JP3412195B2 - 複合ペロブスカイト型酸化物粉末の製造方法 - Google Patents

複合ペロブスカイト型酸化物粉末の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複合ペロブスカイト型酸
化物粉末の製造法、特に、表面活性が高く、易焼結性で
微細な複合ペロブスカイト型酸化物粉末の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、複合ペロブスカイト型酸化物粉
末、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の製造方
法としては、(イ)チタン酸ジルコン酸鉛を構成する元
素の酸化物あるいは炭酸塩の粉末を別々に秤量し、それ
らを混合粉砕して高温で仮焼する乾式法、(ロ)チタン
酸ジルコン酸鉛を構成する元素の水溶性化合物を所定の
割合で溶解した混合溶液に苛性アルカリを加えて混合水
酸化物沈殿を得、この沈殿物を洗浄して不純物陰イオン
及びアルカリイオンを除去した後、乾燥、仮焼する方
法、(ハ)チタン酸ジルコン酸鉛を構成する元素のアル
コキシド、アセチルアセトネートを混合して得られる複
合化合物溶液を加水分解し、生成したゲルを仮焼するゾ
ルーゲル法、及び(ニ)チタン酸ジルコン酸鉛を構成す
る元素の水溶性化合物を溶解した混合溶液にカルボン
酸、例えば、シュウ酸を加えて分子化合物を生成させ、
その沈殿物を洗浄して不純物を除去した後、乾燥させ、
これを仮焼する方法などが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記乾
式法では、酸化チタンと酸化鉛との固相反応が500〜
550℃で開始するのに対して、酸化ジルコニウムと酸
化鉛との固相反応は600〜700℃で開始するため、
均一で単相の固溶体を得るには、850℃以上の温度で
仮焼しなければならない。しかも、機械的混合法では原
料粉末を分子レベルで均一に分散させることは到底不可
能であるため、混合粉末中のZrとTiの構成比率が局
部的に不均一となり、ロンボヘドラル相とテトラゴナル
相の混合相の状態で反応が進行する。従って、固溶反応
を完全に行わせ、均一で目的とする単相の固溶体にする
為にも850℃以上の反応温度が必要である。このよう
に高い温度で仮焼すると、必然的に粒成長や凝集が起こ
り、生成するPZT粉末の粒子が粗大化するという問題
がある。この様な仮焼粉末を実用可能な粒径にする為に
は機械的粉砕が必要となるが、その粉砕工程で不純物が
混入するという問題をも抱えている。
【0004】他方、(ロ)の方法は、PZTの構成元素を
均一に分散させることを目的として開発されたものであ
って、(イ)の方法に比べて構成元素の均一分散性につい
ては改良されているが、構成元素の水酸化物の生成する
pH域が異なる為、全ての構成元素が完全に同時に水酸
化物を生成せず、完全に原子レベルで均一に分散させる
ことは困難である。しかも、生成した水酸化物を洗浄、
脱水して得られる乾燥ケーキは、ガラス状で緻密に凝集
した塊であるため、これを仮焼すると、焼結に近い状態
の凝集体になってしまい、簡単な粉砕処理をしただけで
は微細なPZT粉末を得ることは困難であり、エネルギ
ーの大きな粉砕装置が必要となり、乾式法と同様に粉砕
工程からの不純物の混入が避けられないという問題があ
る。また、生成した沈殿中の不純物、即ち、Na+等を
除く為、洗浄を繰り返して行わなければならず、洗浄行
程で水酸化物の溶解が起こり組成ズレを生ずる恐れがあ
るという問題もある。
【0005】また、(ハ)の方法は、(ロ)の方法と異なり
ゲル生成後に洗浄する必要がなく、又アルコキシド及び
アセチルアセテート化合物を複合化しているため、加水
分解反応が同時に起こり、構成元素がゲルのどの部分を
とっても均一に含有され、組成ズレのないゲルを合成で
き、しかもPZTの合成温度も低く、表面活性が高く、
純度の高い粉体を得ることができるという利点がある
が、原料である金属アルコキシドの大部分はコストが高
いため、大量生産には不適当である。また、鉛アルコキ
シドは揮発性が高く且つ有毒で人体に対する危険性が大
きいという問題がある。
【0006】更に、(ニ)の方法は、複合蓚酸塩を生成さ
せることによって構成元素を分子レベルで均一に分散さ
せた粉末の生成を可能にしているが、蓚酸は複数の元素
と反応して整数比の分子化合物を作る性質があるため、
整数比からズレルと完全な分子化合物を生成させること
が不可能であり、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という問題がある。
しかも、生成物が酸化物でない為、これをPZTにする
為には高温で仮焼しなければならず、必然的に粒子の凝
集が起こり粗大化を招くという問題がある他、生成物を
不純物がなくなるまで洗浄を繰り返す過程で生成物の溶
解が起こり、組成ズレを生じるという問題がある。更
に、廃液中に蓚酸根が混入してBODが非常に高くなる
