JP2007054799A - Manufacturing method of combustion synthesis material - Google Patents

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晃也 大平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of combustion synthesis material which can prevent contaminants from mixing, can shorten a processing time, and can be pulverized. <P>SOLUTION: The manufacturing method has: a step of reacting a mixture in a reaction device by a combustion synthesis method; and a pulverizing step for pulverizing coarse products after the reaction. The pulverizing step accelerates the coarse products by a jet stream formed by being jetted from a pulverizing nozzle, and makes the accelerated coarse products collide with each other and pulverize, or makes the coarse products accelerated by a collision board collide, so as to pulverize the coarse products provided by the combustion synthesis method using a jet milling device for progressing the pulverization. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は酸化物系セラミックス燃焼合成材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an oxide-based ceramic combustion synthetic material.

酸化物系セラミックス(一般式ABO3)は、一般式中のA、Bの組み合わせによって、誘電性、超伝導性、プロトン伝導性等に優れるため種々の用途に利用されている。この誘電体セラミックスの代表的なものとしては、セラミックコンデンサーに使用されるBaTiO3、圧電・焦電セラミックスの主要材料であるPZT(PbZrO3−PbTiO3)、燃料電池用の高温型プロトン伝導性酸化物であるSrCeO3、BaCeO3、CaZrO3、SrZrO3、BaZrO3などが挙げられる。 Oxide ceramics (general formula ABO 3 ) are used in various applications because they have excellent dielectric properties, superconductivity, proton conductivity, etc., depending on the combination of A and B in the general formula. Typical dielectric ceramics include BaTiO 3 used for ceramic capacitors, PZT (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), which is the main material of piezoelectric and pyroelectric ceramics, and high-temperature proton conductive oxidation for fuel cells. Examples thereof include SrCeO 3 , BaCeO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , and BaZrO 3 .

従来、上記のようなセラミックスの合成には、1000℃から 2000℃前後の炉を用いて外部加熱を行なわなくてはならない。このため、セラミックスの合成には、膨大なエネルギーと大型の加熱機構を必要とし、これが製造コストを高くする原因となっている。
外部加熱を行なわない製造方法として、燃焼合成によるセラミックス粉末の合成が提案されている(特許文献1参照)。燃焼合成法は、外部加熱を必要とすることなく、化合時に放出される大量の化学熱反応を利用して連鎖的に物質を合成する方法である。
反応生成物は、るつぼなどの反応容器中において塊状である。この反応生成物は、後工程の洗浄および/または焼結のために粉砕される。従来、この粉砕はボールミルを用いて行なわれてきた。
Conventionally, in order to synthesize ceramics as described above, external heating must be performed using a furnace of about 1000 ° C. to 2000 ° C. For this reason, the synthesis of ceramics requires enormous energy and a large heating mechanism, which increases the manufacturing cost.
As a manufacturing method without external heating, synthesis of ceramic powder by combustion synthesis has been proposed (see Patent Document 1). The combustion synthesis method is a method of synthesizing substances in a chain manner by utilizing a large amount of chemical heat reaction released at the time of compounding without requiring external heating.
The reaction product is agglomerated in a reaction vessel such as a crucible. The reaction product is pulverized for subsequent cleaning and / or sintering. Conventionally, this grinding has been performed using a ball mill.

しかしながら、ボールミルを用いた粉砕においては、ボールやポットの摩耗による汚染物が混入しやすくなり燃焼合成材の高純度化が困難であるという問題がある。さらに、ボールミル粉砕法は、20〜40 時間の粉砕時間を必要とするため、生産効率が低いという問題がある。
特開平5−9009号公報
However, in the pulverization using a ball mill, there is a problem that contaminants due to wear of balls and pots are easily mixed and it is difficult to increase the purity of the combustion synthetic material. Furthermore, since the ball milling method requires a grinding time of 20 to 40 hours, there is a problem that the production efficiency is low.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-9009

本発明は、このような問題に対処するためになされたものであり、汚染物の混入を防ぎ、処理時間を短縮でき、微粉砕できる燃焼合成材の製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in order to cope with such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for producing a combustion synthetic material capable of preventing contamination from being mixed, reducing the processing time, and finely pulverizing.

