JP3245905B2 - 導電性結晶配向酸化亜鉛粉末及びその製造方法 - Google Patents

導電性結晶配向酸化亜鉛粉末及びその製造方法

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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、導電性結晶配向酸化亜
鉛粉末及びその製造方法に関するものである。更に詳し
くは、導電性を有し、かつ(002)が高度に結晶配向
した導電性結晶配向酸化亜鉛粉末及びその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化亜鉛は、半導体性、圧電性、光導電
性等種々の機能を兼ね備えており、機能性粉末あるいは
機能性焼結体として広く利用されている。例えば、不純
物元素をド−プした導電性酸化亜鉛粉末は導電性フィラ
−に利用されている。
【0003】従来、酸化亜鉛粉末の工業的製造方法とし
ては乾式法と湿式法があり、乾式法には、溶融させた金
属亜鉛を加熱し、発生する亜鉛蒸気を空気で酸化させる
フランス法、亜鉛鉱石にコークスなどを加え、ばい焼し
発生する亜鉛蒸気を空気で酸化するアメリカ法があり、
湿式法としては、塩化亜鉛等の溶液にソーダ灰等を加え
て製造する方法等が知られている。しかしながら、いず
れの方法によっても導電性の高い酸化亜鉛粉末を得るこ
とは困難であった。
【0004】又、例えば、機能性セラミックスの利用に
おいて、焼結体中の結晶粒子の結晶軸を配向させること
により、その優れた特性を更に発揮させることができ、
従来から配向性セラミックスに関して種々の方法が試み
られている。しかしながら、酸化亜鉛粉末において結晶
軸が高度に配向した酸化亜鉛粉末を得ることは極めて困
難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導電
性を有し、かつ高度に結晶配向した(002)配向酸化
亜鉛粉末及びそれを簡単な方法でかつ容易に製造し得る
方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、導電性配
向酸化亜鉛粉末の製造に関し鋭意検討した結果、正三価
以上の原子価を有する元素を含有する、(001)配向
含硫酸水酸化亜鉛粉末を原料とすることにより容易に導
電性を有し、かつ高度に結晶配向した(002)配向の
薄板状酸化亜鉛粉末が得られることを見出し、本発明を
完成した。
【0007】すなわち、本発明は、 (1)X線回折による(002)回折線強度/(10
1)回折線強度比が2以上であり、かつ正三価以上の原
子価を有する元素を含有する、導電性結晶配向酸化亜鉛
粉末。 (2)正三価以上の原子価を有する元素を含有する、X
線回折による(001)回折線強度/(002)回折線
強度比が5以上である(001)配向性含硫酸水酸化亜
鉛粉末を仮焼することにより得られる、X線回折による
(002)回折線強度/(101)回折線強度比が2以
上であり、かつ正三価以上の原子価を有する元素を含有
する、導電性結晶配向酸化亜鉛粉末の製造方法。を要旨
とするものである。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】本発明の配向性は、通常の粉末法のX線回
折測定装置によるX線回折図を用いて各々の面指数の回
折線強度の比から求めたものである。すなわち、結晶が
材料中に3次元的に規則的に配列している場合、そのX
線回折図は単結晶の場合と同等な異方性を生じるはずで
あり、一方、結晶が材料中にランダムに配列している場
合、その得られるX線回折図は粉末X線と同等である。
【0010】本発明の導電性結晶配向酸化亜鉛粉末と
は、(002)回折線強度/(101)回折線強度比が
2以上であり、かつ正三価以上の原子価を有する元素を
含有するものである。酸化亜鉛の(002)面は、粉末
X線回折図において2θ=34.4度付近、(101)
面は、粉末X線回折図において2θ=36.2度付近に
現れる。
【0011】本発明の酸化亜鉛粉末は、薄板状の含硫酸
水酸化亜鉛を仮焼し得られるものであり、酸化亜鉛結晶
粒子が薄板状に集合したものである。本発明の導電性結
晶配向酸化亜鉛粉末は、例えば正三価以上の原子価を有
する元素を含有し、かつ、(001)回折線強度/(0
02)回折線強度比が5以上である含硫酸水酸化亜鉛を
原料を仮焼することにより得られる。
【0012】前記回折線強度比が5未満の場合は、(0
02)回折線強度/(101)回折線強度比が2以上で
ある導電性結晶配向酸化亜鉛粉末を得ることは困難であ
るが、5以上であれば特に上限はなく、高い方が望まし
い。特に8以上が望ましい。なお、含硫酸水酸化亜鉛の
(001)面は、粉末X線回折図において2θ=12.
