JP3205681B2 - Method for producing zirconia powder - Google Patents

Method for producing zirconia powder

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JP3205681B2
JP3205681B2 JP07801295A JP7801295A JP3205681B2 JP 3205681 B2 JP3205681 B2 JP 3205681B2 JP 07801295 A JP07801295 A JP 07801295A JP 7801295 A JP7801295 A JP 7801295A JP 3205681 B2 JP3205681 B2 JP 3205681B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ジルコニア粉末の製
造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、安定化ジルコニ
ア(SZ)、部分安定化ジルコニア(PSZ)、その他
ファイン・セラミックス材料への応用に有用な、新しい
ジルコニア粉末の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing zirconia powder. More specifically, the present invention relates to a method for producing a new zirconia powder useful for application to lead zirconate titanate (PZT), stabilized zirconia (SZ), partially stabilized zirconia (PSZ), and other fine ceramic materials. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】ジルコニア・セラミックスは
高温において耐酸性および導電性に優れ、熱膨張係数お
よび熱伝導が比較的大きく、高温での靱性に優れ、さら
には高温において赤外線および可視光線の透過性が比較
的良く、更に屈折率が高いという特性を有している。
2. Description of the Related Art Zirconia ceramics have excellent acid resistance and conductivity at high temperatures, a relatively large coefficient of thermal expansion and thermal conductivity, excellent toughness at high temperatures, and transmission of infrared and visible light at high temperatures. It has relatively good properties and a high refractive index.

【0003】さらにまたジルコニア・セラミックスは、
様々な安定化剤や添加物を利用することによって様々な
機能が現れるので、構造材料ばかりでなく、機能材料と
しても幅広く利用され、それらの伸びが今後益々期待さ
れている。従来から、ジルコニアの焼結体は高温材料、
特にガラス溶融用や製鉄製鋼用などの耐火物に用いられ
てきた。最近ではファイン・セラミックスとして急速に
利用され始め、今日では全用途の20%程度を占めるま
でに至っている。それらの用途には、例えば断熱性など
の熱的機能(断熱材、ディーゼル・エンジン部品な
ど)、導電性などの電気的機能(超高温炉抵抗発熱体、
自動車排ガス温度センサー、磁気ヘッド・ローラーな
ど)、イオン電導性などの電子機能(酸素計用酸素セン
サー、自動車用排ガス酸素センサー、金属中の酸素およ
びカーボン測定素子、COガス・センサー、酸素ポン
プ、不完全燃焼センサー、高温固体電解質燃料電池な
ど)、非磁性・靱性・切削性などの機械的機能(粉砕用
ボール、コイル調整用ドライバー、ゴルフクラブヘッド
のフェース、スパイク・ピン、鋏、包丁、切削工具、ダ
イス、ノズル、ポンプ、軸受など)、光屈折性などの光
学的機能(キュービック・ジルコニア、人工宝石など)
を利用した各種材料がある。その他、主成分ではない
が、主要構成成分としてジルコニア粉末が使用されてい
るものには、機械電気変換機能を利用した圧電材料(着
火素子、送受話器、スピーカー、超音波送受波器、超音
波診断装置、超音波パワー振動子、発振子、表面波フィ
ルターなど)、電気光学機能を利用した圧電材料(画像
蓄積表示素子、光変調素器、光シャッター、閃光遮断眼
鏡など)がある。
Further, zirconia ceramics
Since various functions appear by using various stabilizers and additives, they are widely used not only as structural materials but also as functional materials, and their growth is expected to increase in the future. Conventionally, zirconia sintered bodies have been
In particular, it has been used for refractories for melting glass, steel making and the like. Recently, it has begun to be rapidly used as fine ceramics, and has now accounted for about 20% of all applications. These applications include, for example, thermal functions such as heat insulation (insulation materials, diesel engine parts, etc.) and electrical functions such as conductivity (ultra-high temperature furnace resistance heating elements,
Electronic functions such as automotive exhaust gas temperature sensors, magnetic heads and rollers, ion conductivity, etc. (oxygen sensors for oxygen meters, automotive exhaust gas oxygen sensors, oxygen and carbon measuring elements in metals, CO gas sensors, oxygen pumps, Complete combustion sensors, high-temperature solid electrolyte fuel cells, etc., mechanical functions such as non-magnetic, tough, and cutting properties (crushing balls, coil adjustment drivers, golf club head faces, spike pins, scissors, kitchen knives, cutting tools) , Dies, nozzles, pumps, bearings, etc.), optical functions such as photorefractive properties (cubic zirconia, artificial jewelry, etc.)
There are various materials using In addition, zirconia powder, which is not the main component, but uses zirconia powder as the main component, includes piezoelectric materials (ignition elements, handsets, speakers, ultrasonic transducers, There are devices, ultrasonic power oscillators, oscillators, surface wave filters, and the like, and piezoelectric materials using an electro-optical function (image storage display devices, light modulators, optical shutters, flash blocking glasses, etc.).

