JP2003212543A - オキサラート法によるチタン酸バリウム粉末の製造方法 - Google Patents
オキサラート法によるチタン酸バリウム粉末の製造方法Info
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Abstract
を製造する方法に関するものであって、優れた粉体特性
を有すチタン酸バリウム粉末およびドープチタン酸バリ
ウム粉末をより高い生産性かつより経済的に製造できる
方法を提供する。 【解決手段】 塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液
との混合水溶液、または該混合溶液にドナーまたはアク
セプターとして使用できる元素の化合物を添加し溶解さ
せたドープ元素含有混合水溶液を製造し、前記混合水溶
液をシュウ酸水溶液に添加してバリウムチタン酸オキサ
ラートまたはドープバリウムチタン酸オキサラートを沈
澱させた後、エージングし、洗浄、濾過、乾燥させてか
ら1次か焼、1次粉砕、2次か焼、2次粉砕してチタン
酸バリウムまたはドープチタン酸バリウム粉末を製造す
る。
Description
など諸般分野に用いられるチタン酸バリウム粉末を製造
する方法に関するものであって、より詳細には、オキサ
ラート法によりチタン酸バリウム粉末を製造する方法に
関するものである。
3)粉末は、強誘電体であり、フェライトと共に電子セ
ラミックスの重要な構成材料として、積層セラミックコ
ンデンサ、静特性サーミスタ(PTC)および圧電体など
の原料として広く利用されている。
タンと炭酸バリウムとの固相反応による合成から製造し
ていた。
(MLCC)などの利用分野において小型大容量化(高誘
電率組成、誘電体薄層化および高積層化)、低温焼成
化、高周波化、高性能化などの傾向に伴い、チタン酸バ
リウム粉末は高純度/組成均一性、微粒/粒度均一性、
非凝集性/高分散性などの特性が望まれてきた。
リウム粉末を製造する方法として液相合成法の需要が増
している。
沈法(オキサラート法)、アルコキシド法(ゾルゲル法)な
どが開発され、その使用が急増している。
は、バリウムイオンとチタンイオンを含んだ混合溶液に
シュウ酸を添加してバリウムチタン酸オキサラート化合
物に沈澱させた後、これを乾燥、熱分解しチタン酸バリ
ウム粉末を製造する方法である。
タン酸バリウム粉末の製造方法は、図1に示すように、
塩化バリウムと塩化チタンの水溶液をBa/Tiのモル
比=1:1になるよう混合して混合水溶液を製造後、該
混合水溶液をシュウ酸に添加してバリウムチタン酸オキ
サラート(BaTiO(C2O4)2・4H2O)を沈澱
させてから、これをよく洗浄した後、濾過および乾燥さ
せ800℃以上で熱分解させてチタン酸バリウム粉末を
得る方法である。
ム粉末の製造方法は、その工程が単純で原料費および設
備投資費が安価であるとの利点があり最も先に商用化さ
れた。
酸バリウム粉末の製造方法は、粉末組成(Ba/Ti)お
よび粒度制御が難しく、熱分解の際、粒子間に強い凝結
体を形成して粉砕後粒子が破砕状になってしまい、微粉
砕された粒子が多くなり混合/成形の際に分散性が良好
でなく、焼結の際にも制御し難く、異常結晶粒が生成し
易く、粉砕が完全に施されないと数〜数十μm大の凝結
体が残存するとの問題を抱えている。
酸バリウム粉末を製造する場合には、粒子間の強い凝結
体の形成により粒子を大きく育てることができず結晶性
も悪く、製造した粉末はMLCC B特性用で使用する
には適さないとの問題もあった。
向に伴って、その原料に用いる粉末は水熱合成法で製造
した粉末に代替されつつある。
が優れた特性を示すにも拘わらず、合成工程が複雑でオ
ートクレーブを使用する為生産性に劣り、その上粉末価
格が高いとの問題がある。
合成法の開発が必要となってくる。
たPdなどの貴金属価格の上昇により、最近は多数の業
者でNi、Cuなどの卑金属をMLCCの内部電極とし
て使用している。
金属電極の酸化を防止するためには還元性雰囲気を用い
らねばならなく、さらに還元性雰囲気で誘電体酸化物の
還元を防ぐため誘電体が耐還元性組成でなければならな
い。
電体に耐還元性を与える方法として、先ずBa/Ti比
