JP3533000B2 - ベータアルミナ質焼結体用原料、それを用いたベータアルミナ質焼結体の製造方法およびベータアルミナ質焼結体 - Google Patents
ベータアルミナ質焼結体用原料、それを用いたベータアルミナ質焼結体の製造方法およびベータアルミナ質焼結体Info
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Description
いセラミックス焼結体用原料、その原料を使用すること
によるセラミックス焼結体の製造方法、そしてその製造
方法によって得られるセラミックス焼結体に関するもの
である。
械的特性、熱的特性、電気的特性等を利用して極めて多
くの箇所の部材として利用されてきている。セラミック
スは一般的に混合した粉体粒子を成形し焼き固めること
によって製造される。よってセラミックス特有の問題と
して、粉体粒子を成形する際に、プレスする方向に対し
て粒子が選択的にある一定方向に向いてしまうという現
象がしばしば発生する。その粒子配向の程度は個々の場
合によって異なるが、この配向はセラミックス焼結体の
有する特性に大きく影響を与えることがある。
てベータアルミナ質焼結体の例がある。ベータアルミナ
質焼結体は高いナトリウムイオン伝導性を有するため、
ナトリウム−硫黄二次電池において、陽極物質である溶
融硫黄と陰極物質である溶融ナトリウムとを隔離するた
めの固体電解質として利用される。そして、このナトリ
ウム−硫黄二次電池では内部抵抗の大部分を固体電解質
が占めている。従って、電池の出力低下および充電時の
電力損失を小さく抑えるためには、固体電解質であるベ
ータアルミナ質焼結体の比抵抗を低くすること、すなわ
ち粒子配向の無いことが望ましい。
示す。このように、ベータアルミナ粒子は平衡形が板状
の形態をしており、粒子の中で、Na+ イオンが伝導する
方向は、C軸に垂直な面、すなわち伝導面に沿う方向で
あり、異方性がある。従来、このようなベータアルミナ
焼結体の製造方法としては、Na2O、Al2O3等の酸化物の
粉末を混合し、仮焼してベータアルミナ質の原料粉体を
得た後、成形、焼成する固相法が用いられている。この
方法で得られるベータアルミナ質の原料粉末の1次粒子
は、図2に示すような典型的な板状粒子になる。そし
て、この板状粒子を管状に成形すると、図3(a) 〜(d)
に示すように、プレス方向に対して粒子が垂直に配向す
る現象が生じ、両極物質間のイオン伝導が困難になり抵
抗の上昇を引き起こす。
うに仮焼工程を行わずして、すなわちベータアルミナ質
の原料粉末を経ずに直接、ベータアルミナ質焼結体を製
造する方法も開示されている。本技術は成形時の結晶相
がベータアルミナ質粒子でない為、配向性の低い焼結体
も製造できたが、使用する原料銘柄によって配向の程度
が異なることがわかり、配向性の制御が困難であった。
題を解決すべく、特願平5−328669号において、
原料の一成分である酸化アルミニウム成分のみを非晶質
原料にすることで焼結体を均等に無配向化できることを
開示した。しかし、本方法は従来の固相法とは異なるプ
ロセスを必要とする為、新たな粉体製造設備を必要と
し、工業的にコストがかかるという問題点があった。
コストをかけずに、粒子配向しにくい焼結体用の原料
を、原料銘柄間による差を問題にすることなく得ること
ができるセラミックス焼結体用原料、それを用いた製造
方法およびセラミックス焼結体を提供しようというもの
である。
質焼結体用原料は、ベータアルミナ質焼結体用原料であ
って、酸化ナトリウム源、酸化リチウム源および/また
は酸化マグネシウム源と、酸化アルミニウム源となる原
料の混合粉末のうち、90wt%以上の原料粉末の一次
粒子の粒径/厚さの比を1〜5とするとともに、原料粉
末全体の一次粒子の平均粒径を10μm以下とすること
を特徴とするものである。
製造方法は、上記ベータアルミナ質焼結体用原料を混
合、成形、焼成することを特徴とするものである。
は、上記ベータアルミナ質焼結体の製造方法によって得
られることを特徴とするものである。
中で90wt%以上の原料の一次粒子の粒径/厚さの比を1
〜5とするとともに、原料全体の一次粒子の平均粒径を
10μm以下とした原料を用いることにより、成形時にお
