JP2843908B2 - 酸化イットリウム微粉末の製造方法 - Google Patents

酸化イットリウム微粉末の製造方法

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JP2843908B2 JP8156006A JP15600696A JP2843908B2 JP 2843908 B2 JP2843908 B2 JP 2843908B2 JP 8156006 A JP8156006 A JP 8156006A JP 15600696 A JP15600696 A JP 15600696A JP 2843908 B2 JP2843908 B2 JP 2843908B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化イットリウム焼結
体原料,イットリウム−アルミニウムガーネット,酸化
物超伝導体等の複合酸化物焼結体原料や、ZrO2 焼結
体の安定化剤,窒化ケイ素や窒化アルミニウム等の焼結
助剤,蛍光体原料,触媒等として有用な酸化イットリウ
ム微粉末を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化イットリウム粉末は、各種のセラミ
ックス原料として多用されているが、セラミックスの機
能を十分に発揮させるためには緻密な焼結体であるこ
と、更に多成分系の場合には組成変動がなく単相である
こと等が要求される。そのため、使用される酸化イット
リウム粉末は、焼結性,分散性,反応性等に優れている
ことが必要であり、一次粒子径が小さく且つ凝集粒子の
ない粉末であることが要求される。酸化イットリウム粉
末の製造には、一般に母塩として蓚酸塩が従来から使用
されてきている。しかし、細かな蓚酸塩沈澱物を得るこ
とが困難であるため、仮焼後に大きな形骸粒子が残り易
く、結果として数μm程度の大きな二次粒子が形成され
た。また、熱分解が発熱反応を伴うので、通常の仮焼法
では温度を厳格に制御し、均一な粉末を得ることが困難
であった。そのため、得られた粉末を粉砕する必要があ
り、コスト高や不純物混入の原因となっていた。また、
粉砕によって粒度分布が広くなるため分級を必要とする
が、歩留りが低下し、また均一な微粉末を得るには限界
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、微細で凝集粒
子のない粉末を得るため、更に適した母塩が求められて
おり、蓚酸塩以外の母塩から粉末を合成する方法が検討
されている。たとえば、アンモニアで中和し、水酸化物
を沈澱させる方法がある。この場合、硝酸イオンや塩素
イオン等の母液の成分を取り込んだ水酸化物Y2 (O
H)5NO3 やY2 (OH)5 Clが沈澱する。しか
し、これら沈澱物に含まれる陰イオンは、仮焼時に一次
粒子の成長を促進させたり、二次粒子を作る原因とな
る。そのため、細かい均一な粉末が得られ難く、焼結性
に問題があった。たとえば、通常焼結法では緻密な焼結
体ができても、空孔が残り、透明焼結体を得ることが困
難である。
【0004】尿素やトリクロロ酢酸を用いた均一沈澱法
では、均一な球状沈澱物が生成する。しかし、球状沈澱
物を仮焼すると、球状の形骸が残り、一次粒子が密に凝
集した集合体の二次粒子になる。この二次粒子は、粉砕
が困難な程ほど強固な粒子である。また、炭酸塩を母塩
に使用した粉末については、Ceramic Bull
etin 45(1966)1051に焼結性が報告さ
れているが、粒子内に空孔が残った焼結体しか得られて
いない。これは、母塩の合成条件が適正に調整されてい
ないため、粉末特性がよくなかったことに起因するもの
と考えられる。このように従来の方法では、一次粒子径
が小さく、凝集粒子のない易焼結性,均一性等の粉末特
性に優れた原料粉末を合成することが困難であった。本
発明は、このような問題を解消すべく案出されたもので
あり、特定条件下で合成・熟成した炭酸イットリウムを
母塩として使用することにより、一次粒子径が小さく凝
集粒子のない酸化イットリウム粉末を得ることを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、イットリウムの酸性塩水溶液を
炭酸含有塩基性塩水溶液によりpH4以上で且つ板状結
晶が生成する値以下に中和して炭酸イットリウムを沈澱
させ、次いで50℃以下の温度範囲で撹拌しながら10
時間以上熟成した後、炭酸イットリウムを仮焼して酸化
イットリウムにすることを特徴とする。熟成後の炭酸イ
ットリウムは、700〜1300℃の温度で一次粒子径
0.01〜0.2μmの酸化イットリウム微粉末に仮焼
される。
【0006】
【作用】本発明者等は、一次粒子が細かく凝集粒子のな
い焼結用粉末について種々調査・研究した。その結果、
特定条件下で合成,熟成された炭酸イットリウムから得
られた酸化イットリウム微粉末が好適であることを見い
出した。すなわち、pH調整によって沈澱させた炭酸イ