>1にして、伝導性電子に対してアクセプター役を果た
すイオンを入れ、電荷補償のためのドナーイオンを入れ
る。実際に、Henningsらは、卑金属電極MLC
CにおいてBaTiO3 系ペロブスカイト誘電体にド
ナーとアクセプターを添加すれば誘電特性および信頼性
が相当改善されるとのことを報告している["Donor
-Acceptor Charge Complex
Formation in BT Ceramic"、
CeramicTransactions、vol 9
7、p41]。
ープする際、そのドーピング方法によって誘電特性が大
きく異なるようになる。
末に添加剤を酸化物の形態でドーピングすることより共
沈法でドーピングする方がより良き誘電特性を得られる
と報告している["Influence of The
Doping Methodon X7R Based
−BaTiO3 Capacitors"、J.F.Fe
rnandez et.al.,vol.127、pp.4
7-52、(1992)]。彼らは、こうしたドーピング法
による誘電特性の向上が、微量の添加物(dopant)
のより良き分配(distribution)に起因する
とした。さらに、Masudaらは、BaTiO3の合
成段階においてMnイオンをドープしたBa(Ti1-x
Mnx)O3の方が、BaTiO3にMnCO3を固相
でドープしたものより諸誘電特性から優れたことを報告
している["Dielectric Propertie
s of MnO−Doped BaTiO3 for
Ni Electrode MLCCs"、Takes
hi Masuda、et.al.,Program s
ummary and extended abstr
act、The 9th US−Japan Semi
nar onDielectric and Piez
oelectric Ceramics. pp.353
〜355、Nov.2〜5、1999]。
サラート法により優れた粉体特性を有するチタン酸バリ
ウム粉末を、より高い生産性かつより経済的に製造する
ことのできる方法を提供することである。
による優れた粉体特性を有するドープチタン酸バリウム
粉末を、より高い生産性かつより経済的に製造すること
のできる方法を提供することである。
水溶液と塩化チタン水溶液との混合水溶液をシュウ酸水
溶液に添加してバリウムチタン酸オキサラートを沈澱さ
せた後、エージングし、洗浄、濾過、乾燥させてバリウ
ムチタン酸オキサラートを製造する段階;製造したバリ
ウムチタン酸オキサラートを1次か焼後、1次粉砕し微
粒のチタン酸バリウム粉末を製造する段階;および前記
微粒のチタン酸バリウム粉末を2次か焼後、2次粉砕す
る段階、を含むオキサラート法によるチタン酸バリウム
粉末の製造方法に関するものである。
塩化チタン水溶液との混合水溶液にY、La、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Rh、
Ni、Cu、Zn、Gaおよび稀土類元素からなるドナ
ーまたはアクセプターとして使用できる添加剤のグルー
プの中から選択された1種以上の元素を酸化物、水酸化
物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩の形態で添加し溶解させた
ドープ元素含有混合水溶液を製造する段階;前記ドープ
元素含有混合水溶液をシュウ酸水溶液に添加しドープバ
リウムチタン酸オキサラートを沈澱させた後、エージン
グし、洗浄、濾過、乾燥させてドープバリウムチタン酸
オキサラートを製造する段階;製造したドープバリウム
チタン酸オキサラートを1次か焼後、1次粉砕して微粒
のドープチタン酸バリウム粉末を製造する段階;および
前記微粒のドープチタン酸バリウム粉末を2次か焼後、
2次粉砕する段階、を含むオキサラート法によるドープ
チタン酸バリウム粉末の製造方法に関するものである。
塩化チタン水溶液との混合水溶液をシュウ酸水溶液に添
加しバリウムチタン酸オキサラートを沈澱させた後、エ
ージングし、洗浄、濾過、乾燥させてバリウムチタン酸
オキサラートを製造する過程を経る。
囲は、0.2〜2.0モル/リットルであり、通常、B
aCl2・2H2Oを水に溶かして製造する。
は、0.2〜2.0モル/リットルであり、通常、Ti
