JP3309467B2 - 鉛含有複合酸化物粉体の製造方法 - Google Patents

鉛含有複合酸化物粉体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、酸化物粉体の製造方
法に関し、詳しくは、表面活性が高く、易焼結性で、均
質かつ微細な鉛含有複合酸化物粉体の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
鉛含有複合酸化物粉体の製造方法としては、(1) 構成元素の酸化物もしくは炭酸塩の粉体を別々に秤
量し、それらを混合粉砕した後、高温で仮焼して目的と
する鉛含有複合酸化物粉体を得る方法、(2) 構成元素の水溶性化合物を溶解した混合溶液にNa
OHなどの苛性アルカリを添加して強アルカリ性にする
ことにより、混合水酸化物として沈殿させ、沈殿を洗浄
して不純物イオン及びNa+,K+などを除去した後、乾
燥、仮焼して目的とする鉛含有複合酸化物粉体を得る方
法、(3) 構成元素のアルコキシド、アセチルアセトネート化
合物あるいはそれらの混合物を複合化して有機溶剤に溶
解した化合物溶液を加水分解し、生成したゲルを仮焼し
て目的とする鉛含有複合酸化物粉体を得る方法、(4) 構成元素の水溶性化合物を溶解した混合溶液に、分
子化合物を生成するカルボン酸(例えばシュウ酸)を加
えて化合物の沈殿を生成させ、この沈殿を洗浄して不純
物を除去し、乾燥した後、仮焼して目的とする鉛含有複
合酸化物粉体を得る方法、などの種々の方法がある。
【0003】しかし、固相反応により目的とする鉛含有
複合酸化物粉体を生成させる上記(1)の方法において
は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を製造す
る場合、酸化チタンと酸化鉛の固相反応により、チタン
酸鉛の生成が500〜550℃で開始されるのに対し
て、酸化ジルコニウムと酸化鉛との固相反応によるジル
コン酸鉛の生成が600〜700℃で開始されるため、
均質な組成の粉体を得ることが困難であるという問題点
がある。
【0004】さらに、低い温度で仮焼した場合、酸化ニ
オブが共存すると、酸化鉛と酸化ニオブのパイロクロア
相が容易に生成する。また、原料の組成均一性が良くな
いことから、固相反応を完全に行わせ、ペロブスカイト
単相とするためには、高い仮焼温度が必要であるが、高
い温度で仮焼すると粒成長や凝集が起こり、微細な粉体
が得られず、粗大な粉体となってしまう。したがって、
実際に使用可能な粒径の粉体を得るためには、機械的な
粉砕工程が必要となり、粉砕工程で不純物が混入すると
いう問題点がある。
【0005】また、上記(2)の方法は、構成元素の均一
分散を図るために提案された方法であって、構成元素の
均一分散性については、上記(1)の方法よりも優れてい
る。
【0006】しかし、この方法では、水酸化物が沈殿す
るpH域が各元素により異なり、pHが高くなるにつれ
て、各元素が解離定数の大きさに応じて、水酸化物の生
成するpHの小さいものから順に沈殿する。したがっ
て、すべての元素を完全にかつ同時に沈殿させることが
できず、構成元素を厳密に原子レベルで均一に分散させ
ることができないという問題点がある。
【0007】さらに、この方法により得られた水酸化物
沈殿の洗浄脱水後の乾燥ケーキは緻密に凝集し、仮焼後
には容易に粉砕されない焼結体に近い状態の凝集体とな
