JP2021042105A - チタン酸アルカリ土類金属の組成物とその製造方法、及び、これを含むペースト - Google Patents
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Abstract
Description
はじめに、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液を調製する。水酸化バリウム8水和物(和光純薬工業社製)50gと2−メトキシエタノール(メチルセロソルブ)315gとをビーカーに入れ、30℃で20分間かけて溶解させた。このとき、溶液のBa濃度は6.0%、水分含有量は6.2%であった。この溶液を1リットルのナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターを用いて、減圧度0.015MPa、70℃で1時間、水分除去を行った。これにより、Ba濃度16.0%、水分含有量0.5%の溶液A(バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液)が得られた。次に、窒素ガス雰囲気下のグローブボックス中で、この溶液A170gにテトライソプロポキシチタン(マツモトファインケミカル社製:オルガチックスTA−10;Ti濃度16.88%)56.18gを混合した。このとき、混合液のBa/Ti原子比が1.00になるように調製した。
チタン酸バリウム組成物の分散液Cを300℃で2時間乾燥して粉末にした。X線回折によりこの粉末の結晶化度を測定した。結晶化度は、プロファイルフィッティング法[結晶化度%=結晶質のピーク面/(結晶質のピーク面+非晶質のピーク面)]を用いて算出した。結晶化度は20%であった。さらにこの粉末のカーボン量を、炭素硫黄分析装置(HORIBA製 EMIA−320V)を用いて測定した。本実施例の粉末から検出されたカーボン量は5.5%であった。このカーボン成分はアルコキシド(テトライソプロポキシチタン)に由来する。
チタン酸バリウム組成物のメチルセロソルブ分散液D50g、粒子径200nmのNi粒子(JFEミネラル社製:NFP301SD)40g、およびエチルセルロース粉末10gを混合し、シンキー社製の泡取練太郎(登録商標)AR−250を用いて一次分散させた。さらに、三本ロール(井上製作所製:HHCタイプ)を用いて二次分散させて電極用ペーストを調製した。このペーストの組成を表2に示す。
◎:凝集物が殆ど見られない
○:凝集物が僅かに存在する。
△:凝集物が若干存在する。
×:凝集物が多く存在する。
××:粒子と溶媒が分離した状態である。
電極用ペーストを一層塗布して電極層を作製し、600℃で1時間乾燥させた。電極層(単層)の膜厚は600nmであった。電極層の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で測定し、20μm範囲の表面粗さRaを求めた。
上述の電極用ペーストを用いてMLCCの内部電極を形成した。まず、チタン酸バリウムセラミックシート(厚さ=4.0μm)上に、電極用ペーストをスクリーン印刷し、パターンを形成した。ついで、600℃で1時間乾燥した。さらに、この上に、スクリーン印刷により誘電体層用ペーストのパターンを形成した。ついで、600℃で1時間乾燥した。これを繰り返し、20層積層した。ついで、H2を3%含む窒素ガス雰囲気の下、1200℃‐2時間で還元処理した。ついで、窒素ガス雰囲気下、1000℃で3時間加熱した。このようにして、MLCCを作製した。ここで用いた誘電体層用ペーストは、以下のように調製した。すなわち、チタン酸バリウム(堺化学社製:BT−01、平均粒子径=300nm)90gとエチルセルロース系粉末10gをターピネオール系溶剤56.5gに添加し、泡取練太郎を用いて一次分散させた。次いで、三本ロールを用いて二次分散させた。
MLCCを垂直に切断し、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて10万倍で断面写真を撮影した。100μm角に存在する各層のクラックを断面写真で確認し、計数した。
200Vの直流電圧を印加した際の充放電回数に基づいて下記のように判定した。
◎:充放電10000回以上可能
○:充放電5001〜10000回未満可能
△:充放電1001〜5000回可能
×:充放電1000回未満
本実施例では、実施例1の水和物ゲルBの熟成条件を40℃、1時間に変更した。これ以外は実施例1と同様に試料を作製し、評価を行った。
本実施例では、実施例1の水和物ゲルBの熟成条件を80℃、2時間に変更した。これ以外は実施例1と同様に試料を作製し、評価を行った。
実施例1と同様に組成物の分散液Cを調製した。この分散液100gにアセチルアセトン2.3gを添加して25℃にて15時間攪拌した。これにより、チタン酸バリウムにアセチルアセトン(有機化合物)が配位される。配位されたアセチルアセトンの量はチタン酸バリウムに対して20%であった。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価を行った。