本発明の燃焼合成材の製造方法は、反応装置内の混合物を燃焼合成法により反応させる工程と、反応後の粗生成物を粉砕する粉砕工程とを備えてなり、上記粉砕工程が粉砕ノズルより噴出させて形成されるジェット気流によって前記粗生成物を加速して、該加速された粗生成物同士の衝突や摩砕により、または衝突板に加速された前記粗生成物を衝突させることにより、粉砕を進行させるジェットミル装置を用いて燃焼合成法により得られる粗生成物を粉砕することを特徴とする。
また、上記ジェットミル装置は、該装置の内面部材、粉砕粒子を案内するガイド部材および衝突板の少なくとも表面が粗生成物と同一の燃焼合成材により形成されていることを特徴とする。
The method for producing a combustion synthesis material of the present invention comprises a step of reacting a mixture in a reaction apparatus by a combustion synthesis method, and a pulverization step of pulverizing a crude product after the reaction. By accelerating the crude product by a jet stream formed by jetting, by colliding the accelerated crude product with each other by collision or grinding, or by colliding the accelerated crude product with a collision plate, A crude product obtained by a combustion synthesis method is pulverized by using a jet mill apparatus that advances pulverization.
The jet mill device is characterized in that at least the surfaces of the inner surface member, the guide member for guiding the pulverized particles, and the impingement plate are formed of the same combustion synthetic material as the crude product.

本発明の燃焼合成材の製造方法は、燃焼合成法により得られる粗生成物をジェットミル装置を用いて粉砕するので、汚染物の混入を抑えることができる。特にジェットミル装置の内面部材およびガイド部材および衝突板が粗生成物と同一の燃焼合成材により形成されているので、汚染物の混入をより抑えることができる。
また、ジェットミル装置は、粗生成物同士の衝突や摩砕により粉砕が進行するので、ボールミル法よりも微細で粒度分布が狭い粗生成物の粉末が得られる。
その結果、粉砕された粉末の比表面積が増大し、後工程である洗浄や焼結が容易にできる。
In the method for producing a combustion synthetic material according to the present invention, since a crude product obtained by the combustion synthesis method is pulverized using a jet mill device, contamination can be suppressed. In particular, since the inner surface member, the guide member, and the collision plate of the jet mill apparatus are formed of the same combustion synthetic material as the crude product, contamination can be further suppressed.
Further, since the pulverization proceeds in the jet mill apparatus by collision or grinding of the crude products, a coarse product powder having a finer particle size distribution than that of the ball mill method can be obtained.
As a result, the specific surface area of the pulverized powder increases, and cleaning and sintering, which are subsequent processes, can be easily performed.

本発明の燃焼合成材は、燃焼化学反応により得られる酸化物系セラミックスである。
反応装置内の混合物を燃焼合成法により反応させる工程において、燃焼合成法における反応系としては、(イ)副生成物としてガスのみを発生するものとして、例えば、4族元素を含む金属粉末、2族元素を含む元素の炭酸塩、および2族元素を含む元素の過酸化物とを少なくとも含む反応原料を用いる反応系、(ロ)副生成物としてガスおよび昇華物を発生するものとして、例えば、4族元素を含む金属粉末と、2族元素を含む元素の炭酸塩と、過塩素酸ナトリウムとを少なくとも含む反応原料を用いる反応系が挙げられる。
The combustion synthetic material of the present invention is an oxide ceramic obtained by a combustion chemical reaction.
In the step of reacting the mixture in the reactor by the combustion synthesis method, the reaction system in the combustion synthesis method is as follows: (a) As a by-product that generates only gas, for example, a metal powder containing a group 4 element; As a reaction system using a reaction raw material containing at least a carbonate of an element containing a group element and a peroxide of an element containing a group 2 element, (b) generating gas and sublimate as a by-product, for example, Examples include a reaction system using a reaction raw material containing at least a metal powder containing a Group 4 element, a carbonate of an element containing a Group 2 element, and sodium perchlorate.