る。それゆえ、簡単な粉砕処理を行っただけでは微細な
酸化物粉体を得ることができず、大きな駆動エネルギー
を要する大型の粉砕装置を用いて粉砕処理を行わなけれ
ばならないという問題点がある。
【0008】また上記(1)の方法と同様、粉砕工程で不
純物が混入することを避けることができないという問題
点がある。
【0009】さらに、生成した沈殿中の不純物イオンを
除去するために洗浄を繰り返して行うが、この洗浄工程
で沈殿の溶解が起こり、組成ずれが生じるという問題点
がある。
【0010】また、上記(3)の方法においては、(2)
方法のように、ゲルの生成後に洗浄する必要がなく、ま
た、アルコキシド及びアセチルアセトネート化合物を複
合化することにより加水分解反応が均一に起こるので、
同時に加水分解が起こり、構成元素がゲルのどの部分を
とっても原子レベルで均一に含有された組成ずれのない
ゲルを合成することができるという特徴を有しており、
仮焼温度が低く、表面活性の高い高純度の粉体を得るこ
とが可能である。しかし、出発原料のコストが高く、大
量生産には不適当な方法であり、また、鉛アルコキシド
は揮発性が高く有害で、人体に対する危険性が大きいと
いう問題点がある。
【0011】さらに、(4)の方法は、複合シュウ酸塩を
生成させることで構成元素が分子レベルで均一に分散し
た粉体を得るための工夫がなされているが、シュウ酸は
複数の元素と反応して整数比の分子化合物を作る性質が
あり、整数比からずれると完全な分子化合物を生成させ
ることが不可能になるため、組成によっては構成元素を
分子レベルで均一に分散させることができない場合が生
じるという問題点がある。
【0012】さらに、生成した沈殿の洗浄工程で、沈殿
の溶解が起こり、仕込時からの組成ずれが起こりやすい
という問題点がある。
【0013】また、排液中にシュウ酸根が混入するた
め、排液(反応廃液)のBODが非常に高くなり、排液
のばっき処理を行ってBODを低下させることが必要に
なり、排水処理コストが粉体の製造コストを押し上げる
という問題点がある。
【0014】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、均質かつ微細で表面活性が高く、易焼結性の鉛含
有複合酸化物粉体を容易かつ経済的に製造することが可
能な鉛含有複合酸化物粉体の製造方法を提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明(請求項1)の鉛含有複合酸化物粉体の製
造方法は、一般式:Pb((M1/3Nb2/3XZrYTi
1-X-Y)O3(但し、Mは、Mg,Ni,Zn,Mn,C
o,Feからなる群より選ばれる2価金属の少なくとも
1種であり、かつ、0≦X≦0.5、0≦Y≦1.0)
で表される鉛含有複合酸化物粉体の製造方法において、
Pb,M,Nb,Ti,Zrの各化合物を含有する酸性
溶液を、100〜300℃に加熱された加温空間に噴霧
し、得られ た乾燥粉体を600〜1000℃で仮焼する
ことにより鉛含有複合酸化物粉体を生成させることを特
徴としている。
【0016】また、本願発明(請求項2)の鉛含有複合
酸化物粉体の製造方法は、 一般式:Pb((M 1/3 Nb
2/3 X Zr Y Ti 1-X-Y )O 3 (但し、Mは、Mg,N
i,Zn,Mn,Co,Feからなる群より選ばれる2
価金属の少なくとも1種であり、かつ、0<X≦0.
