JP2631243B2 - Heat-resistant conductive ceramics and manufacturing method thereof - Google Patents

Heat-resistant conductive ceramics and manufacturing method thereof

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JP2631243B2
JP2631243B2 JP2229097A JP22909790A JP2631243B2 JP 2631243 B2 JP2631243 B2 JP 2631243B2 JP 2229097 A JP2229097 A JP 2229097A JP 22909790 A JP22909790 A JP 22909790A JP 2631243 B2 JP2631243 B2 JP 2631243B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、耐熱導電性セラミックスおよびその製造方
法に関し、さらに詳しくは、ち密質であり、800℃以上
の高温においても安定で、且つ高い導電性が要求される
発熱体、電極、燃料電池などの材料として好適な耐熱導
電性セラミックスおよびその製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant conductive ceramic and a method for producing the same, and more particularly, it is dense, stable even at a high temperature of 800 ° C. or higher, and has high conductivity. The present invention relates to a heat-resistant conductive ceramic suitable as a required material for a heating element, an electrode, a fuel cell, and the like, and a method for producing the same.

従来技術とその問題点 式:RCrO3(Rは、ランタニド;以下同じ)で表わされる
焼結体のRの一部をCaまたはSrで固溶置換したR(Ca,S
r)CrO3、特にLa(Ca,Sr)CrO3は、ペロブスカイト型の
結晶構造を有する高融点の耐熱導電性セラミックスとし
て知られている。従来この様なLa(Ca,Sr)CrO3焼結体
は、La2O3,Cr2O3およびCaCO3またはSrCO3を所定の割合
で配合し、混合した後、仮焼して合成粉末を作製し、プ
レス成形し、1600℃以上の温度で焼成することにより製
造されている。しかしながら、この材料は、難焼結材料
であるため、ち密な焼結体が得られ難く、開放気孔を持
った状態で使用されている。このような開放気孔を有す
る焼結体は、気孔部分に対応して導通面積が減少するの
で、導電性が低下するのみならず、高温での使用時に開
放気孔からのCrの蒸発が多くなり、耐蝕性も低下する。
さらに、この様な焼結体を燃料電池のセパレーターとし
て使用する場合には、気密性が保持できないなどの問題
点も存在する。また、式:R(CaまたはSr)MO3(Mは、M
n,NiおよびCoの少なくとも一種を示す;以下同じ)で表
わされる焼結体も、ペロブスカイト型の結晶構造を有し
ており、R(CaまたはSr)CrO3よりも導電性が高く、焼
結しやすい酸化物として知られているが、これらは、耐
熱性に劣り、還元性雰囲気中では導電性が大幅に低下す
るという問題点がある。また、この様な焼結体は、Mで
示される成分が蒸発しやすく且つ反応しやすいために、
耐蝕性が低く、安定性にも欠ける。さらに、この様な焼
結体を燃料電池のセパレーターとして使用する場合に
は、特に燃料極側で導電性が大幅に低下したり、接触材
料と反応して劣化するなどの問題点も存在する。
Conventional technology and its problems R (Ca, S) in which a part of R of a sintered body represented by the formula: RCrO 3 (R is a lanthanide; the same applies hereinafter) is solid-solution substituted with Ca or Sr.
r) CrO 3 , particularly La (Ca, Sr) CrO 3, is known as a high melting point heat-resistant conductive ceramic having a perovskite crystal structure. Conventionally, such a La (Ca, Sr) CrO 3 sintered body is prepared by blending La 2 O 3 , Cr 2 O 3 and CaCO 3 or SrCO 3 at a predetermined ratio, mixing, and then calcining to obtain a synthetic powder. Is manufactured by press molding, and firing at a temperature of 1600 ° C. or higher. However, since this material is a hard-to-sinter material, it is difficult to obtain a dense sintered body, and it is used with open pores. Since the sintered body having such open pores has a reduced conductive area corresponding to the pore portions, not only does the conductivity decrease, but also the evaporation of Cr from the open pores increases when used at high temperatures, Corrosion resistance also decreases.
Further, when such a sintered body is used as a separator of a fuel cell, there is a problem that airtightness cannot be maintained. The formula: R (Ca or Sr) MO 3 (M is M
The sintered body represented by at least one of n, Ni, and Co; the same applies hereinafter) also has a perovskite-type crystal structure, has higher conductivity than R (Ca or Sr) CrO 3 , and These oxides are known as oxides which are easily formed, but have a problem in that they are inferior in heat resistance and significantly lower in a reducing atmosphere in conductivity. In addition, such a sintered body is likely to evaporate and react with the component represented by M,
Low corrosion resistance and lacks stability. Furthermore, when such a sintered body is used as a separator for a fuel cell, there are also problems such as a significant decrease in conductivity, particularly on the fuel electrode side, and deterioration due to reaction with a contact material.