ットリウムを適正な条件下で熟成した後、炭酸イットリ
ウムを仮焼して酸化イットリウム微粉末にする。この酸
化イットリウム微粉末を使用すると、たとえば従来より
も600〜800℃も低い温度での通常焼結法によって
酸化イットリウム透明焼結体が製造できる。また、凝集
粒子がないため分散性が良好で、安定化剤,焼結助剤,
蛍光体原料,触媒等としても高性能の粉末として使用さ
れる。本発明の酸化イットリウム微粉末の製造方法は、
生成条件を制御した炭酸イットリウムを母塩として使用
する方法である。この炭酸イットリウムは、凝集のない
易焼結性粉末の母塩に求められる(1)仮焼時の凝集粒
子生成の原因となる副生成物が残留しないこと,(2)
仮焼後に形骸が残らないような微細な形状であること等
の要件を満足する。そのため、炭酸イットリウムを仮焼
することにより、焼結性,分散性に優れた0.01〜
0.2μmの酸化イットリウム微粉末が得られる。
【0007】
【実施の形態】炭酸イットリウムの合成には、先ずイッ
トリウムの酸性塩水溶液を炭酸を含む塩基性塩水溶液で
pH4〜8に中和して非晶質の沈澱物を生成する。この
とき、pHが4より低いと沈澱物が生成しない。逆にp
Hが高いと、板状結晶が生成する領域に入り好ましくな
い。pHの上限は、温度に応じて変化し、20℃ではp
H=7,50℃ではpH=8である。板状結晶は、ミク
ロンサイズの大きな結晶であるため、仮焼後の粉末には
形骸が残り、大きな二次粒子が形成されるので好ましく
ない。原料のイットリウムの酸性塩としては、塩化物,
硝酸塩,硫酸塩,酢酸塩等の水溶性無機酸塩又は有機酸
塩の1種又は2種以上が使用される。炭酸を含む塩基性
塩には、炭酸アンモニウム,炭酸ナトリウム,炭酸カリ
ウム又はそれらの炭酸水素塩等の水溶性炭酸塩の1種又
は2種以上が使用される。
【0008】沈澱を生成した後、適正な条件下で沈澱物
を熟成することが焼結性,分散性に優れた微粉末を得る
上で重要な役割を果たす。すなわち、初めに生成した沈
澱物は非晶質であるため、仮焼時に悪影響を及ぼす副生
成物を吸蔵し易い。残留する副生成物は、仮焼後の粉末
に不均一性をもたらす原因となり、焼結性や反応性を低
下させる。これに対し、熟成すると、非晶質の沈澱物が
結晶質の炭酸イットリウムに変化するので、熟成中の結
晶化過程で、吸蔵されている副生成物が放出される。そ
のため、熟成された炭酸イットリウムを焼成すると、微
細で凝集のない酸化イットリウム微粉末が得られる。
【0009】熟成は、50℃以下の温度で行うことが好
ましい。熟成温度が50℃を超えると、結晶性が高く、
大きなサイズの炭酸イットリウム結晶子が生成される。
そのため、仮焼後に形骸粒子が残り、粒径の揃った均一
な粉末が得られない。熟成時間は熟成温度が高いほど短
くできるが、好ましくは10時間以上,より好ましくは
1日以上の時間をかけて熟成される。熟成が不十分であ
ると、非晶質の沈澱物が残留する。非晶質沈澱物は、熱
分解時に悪影響を及ぼす副生成物を吸蔵し易く、仮焼後
の粉末に不均一性をもたらす原因となり、焼結性や反応
性を低下させる。炭酸イットリウム結晶子の大きさや組
成は、1日以上熟成しても変化しないので、長時間の熟
成には実質上制約がない。
【0010】このようにして得られた炭酸イットリウム
を仮焼すると、一次粒子径が0.01〜0.2μmと微
細で、凝集粒子のない酸化イットリウム微粉末が得られ
る。仮焼温度は、700〜1300℃が好ましい。70
0℃より低い温度で仮焼すると、粉末に未分解物が残留
する。また、1300℃を超えるより高温で仮焼する
と、一次粒子,二次粒子の成長が著しく、不均一な粉末
となる。その結果、焼結性,反応性等の粉末特性が低下
する。得られた酸化イットリウム微粉末は、一次粒子径
が0.01〜0.2μmと微細であり、凝集粒子がな
い。また、焼結性,反応性,分散性に優れ、焼結体原
料,安定化剤,焼結助剤,蛍光体原料,触媒等として広
範な分野に使用される。
【0011】
【実施例】
実施例1:0.5モル/lの硝酸イットリウム水溶液5
0mlに2.5モル/lの炭酸水素アンモニウム水溶液
20mlを滴下し、pH4.5に調整することにより炭
酸イットリウムを沈澱させた。沈澱物を含むスラリー溶
液を室温で撹拌しながら、2日間熟成した。その結果、
長さ0.1μm,直径0.02μmの微細な炭酸イット
リウムの針状結晶が得られた。この針状結晶を濾過,洗
浄,乾燥した後、酸素雰囲気中1000℃で4時間仮焼
し、酸化イットリウム微粉末を得た。酸化イットリウム
微粉末は、凝集がなく、平均粒径が0.07μmであっ
た。この酸化イットリウム微粉末を2トン/cm2 の静
水圧下で圧粉成形した後、真空中1600℃で1時間焼
成した。得られた焼結体は、焼結密度がほぼ理論密度に
等しい緻密度構造であり、高い透明度及び均一な微構造
を示した。比較のため、同じ条件で生成した沈澱物を熟
成することなく、仮焼した。このときの沈澱物は非晶質
で大きさが約0.1μmの無定形のものであった。仮焼