上記(イ)の反応系としては、4族金属粉末、2族炭酸塩、および2族過酸化物のみ、または、これに4族金属酸化物を加えたものであることが反応生成物が圧電性、誘電特性、コスト面などに優れるので好ましい。また、反応原料はそれぞれ、燃焼合成法における化学反応式を満たす所定割合で配合する。例えば、主生成物としてチタン酸バリウム(BaTiO3 )やチタン酸カルシウム(CaTiO3 )などの酸化物系セラミックスを合成する場合、以下の化学反応式にしたがって生成する。4族金属粉末と、2族炭酸塩と、2族過酸化物とは、下記反応に必要なそれぞれのモル質量に相当する量で配合する。該反応系では副生成物として炭酸ガス(CO2)が発生する。
また、4族金属酸化物を配合する場合は、断熱火炎温度を 1500℃以上に維持できる割合で配合する。該4族金属酸化物の割合を増加させることで断熱火炎温度を下げることができる。

Ti+2TiO2+BaCO3+2BaO2→ 3BaTiO3+CO2
Ti+2TiO2+CaCO3+2CaO2→ 3CaTiO3+CO2
Ti+2TiO2+BaCO3+2CaO2→ 3(Ba1/3,Ca2/3)TiO3+CO2
Ti+2TiO2+CaCO3+2BaO2→ 3(Ba2/3,Ca1/3)TiO3+CO2
The reaction system (b) may be a group 4 metal powder, a group 2 carbonate, and a group 2 peroxide alone, or a reaction product obtained by adding a group 4 metal oxide to the piezoelectric. It is preferable because of its excellent properties, dielectric properties, cost and the like. Moreover, each reaction raw material is mix | blended in the predetermined ratio which satisfy | fills the chemical reaction formula in a combustion synthesis method. For example, when an oxide-based ceramic such as barium titanate (BaTiO 3 ) or calcium titanate (CaTiO 3 ) is synthesized as the main product, it is generated according to the following chemical reaction formula. The Group 4 metal powder, the Group 2 carbonate, and the Group 2 peroxide are blended in amounts corresponding to respective molar masses necessary for the following reaction. In the reaction system, carbon dioxide (CO 2 ) is generated as a by-product.
In addition, when blending Group 4 metal oxides, blend them at a rate that allows the adiabatic flame temperature to be maintained at 1500 ° C or higher. The adiabatic flame temperature can be lowered by increasing the proportion of the Group 4 metal oxide.

Ti + 2TiO 2 + BaCO 3 + 2BaO 2 → 3BaTiO 3 + CO 2
Ti + 2TiO 2 + CaCO 3 + 2CaO 2 → 3CaTiO 3 + CO 2
Ti + 2TiO 2 + BaCO 3 + 2CaO 2 → 3 (Ba 1/3 , Ca 2/3 ) TiO 3 + CO 2
Ti + 2TiO 2 + CaCO 3 + 2BaO 2 → 3 (Ba 2/3 , Ca 1/3 ) TiO 3 + CO 2

上記(ロ)の反応系としては、4族金属粉末、2族炭酸塩、およびNaClO4のみ、または、これに4族金属酸化物を加えたものであることが反応生成物が洗浄性に優れ、圧電性、誘電特性に優れるので好ましい。
反応原料はそれぞれ所定割合で配合するが、燃焼合成反応において、例えばチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)の場合、以下の化学反応式にしたがって生成する。各反応原料は、4族金属粉末と2族炭酸塩とは反応に必要なそれぞれのモル質量に相当する量を配合するが、酸素発生物質は反応に必要なモル質量以上を配合できる。

Ti+SrCO3+0.5NaClO4 → SrTiO3+CO2↑+0.5NaCl
The reaction system of (b) above is a group 4 metal powder, a group 2 carbonate, and NaClO 4 alone, or the addition of a group 4 metal oxide to this, and the reaction product has excellent detergency. It is preferable because of its excellent piezoelectricity and dielectric properties.
The reaction raw materials are blended at a predetermined ratio. In the combustion synthesis reaction, for example, in the case of strontium titanate (SrTiO 3 ), the reaction raw materials are produced according to the following chemical reaction formula. Each reaction raw material is blended in an amount corresponding to the molar mass required for the reaction between the Group 4 metal powder and the Group 2 carbonate, but the oxygen generating substance can be blended in an amount greater than the molar mass necessary for the reaction.