5、0≦Y≦1.0)で表される鉛含有複合酸化物粉体
の製造方法において、Nbの出発原料として水酸化ニオ
ブを用いて調製した、Pb,M,Nb,Ti,Zrの各
化合物を含有する酸性溶液を、100〜300℃に加熱
された加温空間に噴霧し、得られた乾燥粉体を600〜
1000℃で仮焼することにより鉛含有複合酸化物粉体
を生成させることを特徴としている。
【0017】本願発明の鉛含有複合酸化物粉体の製造方
法においては、Pb,M,Nb,Ti,Zrの各化合物
を含有する酸性溶液を、100〜300℃に加熱された
加温空間に噴霧し、得られた乾燥粉体を600〜100
0℃で仮焼するようにしており、構成成分を含有する酸
性溶液の微細な液滴を直接、瞬間的に固形化するように
しているため、組成均一性に優れた分散性の良好な粉体
を合成することができる。
【0018】したがって、従来の方法において必要であ
った微細化のための粉砕工程、不純物除去のための沈殿
の洗浄、乾燥工程などを省略あるいは簡略化することが
可能になり、粉砕工程において不純物が混入したり、洗
浄工程で沈殿が溶解して組成ずれが生じたりすることを
防止できるようになる。
【0019】さらに、排液の中和処理、BOD低減のた
めのばっき処理などをほとんど必要とせず、製造コスト
の低減を図ることが可能になる。
【0020】また、アルコキシド、アセチルアセトネー
トのような高価な有機金属を用いずに鉛含有複合酸化物
粉体を製造することができるようになり、経済性を向上
させることが可能になる。但し、アルコキシド、アセチ
ルアセトネートのような有機金属化合物を用いることを
妨げるものではない。
【0021】なお、本願発明の鉛含有複合酸化物粉体の
製造方法において用いられる出発原料は、鉛化合物とし
ては、例えば酢酸鉛、硝酸鉛、炭酸鉛、塩基性酢酸鉛、
塩基性炭酸鉛、水酸化鉛、酸化鉛などを用いることが可
能である。
【0022】また、チタン化合物としては、例えば四塩
化チタン、オキシ硝酸チタニール、チタンイソプロポキ
シドなどを用いることができる。
【0023】さらに、ジルコニウム化合物としては、例
えばオキシ酢酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、炭
酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウムなどを用いることが
できる。
【0024】また、ニオブ化合物としては、水酸化ニオ
ブ化合物を用いることが好ましい。これは、本願発明の
鉛含有複合酸化物粉体においては、ニオブ化合物として
種々の化合物を用いることが可能であるが、ニオブ化合
物は一般に非常に高価であるため、その中でも比較的安
価な水酸化ニオブを用いることが有利であることによ
る。
【0025】
【実施例】以下、本願発明の実施例を参考例及び比較例
とともに示して、発明の特徴をさらに明瞭にする。
【0026】[参考例] 硝酸を用いてpHを1.5に調整した水溶液1L(リッ
トル)中に、酢酸鉛0.2モル、オキシ硝酸ジルコニウ
ム0.047モル、チタンイソプロポキシド0.073
モル、酢酸ニッケル0.027モル、水酸化ニオブ0.
053モルを各々秤量して加え、さらに過酸化水素0.
09モルを加えて前駆体溶液を調製した。
【0027】この前駆体溶液を、800℃に調整された
縦型噴霧熱分解炉(反応空間)中へ、1時間当たり12
00ccの流量で二流体ノズルより霧状に吹き込んで熱
分解することにより目的とする鉛含有複合酸化物粉体を
得た。
【0028】そして、得られた鉛含有複合酸化物粉体に
ついて、X線回折分析及び比表面積測定を行った。その
結果を図1及び表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】[実施例] 蒸留水800ml中に、酢酸鉛0.2モル、オキシ硝酸ジ
ルコニウム0.047モル、酢酸ニッケル0.027モ
ル、水酸化ニオブ0.053モルを各々秤量して加え
る。それから、この水溶液と、酢酸100ml中にチタン
イソプロポキシド0.073モルを加えた溶液とを混合
して前駆体溶液を調製した。
【0031】この前駆体溶液を、180℃に保たれた加
温筒(加温空間)に、アトマイザーを用いて噴霧し、乾
燥粉体を得た。それから、この乾燥粉体を800℃で仮
焼することにより目的とする鉛含有複合酸化物粉体を得
た。
【0032】そして、この鉛含有複合酸化物粉体につい
て、X線回折分析及び比表面積測定を行った。その結果
を図2及び表1に示す。
【0033】[比較例] 上記参考例と同じ組成になるように、酸化鉛、酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム、酸化ニッケル、酸化ニオブを秤
量して混合、粉砕を行った後、800℃で仮焼して複合