開放気孔の少ないLa(Ca,Sr)CrO3焼結体を得るため
に、焼結をより高温で行うことも試みられている。しか
しながら、この場合には、Crの蒸発量が増加して、所定
の組成を有する焼結体が得られ難くなるばかりでなく、
焼成設備および焼成エネルギーの点で経済的でなくな
る。
In order to obtain a La (Ca, Sr) CrO 3 sintered body having few open pores, attempts have been made to perform sintering at a higher temperature. However, in this case, the amount of evaporation of Cr increases, so that it becomes difficult to obtain a sintered body having a predetermined composition,
It is not economical in terms of firing equipment and firing energy.

さらに、焼結温度を低下させるため、B2O3,SiO2など
の焼結助材を配合することも行われているが、この場合
には、焼結体の導電性が大幅に低下してしまう。
Furthermore, in order to lower the sintering temperature, sintering aids such as B 2 O 3 and SiO 2 are also blended, but in this case, the conductivity of the sintered body is greatly reduced. Would.

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記のごとき従来技術の問題点に留意し
つつ、研究を重ねた結果、R(Ca,Sr)CrO3の焼結が困
難であるのは、単に高融点材料であるからだけではな
く、焼結過程において主要成分であるCr成分が蒸発し
て、結晶粒界に析出凝縮され、各原子の拡散を阻害して
いるためであることを見出し、さらに引続く研究におい
て、希土類クロマイト系焼結体の組成・成分、密度など
を特定の範囲内に制御することにより、ち密質であり、
耐熱性および導電性に極めて優れたセラミックスが得ら
れることを見出した。
Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has conducted various studies while paying attention to the problems of the prior art as described above. As a result, it is difficult to sinter R (Ca, Sr) CrO 3 because Not only because it is a high melting point material, but also because the Cr component, which is the main component in the sintering process, evaporates and precipitates and condenses on the crystal grain boundaries, obstructing the diffusion of each atom, In further research, by controlling the composition, composition, density, etc. of the rare earth chromite-based sintered body within a specific range, it is dense,
It has been found that ceramics excellent in heat resistance and conductivity can be obtained.

すなわち、本発明は、下記に示す耐熱導電性セラミッ
クスおよびその製造方法を提供するものである: 1.希土類クロマイト系からなる焼結体であって、R1-xAx
CrO3(ただし、Rは、ランタニド元素の少なくとも1
種;Aは、CaおよびSrの少なくとも1種;0.02≦x≦0.2
5)100重量部に対し、Al2O3、MgOおよびY2O3の少なくと
も1種を0.02〜1重量%含み、その密度が理論密度の95
%以上であることを特徴とする耐熱導電性セラミック
ス。
That is, the present invention provides the following heat-resistant conductive ceramics and a method for producing the same: 1. A sintered body made of a rare earth chromite system, wherein R 1-x A x
CrO 3 (where R is at least one of the lanthanide elements)
Species; A is at least one of Ca and Sr; 0.02 ≦ x ≦ 0.2
5) relative to 100 parts by weight, Al 2 include O 3, at least one of MgO and Y 2 O 3 0.02 to 1 wt%, the density of the theoretical density of 95
% Or more.

2.上記項1の耐熱導電性セラミックスにおいて、R1-xAx
CrO3で示される組成中のCrの10モル%以下をCo、Mnおよ
びNiの少なくとも1種で置換固溶されていることを特徴
とする耐熱導電性セラミックス。
2. In the heat-resistant conductive ceramics of item 1, R 1-x A x
A heat-resistant conductive ceramic, wherein 10 mol% or less of Cr in the composition represented by CrO 3 is substituted and solid-solved with at least one of Co, Mn and Ni.

3.焼結体の組成がR1-xAxCr1-yMyO3(ただし、Rは、ラ
ンタニド元素の少なくとも1種;Aは、CaおよびSrの少な
くとも1種;Mは、Co、MnおよびNiの少なくとも1種;0.0
2≦x≦0.25;0≦y≦0.10)となる比率でR、A、Crお
よびMのそれぞれの化合物を配合し、均一に混合し、熱
処理によってペロブスカイト型構造に合成した後、得ら
れた粉末100重量部に対し、Al2O3、MgOおよびY2O3の少
なくとも1種を0.02〜1重量添加し、平均粒径2μm以
下に分散・粉砕した後、成形し、1500〜1850℃で焼成し
て、理論密度の95%以上の密度を有する焼結体とするこ
とを特徴とする耐熱導電性セラミックスの製造方法。
3. composition R 1-x A x Cr 1 -y M y O 3 of the sintered body (wherein, R is at least one lanthanide element; A is at least one of Ca and Sr; M is, Co , Mn and at least one of Ni; 0.0
2 ≦ x ≦ 0.25; 0 ≦ y ≦ 0.10) The respective compounds of R, A, Cr and M are blended in a ratio such that they are uniformly mixed and synthesized into a perovskite structure by a heat treatment. To 100 parts by weight, at least one of Al 2 O 3 , MgO and Y 2 O 3 is added in an amount of 0.02 to 1 weight, dispersed and pulverized to an average particle size of 2 μm or less, molded, and fired at 1500 to 1850 ° C. And producing a sintered body having a density of 95% or more of the theoretical density.