Ti + SrCO 3 + 0.5NaClO 4 → SrTiO 3 + CO 2 ↑ + 0.5NaCl

本発明の燃焼合成材を合成するための反応装置としては、坩堝、坩堝類似の反応容器、セッター等を挙げることができる。
また、主生成物を構成する元素源となる複数の原料は、上記(イ)または(ロ)の反応系において主生成物が形成できる原子割合で混合した原料をボールミル、乳鉢の公知の混合装置を用いて混合される。
上記(イ)または(ロ)の反応系において、反応原料としての4族元素を含む金属の形状は、微粉末であることが好ましく、比表面積が 0.01〜2 m2/g である。燃焼波が伝播し、かつ取り扱いやすいので好ましい比表面積の範囲は 0.1〜0.6 m2/g である。比表面積が 0.01 m2/g 未満の場合、発熱源となる金属粉未と酸素供給源となる過酸化物の接触面積が少ないため、燃焼波が伝播せず、セラミックスが合成できない場合がある。また、比表面積が 2 m2/g をこえる金属粉未は極めて活性であり、取り扱いが困難となるため好ましくない。
本発明において、金属粉未の比表面積は、BET法により測定された値をいう。
Examples of the reaction apparatus for synthesizing the combustion synthetic material of the present invention include a crucible, a reaction vessel similar to a crucible, a setter, and the like.
In addition, a plurality of raw materials serving as an element source constituting the main product is a known mixing device for ball mills and mortars prepared by mixing raw materials mixed in an atomic ratio capable of forming the main product in the reaction system (b) or (b) To be mixed.
In the reaction system (a) or (b), the shape of the metal containing a group 4 element as a reaction raw material is preferably a fine powder, and the specific surface area is 0.01 to 2 m 2 / g. A preferable specific surface area is 0.1 to 0.6 m 2 / g because the combustion wave propagates and is easy to handle. When the specific surface area is less than 0.01 m 2 / g, the contact area between the metal powder that is a heat generation source and the peroxide that is an oxygen supply source is small, so that combustion waves may not propagate and ceramics may not be synthesized. In addition, metal powders having a specific surface area exceeding 2 m 2 / g are not preferable because they are extremely active and difficult to handle.
In the present invention, the specific surface area of the metal powder is a value measured by the BET method.

また、金属微粉末は、平均粒子径が同一であっても、比表面積が異なると反応性に差が認められる。すなわち、球状よりも比表面積が大きくなる形状の金属粉末を用いると燃焼合成反応がより速やかに進行した。比表面積が大きくなる形状としては、球状粒子表面に複数の凹凸が形成された粒子、粒子全体としていびつな形状の粒子、またはこれらの組み合わせがある。
本発明に使用できる平均粒子径としては 150μm 以下、好ましくは 0.1〜100μm である。150μmをこえると、他の原材料との混合が十分でなくなり、燃焼波が伝播しない場合が生じる。表面に凹凸が形成された粒子またはいびつな形状の平均粒子径の測定方法は、画像解析法が好ましい。
Moreover, even if the average particle diameter of the metal fine powder is the same, a difference in reactivity is recognized when the specific surface area is different. That is, when a metal powder having a specific surface area larger than that of a spherical shape was used, the combustion synthesis reaction proceeded more rapidly. Examples of the shape having a large specific surface area include particles having a plurality of irregularities formed on the surface of spherical particles, particles having an irregular shape as a whole, or a combination thereof.
The average particle size that can be used in the present invention is 150 μm or less, preferably 0.1 to 100 μm. If it exceeds 150 μm, mixing with other raw materials becomes insufficient, and combustion waves may not propagate. An image analysis method is preferable as a method for measuring the average particle diameter of particles having irregularities formed on the surface or an irregular shape.

反応原料である混合粉末を黒鉛坩堝などの反応装置に収容し、着火して燃焼合成法により反応させる。燃焼合成法の条件について、反応系の断熱火炎温度は 1500℃以上である。1500℃以上であれば、燃焼波が伝播するからである。
燃焼合成はチャンバー内で行なうが、その雰囲気としては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)等の希ガス雰囲気が好ましい。なお、反応生成物の誘電特性を劣化させなければ、窒素ガス、炭酸ガス雰囲気等を利用することも可能である。また、酸素分圧を制御可能であれば、酸素ガスを使用することも可能である。
燃焼合成は、着火部分より同時多発的に化学反応が進行して反応生成物が得られる。燃焼合成反応は、約 1〜60 秒で終了する。
The mixed powder as a reaction raw material is accommodated in a reactor such as a graphite crucible, ignited, and reacted by a combustion synthesis method. Regarding the conditions of the combustion synthesis method, the adiabatic flame temperature of the reaction system is 1500 ° C or higher. This is because the combustion wave propagates at 1500 ° C. or higher.
Combustion synthesis is performed in a chamber, and the atmosphere is preferably a rare gas atmosphere such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), or krypton (Kr). Note that a nitrogen gas, carbon dioxide atmosphere, or the like can be used as long as the dielectric properties of the reaction product are not deteriorated. Also, oxygen gas can be used if the oxygen partial pressure can be controlled.
In the combustion synthesis, a chemical reaction proceeds simultaneously and frequently from the ignition part to obtain a reaction product. The combustion synthesis reaction is completed in about 1 to 60 seconds.