2度付近、(002)面は、粉末X線回折図において2
θ=24.6度付近に現れる。
【0013】本発明に用いる含硫酸水酸化亜鉛とは基本
構造ZnSO(OH)で表される薄板状の化合物
であり、上記した条件を満たせば、どの様な方法で得た
含硫酸水酸化亜鉛粉末も用いることができる。
【0014】例えば、硫酸亜鉛水溶液から含硫酸水酸化
亜鉛を製造する場合には、該亜鉛イオンに対し1.0
〜2.0倍のモル比の水酸イオンを与える塩基を加え、
その後得られた含硫酸水酸化亜鉛スラリーを熟成し、こ
れを濾過、洗浄の後乾燥することにより得ることができ
る。
【0015】この硫酸亜鉛水溶液に加える水溶液系で水
酸イオン(OH)を与える塩基としては、水酸化ナト
リウム、水酸化カリウム、アンモニア等使用することが
できるが、不純物が混入しにくいことからアンモニアの
使用が好ましい。
【0016】該モル比が1.0未満の場合、得られる薄
板状粒子がランダムに凝集し高度に配向した含硫酸水酸
化亜鉛粉末を得ることができない場合があり、又、モル
比が2.0を越えると含硫酸水酸化亜鉛の溶解度が大き
くなり、高度に配向した含硫酸水酸化亜鉛粉末を得るこ
とができない場合がある。従って、モル比としては特に
1.5±0.2の範囲が望ましい。
【0017】また、反応系の濃度はできるだけ希薄なも
のが好ましく、反応系中の亜鉛濃度として0.2モル/
リットル程度以下が好ましい。反応系の濃度が0.2モ
ル/リットルを越えると、粒子の分散性が低下し高配向
な含硫酸水酸化亜鉛粉末が得られない場合がある。
【0018】次に、上記方法により得られた含硫酸水酸
化亜鉛スラリーを熟成する。熟成を行わないと、粒子の
凝集が激しく高配向な含硫酸水酸化亜鉛粉末を得ること
ができないことがある。又、熟成には配向比の増加、粒
径の増大の作用があり、用途に応じて、適性な時間、温
度を選定することができるが、熟成時間は2時間以上、
熟成温度は、5℃以上が好ましい。特に、熟成時間は、
5〜80時間が好ましく、熟成温度は20〜50℃が好
ましい。
【0019】つづいて、含硫酸水酸化亜鉛スラリーを濾
過、水洗後乾燥することにより、X線回折による(00
1)回折線強度/(002)回折線強度比が5以上であ
る(001)配向性含硫酸水酸化亜鉛粉末を得ることが
できる。
【0020】乾燥温度は300℃以下であれば特に制限
はないが、温度により得られる含硫酸水酸化亜鉛(Zn
SO(OH)・nHO)の水和量nが異なり、
100〜200℃が好ましい。300℃を越えると、含
硫酸水酸化亜鉛の分解が起こり易くなり好ましくない。
【0021】本発明における酸化亜鉛に含有する正三価
以上の原子価を有する元素としては、IIIA族、II
IB族、IVA族、IVB族、VA族、VB族、VIA
族、VIB族、VIIA族、VIII族及びランタノイ
ド、アクチノイド系列の元素から選ばれた一種以上の元
素等を示すことができ、その含有量は0.1〜20at
m%で、特に好ましくは0.5〜5atm%において優
れた導電性が得られる。
【0022】該元素の混合方法としては、上記の方法に
より得られた含硫酸水酸化亜鉛粉末を生成させる際に、
該元素の酸化物、イオンを硫酸亜鉛水溶液に共存させて
該元素を含有する含硫酸水酸化亜鉛粉末として共沈させ
ても良いし、上記の方法で得られる含硫酸水酸化亜鉛粉
末スラリ−に該元素の酸化物、イオンを共存させて共沈
させても良い。或いは、本発明の方法で得られる配向性
酸化亜鉛粉末をスラリ−とし該元素の酸化物、イオンを
共存させて共沈させても良い。
【0023】上記本発明の条件を満足する含硫酸水酸化
亜鉛粉末を原料とし、仮焼することにより、本発明の条
件を満足する導電性結晶配向酸化亜鉛粉末を容易に得る
ことができる。