Cl4溶液を稀釈して製造する。
水溶液との混合水溶液は、塩化バリウム(A)と塩化チタ
ン(B)とのモル比((A)/(B))が0.90〜1.5
0になるようにすることが好ましい。
は、0.2〜5.0モル/リットルであり、該水溶液の
温度は30〜100℃で保つことが好ましい。
ら、前記混合水溶液を前記シュウ酸水溶液に投入する。
(C)と塩化チタン(B)とのモル比((C)/(B))
が1.0〜5.0になるよう設定することが好ましく、
投入速度は5〜5000ミリリットル/分がよい。
1000rpm/分に設定することが好ましい。
方法による。前記エージングは1〜100時間施すこと
が好ましい。前記乾燥は50〜200℃で施すことが好
ましい。
ン酸オキサラートを1次か焼後、1次粉砕して微粒のチ
タン酸バリウム粉末を製造する。前記1次か焼は500
〜1100℃で施すことが好ましい。前記1次粉砕は乾
式または湿式粉砕機を用いて行うことができ、そして1
次粉砕した粒子の平均粒径が0.1〜1.0μmになる
よう行うことが好ましい。前記1次粉砕が湿式粉砕機を
用いて行われた場合には、湿式粉砕により得たスラリー
をスプレードライなど通常の乾燥方法により乾燥させ
る。
酸バリウム粉末を2次か焼後、2次粉砕することで目的
のチタン酸バリウム粉末が製造される。
ことが好ましい。前記2次粉砕は乾式または湿式粉砕機
を用いて行うことができ、そして2次粉砕した粒子の平
均粒径が0.1〜5.0μmになるよう行うことが好ま
しい。前記チタン酸バリウム粉末を製造する過程を示す
工程図を図2に概略的に示した。
する方法について説明する。
基づき、BaTi(C2O4)2・4H2Oを沈澱させる
段階においてアクセプターおよびドナーイオンを提供す
る元素を酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩の
形態で塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液の混合水
溶液に入れ、該ドープ元素含有混合水溶液をシュウ酸水
溶液に加えて沈澱させドーピングすることによって、ド
ナーまたはアクセプターとして使用できる元素のグルー
プの中から選択した1種以上の元素の酸化物、水酸化
物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩をより均一に分散させる。
ウム粉末を製造するためには、先ず塩化バリウム水溶液
と塩化チタン水溶液との混合水溶液に、Y、La、V、
Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、R
h、Ni、Cu、Zn、Gaおよび稀土類元素から成る
ドナーまたはアクセプターとして使用できる元素のグル
ープの中から選択した1種以上の元素を、酸化物、水酸
化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩の形態で添加し溶解させ
たドープ元素含有混合水溶液を製造する。
酸塩、硝酸塩、硫酸塩は、ドープ元素含有混合水溶液が
透明になるまで攪拌して溶解させる。
できる元素の添加量はチタニウムに対して10モル%以
下に設定することが好ましい。
有混合水溶液をシュウ酸水溶液に添加してドープバリウ
ムチタン酸オキサラートを沈澱させた後、エージング
し、洗浄、濾過、乾燥させてドープバリウムチタン酸オ
キサラートを製造する。
ムチタン酸オキサラートを1次か焼後、1次粉砕して微
粒のドープチタン酸バリウム粉末を製造する。
ム粉末を2次か焼後、2次粉砕することによってオキサ
ラート法によりドープチタン酸バリウム粉末が製造され
る。
際、1次か焼、1次粉砕、2次か焼および2次粉砕工程
は、前記チタン酸バリウムの製造工程と同一である。
る過程を示す工程図を図3に概略的に示した。
に説明する。
塩化バリウム水溶液(0.55モル/0.55リットル)
とを混合して混合水溶液をつくり、該混合水溶液をはげ
しく攪拌中である80℃のシュウ酸水溶液(1.25モ
ル/1.25リットル)に10ミリリットル/分の速度
で滴下した。滴下が済んでから温度を徐々に常温まで下
げ、5時間エージングした。こうして得た沈澱溶液を純