ける粒子配向が起こりにくく、このため焼成後の焼結体
も粒子配向しにくいことを見い出した。
でも非酸化物でも良い。90wt%以上の原料粉体特性を上
記のように限定した理由は、望ましくは用いる原料全て
の一次粒子の粒径/厚さの比を1〜5とするのが良い
が、用いている原料粉末の10wt%以下の少量の粉末が配
向しやすい板状の粒子であっても最終的な焼結体の粒子
配向に与える影響は小さかったからである。よってこの
値は低いほど望ましく、望ましくは用いる原料の95wt%
以上の、さらに望ましくは全ての一次粒子の粒径/厚さ
の比を1〜5とするのが良い。また、原料粉体全体の一
次粒子の粒径を上記のように限定した理由は、平均粒径
が10μm以上の原料では焼結性が低下して緻密な焼結体
が得られないからである。
体は、酸化ナトリウム、酸化リチウムおよび/または酸
化マグネシウムと、酸化アルミニウム源となる出発原料
粉末を用いており、各成分量としては、酸化物組成に換
算して酸化ナトリウム8〜10wt%、酸化マグネシウム3
〜6wt%および/または酸化リチウム0.1〜2wt%の範
囲にあることが望ましい。結晶相としては、主にβ”ア
ルミナ相からなり、βアルミナ、アルミン酸ナトリウム
を含むこともある。
-Al2O3粉末、Na2CO3粉末、MgO 粉末とを、それぞれ9.0
wt%Na2O、4.0 wt%MgO 、87.0wt%Al2O3 となるように
調合した。用いた原料粉体の一次粒子の形状について、
粒径/厚さの比、すなわちアスペクト比をSEM観察に
より求めた。Na2CO3とMgO の粉末はほぼ球状に近く、粒
径/厚さの比も1〜2程度であった。なお、Na2CO3粉末
の平均粒径は5μmであり、MgO 粉末の平均粒径は0.1
μmであった。そして残りの87wt%のα-Al2O3粉末につ
いては、粒子形状や平均粒径の異なる4種類の粉末を用
意して、以下の表1に示す割合で混合して用いた。用い
た粉末は、粒子形状が丸みを帯びている原料A(粒径/
厚さの比が1〜5、50個の平均が2.6 、平均粒径が0.6
μm)、粒子形状が板状である原料B(粒径/厚さの比
が6〜10、50個の平均が7.9 、平均粒径1.6 μm)、原
料C(粒径/厚さの比が3〜5、50個の平均が3.7 、平
均粒径 6.5μm)、原料D(粒径/厚さの比が2〜4、
50個の平均が3.1 、平均粒径10.3μm)である。
ルミル粉砕後、造粒してベータアルミナ質焼結体用の原
料とした。この粉末を用いて、図1に示す片方が閉じた
管を2.5ton/cm2で静水圧成形を行った。さらに、この管
形状の成形体をMgO サヤをかぶせて1620℃で1時間保持
して焼成を行なった。そして、最終的に外形d1=20.0mm
、内径d2=17.6mm 、長さL=140mm 、表面積S=165cm2の
ベータアルミナ管を製造した。そして製造したベータア
ルミナ管の粒子配向度と、径方向のイオン伝導抵抗を測
定した。
X線回折測定し、回折チャート上の、C軸に対して0°
の面回折線(006) 、C軸に対して90°の面回折線(110)
のピーク強度の比から求められる。すなわち配向度の式
D=I(006)/I(110)が大きければ成形による粒子配向の度
合いが強いことになる。イオン伝導抵抗は、350 ℃にお
けるイオン伝導抵抗率をNa/Na 通電試験装置により測定
した。測定結果を表1に示す。
原料、すなわちNa2CO3、MgO 、Al2O3 から構成される原
料全体の90wt%以上の一次粒子の粒径/厚さの比が1〜
5で、平均粒径が10μm以下の原料を用いて製造した本
発明例試料No.1〜7は、比較例試料No.8〜13と比較し
て、粒子配向度が低く、この効果によりイオン伝導抵抗
も低下していることがわかった。また、この結果から、
酸化アルミニウム原料の、77.0/87.0=89%以上が一次粒
子の粒径/厚さの比が1〜5であれば、ベータアルミナ
質焼結体の低抵抗化が図れることもわかった。
と、本発明例では、いずれもナトリウム−硫黄電池の固
体電解質として使用するために必要な焼成体密度3.20g/
cm3 以上の条件を満足しているが、比較例では、比較例
試料No.12 、13で示されるように平均粒径が10μm以上
の粉末を用いると、配向性は制御できても緻密化しない
