体を得難いし、また焼結性
も十分ではない。
湿式法はその構成成分のすべてを一緒にした混合溶液を
作り、これにアルカリ等の沈殿形成液を添加して共沈さ
せ、この共沈物を乾燥、仮焼させる方法(以下共沈法と
言う)である。
この共沈法によると、均一性の優れた粉末が得易いが、
その均一性なるが故に、沈殿生成時、乾燥時または仮焼
時に粒子が凝結して二次粒子を形成し、易焼結性になり
にくい欠点があった。
また、共沈法では各成分の該沈殿形成液に対する沈殿形
成能が同じでない場合は1例えば酸成分は100%沈殿
を生成するが、他の成分は全部沈殿を生成し得ないこと
が起り、所望組成となし難いことがある。
更に、ペロブスカイト機能材料には鉛とチタンを同時に
含むことが極めて多い。この様なものを工業的に製造す
る場合、チタン原料として安価な四塩化チタンを使用す
ることが望ましい。しかしこれを共沈法に使用すると、
四塩化チタン中の塩素イオンが鉛と反応して白色沈殿を
生成するため。
使用し難い。この場合、四塩化チタンに代え、オキシ硝
酸チタン〔T10(NO3)2〕を使用すればこの白色
沈殿の生成を防ぐことができるが、オキシ硝酸チタンは
高価であるため工業生産としては実用的でない。
一方、特開昭51−59400号公報や特公昭54−3
1600号公報には、共沈法による沈殿物を含むけんだ
く液を150〜300℃で水熱反応させる方法が記載さ
れている。しかしこの方法では鉛の原料として塩化鉛を
使用するために十分均一な溶液を作ることができなく、
中和によって均一沈殿粒子を得ることが難しく、そのた
め、仮焼粉末において広い粒度分布を示し、また焼結体
において高い密度のものが得られなかった。
〔発明の目的〕
本発明は従来の共沈法における欠点をなくすことができ
る方法、さらには、湿式法によって、易焼結性、均一性
、低コスト、高嵩密度の四つの要件を満足したペロブス
カイトおよびその固溶液原料粉末を効率よく製造するこ
とができる方法を提供するにある。
〔発明の構成〕
本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、一
般式ABO3(ただし、Aは酸素12配位金属元素の1
種または2種以上を、Bは酸素6配位金属元素の1種ま
たは2種以上を示す。)で表わされるペロブスカイトお
よびその固溶体の原料粉末の製造に際し、A成分および
/またはB成分の金属元素を含んだ化合物の水溶液を1
種または2種以上作り、さらに前記以外の金属元素を含
んだ化合物の水溶液を作り、これらの溶液を沈殿形成液
に遂次添加して沈殿を形成させ1次いで前記沈殿物スラ
リーを130〜ろ00℃で加熱し、得られた沈殿物(ペ
ロブスカイト前駆体)を水洗、乾燥後、200〜800
℃で仮焼することにより原料粉末を製造すると、従来法
の共沈法における欠点を解消でき、得られる原料粉末は
粒度が揃っており。
しかも組成が均一であり、極めて工業的に有利に易焼結
性ペロブスカイトおよびその固溶液原料粉末を製造でき
ることを知見し9本発明に到達した。
本発明は、一般式ABO3(ただし、Aは酸素12配位
金属元素の1種または2種以上を、Bは酸素6配位金属
元素の1種または2種以上を示す。)で表わされるペロ
ブスカイト型構造およびその固溶体の原料粉末の製造に
際し、A成分および/またはB成分の金属元素を含んだ
化合物の水溶液を1種または2種以上作り、さらに前記
以外の金属元素を含んだ化合物の水溶液を作り、これら
の溶液を沈殿形成液に遂次添加して沈殿を形成させ。
次いで前記沈殿物スラリーを130〜600℃で加熱し