反応後の粗生成物を粉砕する粉砕工程はジェットミル装置を用いて行なう。ジェットミル装置は、粉砕ノズルより噴出させて形成されるジェット気流によって供試試料を加速し、この加速された供試試料同士の衝突や摩砕により、または装置内に配置された衝突板に衝突させることにより粉砕を進行させる装置である。
ジェットミル装置の一例を図1に示す。図1はジェットミル装置の模式図である。
ジェットミル装置1は、円形の空洞を有するフレーム2aとこのフレーム2a内部を構成する内面部材であるライナー部2bからなるミル本体2と、円形の空洞の中心に対して傾斜して配置され、空洞内に高速のジェット気流Aを生じさせる複数の粉砕ノズル3と、ミル本体2の略中央に配置される製品出口4と、粉砕粒子を案内するガイド部材5または衝突板6と、試料Sを供給するためのノズル7とを有している。
The pulverization step for pulverizing the crude product after the reaction is performed using a jet mill apparatus. The jet mill device accelerates the test sample by a jet stream formed by jetting from the crushing nozzle, and collides with the colliding plate arranged in the device by collision or grinding of the accelerated test samples. It is an apparatus which advances grinding | pulverization by making it.
An example of a jet mill apparatus is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a jet mill apparatus.
The jet mill apparatus 1 includes a mill body 2 composed of a frame 2a having a circular cavity and a liner portion 2b which is an inner surface member constituting the inside of the frame 2a, and is inclined with respect to the center of the circular cavity. A plurality of pulverizing nozzles 3 for generating a high-speed jet airflow A therein, a product outlet 4 disposed at substantially the center of the mill body 2, a guide member 5 or a collision plate 6 for guiding pulverized particles, and a sample S are supplied. And a nozzle 7 for the purpose.

ノズル7より供給される被粉砕試料Sはミル本体2に形成されるジェット気流Aによって加速され、この加速された被粉砕試料同士の衝突や摩砕により微粉砕される。
本発明においては、ライナー部2b、被粉砕試料を案内するガイド部材5または衝突板6を被粉砕試料と同一の材料で形成する。このため、被粉砕試料は他の物質による汚染が生じない。また、ジェットミル法による粉砕は分級がしやすいため、平均粒子径分布が狭くなる。そのため、後工程での焼結などが容易になる。さらに処理時間が 0.5 Kg/h〜1000 Kg/h とボールミル法に比較して大幅に短縮できる。
また、ジェットミル法により微粉砕された平均粒子径は 0.5〜2.0 μm 、標準偏差は σ=1.5 μm 以内に調整できる。
The sample to be crushed S supplied from the nozzle 7 is accelerated by the jet airflow A formed in the mill main body 2, and is finely pulverized by collision and grinding of the accelerated samples to be crushed.
In the present invention, the liner portion 2b, the guide member 5 for guiding the sample to be crushed, or the collision plate 6 is formed of the same material as the sample to be crushed. For this reason, the sample to be ground is not contaminated by other substances. Further, since the pulverization by the jet mill method is easy to classify, the average particle size distribution becomes narrow. Therefore, sintering in a later process becomes easy. Furthermore, the processing time is 0.5 Kg / h to 1000 Kg / h, which is significantly shorter than the ball mill method.
The average particle size finely pulverized by the jet mill method can be adjusted to 0.5 to 2.0 μm, and the standard deviation can be adjusted within σ = 1.5 μm.

ジェットミル装置の市販品としては、セイシン企業製、コジェット(Co‐Jet)システムα-mkII、シングルトラック・ジェットミル、SK‐ジェット・オー・ミル、スーパーSTJ‐400ミル等が挙げられる。   Examples of commercially available jet mill apparatuses include Se-Shin Company Co-Jet System α-mkII, Single Track Jet Mill, SK-Jet O Mill, and Super STJ-400 Mill.