【0004】このように、ジルコニア(ZrO2 )焼結
体は、高温材料・電子材料・構造材料として広範囲に利
用されており、それに伴って、その材料性能に対して益
々厳しい要求がなされてきてもいる。なお、このジルコ
ニアには約1200℃付近において転移点があり、大き
な体積膨張・収縮を伴う。その結果、ジルコニア焼結体
はそこで破壊されるため、単独で使用されることはほと
んどない。
[0004] As described above, zirconia (ZrO 2 ) sintered bodies are widely used as high-temperature materials, electronic materials, and structural materials, and with this, stricter requirements are imposed on their material performance. There are. This zirconia has a transition point at about 1200 ° C., and is accompanied by large volume expansion and contraction. As a result, since the zirconia sintered body is destroyed there, it is rarely used alone.

【0005】実用材料としては、通常数〜10数パーセ
ントの安定化剤(CaO,MgO,Y2 3 ,CeOな
ど)を添加して使用される。また、電子材料(例えばP
ZT)において、ジルコニア粉末は酸化鉛(PbO)や
チタニア(TiO2 )と共に重要な主要構成成分の1つ
として使用される。これら何れの用途にせよ、材料とし
ての性能は焼結体の微構造によって大きく影響され、そ
の微構造は特にジルコニア粉末の粉末特性によって支配
される。このため、特に最近では、微細で均一な易焼結
性ジルコニア粉末が必要とされている。
As a practical material, a stabilizer (CaO, MgO, Y 2 O 3 , CeO, etc.) is usually added in an amount of several to several tens percent. In addition, electronic materials (for example, P
In ZT), zirconia powder is used as one of the important main components together with lead oxide (PbO) and titania (TiO 2 ). In any of these applications, the performance as a material is greatly influenced by the microstructure of the sintered body, and the microstructure is governed particularly by the powder characteristics of the zirconia powder. For this reason, particularly recently, there is a need for a fine and uniform sinterable zirconia powder.

【0006】これまでジルコニア原料粉末は、工業的に
中和沈澱法、加水分解法、アルコキサイド加水分解法、
水熱合成法などの湿式法によって製造されている。この
うちの中和沈澱法によるジルコニア粉末は、通常ジルコ
ニウム塩の融解・アルカリ中和による沈澱・濾過および
水洗・乾燥工程を経て得られた水和ジルコニアを、さら
に熱分解および仮焼することによって製造されている。
この方法は、ジルコニア粉末のもっとも安価な製造法で
あるが、ジルコニア水和物は非結晶質の凝集体であり、
これを仮焼して得られるジルコニア粉末の諸特性は、2
次粒子の存在や高い不均一性等のため悪いので、ファイ
ン・セラミックス材料に利用するにはかなり問題があ
る。
Hitherto, zirconia raw material powder has been industrially produced by a neutralization precipitation method, a hydrolysis method, an alkoxide hydrolysis method,
It is manufactured by a wet method such as hydrothermal synthesis. Of these, zirconia powder by the neutralization precipitation method is usually produced by further pyrolyzing and calcining hydrated zirconia obtained through the steps of melting, zirconium salt precipitation by alkali neutralization, filtration, washing and drying. Have been.
This method is the cheapest method for producing zirconia powder, but zirconia hydrate is an amorphous aggregate,
The properties of the zirconia powder obtained by calcining this are 2
Since it is bad due to the presence of secondary particles and high non-uniformity, there is a considerable problem in using it for fine ceramic materials.

【0007】加水分解法によるジルコニア粉末は、ジル
コニウム塩の溶解・加水分解、乾燥工程を経て得られる
ジルコニア水和物を更に仮焼することによって得られ
る。この方法で得られるジルコニア水和物は結晶質であ
り、従来の水和沈澱法に比べ、ジルコニア粉末の諸特性
はかなり改良されてはいるものの、その均一性はまだ十
分とは言えない。また、均一な結晶性ジルコニウム水和
物を得るためには、100〜200℃の温度で1〜2日
間も熟成する必要があり、経済的に問題がある。
The zirconia powder obtained by the hydrolysis method is obtained by further calcining zirconia hydrate obtained through dissolving, hydrolyzing and drying a zirconium salt. The hydrated zirconia obtained by this method is crystalline, and although various properties of the zirconia powder are considerably improved as compared with the conventional hydration precipitation method, the uniformity thereof is not yet sufficient. Further, in order to obtain a uniform crystalline zirconium hydrate, it is necessary to ripen at a temperature of 100 to 200 ° C. for 1 to 2 days, which is economically problematic.

【0008】また、水熱合成法は、溶解したジルコニウ
ム塩を水熱反応・濾過および水洗することによって良質
の結晶質ジルコニア粉末が得られる。仮焼工程が不必要
という利点があるものの、水熱反応には300℃以上の
温度、100MPa以上の圧力、1日以上の反応時間が
必要である。従って、コスト的に問題があり、まだ大量
生産向きではない。
In the hydrothermal synthesis method, a high-quality crystalline zirconia powder can be obtained by subjecting a dissolved zirconium salt to a hydrothermal reaction, filtration and washing with water. Although there is an advantage that a calcination step is unnecessary, the hydrothermal reaction requires a temperature of 300 ° C. or more, a pressure of 100 MPa or more, and a reaction time of one day or more. Therefore, there is a problem in cost, and it is not yet suitable for mass production.