ため、これを低下させるために排液の爆気処理が必要で
あるだけでなく、分子化合物を沈殿させる為にpH3〜
4とかなり酸性側で反応を進行させなければならず、必
然的に反応終了後の廃液を中和処理その他の公害防止対
策が必要となり、排水処理費用がかさみコスト高の要因
となる。
【0007】本発明は、このような技術的問題を解決
し、微細で表面活性が高く易焼結性の圧電性酸化物粉末
を安価に製造できる方法を提供することを目的とするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、一般式:(Pb1-xx)(Ti
1-yZry)O3 (Mは少なくとも一種の希土類元素、
0≦x≦1、0≦y≦1である。)で示される複合ペロ
ブスカイト型酸化物を構成する各構成元素のイオンを含
む酸性混合溶液を調製し、該酸性混合溶液に過酸化水素
を添加して前駆体溶液を得、該前駆体溶液中の前駆体を
熱分解するようにしたものである。
【0009】前記鉛化合物としては、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
鉛など低級カルボン酸塩、無機酸塩及び酸化物を単独で
或いはそれらの2種以上を組み合わせて使用することが
できる。また、稀土類元素化合物としては、硝酸塩、酢
酸塩、塩化物、酸化物を単独で或いは2種以上を組み合
わせて使用することができる。
【0010】また、チタン化合物としては、四塩化チタ
ン、オキシ硝酸チタニールなどの無機酸塩及びコストの
安価なチタンイソプロポキシド等を用いることが可能で
ある。Zr化合物としてオキシ塩化ジルコニール、オキ
シ硝酸ジルコニール、オキシ酢酸ジリコニール、水酸化
ジルコニゥム、炭酸ジルコニゥム、硝酸ジルコニゥム等
を用いることできる。尚、酸性混合溶液を調製する為の
酸としては、無機酸を使用するのが好ましく、通常、p
H3以下に調整される。また、塩化物を出発物とする場
合は、前駆体溶液の温度を50〜60℃に加温した状態
で用いるのが望ましい。
【0011】前記前駆体を熱分解する手段としては、前
駆体溶液を二流体ノズルから600〜800℃の雰囲気
中に噴霧して熱分解する方法、又は前駆体溶液を二流体
ノズルにより又はアトマイズ法により100〜200℃
の雰囲気中で噴霧乾燥して微粉末を得、該微粉末を60
0〜900℃で仮焼する方法を採用すれば良い。
【0012】
【作用】複合ペロブスカイト型酸化物の構成元素のうち
Tiイオンは、非常に不安定で、特に加温状態(50〜
70℃)では加水分解して酸化チタンとなり沈殿する性
質があるが、本発明においては、各構成元素のイオンを
含む溶液に過酸化水素を添加することにより錯体を形成
し、加温状態でも加水分解を起こさず他の構成元素のイ
オンと共にイオンレベルで均一に分散した溶液状態を維
持する。これを前駆体溶液として噴霧焙焼することによ
り又は噴霧乾燥した後、仮焼することにより熱分解反応
を行わせているので、噴霧された小滴の1/2以下の粒
径で且つ熱分解時のセルフブレークダウンによる微細化
が相乗作用として働き、非常に微細な複合ペロブスカイ
ト型酸化物粉末が得られる。
【0013】また、噴霧焙焼或は噴霧乾燥法により前駆
体を熱分解又は乾燥しているため、溶解による構成元素
の損失が防止され、配合した通りの組成の複合ペロブス
カイト型酸化物粉末が生成される。また、PZTの場
合、ZrとTiの比率により結晶形が異なり従来の固相
反応法の仮焼段階では2種類の結晶形が生じるが、本発
明方法では、構成元素全てが均一に分散した状態で噴霧
焙焼或は噴霧乾燥後に仮焼しているため、ZrとTiの
比率に合った結晶形のみしか生成されず、単一結晶形の
粉末が得られる。従って、従来法のように粉末の微細化
の為の粉砕工程は不要となり、機械的粉砕に伴う不純物
の混入という問題も解決される。
【0014】以下、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれのみに限定されるものではない。
【0015】
【実施例】純水に硝酸を加えてpH1.5に調整した酸
性水溶液1000mlに、酢酸鉛0.2モル、酢酸ジルコ
ニゥム0.104モル、チタンイソプロポキシド0.09
6モルを正確に分取して加えて酸性混合溶液を調製し、
これに過酸化水素を0.114モルを加えて橙赤色の透
明な前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液を700℃
に調整された縦型熱分解炉中に1時間当たり1200ml
の速度で二流体ノズルより霧状に吹き込み熱分解反応を
行い、PZT粉体を得た。生成したPZT粉体のX線回
折分析および比表面積(SS)測定を行なった。その結
果を図1及び表1に示す。
【0016】
【比較例】原料として酸化鉛、酸化チタン、酸化ジルコ
ニゥムを用い、これらを実施例と同じ組成になる様に混
合粉砕し、800℃で仮焼してPZT粉体を得た。実施
例同様に分析を実施した。その結果を図2及び表1に示
す。
【0017】表1 PZT粉体 X線回折 SS測定値 実施例 単一相(T相) 12m2/g 比較例 混合相(T相とR相) 1m2/g