【0024】本発明に於ける仮焼は、窒素ガス、アルゴ
ンガス等の非酸化性ガス中、800〜1400℃の範囲
で行えばよい。仮焼温度が800℃未満の場合、(00
2)回折線強度/(101)回折線強度比が2以上であ
る導電性結晶配向酸化亜鉛粉末を得ることができなかっ
たり、又、SOが残留することがあり、好ましくな
い。一方、1400℃を越えると粒子間の焼結が著しく
粗粒化し好ましくない。仮焼温度としては、特に850
〜1100℃が望ましい。
【0025】以上の方法により、X線回折による(00
2)回折線強度/(101)回折線強度比が2以上であ
る導電性結晶配向酸化亜鉛粉末を得ることができる。
【0026】本発明の方法で得られる(002)配向酸
化亜鉛粉末は、平均粒子径1〜100μm、平均粒子厚
さ0.02〜0.5μm、平均粒子径/平均粒子厚さ比
が20以上であることが望ましい。本発明で言う平均粒
子径及び平均粒子厚さは、該薄板状集合体の平均粒子径
及び平均粒子厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)による
観察から求めたものである。
【0027】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。な
お、X線回折の測定には自動X線粉末回折装置(Phi
lipsPW1729)を使用した。測定条件は、Cu
Kα線、X線管電圧40kV、電流50mA、走査速度
2°/minとした。又、体積固有抵抗は、粉末を内径
13mmの円筒に入れ、500kg/cmの圧力で成
形した成形物の抵抗をテスターで測定したものである。
【0028】実施例1 (001)回折線強度/(002)回折線強度比9.1
のアルミニウム元素含有(001)配向含硫酸水酸化亜
鉛を以下の方法で得た。
【0029】0.5モルの硫酸亜鉛と7.5ミリモルの
硫酸アルミニウムを30℃純水10kgに溶解させ、こ
の硫酸亜鉛水溶液に1.5モル/リットルのアンモニア
水566gを2時間で添加し、その後撹拌下72時間3
0℃で熟成した。次に、得られたスラリーを濾過し、純
水20kgで洗浄した。つづいて、得られたケーキを空
気中110℃で24時間乾燥させた。
【0030】得られた粉末は、SEM観察により高分散
な6μm程度の六角板状の結晶であり、X線回折で調べ
たところ基本構造ZnSO(OH)で表される
(001)回折線強度/(002)回折線強度比にして
9.1である(001)に高度に配向した配向性含硫酸
水酸化亜鉛であった。次に、これを窒素ガス中900℃
で2時間仮焼した。
【0031】得られた粉末は、X線回折で調べたところ
(002)回折線強度/(101)回折線強度比9で表
せられる(002)配向酸化亜鉛粉末であり、SEM観
察により0.3μm程度の粒子が集合した平均粒子径5
〜10μmで平均厚さ0.1〜0.2μm程度の薄板状
粒子であった。この粉末のX線回折図を図1に示した。
又、この粉末の体積固有抵抗は0.5Ω・cmであっ
た。
【0032】実施例2 (001)回折線強度/(002)回折線強度比6.5
のアルミニウム元素含有(001)配向含硫酸水酸化亜
鉛を以下の方法で得た。
【0033】0.5モルの硫酸亜鉛と7.5ミリモルの
硫酸アルミニウムを30℃純水10kgに溶解させ、こ
の硫酸亜鉛水溶液に1.5モル/リットルのアンモニア
水566gを2時間で添加し、その後撹拌下10時間3
0℃で熟成した。次に、得られたスラリーを濾過し、純
水20kgで洗浄した。つづいて、得られたケーキを空
気中110℃で24時間乾燥させた。
【0034】得られた粉末は、SEM観察により2〜3
μm程度の六角板状の結晶であり、X線回折で調べたと
ころ基本構造ZnSO(OH)で表される(00
1)回折線強度/(002)回折線強度比にして6.5