、得られた沈殿物を水洗、乾燥後、200〜800℃で
仮焼することを特徴とする易焼結性ペロブスカイトおよ
びその固溶液原料粉末の製造方法に関するものである。
前記一般式AB○3のA成分の酸素12配位金属として
1例えば+ P b+ Ba、 Ca、 S r及びL
a等の希土類元素が挙げられる。またB成分の酸素6配
位金属元素としては9例えば、Ti、Zr・M7・Sc
・Hf+  Th+  W、Nb+  Ta+  Or
、Mo、Mn、Fe+  Cot  Ni。
Zn、ca、At、Sn、As+Bi等が挙げられる。
ペロブスカイトおよびその固溶体の構成成分であるA成
分および/=!たはB成分の各化合物の水溶液を調製す
るだめの成分化合物としては、特に限定されないがそれ
らの水酸化物、炭酸塩、オキ/塩、硫酸塩、硝酸塩、塩
化物等の無機塩、酢酸塩、しゅう酸塩等の有機酸塩、酸
化物などがある。
これらは一般に水溶液として使用される。水に可溶でな
い場合には酸を添加して可溶させればよい。
沈殿形成液としては、アンモニア、炭酸アンモニウム、
苛性アルカリ等が挙げられる。
構成成分の沈殿を生成するには沈殿形成液を攪拌しなが
ら、沈殿形成液に、各構成成分の水溶液を添加してもよ
く、その反対に添加してもよい。
添加に際しては液を十分に攪拌しながら行うことが好ま
しい・ また沈殿の生成に際し2例えば一つの成分の沈殿を生成
した後、陰イオンを除去するために水洗した後、沈殿物
を新しい水に分散して、さらに他成分の水溶液と沈殿形
成液を添加して沈殿を生成してもよい。
更にまたA成分および/またはB成分の沈殿を生成した
後、沈殿形成液の種類と濃度を適当に選ぶことによって
、前記以外の金属元素を含んだ化合物の沈殿を生成して
もよい。
前記方法により得られた沈殿物を含むスラリーを160
〜300’Cで加熱(水熱)処理する方法としては、オ
ートクレーブを使用するのが一般的である。この処理に
より沈殿物は、所望の金属原子比のペロブスカイト前駆
体粒子となり、均一な結晶粒子が得られる。加熱(水熱
)処理温度が、低すぎると十分に結晶化が進行せず1粒
子が揃い焼結に適したペロブスカイト前駆体を得ること
が困難であり、また高すぎると経済的でなり、シかも粒
子径の大きい粒子になる。従って熱処理温度は160〜
ろOOoCで行う必要があり、この熱処理によって焼結
に適した0、01〜0.05μmの均一な結晶粒子のペ
ロブスカイト前4駆体が得られる。また水熱処理する場
合、沈殿物のスラリーのpHを苛性アルカリでpH11
以上にして行うのが好適である。
このようにして得られた結晶沈殿粒子を乾燥し。
200〜800℃で仮焼すると2粒度の揃った組成的に
均一かつ易焼結性のペロブスカイトおよびその固溶体の
原料粉末が再現性よく製造される。また多成分元素のペ
ロブスカイトにおいて所望の金属元素組成のものを製造
することができる。
〔実施例〕
以下に実施例および比較例を示し、さらに詳しく本発明
について説明する。
実施例1 硝酸鉛66.2 a y 、オキン硝酸ジルコニウム2
3.127を水に溶解して溶液1tを調製した。この水
溶液を攪拌しながら、6N−アンモニア水1tを添加し
て上記二成分の沈殿物を作り、これに四塩化チタン18
.99を溶解した水溶液400 CCを添加してPb、
Zr、Tiの均質な沈殿物を作製した。
この沈殿物スラリーからアンモニア分を除去した後、苛
性ソーダによってpHを12程度にしてオートクレーブ
に移し、250℃で2時間水熱処理を行なった。
水熱処理した沈殿物(ペロブスカイト前、駆体)を十分
に洗浄し、乾燥した後、マツフル炉にて500″C,2