ジェットミル装置により微粉末された燃焼合成材は、焼結することにより酸化物系セラミックスが得られる。焼結するとき、ポリビニルブチラールなどの成形用粘結剤を配合できる。焼結条件としては、10〜100 MPa の圧力で成形後、大気雰囲気下、1200〜1500℃の温度で焼成する条件が挙げられる。
また、燃焼合成で得られた合成微粉末の結晶構造をさらに安定させたり、微量な不純物を除去するため、900〜1100℃で仮焼することも可能である。
なお、上記(イ)の反応系では、副生成物として発生するのは炭酸ガスのみであるが、上記(ロ)の反応系では塩化ナトリウム(NaCl)を生じる。この場合では、得られた焼結体を微粉砕後、水洗浄する等してNaClを除去する。ジェットミル装置を用いて微粉砕することにより、水洗浄等が容易になる。
Oxide ceramics are obtained by sintering the combustion synthetic material finely powdered by the jet mill apparatus. When sintering, a molding binder such as polyvinyl butyral can be blended. Sintering conditions include a condition of forming at a pressure of 10 to 100 MPa and firing at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in an air atmosphere.
Moreover, in order to further stabilize the crystal structure of the synthetic fine powder obtained by the combustion synthesis and to remove a trace amount of impurities, it is possible to calcine at 900 to 1100 ° C.
In the reaction system (a), only carbon dioxide gas is generated as a by-product, but sodium chloride (NaCl) is generated in the reaction system (b). In this case, the obtained sintered body is finely pulverized and then washed with water to remove NaCl. By finely pulverizing using a jet mill device, water washing and the like are facilitated.

NaCl等の塩類が燃焼合成反応後の合成粉末に存在すると焼結性が阻害される。焼結性を阻害しない程度まで塩類を減らす基準としては、洗浄液の電気伝導度が 150 μS/cm 以下である。すなわち洗浄回数、洗浄量の如何にかかわらず、上記合成粉末を水で洗浄したとき洗浄後の洗浄水の電気伝導度が 150 μS/cm 以下であればよい。   When salts such as NaCl are present in the synthetic powder after the combustion synthesis reaction, the sinterability is hindered. The standard for reducing the salt to such an extent that the sinterability is not hindered is that the electrical conductivity of the cleaning liquid is 150 μS / cm or less. That is, regardless of the number of washings and the amount of washing, the electric conductivity of the washing water after washing should be 150 μS / cm or less when the synthetic powder is washed with water.

上記燃焼合成方法によって得られた燃焼合成材は、不純物の混入が少なく、理論密度に近く緻密化されて優れた誘電特性を有するので、誘電体アンテナ、コンデンサ、誘電体共振器、フィルター、圧力センサ、超音波モータ等に使用できる。   The combustion synthetic material obtained by the combustion synthesis method described above has little dielectric contamination, is close to the theoretical density, and has excellent dielectric properties, so that it has a dielectric antenna, capacitor, dielectric resonator, filter, and pressure sensor. Can be used for ultrasonic motors.