【0009】アルコキシド法は、アンモニアの存在下で
塩化ジルコニウムとアルコールを反応させ、得られたジ
ルコニウム・アルコラートを加水分解し、乾燥・粉砕工
程を経た後、さらに仮焼される。この方法で得られるジ
ルコニア水和物は非結晶質であり、中和沈澱法や加水分
解法に比べて、ジルコニアの粉末特性は遙かに良質であ
る。しかしながら、この製造法では、イソ・プロピル・
アルコールを使用するため、得られるジルコニア粉末は
遙かにコストが高くなり、付加価値の高い厚膜以外の利
用にはかなり問題がある。
In the alkoxide method, zirconium chloride is reacted with an alcohol in the presence of ammonia to hydrolyze the obtained zirconium alcoholate, and after drying and pulverization, is calcined. The zirconia hydrate obtained by this method is non-crystalline, and the powder properties of zirconia are much better than those of the neutralization precipitation method and hydrolysis method. However, in this production method, iso-propyl
Due to the use of alcohol, the resulting zirconia powder is much more costly and has considerable problems in applications other than high value-added thick films.

【0010】一方、多くのファイン・セラミックス材料
は、工業的には高純度酸化物粉末の混合による、所謂乾
式法で製造されている。その場合、焼結体の微構造や物
性を左右する最も大きな要因は、酸化物粉末の粉末特性
である。例えば、機能性材料であるPZT圧電体では、
ジルコニアは構成成分の1つ(1/4mol%)にしか
過ぎないが、焼結体の微構造および圧電特性を大きく支
配するものは、ジルコニア粉末の粉末特性である。ジル
コニアの粉末特性が悪いと、PZTの焼成温度が高くな
り、結果としてPbOの蒸発が著しく、しかもジルコニ
ウムとチタニウムの分布の偏りが大きくなる。その結
果、単に焼結体の微構造が不均質になるばかりでなく、
圧電特性が著しく低下してしまう。一方、構造材料であ
るPZTでは、ジルコニア粉末の粉末特性が悪いと、高
緻密質の焼結体が得られない上に、安定化剤の分散が不
均一になる。高緻密の焼結体が得られないと、構造材料
として利用することは不可能である。また、安定化剤の
不均一分布は、複数の結晶相の出現や不均一な微構造を
もたらす。その結果、破壊強度や破壊靱性などの機械的
性質が大きく低下する。従って、粉末特性の優れたジル
コニア粉末を得ることが、機能性材料および構造材料の
重要課題の1つとなっている。
On the other hand, many fine ceramic materials are industrially manufactured by a so-called dry method by mixing high-purity oxide powder. In this case, the largest factor that affects the microstructure and physical properties of the sintered body is the powder characteristics of the oxide powder. For example, in a PZT piezoelectric material that is a functional material,
Zirconia is only one of the constituent components (1/4 mol%), but what significantly governs the microstructure and piezoelectric properties of the sintered body is the powder properties of the zirconia powder. If the powder characteristics of zirconia are poor, the firing temperature of PZT increases, and as a result, PbO evaporates remarkably and the distribution of zirconium and titanium becomes more biased. As a result, not only is the microstructure of the sintered body inhomogeneous,
The piezoelectric characteristics are significantly reduced. On the other hand, in the case of PZT, which is a structural material, if the powder characteristics of the zirconia powder are poor, a high-density sintered body cannot be obtained, and the dispersion of the stabilizer becomes uneven. Unless a highly dense sintered body is obtained, it cannot be used as a structural material. Also, non-uniform distribution of the stabilizer results in the appearance of multiple crystalline phases and non-uniform microstructure. As a result, mechanical properties such as fracture strength and fracture toughness are greatly reduced. Therefore, obtaining a zirconia powder having excellent powder properties is one of the important issues for functional materials and structural materials.

【0011】このような状況においては、いかに微細、
均一で易焼結性の高品質ジルコニア粉末をより低コスト
で製造するかが、早急に解決されねばならない課題であ
り、この課題の解決の手段として、最も実用的な低コス
トな方法としての前記の通りの中和沈澱法の抜本的な改
善が求められているところでもある。そこで、より詳し
く検討してみると、中和沈澱法によって得られるジルコ
ニウム水和物は通常ゾル状の沈澱であるため、洗浄や濾
過はほとんど不可能である。ジルコニウム溶液にアンモ
ニウム水を滴定すると、例えば図1のように、ジルコニ
ウム水和物は2段(正確には3段階)にわたって沈澱し
てくる。1段目は強い酸性領域(pH=2付近)で生成
する過ジルコン酸〔H2 ZrO5 〕の沈澱であり、2段
目はやや中性領域(pH=6.5付近)で生成するジル
コニア4水和物〔Zr(OH)4 〕の沈澱である。この
ような水和物を仮焼して得られるジルコニア粉末は、化
学組成が全く同じであるにもかかわらず、粉末特性の異
なる2種類の混合物(正確には3種類)として作用す
る。これは、ジルコニア溶液自体の性質なので、中和沈
澱法の条件拘束を如何に制御しても原理的には均一な沈
澱、均一な仮焼粉末を得ることは不可能である。
In such a situation, no matter how fine,
Whether to produce uniform and easily sinterable high-quality zirconia powder at lower cost is an issue that must be resolved promptly, and as a means of solving this issue, the most practical low-cost method As described above, there is a need for a drastic improvement in the neutralization precipitation method. Therefore, when examined in more detail, the zirconium hydrate obtained by the neutralization precipitation method is usually a sol-like precipitate, and therefore, washing and filtration are almost impossible. When ammonium water is titrated to the zirconium solution, for example, as shown in FIG. 1, zirconium hydrate precipitates in two stages (exactly three stages). The first stage is a precipitate of perzirconic acid [H 2 ZrO 5 ] formed in a strongly acidic region (around pH = 2), and the second stage is a zirconia formed in a slightly neutral region (around pH = 6.5). This is a precipitate of tetrahydrate [Zr (OH) 4 ]. The zirconia powder obtained by calcining such a hydrate acts as two types of mixtures (exactly three types) having different powder characteristics, despite having exactly the same chemical composition. Since this is the nature of the zirconia solution itself, it is impossible in principle to obtain a uniform precipitate and a uniform calcined powder even if the conditions of the neutralization precipitation method are controlled.