以下、本発明の耐熱導電性セラミックスが具備すべき
要件とそれに基く効果などについて詳細に説明する。
Hereinafter, the requirements of the heat-resistant conductive ceramics of the present invention and the effects based on the requirements will be described in detail.

本発明で得られる耐熱導電性セラミックスは、ペロブ
スカイト型構造を有し、基本組成としてR1-xAxCr1-yMyO
3(ただし、Rはランタニド元素の少なくとも1種:A
は、CaおよびSrの少なくとも1種:Mは、Co,MnおよびNi
の少なくとも1種:0.02≦x≦0.25:0≦y≦0.10)で表
される。
The heat-resistant conductive ceramic obtained in the present invention has a perovskite structure, and has a basic composition of R 1-x A x Cr 1-y M y O
3 (where R is at least one lanthanide element: A
Is at least one of Ca and Sr: M is Co, Mn and Ni
At least one of the following: 0.02 ≦ x ≦ 0.25: 0 ≦ y ≦ 0.10).

ランタニド元素とは、原子番号57のランタンから71の
ルテチウムに至る15の元素を意味する。ランタニド元素
源としては、酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸
塩、塩化物、しゅう酸塩などを化合物の形態のものが使
用される。ランタニド元素は、単独で使用しても良く、
あるいは2種以上を併用しても良い。ランタニド元素と
しては、La,NdおよびPrがより好ましく、特にLa単独使
用またはLaと他のランタニド元素との混合使用がさらに
好ましい。ランタニド元素として、La,NdまたはPrを使
用する場合には、焼結体の導電性が改善され、かつ耐熱
性も向上する。その反面、これらの元素を使用する場合
には、高密度の焼結体を得るために、高温度での焼成が
必要となるので、焼成温度の低下を目的とする場合に
は、その一部(10〜30モル%程度)を他のランタニド元
素で置換することが好ましい。
The lanthanide element means 15 elements ranging from lanthanum of atomic number 57 to lutetium of 71. As a lanthanide element source, compounds in the form of oxides, hydroxides, nitrates, carbonates, sulfates, chlorides, oxalates and the like are used. Lanthanide element may be used alone,
Alternatively, two or more kinds may be used in combination. As the lanthanide element, La, Nd and Pr are more preferable, and La alone or a mixture of La and another lanthanide element is more preferable. When La, Nd or Pr is used as the lanthanide element, the conductivity of the sintered body is improved and the heat resistance is also improved. On the other hand, when these elements are used, high-temperature sintering is required in order to obtain a high-density sintered body. (About 10 to 30 mol%) is preferably replaced with another lanthanide element.

(1)R1-xAxCrO3(Aは、CaおよびSrの少なくとも一
種)で示される希土類クロマイトにおいて、xは、2〜
25モル%の範囲内であることが必要である。
(1) In the rare earth chromite represented by R 1-x A x CrO 3 (A is at least one of Ca and Sr), x is 2 to
It needs to be in the range of 25 mol%.

本発明によれば、三価のRを二価のAで置換すること
により生ずる陽イオンの電荷の不足を遷移金属であるCr
の原子価変動により補う構造となるため、その結果、こ
の変動によるホッピング電導が寄与して、導電性が大幅
に向上する。AによるRの置換量が2モル%未満の場合
には、導電性の改善が十分に行われないのに対し、25モ
ル%を上回る場合には、導電性の一層の改善が認められ
ないのみならず、むしろ製造時に焼結性などが低下す
る。AによるRの置換量は、5〜20モル%とすることが
より好ましい。
According to the present invention, the lack of charge of the cation caused by the substitution of trivalent R with divalent A reduces the transition metal Cr.
The structure compensates for the valency fluctuation of, and as a result, hopping conduction due to this fluctuation contributes to greatly improve the conductivity. When the substitution amount of R by A is less than 2 mol%, the conductivity is not sufficiently improved, whereas when it exceeds 25 mol%, no further improvement in the conductivity is observed. Rather, the sinterability and the like deteriorate during production. The substitution amount of R by A is more preferably 5 to 20 mol%.

(2)希土類クロマイト系焼結体中に含有するAl2O3、M
gOおよびY2O3の少なくとも1種の合計量をR1-xAxCrO
3(0.02≦x≦0.25)100重量部に対して0.02〜1重量部
の範囲内とする。
(2) Al 2 O 3 , M contained in rare earth chromite sintered body
The total amount of gO and at least one of Y 2 O 3 is R 1-x A x CrO
3 (0.02 ≦ x ≦ 0.25) It should be within the range of 0.02 to 1 part by weight for 100 parts by weight.