水でよく洗浄した後、濾過してバリウムチタン酸オキサ
ラートを得てから、これを電気炉において900℃で1
次か焼した。
キサラートのSEM写真を図4の(a)に示した。
サラートを湿式粉砕方式で1次粉砕し、再び電気炉にお
いて1100℃で2次か焼した後、2次粉砕し乾燥させ
てチタン酸バリウム粉末を得た。
真を図4の(b)に示した。
てチタン酸バリウム粉末を製造する場合、その粉末は球
形であり、粒度分布が均一で微粉砕状が少ないことがわ
かる。
性を調べ、その結果を下記表1に示した。
水溶液とを混合して混合水溶液をつくり、該混合水溶液
に0.0005モルのマンガンクロライドを入れ完全溶
解させたことを除けば前記発明例1と同一な方法から、
ドープチタン酸バリウム粉末を製造した。
電特性を調査すべく焼結助剤などのその他の添加剤とバ
インダーおよび有機溶媒を加えスラリーをつくり、これ
をテープキャスティングした後、スクリーンプリンティ
ング法でNi電極をかぶせ、40層ほど積層、圧着、切
断しグリーンチップ(green chip)を製造し
た。これを還元性雰囲気、1300℃において焼結して
から、端子形成(termination)およびメッキ
工程を経てMLCCを製造した。
結果を下記表2に示した。
造したチタン酸バリウム粉末を用いてMLCCを製造し
た場合には、MLCCは各種誘電特性に優れ、EIAの
X7R規格を充分に満足させることがわかる。
はいうまでもなく水熱合成法やゾルゲル法など他の液相
合成法に比してその製造工程が簡単で、原料費および設
備投資費が少なく済みながら、生産性と歩留まりが高
く、粉体特性に優れた粉末を提供できるとの効果を奏す
るものである。
Ba/Ti=0.999±0.002に再現性よく制御す
ることができ、粒子が球形で粒度が均一であって、凝結
体の形成が少ない粉末を製造できるので、粒子のサイズ
を大小任意に調節することができる。
BaとTiとが共沈する段階でドーピングし添加剤の均
一なドーピングを誘導して、各種誘電特性を向上するこ
とのできるチタン酸バリウム粉末を提供することによ
り、MLCCのX7Rなどのような規格を充分に満足で
きるMLCCの製造を可能にする。
粉末の製造工程図である。
造工程の一例図である。
造工程の他例図である。
ートのSEM写真である。(b)は2次か焼後に2次粉砕
したチタン酸バリウム粉末のSEM写真である。
Claims (14)
- 【請求項1】 塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液
との混合水溶液をシュウ酸水溶液に添加してバリウムチ
タン酸オキサラートを沈澱させた後、エージングし、洗
浄、濾過、乾燥させてバリウムチタン酸オキサラートを
製造する段階;製造したバリウムチタン酸オキサラート
を1次か焼後、1次粉砕して微粒のチタン酸バリウム粉
末を製造する段階;および前記微粒のチタン酸バリウム
粉末を2次か焼後、2次粉砕する段階、を含むオキサラ
ート法によるチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項2】 前記塩化バリウム水溶液の濃度が0.2
〜2.0モル/リットルで、前記塩化チタン水溶液の濃
度が0.2〜2.0モル/リットルであり、かつ前記シ
ュウ酸水溶液の濃度が0.2〜5.0モル/リットルで
あることを特徴とする請求項1に記載のオキサラート法
によるチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項3】 前記塩化バリウム(A)と塩化チタン(B)
とのモル比((A)/(B))が0.90〜1.50で、
かつ前記シュウ酸(C)と前記塩化チタン(B)とのモル比
((C)/(B))が1.0〜5.0であることを特徴と
する請求項1に記載のオキサラート法によるチタン酸バ
リウム粉末の製造方法。 - 【請求項4】 塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液
との混合水溶液をシュウ酸水溶液に添加する際、その添
加速度は5〜5000ミリリットル/分であることを特
徴とする請求項1に記載のオキサラート法によるチタン
酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項5】 前記シュウ酸水溶液の温度が30〜10
0℃であることを特徴とする請求項1に記載のオキサラ
ート法によるチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項6】 1次か焼温度が500〜1100℃であ
り、2次か焼温度が900〜1300℃であることを特
徴とする請求項1に記載のオキサラート法によるチタン
酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項7】 1次粉砕を粉砕後粒子平均粒径が0.1
〜1.0μmになるよう施し、かつ2次粉砕を粉砕後粒
子平均粒径が0.1〜5.0μmになるよう施すことを
特徴とする請求項1に記載のオキサラート法によるチタ
ン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項8】 塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液
との混合水溶液にY、La、V、Nb、Ta、Cr、M
o、W、Mn、Fe、Co、Rh、Ni、Cu、Zn、
Gaおよび稀土類元素から成るドナーまたはアクセプタ
ーとして使用できる元素グループの中から選択された1
種以上の元素を酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫
酸塩の形態で添加し溶解させたドープ元素含有混合水溶
液を製造する段階;前記ドープ元素含有混合水溶液をシ
ュウ酸水溶液に添加してドープバリウムチタン酸オキサ
ラートを沈澱させた後、エージングし、洗浄、濾過、乾
燥させてドープバリウムチタン酸オキサラートを製造す
る段階;製造したドープバリウムチタン酸オキサラート
を1次か焼後、1次粉砕して微粒のドープチタン酸バリ
ウム粉末を製造する段階;および前記微粒のドープチタ
ン酸バリウム粉末を2次か焼後、2次粉砕する段階、 を含むオキサラート法によるドープチタン酸バリウム粉
末の製造方法。 - 【請求項9】 前記塩化バリウム水溶液の濃度が0.2
〜2.0モル/リットルで、前記塩化チタン水溶液の濃
度が0.2〜2.0モル/リットルであり、かつ前記シ
ュウ酸水溶液の濃度が0.2〜5.0モル/リットルで
あることを特徴とする請求項8に記載のオキサラート法
によるドープチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項10】 前記塩化バリウム(A)と塩化チタン
(B)とのモル比((A)/(B))が0.90〜1.50
であり、かつ前記シュウ酸(C)と前記塩化チタン(B)と
のモル比((C)/(B))が1.0〜5.0であること
を特徴とする請求項8に記載のオキサラート法によるド
ープチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項11】 ドープ元素含有混合水溶液をシュウ酸
水溶液に添加する際、その添加速度は5〜5000ミリ
リットル/分であることを特徴とする請求項8に記載の
オキサラート法によるドープチタン酸バリウム粉末の製
造方法。 - 【請求項12】 ドナーまたはアクセプターとして使用
できる元素の添加量がチタニウムに対して10モル%以
下であることを特徴とする請求項8に記載のオキサラー
ト法によるドープチタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項13】 1次か焼温度が500〜1100℃
で、2次か焼温度が900〜1300℃であることを特
徴とする請求項8に記載のオキサラート法によるドープ
チタン酸バリウム粉末の製造方法。 - 【請求項14】 1次粉砕を粉砕後粒子平均粒径が0.
1〜1.0μmになるよう施し、かつ2次粉砕を粉砕後
粒子平均粒径が0.1〜5.0μmになるよう施すこと
を特徴とする請求項8に記載のドープオキサラート法に
よるチタン酸バリウム粉末の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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