【0012】また、沈澱形成剤として、アンモニア水
〔NH4 OH〕を用いると、ジルコニウム水和物の沈澱
性状が悪化することはよく知られた事実である。沈澱性
状が悪くなると洗浄や濾過が困難になるばかりでなく、
陰イオンの吸蔵や陽イオンの吸着が増加する。沈澱表面
に吸蔵した陰イオンは、仮焼過程でジルコニアの1次粒
子の成長と2次粒子生成を促進させる。
It is a well-known fact that the use of aqueous ammonia [NH 4 OH] as a precipitation-forming agent deteriorates the precipitation properties of zirconium hydrate. When the precipitation properties deteriorate, not only washing and filtration become difficult, but also
Occlusion of anions and adsorption of cations increase. The anions occluded on the surface of the precipitate promote the growth of primary particles and the formation of secondary particles of zirconia during the calcination process.

【0013】一方、沈澱内部に吸着した陽イオンは、仮
焼物中に残留する。ジルコニア粉末に残留した陽イオン
不純物は、焼結を抑制するばかりでなく、焼結体の微構
造やその物性に悪影響を及ぼす。さらに、ジルコニウム
溶液の性質を変えた(例えば、錯体の生成など)場合に
は、ジルコニウム水和物の沈澱性状は更に悪くなる傾向
がある。沈澱形成剤に苛性ソーダ〔NaOH〕または苛
性カリ〔KOH〕などのアルカリを用いると、水和物の
みならず仮焼粉末中にも少量のアルカリ金属が残存し、
それが焼結性・焼結体の微構造・圧電特性および破壊靱
性などに極めて悪い影響を及ぼす。
On the other hand, the cations adsorbed inside the precipitate remain in the calcined product. The cationic impurities remaining in the zirconia powder not only suppress sintering but also adversely affect the microstructure of the sintered body and its physical properties. Further, when the properties of the zirconium solution are changed (for example, formation of a complex), the precipitation property of the zirconium hydrate tends to be further deteriorated. When an alkali such as caustic soda [NaOH] or caustic potash [KOH] is used as a precipitate-forming agent, a small amount of alkali metal remains not only in the hydrate but also in the calcined powder,
This has a very bad effect on the sinterability, microstructure, piezoelectric properties, fracture toughness, etc. of the sintered body.

【0014】このように、これまでの中和沈澱法につい
ては基本的な問題点が明らかになってきた。しかしなが
ら、現状においては、これら問題を解決し、易焼結性
で、微細、均一なジルコニア粉末を製造することのでき
る方策は依然として見出されていないのが現状である。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あって、従来技術の欠点を克服し、高純度・易焼結性・
2次粒子のない、しかも均一性の高いジルコニア粉末
を、より経済的な手法で製造することのできる新しい方
法を提供することを目的としている。
As described above, basic problems have been clarified in the conventional neutralization precipitation method. However, at present, there has not been found any means for solving these problems and producing a fine and uniform zirconia powder that is easy to sinter.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and overcomes the disadvantages of the prior art to achieve high purity, easy sinterability,
It is an object of the present invention to provide a new method capable of producing a highly uniform zirconia powder without secondary particles by a more economical method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、ジルコニウム溶液とアンモニア
水の中和反応によって得られるジルコニウム水和物を熱
分解および仮焼することによってジルコニア粉末を生成
する方法において、ジルコニウム溶液に過酸化水素を加
えることを特徴とするジルコニア粉末製造方法を提供す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing zirconia powder by thermally decomposing and calcining a zirconium hydrate obtained by a neutralization reaction of a zirconium solution and aqueous ammonia. The present invention provides a method for producing zirconia powder, which comprises adding hydrogen peroxide to a zirconium solution.

【0016】また、この発明は、上記方法において、ア
ンモニア水に硫酸アンモニウムを添加しておくことや、
過酸化水素そして硫酸アンモニウムの添加量を制御する
こと等をその態様としてもいる。
Further, according to the present invention, in the above method, ammonium sulfate is added to the aqueous ammonia,
In some embodiments, the amounts of hydrogen peroxide and ammonium sulfate are controlled.