本発明者の研究によれば、特定量のAl2O3、MgOおよび
Y2O3の少なくとも1種を添加した場合には、Cr成分の蒸
発を減少させると共に、結晶粒界に析出するCr2O3を固
溶体として固定して、粒界拡散を促進し、焼結体の導電
性を殆ど低下させることなく緻密化が一層促進され、更
に耐熱性・耐久性が向上することが判明した。希土類ク
ロマイト系合成粉末100重量部に対する添加材の合計量
が0.02重量部未満の場合には、焼結性の改善が十分に行
われない。一方、1重量部を超える場合には、焼結性の
一層の改善が認められないのみならず、むしろ導電性が
低下する。添加量は、0.2〜0.8重量部とすることがより
好ましい。なお、これらの添加物は、合成粉末の分散乃
至粉砕処理に際して均一に分散・添加すると効果的であ
る。
According to the study of the inventor, a certain amount of Al 2 O 3 , MgO and
When at least one of Y 2 O 3 is added, the evaporation of the Cr component is reduced, and the Cr 2 O 3 that precipitates at the crystal grain boundaries is fixed as a solid solution to promote grain boundary diffusion and sintering. It has been found that densification is further promoted without substantially lowering the conductivity of the body, and heat resistance and durability are further improved. If the total amount of the additives is less than 0.02 parts by weight based on 100 parts by weight of the rare earth chromite synthetic powder, the sinterability is not sufficiently improved. On the other hand, when it exceeds 1 part by weight, not only no further improvement in the sinterability is recognized, but also the conductivity is lowered. The addition amount is more preferably 0.2 to 0.8 parts by weight. It is effective to uniformly disperse and add these additives during dispersion or pulverization of the synthetic powder.

(3)R1-xAxCrO3で示される希土類クロマイト中のCrの
10モル%以下をCo,MnおよびNi(以下これらを総括して
単にMという)の少なくとも一種で置換することが望ま
しい。
(3) Cr in rare earth chromite represented by R 1-x A x CrO 3
It is desirable to replace 10 mol% or less with at least one of Co, Mn and Ni (hereinafter collectively referred to simply as M).

Crの一部をMにより置換固溶した場合には、焼結性が
より一層改善される。一般に、Mの置換量に比例して、
焼結性と共に導電性も向上するが、逆に焼結体の安定
性、耐熱性、耐蝕性などが低下する。これらの元素は個
々には、Mnは還元性雰囲気中での導電性を低下させ、Co
は熱膨張性を増大させ且つ還元性雰囲気中での導電性を
も低下させ、NiはMnおよびCo程には、導電性を改善しな
いなどの傾向を示す。したがって、この様な焼結体を燃
料電池のセパレーターなど高温で使用する場合には、M
の置換量は、10モル%を上限とすることが必須であり、
好ましくは6モル%以下とする。
When a part of Cr is replaced by M to form a solid solution, sinterability is further improved. In general, in proportion to the substitution amount of M,
The conductivity as well as the sinterability are improved, but the stability, heat resistance, corrosion resistance, etc. of the sintered body are reduced. Each of these elements individually causes Mn to reduce its conductivity in a reducing atmosphere,
Increases the thermal expansion and also reduces the conductivity in a reducing atmosphere, and Ni shows a tendency such as not improving the conductivity as much as Mn and Co. Therefore, when such a sintered body is used at a high temperature such as a fuel cell separator, M
It is essential that the upper limit of the substitution is 10 mol%.
It is preferably at most 6 mol%.

(4)希土類クロマイト系焼結体の密度を理論密度の95
%以上とする。
(4) The density of the rare earth chromite-based sintered body is set to a theoretical density of 95
% Or more.

希土類クロマイト系焼結体の導電性は、その密度によ
っても大きく影響され、密度が低い程、導電性は低下す
る。これは、密度が低い程、粒内、粒界などに存在する
気孔および開放気孔が多くなり、この気孔部分に対応し
て導通面積が減少するためである。また、導電性の低下
のみならず、耐蝕性・気密性の低下などの問題も生じ
る。
The conductivity of the rare earth chromite-based sintered body is greatly affected by its density, and the lower the density, the lower the conductivity. This is because, as the density is lower, the number of pores and open pores existing in the grains, at the grain boundaries, and the like increase, and the conduction area corresponding to the pores decreases. In addition, there arise problems such as a decrease in corrosion resistance and airtightness as well as a decrease in conductivity.

従って、希土類クロマイト系焼結体の密度を理論密度
の95%以上とする。
Therefore, the density of the rare earth chromite-based sintered body is set to 95% or more of the theoretical density.