実施例1
配合原料は、Ti金属粉末(比表面積 0.3 m2/g )を 1 モル、SrCO3を 1 モル、NaClO4を 0.5 モル用いた。これらの原材料をボールミルを用いて 5 時間混合した。混合粉末(100 g )を押し固めてペレット状とし、合成装置のチャンバー内の黒鉛製坩堝内に載置した。着火用のカーボンフイルムをペレットの上表面と接触させて着火した。着火により、燃焼波が伝播し、燃焼合成法により粗生成物が得られた。なお、チャンバー内はアルゴン(Ar)ガスを封入し、内圧を 0.1 MPa とした。
得られた粗生成物をセイシン企業製、コジェット(Co‐Jet)システムα-mkIIを用いて粉砕した。
粉砕条件は、処理量 300 g/h、不活性ガス(アルゴン)、風量 0.64 MPa、1 パスで粉砕した。
微粉砕された燃焼合成材の粒度分布をレーザー回折法により測定した。その結果、平均粒子径は 1.8 μm であり、その標準偏差は 1.5 μm であった。
次にその燃焼合成材の 10 g と、洗浄液である蒸留水 200 ml とをビーカに入れ、10 分間超音波洗浄を行なった。洗浄処理後、電気伝導度計を用いて洗浄液の電気伝導度を測定した。測定後、洗浄液を除去し、新しい蒸留水を 200 ml 投入し、10 分間超音波洗浄を行なった。再度、電気伝導度計を用いて洗浄液の電気伝導度を測定した。この操作を 6 回繰り返した。洗浄液を除去して、120℃で 24 時間乾燥した後、粉末の結晶相の同定をX線回折装置(XRD)を用いて行なった。XRDの結果、燃焼合成材は、SrTiO3であることがわかった。
Example 1
As the compounding raw material, 1 mol of Ti metal powder (specific surface area 0.3 m 2 / g), 1 mol of SrCO 3 and 0.5 mol of NaClO 4 were used. These raw materials were mixed for 5 hours using a ball mill. The mixed powder (100 g) was pressed and solidified into a pellet and placed in a graphite crucible in the chamber of the synthesizer. A carbon film for ignition was brought into contact with the upper surface of the pellet to ignite. Combustion waves propagated by ignition, and a crude product was obtained by the combustion synthesis method. The chamber was filled with argon (Ar) gas and the internal pressure was 0.1 MPa.
The obtained crude product was pulverized using a Co-Jet system α-mkII manufactured by Seishin Corporation.
The grinding conditions were as follows: throughput 300 g / h, inert gas (argon), air flow 0.64 MPa, 1 pass.
The particle size distribution of the finely pulverized combustion synthetic material was measured by a laser diffraction method. As a result, the average particle size was 1.8 μm, and its standard deviation was 1.5 μm.
Next, 10 g of the combustion synthetic material and 200 ml of distilled water as a cleaning solution were placed in a beaker and subjected to ultrasonic cleaning for 10 minutes. After the cleaning treatment, the electric conductivity of the cleaning liquid was measured using an electric conductivity meter. After the measurement, the washing solution was removed, 200 ml of fresh distilled water was added, and ultrasonic washing was performed for 10 minutes. Again, the electrical conductivity of the cleaning solution was measured using an electrical conductivity meter. This operation was repeated 6 times. After removing the washing liquid and drying at 120 ° C. for 24 hours, identification of the crystal phase of the powder was performed using an X-ray diffractometer (XRD). As a result of XRD, it was found that the combustion synthetic material was SrTiO 3 .

得られた燃焼合成材の微粉末に成形用バインダ(ポリビニルプチラール樹脂)を 1 質量%添加して混合した。次に 4 g の混合粉末を直径 20 mm の金型に投入し、1.5 ton/cm2 の圧力を加えてグリーン体を成形した。そのグリーン体を大気雰囲気の電気炉に投入し、600℃で 1 時間保持して有機分を除去し、続けて 1300℃で 3 時間焼成を行なった。
得られた焼結体は、5.18 g/cm3 の理論密度に対して、すべて 5.10 g/cm3(相対密度:約 98.5%)以上であり、十分緻密化していた。
1% by mass of a molding binder (polyvinyl petital resin) was added to and mixed with the fine powder of the combustion synthetic material obtained. Next, 4 g of the mixed powder was put into a mold having a diameter of 20 mm, and a green body was formed by applying a pressure of 1.5 ton / cm 2 . The green body was put into an electric furnace in an air atmosphere and held at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components, followed by firing at 1300 ° C. for 3 hours.
All of the obtained sintered bodies were 5.10 g / cm 3 (relative density: about 98.5%) or more with respect to the theoretical density of 5.18 g / cm 3 , and were sufficiently densified.

実施例2
コジェット(Co‐Jet)システムα-mkIIの内面部材(ライナー部)、ガイド部材および衝突板の表面をSrTiO3 で被覆したジェットミル装置を用いる以外は、実施例1と同一の条件、方法で微粉末の燃焼合成材を得た。
得られた燃焼合成材の粒度分布をレーザー回折法により測定した。その結果、平均粒子径は 1.7 μm であり、その標準偏差は 1.4 μm であった。
また、蛍光X線分析法で測定した不純物(Al23 )の量は 0.1 重量%未満であった。
Example 2
The same conditions and method as in Example 1 were used except that a jet mill apparatus in which the inner surface member (liner portion), guide member, and collision plate surface of the Co-Jet system α-mkII were coated with SrTiO 3 was used. A powdered combustion composite was obtained.
The particle size distribution of the obtained combustion synthetic material was measured by a laser diffraction method. As a result, the average particle size was 1.7 μm, and its standard deviation was 1.4 μm.
The amount of impurities (Al 2 O 3 ) measured by X-ray fluorescence analysis was less than 0.1% by weight.