【0017】[0017]

【作用】この発明は、上記の通りの特徴を有するもので
あるが、さらにその背景、技術的基礎について先ず説明
すると、以下の通りである。すなわち、均一なジルコニ
ア粉末を得るためには、先ずジルコニウム水和物の沈澱
を1段にする必要がある。その方法としては、水酸化物
以外の沈澱(例えば、蓚酸塩等)を得るか、あるいはジ
ルコニウム溶液の性質を変化させた後水酸化物を沈澱さ
せる方法が考えられる。
The present invention has the features as described above. The background and technical basis will be described first as follows. That is, in order to obtain a uniform zirconia powder, it is necessary to firstly precipitate zirconia hydrate in one stage. As the method, a method of obtaining a precipitate (for example, oxalate) other than the hydroxide or a method of changing the properties of the zirconium solution and then precipitating the hydroxide can be considered.

【0018】前者は化学反応的にはより容易な方法であ
るが、たとえば蓚酸塩はやや毒性がある上コスト的にも
幾分不利である。これに対して、後者は既存の装置を利
用する限り、遙かに経済的に有利である。溶液の性質を
変化させる方法としては、溶媒の種類を変える、または
錯体を生成するなどの方法が考えられる。溶媒を水以外
に変える方法(例えば、アルコキシド法)は既に試みら
れているが、コスト的に問題がある。一方、錯体の生成
を利用することができれば、既存の設備がそのまま利用
できる可能性がある。錯体が利用できるためには、以下
の条件をクリアーする必要がある。すなわち、沈澱する
水和物が1種類であること、沈澱の生成に安価なアンモ
ニア水が利用できること、性状の良い沈澱が得られるこ
と、仮焼後に金属酸化物等の不純物が残存しないことな
どである。この発明の発明者は、以上の観点から鋭意検
討を進め、膨大な実験検証の結果から、これらの条件を
満たすものとして、過酸化水素を見出した。
The former is an easier method in terms of chemical reaction, but oxalate, for example, is somewhat toxic and somewhat disadvantageous in cost. In contrast, the latter is much more economically advantageous as long as it utilizes existing equipment. As a method of changing the properties of the solution, a method of changing the type of the solvent or forming a complex can be considered. A method of changing the solvent to a solvent other than water (eg, an alkoxide method) has already been tried, but has a problem in cost. On the other hand, if the formation of the complex can be utilized, existing facilities may be used as they are. In order for the complex to be usable, the following conditions must be satisfied. That is, there is only one kind of hydrate to be precipitated, cheap ammonia water can be used to form the precipitate, good-quality precipitate can be obtained, and impurities such as metal oxides do not remain after calcination. is there. The inventor of the present invention diligently studied from the above viewpoints, and found hydrogen peroxide as a material satisfying these conditions from the results of enormous experimental verification.

【0019】過酸化水素は、ジルコニウム溶液へ添加さ
れるとジルコニウム・イオンと錯体を形成し、しかも上
記の条件を満たし、優れた性状の水和物沈澱が生成され
ることが確認されたのである。この発明は、このような
極めて重要なしかも新しい技術的知見を踏まえて完成さ
れている。
It has been confirmed that hydrogen peroxide forms a complex with zirconium ions when added to a zirconium solution, and satisfies the above conditions, thereby producing a hydrate precipitate having excellent properties. . The present invention has been completed in view of such extremely important and new technical knowledge.

【0020】しかもまた、この発明の発明者は、ジルコ
ニウム水和物は本来性状の悪い沈澱しか得られず、これ
は中和反応速度に対して沈澱生成速度が極めて遅いこと
に原因しているため、沈澱の核生成速度に対し成長速度
を相対的に高めることが可能ならば、性状のよい水和物
沈澱が得られる可能性があることにも着目した。それに
は溶液安定剤を添加して核発生速度を抑制する・沈澱凝
集剤を添加するなどの方法がある。この方法が利用でき
るためには、以下の条件がクリアーされなければならな
い。すなわち、沈澱の性状が良くなること、中和反応に
悪影響を与えないこと、プロセスが単純であること、仮
焼後に金属酸化物などの不純物が残存しないことなどで
ある。そして、具体的に、この発明の発明者は、これら
の条件を満たすものとして、硫酸塩、特に硫酸アンモニ
アがあることを見出した。
Furthermore, the inventor of the present invention has reported that zirconium hydrate inherently yields only precipitates having poor properties, which is due to the fact that the rate of precipitate formation is extremely slow relative to the rate of neutralization reaction. It was also noted that if the growth rate could be increased relative to the nucleation rate of the precipitate, a hydrate precipitate with good properties could be obtained. For this purpose, there are methods such as adding a solution stabilizer to suppress the nucleation rate and adding a precipitation flocculant. For this method to be usable, the following conditions must be met: That is, the properties of the precipitation are improved, the neutralization reaction is not adversely affected, the process is simple, and no impurities such as metal oxides remain after calcination. And, specifically, the inventor of the present invention has found that a sulfate, particularly ammonia sulfate, satisfies these conditions.