本発明焼結体においては、(R1-xAx)と(Cr1-yMy
との割合いは、等モルであることが望ましいが、前者1
モルに対し、後者0.98〜1.02モルまでの範囲は、許容し
得る。両者の割合が、上記の範囲内で等モルから僅かに
離れている場合には、R,A,CrおよびMの酸化物が形成さ
れて、ペロブスカイト型結晶の融点よりも低い温度で共
融し、等モル組成の場合よりも焼結が容易となる。Crの
割合が0.98モル未満の場合には、焼結体結晶粒界での導
電性が低下し、また低温で水和するRおよびAの酸化物
が多量に形成されるので、好ましくない。一方、(Cr
1-yMy)の割合が1.02モルを上回る場合には、焼結体結
晶粒界に少量のCr2O3やM2O3が形成されて、導電性が低
下する。
In the sintered body of the present invention, (R 1-x A x ) and (Cr 1-y M y )
Is preferably equimolar, but the former 1
The latter range from 0.98 to 1.02 moles per mole is acceptable. If the ratio of the two is slightly different from equimolar within the above range, oxides of R, A, Cr and M are formed and eutectic at a temperature lower than the melting point of the perovskite crystal. Sintering is easier than in the case of an equimolar composition. If the proportion of Cr is less than 0.98 mol, the conductivity at the crystal grain boundaries of the sintered body is reduced, and a large amount of R and A oxides that hydrate at low temperatures are formed, which is not preferable. On the other hand, (Cr
When the proportion of 1-yM y ) exceeds 1.02 mol, a small amount of Cr 2 O 3 or M 2 O 3 is formed at the crystal grain boundary of the sintered body, and the conductivity is reduced.

本発明方法は、以下のようにして実施される。まず、
焼結体作製時の各成分の割合が所定範囲内となる様にR
源,A源,Cr源およびM源となる各原料を配合し、混合粉
砕して、均一な粉末混合物を得る。尚、R源,A源,Cr源
およびM源としては、酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸
塩、硫酸塩、塩化物、しゅう酸塩などの化合物の形態の
ものが使用される。粉末の粒度は、特に限定されるもの
ではないが、5μm以下程度とすることが好ましい。一
般に、合成過程などにおいて、Mが容器などに拡散しや
すいので、M源またはM源とCr源とを若干多く混合して
おくことが好ましい。この点については、焼結温度およ
び時間などを考慮して適宜定めれば良いが、例えば、16
50℃で3時間焼結する場合には、最終的な焼結体組成よ
りは、Cr源またはM源を0.2重量%程度(Cr2O3またはM2
O3として)多く配合しておくことが好ましい。混合は、
粉末の湿式混合および乾式混合のいずれにより行っても
良く、あるいは各元素が含まれた水溶液を混合して行っ
ても良い。
The method of the present invention is performed as follows. First,
R is adjusted so that the ratio of each component during the production of the sintered body is within a predetermined range
Source, A source, Cr source and M source are blended and mixed and pulverized to obtain a uniform powder mixture. As the R, A, Cr and M sources, compounds in the form of compounds such as oxides, hydroxides, nitrates, carbonates, sulfates, chlorides and oxalates are used. The particle size of the powder is not particularly limited, but is preferably about 5 μm or less. Generally, in the synthesis process or the like, M is easily diffused into a container or the like, so it is preferable to mix the M source or the M source and the Cr source in a slightly larger amount. This point may be determined as appropriate in consideration of the sintering temperature and time.
In the case of sintering at 50 ° C. for 3 hours, the Cr source or M source is added in an amount of about 0.2% by weight (Cr 2 O 3 or M 2
It is preferable to mix a large amount of O 3 ). Mixing is
The mixing may be performed by either wet mixing or dry mixing of powders, or by mixing an aqueous solution containing each element.

次いで、上記で得られた粉末混合物をその70%以上が
R(Ca,Sr)Cr(M)O3のペロブスカイト型構造となる
温度以上で熱処理し、合成粉末とする。この熱処理温度
は、粉末混合物を構成する各原料化合物の種類、粒度、
混合方法などにより変わり得るが、通常600〜1500℃程
度の範囲内にあり、より好ましくは800〜1350℃の範囲
内にある。熱処理温度が低すぎる場合には、後述の焼結
時の収縮が大きくなって、焼成歪みが生じるので、好ま
しくない。一方、熱処理温度が高すぎる場合には、合成
粉末の粒度が大きくなり過ぎて、焼結性を低下させるの
で、やはり好ましくない。熱処理時間は、熱処理温度と
も関係するが、通常0.5〜3時間程度である。
Next, the powder mixture obtained above is subjected to a heat treatment at a temperature of 70% or more at which a perovskite structure of R (Ca, Sr) Cr (M) O 3 or more is obtained, to obtain a synthetic powder. This heat treatment temperature depends on the type, particle size,
Although it may vary depending on the mixing method, it is usually in the range of about 600 to 1500 ° C, more preferably in the range of 800 to 1350 ° C. If the heat treatment temperature is too low, shrinkage during sintering described later becomes large, and firing distortion is generated, which is not preferable. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the particle size of the synthetic powder becomes too large and the sinterability is reduced, which is also not preferable. Although the heat treatment time is related to the heat treatment temperature, it is usually about 0.5 to 3 hours.