実施例1と同様に組成物の分散液Cを調製した。この分散液100gにオレイン酸(濃度99%)0.23gを添加して25℃にて15時間攪拌した。さらに、限外膜を用いてこの分散液を500gのエタノールで溶媒置換を行った。これにより、チタン酸バリウムのエタノール分散液(固形分濃度20%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例1と同様に組成物の分散液Cを調製した。この分散液100gにリノール酸(濃度99%)1.16gを添加して50℃にて15時間攪拌した。さらに、この分散液にターピネオール50gを添加し、ロータリーエバポレーターで濃縮し、チタン酸バリウムのターピネオール分散液(固形分濃度40%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例1と同様に、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液とテトライソプロポキシチタンを混合した。この溶液に、得られるチタン酸バリウム組成物に対して8mol%になるように関東化学社製の水酸化カルシウム(99%−分子量76.08)1.22gを添加した。この混合液に、水3.57gとメタノール171.3gを、撹拌しながら2時間かけて添加した。このとき、Tiのモル数(MT)と水のモル数(MH)とのモル比(MH/MT)が1となるように調整した。添加中、液温を25℃に維持した。これにより、テトライソプロポキシチタンが加水分解され、水和物ゲルBが得られた。
実施例7で用いた水酸化カルシウムの代わりに関東化学社製のマグネシウムジエトキシド(97%、分子量114.2)1.87gを添加した。これ以外は実施例7と同様にして水和物ゲルBを調製し、熟成した。これにより、Mg含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Mg含有チタン酸バリウムとして11.7%であった。
実施例7で用いた水酸化カルシウムの代わりに三津和化学薬品社製の水酸化ストロンチウム(無水、分子量121.63)1.96gを添加した。これ以外は実施例7と同様にして水和物ゲルBを調製し、熟成した。これにより、Sr含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Sr含有チタン酸バリウムとして11.9%であった。
実施例1と同様に、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液とテトライソプロポキシチタンを混合した。この溶液に、得られるチタン酸バリウム組成物に対して5mol%になるように、三津和化学薬品社製の三ステアリン酸イットリウム(分子量937.9)9.29gを添加した。この混合液に、水3.57g、メタノール171.3gを、撹拌しながら2時間かけて添加した。このとき、Tiのモル数(MT)と水のモル数(MH)とのモル比(MH/MT)が1となるように調整した。また、添加中、液温を25℃に維持した。これにより、テトライソプロポキシチタンが加水分解され、水和物ゲルBが得られた。この水和物ゲルBを80℃に昇温し、1時間熟成した。これにより、Y含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Y含有チタン酸バリウムとして12.1%であった。
実施例10で用いた三ステアリン酸イットリウムの代わりに、太洋社製の水酸化ニッケル(分子量92.71)0.92gを添加した。これ以外は実施例10と同様に、水和物ゲルBを調製し、熟成した。これにより、Ni含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Ni含有チタン酸バリウムとして11.7%であった。
実施例10で用いた三ステアリン酸イットリウムの代わりに、太洋社製の塩化エルビウム8水和物(分子量381.73)3.98gを添加した。これ以外は実施例10と同様に、水和物ゲルBを調製し、熟成した。これにより、Er含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Er含有チタン酸バリウムとして12.5%であった。
実施例1と同様に、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液とテトライソプロポキシチタンを混合した。この溶液に、得られるチタン酸バリウム組成物に対して5mol%になるように、三津和化学薬品社製の塩化第一錫2水和物(分子量225.72)2.3gを添加した。この溶液に、水3.57g、メタノール171.3gを、撹拌しながら2時間かけて添加した。このとき、Tiのモル数(MT)と水のモル数(MH)とのモル比(MH/MT)が1となるように調整した。添加中、液温を25℃に維持した。これにより、テトライソプロポキシチタンが加水分解され、水和物ゲルBが得られた。
実施例1と同様に、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液とテトライソプロポキシチタンを混合した。この溶液に、得られるチタン酸バリウム組成物に対して5mol%になるように高純度化学社製の塩化インジウム水和物(分子量284.32 99%)4.55gを添加した。この溶液に、水3.57g、メタノール171.3gを、撹拌しながら2時間かけて添加した。このとき、Tiのモル数(MT)と水のモル数(MH)とのモル比(MH/MT)が1となるように調整した。添加中、液温を25℃に維持した。これにより、テトライソプロポキシチタンが加水分解され、水和物ゲルBが得られた。この水和物ゲルBを80℃に昇温し、1時間熟成した。これにより、In含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、In含有チタン酸バリウムとして12.6%であった。この分散液100gにオレイン酸(濃度99%)1.27gを添加して25℃にて15時間攪拌した。さらに、実施例6と同様に濃縮し、In含有チタン酸バリウム組成物のターピネオール分散液(固形分濃度40%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例7で、得られるチタン酸バリウム組成物に対して10mol%になるように、水酸化カルシウムを1.55g添加した。これ以外は同様にして、Ca含有チタン酸バリウムの分散液を得た。分散液に含まれる組成物の濃度は、Ca含有チタン酸バリウムとして11.8%であった。この分散液100gにリノール酸(濃度99%)0.59gを添加して25℃にて15時間攪拌した。