【0021】このように、この発明によるジルコニア粉
末の製造方法は、技術的な思想としては、ジルコニウム
の錯体を形成させる第1段階のプロセスと沈澱の性状を
良くする第2段階から構成されるものである。第1段階
のプロセスは、ジルコニウム溶液中に過酸化水素〔H2
2 〕を加え、ジルコニウムの錯体を形成させる過程で
ある。つまり、ジルコニウム溶液中に所定量の過酸化水
素を添加する。過酸化水素の添加量は、
As described above, the technical idea of the method for producing zirconia powder according to the present invention comprises a first step of forming a zirconium complex and a second step of improving the properties of precipitation. It is. The first stage of the process involves hydrogen peroxide [H 2 in a zirconium solution.
O 2 ] to form a zirconium complex. That is, a predetermined amount of hydrogen peroxide is added to the zirconium solution. The amount of added hydrogen peroxide

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】とするのが好ましい。添加量がそれ以下に
なると、ジルコニウムの錯体の形成に効果があるもの
の、その効果は必ずしも十分ではない。しかし、その添
加量が1×10-2 以上になると、その効果は飽和状態に
達する。飽和値以上添加してもよいが、母液中に存在す
る過剰の過酸化水素水が、衝撃や加熱などによって急速
に発泡し、その際沈澱の飛散が起こることがある。
It is preferred that If the addition amount is less than that, the effect of forming a zirconium complex is effective, but the effect is not always sufficient. However, when the added amount is 1 × 10 −2 or more , the effect reaches a saturated state. Although it may be added above the saturation value, the excess aqueous hydrogen peroxide present in the mother liquor rapidly foams due to impact, heating, or the like, and at that time, the precipitate may be scattered.

【0024】過酸化水素と同様の作用はオゾン(O3
についても確認されているが、この場合には、添加量の
制御がやや難しいという課題がある。第2段階のプロセ
スは、硫酸塩を含むアンモニア水を、より好ましくは、
硫酸アンモニウムを含有するアンモニア水をジルコニウ
ム溶液中に滴定する過程である。この場合、硫酸塩ある
いは硫酸アンモニウム〔(NH42SO4〕の添加量
は、
Oxygen (O 3 ) has the same effect as hydrogen peroxide.
However, in this case, there is a problem that it is somewhat difficult to control the addition amount. In the second stage process, aqueous ammonia containing sulfate is more preferably used.
This is a process of titrating ammonia water containing ammonium sulfate into a zirconium solution. In this case, there is sulfate
Or the amount of ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4 ]

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】となるようにするのが好ましい。添加量が
それ以下になると、水和物沈澱の性状を良くする作用は
認められるものの、その効果は必ずしも十分ではない。
その添加量が1.0以上になると、水和物沈澱の性状を
良くする効果がさらに促進される。しかし、5.0を越
えると、仮焼ジルコニア粉末の1次粒子が大きくなるば
かりでなく、2次粒子の生成が顕著になる傾向がある。
従って、ジルコニア粉末の使用目的に応じて、硫酸塩、
より好ましくは硫酸アンモニウムの添加量を加減する必
要がある。水和沈澱の性状を良くする効果は、硫酸イオ
〔SO 4 2- であって、水溶性の硫酸塩であるなら
ば、硫酸アンモニウムとほぼ同様の効果を示す。しかし
ながら、多くの硫酸塩は金属イオンを含むので、残存不
純物の点で好ましくはない。
[0026] and so as preferable to the. When the addition amount is less than that, the effect of improving the properties of hydrate precipitation is recognized, but the effect is not necessarily sufficient.
When the added amount is 1.0 or more, the effect of improving the properties of hydrate precipitation is further promoted. However, if it exceeds 5.0, not only the primary particles of the calcined zirconia powder become large, but also the generation of secondary particles tends to be remarkable.
Therefore, depending on the intended use of the zirconia powder, sulfate,
More preferably, it is necessary to adjust the amount of ammonium sulfate added. The effect of improving the properties of the hydrated precipitate is sulfate ion [SO 4 2− ] , and if it is a water-soluble sulfate, it exhibits almost the same effect as ammonium sulfate. However, many sulfates contain metal ions and are not preferred in terms of residual impurities.

【0027】硫酸アンモニウムの添加方法としては、ア
ンモニア水の滴定に先だってジルコニウム溶液に混入す
る、アンモニア水に溶解して同時に滴定する、アンモニ
ア水の滴定後に混入する等の方法が考えられる。しか
し、ジルコニウム溶液に硫酸根(SO4 2-)を添加する
と、錯体が分解することがあるので、あまり好ましい方
法ではない。一方、アンモニア水の滴定後に添加すると
その効果は低下する。これら両方法は、プロセスが1段
BR>階増えることになるので、硫酸アンモニウムを予め
アンモニア水に溶解し、それをジルコニウム溶液に添加
する方がより好ましい。
Examples of the method of adding ammonium sulfate include a method of mixing the zirconium solution with the zirconium solution prior to the titration of the aqueous ammonia, a method of dissolving the same in the aqueous ammonia and titrating the same, and a method of mixing the titrated aqueous ammonia after the titration. However, if a sulfate group (SO 4 2− ) is added to the zirconium solution, the complex may be decomposed, which is not a very preferable method. On the other hand, if added after titration of aqueous ammonia, the effect is reduced. Both of these methods involve a one-step process.
Since the number of floors increases, it is more preferable to dissolve ammonium sulfate in ammonia water in advance and add it to the zirconium solution.