次いで、上記で得られた合成粉末100重量部に対し
て、Al2O3、MgOおよびY2O3の粉末の少なくとも1種を0.
02〜1重量部添加し、分散乃至粉砕する。この様に助材
を添加することにより、後述の焼結に際して、焼結体の
導電性と耐熱性とを殆ど低下させることなく、焼結性を
改善することができる。この分散乃至粉砕は、水あるい
はアルコールなどの有機溶媒の存在下に行うことが好ま
しい。分散乃至粉砕は、得られる粉末の平均粒径が2μ
m以下でかつ比表面積が2m2/g以上、より好ましくは、
平均粒径が1μmでかつ比表面積が4m2/g以上となる程
度まで行うことが好ましい。
Next, at least one kind of powder of Al 2 O 3 , MgO and Y 2 O 3 was added to 100 parts by weight of the synthetic powder obtained as described above.
Add 2 to 1 part by weight and disperse or pulverize. By adding the auxiliary material in this manner, the sinterability can be improved without substantially reducing the conductivity and heat resistance of the sintered body during sintering described below. This dispersion or pulverization is preferably performed in the presence of water or an organic solvent such as alcohol. In dispersion or pulverization, the average particle size of the obtained powder is 2 μm.
m and a specific surface area of 2 m 2 / g or more, more preferably,
It is preferable to carry out the treatment until the average particle diameter becomes 1 μm and the specific surface area becomes 4 m 2 / g or more.

次いで、所定の粒度に分散乃至粉砕された粉末をセラ
ミックスの成形における常法に従って、即ちCIP,機械プ
レス,鋳込み,射出,押出し,テープ成形などの方法に
より、所定の形状に成形する。この際、アクリル系など
の公知の成形助剤などの添加剤を併用しても良いという
ことは言うまでもない。
Next, the powder dispersed or pulverized to a predetermined particle size is formed into a predetermined shape according to a conventional method for forming ceramics, that is, by a method such as CIP, mechanical press, casting, injection, extrusion, or tape forming. At this time, it goes without saying that an additive such as a known molding aid such as an acrylic resin may be used in combination.

次いで、得られた成形体を焼成する。前述した助材を
添加する場合には、難焼結性の本発明材料を比較的低い
温度でち密に焼結させることができる。この焼結体のち
密化には、単に助材の添加によりCrおよびMの蒸発が減
少するためだけではなく、その拡散エネルギーが各構成
原子との間で活発に働く効果があるものと推測される。
焼結温度は、1500〜1850℃とすることが好ましい。
Next, the obtained molded body is fired. When the above-described auxiliary material is added, the hardly sinterable material of the present invention can be densely sintered at a relatively low temperature. It is presumed that the densification of the sintered body is not merely due to the reduction of the evaporation of Cr and M by the addition of an auxiliary material, but also has an effect that the diffusion energy actively works with each constituent atom. You.
The sintering temperature is preferably set to 1500 to 1850 ° C.

本発明方法により製造される耐熱導電性セラミックス
の密度は、理論密度の95%以上にも達する。
The density of the heat-resistant conductive ceramic produced by the method of the present invention reaches 95% or more of the theoretical density.

発明の効果 本発明によれば、下記のような顕著な効果が達成され
る。
Effects of the Invention According to the present invention, the following remarkable effects are achieved.

(1)従来技術では製造不可能であった耐熱安定性およ
び導電性に優れた高密度のLa(Ca,Sr)Cr(M)O3焼結
体が、安価に製造できる。
(1) In the prior art was not possible manufacturing heat stability and excellent conductivity dense La (Ca, Sr) Cr ( M) O 3 sintered body, can be manufactured at low cost.

(2)本発明による焼結体は、高温での優れた耐熱性の
故に、例えば発熱体、電極などとして使用する場合に、
その使用期間が著しく延長される。
(2) Since the sintered body according to the present invention has excellent heat resistance at high temperatures, for example, when used as a heating element or an electrode,
Its use period is significantly extended.

(3)また、本発明による焼結体は、その高密度の故
に、例えば固体燃料電池のセパレーターとして使用する
場合に、酸化性あるいは還元性雰囲気においても、高度
の気密性を保持し且つ高導電性を長期にわたり維持し得
る。
(3) Further, because of its high density, the sintered body according to the present invention, when used as a separator of a solid fuel cell, for example, maintains a high degree of airtightness even in an oxidizing or reducing atmosphere and has a high conductivity. Sex can be maintained for a long time.

(4)したがって、本発明による耐熱導電性セラミック
スは、使用上でも経済性に優れている。
(4) Therefore, the heat-resistant conductive ceramic according to the present invention is excellent in economical use.