比較例1
コジェット(Co‐Jet)システムα-mkIIジェットミル装置の代わりにボールミル装置を用いる以外は、実施例1と同一の条件、方法で微粉末の燃焼合成材を得た。ボールミル装置を用いて粉砕するときの粉砕条件は、Al23 製装置内容積:300 ml 、メディア:Al23 (直径 5 mm 、100 cc)、溶媒:100 cc 、回転数:100 rpm 、処理時間:15 時間である。
得られた燃焼合成材の粒度分布をレーザー回折法により測定した。その結果、平均粒子径は 2.5 μm であり、その標準偏差は 2.5 μm であった。
また、蛍光X線分析法で測定した不純物(Al23 )の量は 1.2 重量%であった。
Comparative Example 1
A fine-combustion combustion synthetic material was obtained under the same conditions and method as in Example 1 except that a ball mill apparatus was used instead of the Co-Jet system α-mkII jet mill apparatus. Milling conditions for pulverization using a ball mill apparatus, Al 2 O 3 manufactured by apparatus volume: 300 ml, medium: Al 2 O 3 (diameter 5 mm, 100 cc), the solvent: 100 cc, rotating speed: 100 rpm , Processing time: 15 hours.
The particle size distribution of the obtained combustion synthetic material was measured by a laser diffraction method. As a result, the average particle size was 2.5 μm, and the standard deviation was 2.5 μm.
The amount of impurities (Al 2 O 3 ) measured by fluorescent X-ray analysis was 1.2% by weight.

本発明の燃焼合成材の製造方法は、燃焼合成法により得られる粗生成物をジェットミル装置を用いて粉砕するので、得られる製品に不純物の混入が少なく、また、生産効率に優れる。
本発明の製造方法により得られる燃焼合成材は、理論密度に近く緻密化されて優れた誘電特性を有するので、アンテナ、コンデンサ、共振器、圧力センサ、超音波モータ等の電子部品分野において好適に利用できる。
In the method for producing a combustion synthetic material according to the present invention, since a crude product obtained by the combustion synthesis method is pulverized using a jet mill device, the resulting product is less contaminated with impurities and is excellent in production efficiency.
The combustion synthetic material obtained by the production method of the present invention is close to the theoretical density and has excellent dielectric properties, so it is suitable in the field of electronic components such as antennas, capacitors, resonators, pressure sensors, and ultrasonic motors. Available.

ジェットミル装置の模式図である。It is a schematic diagram of a jet mill apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 ジェットミル装置
2 ミル本体
3 粉砕ノズル
4 製品出口
5 ガイド部材
6 衝突板
7 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Jet mill apparatus 2 Mill main body 3 Grinding nozzle 4 Product exit 5 Guide member 6 Colliding plate 7 Nozzle

Claims (2)

反応装置内の混合物を燃焼合成法により反応させる工程と、反応後の粗生成物を粉砕する粉砕工程とを備えてなる、燃焼合成材の製造方法であって、
前記粉砕工程は、粉砕ノズルより噴出させて形成されるジェット気流によって前記粗生成物を加速して、該加速された粗生成物同士の衝突や摩砕により、または衝突板に加速された前記粗生成物を衝突させることにより、粉砕を進行させるジェットミル装置を用いて前記粗生成物を粉砕することを特徴とする燃焼合成材の製造方法。
A method for producing a combustion synthetic material, comprising: a step of reacting a mixture in a reactor by a combustion synthesis method; and a pulverization step of pulverizing a crude product after the reaction,
In the pulverization step, the crude product is accelerated by a jet stream formed by being ejected from a pulverization nozzle, and the coarse product accelerated by the collision or grinding of the accelerated crude products or the collision plate is performed. A method for producing a combustion synthetic material, characterized in that a crude product is pulverized by using a jet mill device that advances pulverization by colliding the product.
前記ジェットミル装置は、該装置の内面部材、粉砕粒子を案内するガイド部材および前記衝突板の少なくとも表面が前記粗生成物と同一の燃焼合成材により形成されていることを特徴とする請求項1記載の燃焼合成材の製造方法。   2. The jet mill apparatus according to claim 1, wherein at least surfaces of an inner surface member of the apparatus, a guide member for guiding pulverized particles, and the collision plate are formed of the same combustion synthetic material as the crude product. The manufacturing method of the combustion synthetic | combination material of description.
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