【0018】表1及び図1、図2の結果から、本発明方
法で合成されたPZT粉体は従来の方法で得られたPZ
T粉体に比べて極めて微細で表面活性の高いことが判
る。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、複合ペロブスカイト型酸化物を構成する元素を全て
イオンの形で均一に分散した混合溶液を調整し、噴霧焙
焼或は噴霧乾燥法により直接瞬間的に固形化している為
全ての元素を分子レベルで均一に分散させることが可能
となり、均一な組成のPZT微粉末を得ることができ
る。
【0020】また、Tiイオンは非常に不安定で特に加
温状態(50〜70℃)では加水分解を行い酸化チタン
となり沈殿する性質があるが、過酸化水素との錯体を形
成させ加温状態でも加水分解を起こさず安定にイオンと
して存在させてイオンレベルでの均一分散混合溶液の状
態を維持させ、噴霧焙焼で熱分解反応を行わせているの
で噴霧された小滴の1/2以下の粒径で且つ熱分解時の
セルフブレークダウンによる微細化が相乗作用として働
き結果として非常に微細な複合ペロブスカイト型酸化物
粉体が得られる。従って、仮焼後に微細化の為の粉砕工
程が必要であった従来の蓚酸塩法や水酸化物沈殿法とは
異なり、粉砕工程が不要となり、粉砕による不純物混入
の問題もない。
【0021】本発明方法では噴霧焙焼或は噴霧乾燥法を
用いており溶解による損失がないので、仕込通りの組成
の複合ペロブスカイト型酸化物粉体を得ることができ
る。また、均一に構成元素全てが分散しているのでZr
とTiの比率にあった晶形のみしか生成されず、所定の
単一晶形の微粉末が得られる。さらに、従来法のように
反応後の廃液処理のため中和処理或は爆気処理等が殆ど
必要なく、これらに要するコストの低減化を図ることが
でき、出発原料も無機化合物を用いることができるの
で、複合ペロブスカイト型酸化物粉体を安価に製造でき
る等の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係る複合ペロブスカイト型
酸化物粉末のx線回折パターンを示す図、
【図2】 従来法に係る複合ペロブスカイト型酸化物粉
末の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 1/00 - 57/00 C01B 13/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式:(Pb1-xx)(Ti1-yZry
    3(Mは少なくとも一種の希土類元素を表わし、0≦
    x≦1、0≦y≦1である。)で示される複合ペロブス
    カイト型酸化物を構成する各構成元素のイオンを含む酸
    性混合溶液を調製し、該酸性混合溶液に過酸化水素を添
    加して前駆体溶液を得、該前駆体溶液中の前駆体を熱分
    解することを特徴とする複合ペロブスカイト型酸化物粉
    末の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記複合ペロブスカイト型酸化物を構成
    する構成元素のPb及びMの各イオンの供給源として低
    級カルボン酸塩、無機酸塩及び酸化物からなる群から選
    ばれた一種の化合物を、Ti及びZrの各イオンの供給
    源としてオキシ塩化物、オキシ硝酸塩、オキシ酢酸塩、
    水酸化物、炭酸塩及び硝酸塩からなる群から選ばれた一
    種の化合物を用いて酸性混合溶液を調製する請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】 Pb、M及びZrの各酢酸塩とチタンイ
    ソプロポキシドを用いて酸性溶液を調製する請求項1又
    は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記前駆体溶液を二流体ノズルを用いて
    600〜800℃の雰囲気中で噴霧焙焼して前記前駆体
    を熱分解する請求項1又は2記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記前駆体溶液を二流体ノズル法又はア
    トマイズ法により100〜200℃の雰囲気中で噴霧乾
    燥し、得られた乾燥微粉末を600〜900℃で仮焼す
    る請求項1又は2記載の方法。
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WO2011122448A1 (ja) 2010-03-29 2011-10-06 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質の前駆体、ならびに該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池

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