実 施 例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とす
るところをより一層明らかにする。
EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

実施例 1 La(OH)3,Cr2O3およびCaCO3の各粉末をLa0.9Ca0.1Cr
O3組成比率となる様に配合し、水の存在下に湿式で混合
・分散を行った後、乾燥し、1100℃で2時間熱処理を行
って、95%以上がペロブスカイト型構造に合成された粉
末を得た。
Example 1 La (OH) 3 , Cr 2 O 3 and CaCO 3 powders were mixed with La 0.9 Ca 0.1 Cr
It was blended so as to have a composition ratio of O 3 , mixed and dispersed in a wet manner in the presence of water, dried, and heat-treated at 1100 ° C. for 2 hours, and 95% or more was synthesized into a perovskite structure. A powder was obtained.

得られた合成粉末100重量部に対し、Al2O3、MgOおよ
びY2O3の少なくとも1種を第1表に示す割合で添加し、
ボールミルにより水の存在下に48時間湿式粉砕し、平均
粒径0.9μmの粉末を得た。次いでこれにアクリル系成
形助材を加えた後、スプレードライヤーにて成形用の顆
粒粉体(平均粒径60μm)を調整した。この顆粒粉体を
成形圧力3ton/cm2で機械プレス成形して、60mm×60mm×
5mmの成形体を得た後、1800℃に昇温し2時間保持する
条件で焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体の特性も
同じく第1表に示す。
To 100 parts by weight of the obtained synthetic powder, at least one of Al 2 O 3 , MgO and Y 2 O 3 was added at a ratio shown in Table 1,
The powder was wet-pulverized by a ball mill in the presence of water for 48 hours to obtain a powder having an average particle diameter of 0.9 μm. Next, an acrylic molding aid was added thereto, and a granular powder for molding (average particle size: 60 μm) was adjusted using a spray dryer. And mechanical press molding the granules powder with a molding pressure 3ton / cm 2, 60mm × 60mm ×
After obtaining a molded body of 5 mm, it was fired under the condition of raising the temperature to 1800 ° C. and holding for 2 hours to obtain a sintered body. The characteristics of the obtained sintered body are also shown in Table 1.

注:No.3,5は比較例である。 Note: Nos. 3 and 5 are comparative examples.

第1表に示す結果から明らかなように、本発明によれ
ば比較例に比し、高密度かつ高導電性の焼結体が得られ
る。
As is clear from the results shown in Table 1, according to the present invention, a sintered body having higher density and higher conductivity is obtained as compared with the comparative example.

実施例 2 La1-x-zCaaSrzCrO3で示される組成のx,z量と焼成温度
を第2表に示す値とし、この粉末100重量部に対しAl2O3
を0.5重量部添加した以外は実施例1と同様にして、焼
結体を得た。焼成温度と共に焼結体の特性も同じく第2
表に示す。
Example 2 The x and z amounts and the calcination temperature of the composition represented by La 1-xz Ca a Sr z CrO 3 were set to the values shown in Table 2, and 100 parts by weight of this powder was Al 2 O 3
Was added in the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by weight of was added to obtain a sintered body. The characteristics of the sintered body together with the firing temperature
It is shown in the table.

注:No.6,11,15は比較例である。 Note: Nos. 6, 11, and 15 are comparative examples.

第2表に示す結果から明らかな様にx,zまたはx+z
が2なしい25モル%の範囲内にある本発明焼結体は、密
度が高く高導電性を具備している。
As is clear from the results shown in Table 2, x, z or x + z
However, the sintered body of the present invention in which the content is within the range of 2 to 25 mol% has high density and high conductivity.

実施例 3 La0.9Ca0.05Sr0.05Cr1-yMyO3で示される組成のMの元
素とy量を第3表に示す値とした以外は実施例2と同様
にして焼結体を得た。焼成温度と共に焼結体の特性も同
じく第3表に示す。
In the same manner, except that the values shown in Table 3 the element and y of M having the composition shown in Example 3 La 0.9 Ca 0.05 Sr 0.05 Cr 1-y M y O 3 in Example 2 sintered body Obtained. Table 3 also shows the characteristics of the sintered body together with the firing temperature.

注:No.18,21は比較例である。 Note: Nos. 18 and 21 are comparative examples.

本発明により得られたすべての焼結体は高密度で、か
つ高導電度を示した。しかしながら、大気中での導電率
(第3表)に比して、水素雰囲気中1000℃における導電
率は、No.16、19、22、23、24および26の焼結体では、
その1/5以上であり、またNo.17、20および25の焼結体で
は1/8であったのに対し、比較例であるNo.18、21の焼結
体は熱安定性に欠け、耐熱衝撃性に劣り、ZrO2と接触し
て反応した。
All the sintered bodies obtained according to the present invention exhibited high density and high conductivity. However, in comparison with the conductivity in the atmosphere (Table 3), the conductivity at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere is higher in the sintered bodies of Nos. 16, 19, 22, 23, 24 and 26.
In comparison with the sintered bodies of Nos. 17, 20 and 25, the ratio was 1/8, whereas the sintered bodies of Nos. 18 and 21 of Comparative Examples lacked thermal stability. Poor thermal shock resistance and reacted with ZrO 2 .