酸化物粉体を得た。この複合酸化物粉体について、X線
回折分析及び比表面積測定を行った。その結果を図3及
び表1に示す。
【0034】図1,図2,図3、及び表1から明らかな
ように、従来の方法により製造された比較例の鉛含有複
合酸化物粉体は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系ペ
ロブスカイト単相粉体ではなく、その他にPbTiO3
系ペロブスカイト相及びパイロクロア相を含む混相の粉
体であるのに対して、本願発明の方法により製造された
鉛含有複合酸化物粉体は、Pb(NiNb)−PZT系
ペロブスカイト単相粉体であり、従来の方法により製造
された比較例の粉体と比べて、組成均一性に優れている
ことがわかる。また、本願発明の方法により製造された
鉛含有複合酸化物粉体は、比較例の粉体と比べて微細
で、比表面積が大きく、表面活性が高い鉛含有複合酸化
物粉体であることがわかる
【0035】なお、本願発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、構成元素の各化合物を含む酸性溶液の
組成やpH、該酸性溶液の熱処理温度(反応空間への噴
霧温度乾燥粉体の仮焼温度など)などに関し、本願
明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加える
ことが可能である。
【0036】
【発明の効果】上述のように、本願発明の鉛含有複合酸
化物粉体の製造方法は、一般式:Pb((M1/3
2/3XZrYTi1-X-Y)O3(但し、Mは、Mg,N
i,Zn,Mn,Co,Feからなる群より選ばれる2
価金属の少なくとも1種であり、0≦X≦0.5,0≦
Y≦1.0)で表される鉛含有複合酸化物粉体を構成す
る元素であるPb,M,Nb,Ti,Zrの各塩を含有
する酸性溶液を、100〜300℃に加熱された加温空
間に噴霧し、得られた乾燥粉体を600〜1000℃で
仮焼することにより鉛含有複合酸化物粉体を生成させる
ようにしているので、従来の製造方法では必要であった
排液(反応廃液)の処理工程や沈殿の洗浄、乾燥工程な
どを省略あるいは簡略化することができるとともに、出
発物質として安価な無機化合物を用いることが可能にな
り、均質かつ微細で表面活性が高く、易焼結性の電子セ
ラミックス用酸化物粉体を容易かつ経済的に製造するこ
とが可能になる。
【0037】また、Nbの出発原料として、他のニオブ
化合物よりも安価な水酸化ニオブを用いることにより、
さらに経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例の方法により製造した鉛含有複合酸化物
粉体のX線回折パターンを示す図である。
【図2】本願発明の実施例にかかる方法により製造した
鉛含有複合酸化物粉体のX線回折パターンを示す図であ
る。
【図3】従来の方法(比較例)により製造した鉛含有複
合酸化物粉体のX線回折パターンを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 25/00 - 55/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式:Pb((M1/3Nb2/3XZrY
    1-X-Y)O3(但し、Mは、Mg,Ni,Zn,Mn,
    Co,Feからなる群より選ばれる2価金属の少なくと
    も1種であり、かつ、0≦X≦0.5、0≦Y≦1.
    0)で表される鉛含有複合酸化物粉体の製造方法におい
    て、 Pb,M,Nb,Ti,Zrの各化合物を含有する酸性
    溶液を、100〜300℃に加熱された加温空間に噴霧
    し、得られた乾燥粉体を600〜1000℃で仮焼する
    ことにより鉛含有複合酸化物粉体を生成させることを特
    徴とする鉛含有複合酸化物粉体の製造方法。
  2. 【請求項2】一般式:Pb((M 1/3 Nb 2/3 X Zr Y
    1-X-Y )O 3 (但し、Mは、Mg,Ni,Zn,Mn,
    Co,Feからなる群より選ばれる2価金属の少なくと
    も1種であり、かつ、0<X≦0.5、0≦Y≦1.
    0)で表される鉛含有複合酸化物粉体の製造方法におい
    て、 Nbの出発原料として水酸化ニオブを用いて調製した、
    Pb,M,Nb,Ti,Zrの各化合物を含有する酸性
    溶液を、100〜300℃に加熱された加温空間に噴霧
    し、得られた乾燥粉体を600〜1000℃で仮焼する
    ことにより鉛含有複合酸化物粉体を生成させることを特
    徴とする鉛含有複合酸化物粉体の製造方法。
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