後の粉末は、平均粒径が0.07μmで凝集のない粉末
であったが、十分に熟成されたものから得られた粉末に
比較して均一性に問題があった。そのため、1700℃
で焼成して得られた焼結体は、緻密な構造を持つもの
の、不透明であった。
【0012】沈澱物の生成及び熟成温度を70℃とし、
同様に炭酸イットリウムを沈澱させた。得られた沈澱物
は、長さ3μm,直径0.2μmの大きな針状結晶であ
った。この沈澱物を仮焼して得た酸化イットリウム微粉
末には形骸粒子が残った。そのため、1700℃で焼成
したところ、得られた焼結体の相対密度は95%であっ
た。また、滴下する炭酸水素アンモニウム水溶液の量を
50mlにすると、溶液のpHは約7.5で、辺の長さ
が3μmの大きな板状結晶の沈澱物が生成した。仮焼後
の酸化イットリウム微粉末には形骸粒子が残った。これ
を1700℃で焼成したところ、得られた焼結体の相対
密度は94%であった。他方、市販の炭酸イットリウム
を母塩に使用し、1100℃で仮焼した場合には、形骸
粒子が残った。そのため、1700℃で焼成して得られ
た焼結体の相対密度は92%であった。
【0013】実施例2:0.6モル/lの塩化イットリ
ウム水溶液50mlに1.5モル/lの炭酸アンモニウ
ム水溶液20mlを滴下してpH5に調整し、炭酸イッ
トリウムを沈澱させた。沈澱物を室温で撹拌下2日間熟
成し、針状結晶を得た。これを濾過,洗浄,乾燥した
後、酸素雰囲気中1100℃で4時間仮焼し、酸化イッ
トリウム微粉末を得た。得られた酸化イットリウム微粉
末は、凝集がなく平均粒径0.1μmの均一性に富むも
のであった。
【0014】実施例3:0.2モル/lの硝酸イットリ
ウム水溶液200mlに1モル/lの炭酸水素ナトリウ
ム水溶液80mlを滴下してpH5に調整し、炭酸イッ
トリウムを沈澱させた。沈澱物を室温で撹拌下2日間熟
成し、針状結晶を得た。これを濾過,洗浄,乾燥した
後、酸素雰囲気中1100℃で4時間仮焼し、酸化イッ
トリウム微粉末を得た。この酸化イットリウム微粉末
は、凝集がなく平均粒径0.1μmの均一性に富むもの
であった。
【0015】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、酸性塩水溶液からpH調整によって沈澱させた炭酸
イットリウムを熟成して針状結晶とし、この針状結晶を
仮焼して粒径0.01〜0.2μmの酸化イットリウム
微粉末を得ている。この酸化イットリウム微粉末は、焼
結性に優れ、従来よりも焼結温度が600〜800℃低
い通常焼結法で理論密度の透明燒結体まで焼結できる。
また、分散性や反応性に優れ、他の粉末と均一に混合さ
れるため、焼結助剤,複合セラミックス原料としても有
用で、低温焼成によって均一で緻密な高性能セラミック
スが得られる。しかも、従来法で使用されていた毒性の
ある蓚酸を必要とせず酸化イットリウムが合成されるた
め、安全面や環境面においても問題のない製造法とな
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−270822(JP,A) 特開 平7−69623(JP,A) 特開 平6−211573(JP,A) 特表 平2−501062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/50 C01F 17/00 C04B 35/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イットリウムの酸性塩水溶液を炭酸含有
    塩基性塩水溶液によりpH4以上で且つ板状結晶が生成
    する値以下に中和して炭酸イットリウムを沈澱させ、次
    いで50℃以下の温度範囲で撹拌しながら10時間以上
    熟成した後、炭酸イットリウムを仮焼して酸化イットリ
    ウムにする酸化イットリウム微粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の熟成後の炭酸イットリウ
    ムを700〜1300℃で仮焼し、一次粒子径が0.0
    1〜0.2μmの酸化イットリウムにする酸化イットリ
    ウム微粉末の製造方法。
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JP2007063069A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Toshiba Ceramics Co Ltd 透光性イットリア焼結体およびその製造方法
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KR100963604B1 (ko) * 2009-12-16 2010-06-15 주식회사 금강쿼츠 산화이트륨 과립파우더 및 그 제조방법

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