さらに、実施例6と同様に濃縮し、Ca含有チタン酸バリウム組成物のターピネオール分散液(固形分濃度40%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例1と同様に、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液Aを調製した。Ba/Ti原子比が1.03となるように、この溶液175.10gに前述のテトライソプロポキシチタン54.54gを実施例1と同様に混合した。この混合液を用いて実施例1と同等にチタン酸バリウムの分散液Cを調製した。分散液に含まれる組成物の濃度は、チタン酸バリウムとして11.2%であった。さらに、実施例1と同様に溶媒置換して、チタン酸バリウム組成物のメチルセロソルブ分散液(固形分濃度20%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例16で、Ba/Ti原子比が0.980となるように、バリウム水酸化物のアルキルセルソルブ溶液175.10gに、テトライソプロポキシチタン57.32gを混合した。これ以外は実施例16と同様にして、チタン酸バリウム組成物のメチルセロソルブ分散液(固形分濃度20%)を得た。なお、チタン酸バリウムの分散液Cに含まれる組成物の濃度は、チタン酸バリウムとして11.2%であったこれ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
実施例1で、水和物ゲルBを得る際に、チタンのモル数(MT)と水のモル数(MH)とのモル比(MH/MT)が10となるように水の量を36.5gとした。さらに、この水和物ゲルBを100℃で24時間熟成した。得られた分散液に含まれる組成物の濃度は、チタン酸バリウムとして10.8%であった。これ以外は、実施例1と同様にしてチタン酸バリウム組成物のメチルセロソルブ分散液(固形分濃度20%)を得た。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。なお、本比較例では、チタン酸バリウム組成物は、平均一次粒子径が10nmの粒子であった。
ここでは、チタンアルコキシドを用いずにチタン酸バリウムを調製した。すなわち、TFP−NA(戸田工業社製)を100℃で1時間乾燥させ、得られた粉末20gをメチルセロソルブ80gに攪拌混合した。これにより、チタン酸バリウムのメチルセロソルブ分散液(固形分濃度20%)を得た。この分散液100gにオレイン酸(濃度99%)2.02gを添加して50℃にて15時間攪拌した。さらに、これにターピネオール50gを添加し、ロータリーエバポレーターで濃縮し、結晶性のチタン酸バリウムのターピネオール分散液(固形分濃度40%)を得た。本比較例では、チタン酸バリウム組成物は、平均一次粒子径が20nmの粒子であった。これ以降は、実施例1と同様に試料を作製し、評価した。
Claims (10)
- チタン酸アルカリ土類金属の組成物であって、
アルカリ土類金属とチタンの原子比(アルカリ土類金属/Ti)が0.95〜1.05であり、
該組成物を300℃で乾燥させて得られる乾燥物にカーボン成分が0.5〜10%含まれ、
X線回析法により測定した前記乾燥物の結晶化度が50%以下である組成物。 - 前記チタン酸アルカリ土類金属に、有機化合物が配位したことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記チタン酸アルカリ土類金属に、カルボン酸とβ‐ジケトンの少なくとも1種が配位したことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物が、2A族、3A族、ランタノイド系、アクチノイド系、4A族、5A族、7A族、8族、1B族、2B族、3B族または4B族に属する少なくとも一種の元素を、前記チタン酸アルカリ土類金属に対して0.1〜10mol%含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記組成物が、アルコール類、グリコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、パラフィン系炭化水素の少なくとも一つを含む有機溶媒を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- アルカリ土類金属とチタンの原子比(アルカリ土類金属/Ti比)が0.95〜1.05の範囲となるように、アルカリ土類金属の水酸化物とチタンアルコキシドを混合する第一工程と、
前記チタンアルコキシドに含まれるチタンのモル数(MT)と水のモル数(MH)との比(MH/MT)が0.1〜8の範囲になるように水分を調整し、加水分解を行う第二工程と、
を備えるチタン酸アルカリ土類金属組成物の製造方法。 - 前記第一工程で用いられるアルカリ土類金属の水酸化物は、液中の水分含有量が0.5%以下に調製されたアルカリ土類金属の水酸化物のアルキルセロソルブ溶液である請求項6に記載のチタン酸アルカリ土類金属組成物の製造方法。
- 前記第二工程で得られた加水分解物を、25〜200℃の範囲で0.5〜48時間静置する工程を含む請求項6または7に記載のチタン酸アルカリ土類金属組成物の製造方法。
- 前記第二工程で得られた加水分解物に含まれる溶媒を、アルコール類、グリコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、パラフィン系炭化水素のうち少なくとも一つを含む有機溶媒に置換する工程を含む請求項6または7に記載のチタン酸アルカリ土類金属組成物の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のチタン酸アルカリ土類金属の組成物と、導電粒子と、バインダー成分と、溶剤を含むペースト。
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