【0028】硫酸アンモニウム溶液については、2g/
1000ml程度のものとして沈澱の洗浄に使用するこ
とも有効である。上記2過程を経て得られたジルコニウ
ムの水和物沈澱は、通常の乾燥・熱分解・仮焼過程を経
てジルコニア粉末になる。もちろん、ジルコニウムの溶
液を形成するジルコニウム塩についても、従来と同様に
各種のものが使用できることも言うまでもない。
For the ammonium sulfate solution, 2 g /
It is also effective to use about 1000 ml for washing the precipitate. The hydrate precipitate of zirconium obtained through the above two processes is converted into a zirconia powder through a normal drying, thermal decomposition and calcination process. Needless to say, various kinds of zirconium salts forming a zirconium solution can be used as in the conventional case.

【0029】この発明によって得られたジルコニア粉末
は高純度で、微細であり、しかも分散性がよい。従っ
て、PZTに使用する原料粉末として、またPSZに用
いる原料粉末として最適となる。以下実施例を示し、こ
の発明についてさらに詳しく説明する。
The zirconia powder obtained according to the present invention has high purity, fineness and good dispersibility. Therefore, it is optimal as a raw material powder used for PZT and a raw material powder used for PSZ. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【0030】[0030]

【実施例】実施例1 濃度0.1molの硝酸ジルコニル〔ZrO(NO3
2 〕水溶液50ml中に過酸化水素水〔H2 2 〕(3
0%溶液)2mlを加える。別に、(1:9)のアンモ
ニア水〔NH4 OH〕30ml中に硫酸アンモニウム
〔(NH4 2 SO4 〕を0.5gを溶解する。
EXAMPLE 1 Zirconyl nitrate having a concentration of 0.1 mol [ZrO (NO 3 )
2 ] An aqueous solution of hydrogen peroxide [H 2 O 2 ] (3
(0% solution) 2 ml are added. Separately, 0.5 g of ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4 ] is dissolved in 30 ml of (1: 9) aqueous ammonia [NH 4 OH].

【0031】上記硝酸ジルコニル溶液を攪拌しながら、
これに上記アンモニア水を滴定して、ジルコニウム水和
物沈澱を得た。沈降容積は比較的大きいにも拘らず、1
回当たりの濾過時間は数分以内であった。この沈澱を乾
燥した後、700℃で2時間熱分解および仮焼した。得
られた仮焼物〔ZrO2 〕の結晶相は単斜晶であった。
この粉末の表面積は、15m2 /g、沈降法による平均
粒径は、0.33μm、幾何標準偏差は2.5であっ
た。粒径分布は図2の通りであった。実施例2 実施例1において、硫酸アンモニウムを0.2g添加し
たところ、ほぼ同様の結果が得られたが、ジルコニア粉
末の表面積は16m2 /g、平均粒径は0.28μmで
あった。実施例3 濃度0.1molのオキシ塩化ジルコニウム〔ZrOC
2 〕水溶液50ml中に過酸化水素水〔H2 2
(30%溶液)2mlを加える。別に、(1:9)のア
ンモニア水〔NH4 OH〕30ml中に硫酸アンモニウ
ム〔(NH4 2SO4 〕を0.5g溶解する。
While stirring the zirconyl nitrate solution,
The aqueous ammonia was titrated to obtain a zirconium hydrate precipitate. Despite the relatively large settling volume, 1
The filtration time per run was within a few minutes. After drying this precipitate, it was pyrolyzed and calcined at 700 ° C. for 2 hours. The crystal phase of the obtained calcined product [ZrO 2 ] was monoclinic.
The surface area of this powder was 15 m 2 / g, the average particle size by the sedimentation method was 0.33 μm, and the geometric standard deviation was 2.5. The particle size distribution was as shown in FIG. Example 2 In Example 1, when 0.2 g of ammonium sulfate was added, almost the same results were obtained, but the surface area of the zirconia powder was 16 m 2 / g, and the average particle size was 0.28 μm. Example 3 Zirconium oxychloride having a concentration of 0.1 mol [ZrOC
l 2 ] aqueous solution of hydrogen peroxide [H 2 O 2 ] in 50 ml of aqueous solution
Add 2 ml (30% solution). Separately, 0.5 g of ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4 ] is dissolved in 30 ml of (1: 9) aqueous ammonia [NH 4 OH].