実施例 4 実施例1のNo.1において焼成温度を1800℃とするとと
もに、下記の点を変更する以外は同様の操作を行って、
本発明の焼結体を得た。その結果を併せて下記に示す。
Example 4 The same operation as in No. 1 of Example 1 was performed except that the firing temperature was 1800 ° C. and the following points were changed.
A sintered body of the present invention was obtained. The results are shown below.

試料No.27 Laに変えてNdを使用した。Nd was used in place of sample No. 27 La.

焼結体の相対密度 98% 導電率 6S/cm(1000℃) 試料No.28 Laの20モル%をNdに変えた。Relative density of sintered body 98% Conductivity 6S / cm (1000 ° C) 20 mol% of sample No. 28 La was changed to Nd.

相対密度 97% 導電率 13S/cm(1000℃) 試料No.29 Laの10%モルをGdに変えた。Relative density 97% Conductivity 13S / cm (1000 ° C) 10% mol of sample No. 29 La was changed to Gd.

相対密度 98% 導電率 14S/cm(1000℃) 実施例 5 原料として夫々、La(NO33,Cr(NO33,およびCa
(NO3溶液を使用して、これらを混合し、中和し、
沈殿物を乾燥した後、900℃で熱処理してペロブスカイ
ト型構造の合成粉末を製造した。次いで、この合成粉末
を使用して実施例1のNo.1と同様の操作を行い、1750℃
焼成で相対密度97%の焼結体を得た。
Relative density 98% Conductivity 14S / cm (1000 ° C) Example 5 La (NO 3 ) 3 , Cr (NO 3 ) 3 and Ca
Using (NO 3 ) 2 solution, they are mixed and neutralized,
After drying the precipitate, it was heat-treated at 900 ° C. to produce a synthetic powder having a perovskite structure. Next, the same operation as in No. 1 of Example 1 was performed using this synthetic powder,
A sintered body having a relative density of 97% was obtained by firing.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】希土類クロマイト系からなる焼結体であっ
て、R1-xAxCrO3(ただし、Rは、ランタニド元素の少な
くとも1種;Aは、CaおよびSrの少なくとも1種;0.02≦
x≦0.25)100重量部に対し、Al2O3、MgOおよびY2O3
少なくとも1種を0.02〜1重量%含み、その密度が理論
密度の95%以上であることを特徴とする耐熱導電性セラ
ミックス。
1. A sintered body comprising a rare earth chromite system, wherein R 1 -x A x CrO 3 (where R is at least one of lanthanide elements; A is at least one of Ca and Sr; 0.02 ≤
x ≦ 0.25) Heat resistance characterized by containing at least one of Al 2 O 3 , MgO and Y 2 O 3 in an amount of 0.02 to 1% by weight with respect to 100 parts by weight, and having a density of 95% or more of the theoretical density. Conductive ceramics.
【請求項2】請求項1の耐熱導電性セラミックスにおい
て、R1-xAxCrO3で示される組成中のCrの10モル%以下を
Co、MnおよびNiの少なくとも1種で置換固溶されている
ことを特徴とする耐熱導電性セラミックス。
2. The heat-resistant conductive ceramic according to claim 1, wherein 10 mol% or less of Cr in a composition represented by R 1-x A x CrO 3 is contained.
A heat-resistant conductive ceramic, which is substituted with at least one of Co, Mn, and Ni to form a solid solution.
【請求項3】焼結体の組成がR1-xAxCr1-yMyO3(ただ
し、Rは、ランタニド元素の少なくとも1種;Aは、Caお
よびSrの少なくとも1種;Mは、Co、MnおよびNiの少なく
とも1種;0.02≦x≦0.25;0≦y≦0.10)となる比率で
R、A、CrおよびMのそれぞれの化合物を配合し、均一
に混合し、熱処理によってペロブスカイト型構造に合成
した後、得られた粉末100重量部に対し、Al2O3、MgOお
よびY2O3の少なくとも1種を0.02〜1重量添加し、平均
粒径2μm以下に分散・粉砕した後、成形し、1500〜18
50℃で焼成して、理論密度の95%以上の密度を有する焼
結体とすることを特徴とする耐熱導電性セラミックスの
製造方法。
3. The composition of the sintered body is R 1-x A x Cr 1- y My O 3 (where R is at least one of lanthanide elements; A is at least one of Ca and Sr; M Is at least one of Co, Mn, and Ni; 0.02 ≦ x ≦ 0.25; 0 ≦ y ≦ 0.10), and the respective compounds of R, A, Cr, and M are blended, uniformly mixed, and heat-treated. after synthesizing the perovskite structure, with respect to 100 parts by weight of the obtained powder, Al 2 O 3, at least one of MgO and Y 2 O 3 was 0.02 wt added, dispersed and ground to average particle size of not more than 2μm After forming, 1500-18
A method for producing a heat-resistant conductive ceramic, which comprises firing at 50 ° C. to obtain a sintered body having a density of 95% or more of the theoretical density.
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