時間熱処理してPb(Zr65 Tio、5 ) 03
粉末を得た。
この粉末の一部分を取りボールミル処理した後。
走査型電子顕微鏡にて仮焼品粉末の粒子形状を観察した
結果、二次凝集粒子はほとんど含まれず。
平均粒径が0.33μmで粒子の巾は0.12〜0.4
2μアの範囲であった。
この粉末にポリビニルアルコール(以下、PVAと略記
)を0.8チ添加して1トンメ帰 で成型し1100’
Cで鉛雰囲気で約4時間焼成したその密度は7.99 
f/COであった。
比較例1 実施例1において沈殿物スラリーをオートクレーブで水
熱処理を行なわなかった他は実施例1と同様に操作して
Pb(ZrO2Tio、5)03  の仮焼粉末を作製
した。
この粉末の走査型電子顕微鏡による粒子観察の結果、平
均粒子径は0.38μmでありその粒子分布は0.01
〜0.56 μmであった。
この粉末にPVAを0.8%添加して1トン/crAで
成形し1100’Cで鉛雰囲気下で約4時間焼成した結
果その密度は7.80 ?/QCであった。
実施例2 実施例1において沈殿物スラリーの水熱処理温度を25
0”Cを200℃に変えたほかは、実施例1と同様に操
作してPt)(Zro、s Tio、5)03仮焼粉末
を得た。
この粉末の走査型電子顕微鏡による粒子の観察の結果平
均粒子径は0.34μmであり9粒子分布は0.13〜
0.51μmであった。
この粉末にPVAを0,8%添加して1t/iで成形し
、1100℃で鉛雰囲気下で約4時間焼成した結果、そ
の密度は7.95グ/CCであった。
比較例2 塩化鉛55.6 f 、オキシ塩化ジルコニウム32.
22、を水400 Coに加え、これに攪拌しながら1
.9モル四塩化チタン水溶液51 (A:jを加えて、
全体で500 CGの溶液にする。
この溶液に充分攪拌しながら1ON−苛性ソーダ水溶液
を100 QC加えて7さらに水を加えて全量700 
ccのスラリーにした。
上記沈殿スラリーをオートクレーブに入れ250℃で水
熱処理を4時間行なった。
得られた沈殿物を水洗した後70℃で20時間乾燥した
後、マック炉にて500’C2時間熱処理してPb(Z
rO,5Ti(1,5) 03粉末を得た。
この粉末の走査型電子顕微鏡による粒子観察の結果、平
均粒子径は0.56μmでありその粒子の分布は0.0
5〜1.2μmの広い範囲であった。
またこの粉末にPVAを0.8%添加して1トンLで成
型し、1100℃で鉛雰囲気で約4時間焼成した。その
密度は7.53 if/CCであった。
実施例3 硝酸鉛(Pb(NO3)2 ) 60.28 ? *硝
酸ランタン(La (NO3)3 ・6H20)7.7
9 f 、オキシ硝酸ジルコニウム(ZrO(NO3)
2−2H20) 33.98 ft’を1tの水に溶解
した水溶液を、攪拌した2Nアンモニア水1を中に滴下
して、沈殿物を生成した。この沈殿物を十分に分散した
スラリ溶液となるように攪拌しつつ、四塩化チタン(T
iq14) 13.Oqtを溶解した7に溶液a o 
o acを添加して、鉛、ランタン、ジルコニウム、チ
タンの水酸化物の均密沈殿を得た。この沈殿物スラリー
を洗浄後6N’−苛性ソーダ(NaoH)を加えて、p
H=12程度にしてオートクレーブに移し、270℃で
2時間水熱処理を行なった。
水熱処理した沈殿物(ベロフスカイト形成)を十分に洗
浄し乾燥した後、マツノル炉にて500゛C22時間熱
処理してPb O,9、I La o、o 9 (Zr
6.65 rTi(1,3s)す、q’T’l五O3の
組成の粉末を得た。
この粉末をエタノールによる湿式ボールミルによシ粉砕