【0032】上記オキシ塩化ジルコニウム溶液を攪拌し
ながら、これに上記アンモニア水を滴定して、ジルコニ
ウム水和物沈澱を得た。この沈澱を乾燥した後、700
℃で2時間熱分解および仮焼した。得られた仮焼物〔Z
rO2 〕の結晶相は単斜晶であった。この粉末の表面積
は16m2 /g、沈降法による平均粒径は、0.32μ
m、幾何標準偏差は2.6であった。実施例4 実施例1において、硫酸アンモニウムを20g添加した
ところ、濾過性の良い沈澱が得られた。結晶相100%
斜方相であった。ジルコニア粉末の表面積は約5m2
g、平均粒径は0.67μmであった。比較例1 実施例1において硫酸アンモニウムを使用しなかったと
ころ、沈降容積の大きいゾル状水和物沈澱が得られた。
この沈澱の濾過時間は、実施例1で得られた沈澱の約8
倍の時間を要した。実施例1と同様の条件で仮焼したと
ころ、得られた粉末の結晶相は約85%が正方晶、残り
約15%が斜方晶であった。この粉末の表面積は5m2
/g、沈降法による平均粒径は0.60μmであり、分
布曲線は2つに分かれた。図3は、その分布を示したも
のである。比較例2 比較例1において、硫酸アンモニウムを使用しなかった
ところ、沈降容積のかなり大きい水和物沈澱が得られ
た。この沈澱の濾過時間は、実施例1で得られた沈澱の
約30倍の時間を要した。比較例3 比較例1において、過酸化水素を使用しなかったとこ
ろ、沈降容積の比較的小さな水和物沈澱が得られた。こ
の沈澱の濾過時間は、実施例1で得られた沈澱とほぼ同
じ濾過時間であった。
While stirring the zirconium oxychloride solution, the aqueous ammonia was titrated to obtain a zirconium hydrate precipitate. After drying the precipitate, 700
Thermal decomposition and calcination at 2 ° C. for 2 hours. The obtained calcined product [Z
[rO 2 ] was monoclinic. The surface area of this powder was 16 m 2 / g, and the average particle size by the sedimentation method was 0.32 μm.
m, geometric standard deviation was 2.6. Example 4 In Example 1, when 20 g of ammonium sulfate was added, a precipitate having good filterability was obtained. Crystal phase 100%
It was an orthorhombic phase. The surface area of the zirconia powder is about 5 m 2 /
g, the average particle size was 0.67 μm. Comparative Example 1 When ammonium sulfate was not used in Example 1, a sol-like hydrate precipitate having a large sedimentation volume was obtained.
The filtration time of this precipitate was about 8 times that of the precipitate obtained in Example 1.
It took twice as long. When calcined under the same conditions as in Example 1, about 85% of the crystal phase of the obtained powder was tetragonal and about 15% was orthorhombic. The surface area of this powder is 5 m 2
/ G, the average particle size by the sedimentation method was 0.60 μm, and the distribution curve was divided into two. FIG. 3 shows the distribution. Comparative Example 2 When ammonium sulfate was not used in Comparative Example 1, a hydrate precipitate having a considerably large settled volume was obtained. The filtration time of this precipitate required about 30 times as long as the precipitate obtained in Example 1. Comparative Example 3 In Comparative Example 1, a hydrate precipitate having a relatively small sedimentation volume was obtained when no hydrogen peroxide was used. The filtration time of the precipitate was almost the same as the precipitate obtained in Example 1.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、高純度・微粒であるばかりでなく、2次粒子がほと
んどないという良質の特性を持ち、さらにコスト的にも
極めて有利なジルコニア粉末を得ることが可能となる。
さらに、この発明によって得られるジルコニア粉末は、
特にPZTやPSZなどのファイン・セラミックス用原
料粉末として極めて有用である。また、その他様々な用
途に使用されているジルコニアの原料粉末としても広く
利用することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, a zirconia powder having not only high purity and fine particles but also high quality characteristics that there is almost no secondary particles, and is extremely advantageous in terms of cost can be obtained. It becomes possible.
Further, the zirconia powder obtained by the present invention is:
Particularly, it is extremely useful as a raw material powder for fine ceramics such as PZT and PSZ. Further, it can be widely used as a raw material powder of zirconia used for various other uses.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の中和沈澱法におけるpH価と沈澱生成と
の関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the pH value and the formation of a precipitate in a conventional neutralization precipitation method.

【図2】この発明の実施例としてのジルコニア粉末の粒
径分布図である。
FIG. 2 is a particle size distribution diagram of a zirconia powder as an example of the present invention.

【図3】比較例としての従来法によるジルコニア粉末の
粒径分布図である。
FIG. 3 is a particle size distribution diagram of a zirconia powder according to a conventional method as a comparative example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−35029(JP,A) 特開 平4−104910(JP,A) 特開 平2−141424(JP,A) 特開 平3−257021(JP,A) 特開 昭61−44717(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 25/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-59-35029 (JP, A) JP-A-4-104910 (JP, A) JP-A-2-141424 (JP, A) JP-A-3- 257021 (JP, A) JP-A-61-44717 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01G 25/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ジルコニウム溶液とアンモニア水の中和
反応によって得られるジルコニウム水和物を熱分解およ
び仮焼することによってジルコニア粉末を生成する方法
において、ジルコニウム溶液に過酸化水素を加え、か
つ、アンモニア水に硫酸塩を加えることを特徴とするジ
ルコニア粉末の製造方法。
1. A method for producing a zirconia powder by thermally decomposing and calcining a zirconium hydrate obtained by a neutralization reaction of a zirconium solution and aqueous ammonia, wherein hydrogen peroxide is added to the zirconium solution .
One method of producing a zirconia powder, wherein Rukoto adding sulfate to aqueous ammonia.
【請求項2】 硫酸塩が硫酸アンモニウムである請求項
1の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the sulfate is ammonium sulfate.
【請求項3】 過酸化水素の添加量を 【数1】 とする請求項1または2の製造法。3. The amount of hydrogen peroxide added is given by 3. The method according to claim 1, wherein: 【請求項4】 硫酸アンモニウムの添加量を 【数2】 とする請求項2の製造法。4. The amount of ammonium sulfate to be added 3. The method according to claim 2, wherein
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