である(001)に高度に配向した配向性含硫酸水酸化
亜鉛であった。次に、これを窒素ガス中900℃で2時
間仮焼した。
【0035】得られた粉末は、X線回折で調べたところ
(002)回折線強度/(101)回折線強度比3.3
で表せられる(002)配向酸化亜鉛粉末であり、SE
M観察により0.3μm程度の粒子が集合した平均粒子
径3〜5μmで平均厚さ0.1〜0.2μm程度の薄板
状粒子であった。この粉末のX線回折図を図2に示し
た。又、この粉末の体積固有抵抗は5.0Ω・cmであ
った。
【0036】比較例1 (001)回折線強度/(101)回折線強度比が0.
5の試薬酸化亜鉛粉末24.5gに試薬酸化アルミニウ
ム0.5gを加え、窒素ガス中900℃で2時間仮焼し
た。
【0037】得られた粉末は、X線回折で調べたところ
(002)回折線強度/(101)回折線強度が0.5
程度の酸化亜鉛粉末であり、本発明の要件を満足するも
のは得られなかった。この粉末のX線回折図を図3に示
した。
【0038】比較例2 (001)回折線強度/(002)回折線強度比が3と
配向性の小さいアルミニウム元素含有含硫酸水酸化亜鉛
粉末を、窒素ガス中900℃で2時間仮焼した。
【0039】得られた粉末は、X線回折で調べたところ
(002)回折線強度/(101)回折線強度比が1.
2程度の酸化亜鉛粉末であり、本発明の要件を満足する
ものは得られなかった。この粉末のX線回折図を図4に
示した。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、高度に(002)に配
向した導電性配向酸化亜鉛粉末を容易に得ることが可能
となり、これらは、例えば、導電性フィラ−やコ−ティ
ング剤などとして幅広く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1で得られた導電性結晶配向酸化亜鉛
粉末のX線回折図である。
【図2】 実施例2で得られた導電性結晶配向酸化亜鉛
粉末のX線回折図である。
【図3】 比較例1で得られた粉末のX線回折図であ
る。
【図4】 比較例2で得られた粉末のX線回折図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 9/02 C04B 35/00 CA(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線回折による(002)回折線強度/
    (101)回折線強度比が2以上であり、かつ正三価以
    上の原子価を有する元素を含有する、平均粒子径1〜1
    00μm、平均粒子厚さ0.02〜0.5μmの導電性
    結晶配向酸化亜鉛粉末。
  2. 【請求項2】 亜鉛濃度0.2モル/リットル以下の硫
    酸亜鉛水溶液に、亜鉛イオンに対し、1.0〜2.0倍
    のモル比の水酸イオンを与える塩基を加え、得られた含
    硫酸水酸化亜鉛スラリーを20〜50℃で2時間以上熟
    成し、これを濾過、水洗の後乾燥することにより得られ
    た、正三価以上の原子価を有する元素を含有する、X線
    回折による(001)回折線強度/(002)回折線強
    度比が5以上である(001)配向含硫酸水酸化亜鉛粉
    末を仮焼することを特徴とする、X線回折による(00
    2)回折線強度/(101)回折線強度比が2以上であ
    り、かつ正三価以上の原子価を有する元素を含有する、
    平均粒子径1〜100μm、平均粒子厚さ0.02〜
    0.5μmの導電性結晶配向酸化亜鉛粉末の製造方法。
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