した後、粉末を走査型電子顕微鏡により粒子を観察した
ところ平均粒子径0.11μmのほぼ均一粒子径を有す
る粉末を得た。X線回折法で組成変動を測定した結果は
とんど変動が認められなかった。
この粉末を1.5t/cTAで成型し、酸素ガスと鉛蒸
気の混合雰囲気下で1120℃で40時間焼結した。そ
の時の密度7.83であり、透過率74係(1鳩厚さ)
の透光性PLZTが得られた。
実施例4 硝酸鉛(Pb(NO3)z ) 66.2 a y 、
硝酸ジルコニラA (ZrO(NO3)2) 6.12
6 S’ 、硝酸マグネシウム(Mf(NO3)z・6
H20) 8.5461を水300m/に溶解した溶液
を1ON−苛性ソーダ200m/!に加え。
沈殿を生成し、さらにこの液に四塩化チタン(Tict
4) 13.85 rと塩化ニオブ(N bcz、 )
18.012を100.Jの水に溶解した溶液を加えて
沈殿を生成させた。この沈殿物を250℃で2時間水熱
反応を行なった。水熱処理した沈殿物(複合ペロブスカ
イト形成)を十分に洗浄し、乾燥した後マツフル炉にて
600’C,2時間熱処理して50〔P寒S’l/3 
Nb2/3) 03’:l −!16.5 (pbTi
o3) −13,5(PbZrO+)の組成の粉末を得
だ。
この粉末をエタノールによる湿式ボールミルにより処理
した後、走査型電子顕微鏡観察したところ平均粒予約0
.2輛で均一粒子であった。
この粉末を1.5 t/17Aで成型し1150℃で鉛
雰囲気で2時間焼結した。その時の密度7.9497C
Cであった。
〔発明の効果〕
本発明の方法によると、従来の共沈法における全成分を
同時に共沈させる方法とは異なり、逐次に沈殿を生成さ
せ、しかもその沈殿物を水熱処理によって結晶化させる
ため1粒子が高度に分散した状態で得られ、乾燥時また
は仮焼時に粒成長が抑制され、二次粒子が少なく、得ら
れた粉末は、゛粒子が揃い1組成的に均一な、易焼結性
、高嵩密度のペロブスカイト及びその固溶体の原料粉末
が効率的に製造できる。
さらに安価な四塩化チタンの如き塩化物を原料として使
用しても、鉛を含む化合物の溶液とを分けて多段に沈殿
を生成することにより好適なペロブスカイトおよびその
固溶体の原料粉末を得ることができる。
また最初に沈殿させる成分を適宜選択することによって
、生成する沈殿の粉末特性を制御し易くすることができ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  一般式ABO_3(ただし、Aは酸素12配位金属元
    素の1種または2種以上を、Bは酸素6配位金属元素の
    1種または2種以上を示す。)で表わされるペロブスカ
    イト型構造およびその固溶体の原料粉末の製造に際し、
    A成分および/またはB成分の金属元素を含んだ化合物
    の水溶液を1種または2種以上作り、さらに前記以外の
    金属元素を含んだ化合物の水溶液を作り、これらの溶液
    を沈殿形成液に遂次添加して沈殿を形成させ、次いで前
    記沈殿物スラリーを130〜600℃で加熱し、得られ
    た沈殿物を水洗、乾燥後、200〜800℃で仮焼する
    ことを特徴とする易焼結性ペロブスカイトおよびその固
    溶液原料粉末の製造方法。
JP60161257A 1985-07-23 1985-07-23 易焼結性ペロプスカイトおよびその固溶体原料粉末の製造方法 Pending JPS6227328A (ja)

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