ため、焼成体を使用することが出来なくなることがわか
った。
を例にとって説明したが、ベータアルミナではない材料
においても、本発明と同様の効果を得ることが出来る。
よって、本発明は、粒子配向が問題となるセラミックス
一般に応用することが可能な工業的に価値のある発明で
ある。
によれば、原料である原料粉体の中で90wt%以上の原料
の一次粒子の粒径/厚さの比を1〜5とするとともに、
原料全体の一次粒子の平均粒径を10μm以下とした原料
を用いているため、成形時における粒子配向が起こりに
くく、このため焼成後の焼結体も粒子配向しにくい。そ
のため、本発明をベータアルミナに適用すれば、粒子配
向によるイオン伝導抵抗の上昇が起こらないベータアル
ミナ質焼結体を低コストで製造することが可能となる。
形状を示す図である。
す図である。
態を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】ベータアルミナ質焼結体用原料であって、
酸化ナトリウム源、酸化リチウム源および/または酸化
マグネシウム源と、酸化アルミニウム源となる原料の混
合粉末のうち、90wt%以上の原料粉末の一次粒子の
粒径/厚さの比を1〜5とするとともに、原料粉末全体
の一次粒子の平均粒径を10μm以下とすることを特徴
とするベータアルミナ質焼結体用原料。 - 【請求項2】前記一次粒子の粒径/厚さの比を1〜5と
した原料粉末を95wt%以上とした請求項1記載のベ
ータアルミナ質焼結体用原料。 - 【請求項3】前記一次粒子の粒径/厚さの比を1〜5と
した原料粉末を100wt%とした請求項1記載のベー
タアルミナ質焼結体用原料。 - 【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載のベー
タアルミナ質焼結体用原料を混合、成形、焼成すること
を特徴とするベータアルミナ質焼結体の製造方法。 - 【請求項5】請求項4記載のベータアルミナ質焼結体の
製造方法によって得られることを特徴とするベータアル
ミナ質焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07155095A JP3533000B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ベータアルミナ質焼結体用原料、それを用いたベータアルミナ質焼結体の製造方法およびベータアルミナ質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP07155095A JP3533000B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ベータアルミナ質焼結体用原料、それを用いたベータアルミナ質焼結体の製造方法およびベータアルミナ質焼結体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08268761A JPH08268761A (ja) | 1996-10-15 |
JP3533000B2 true JP3533000B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=13463962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07155095A Expired - Lifetime JP3533000B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ベータアルミナ質焼結体用原料、それを用いたベータアルミナ質焼結体の製造方法およびベータアルミナ質焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3533000B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP07155095A patent/JP3533000B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH08268761A (ja) | 1996-10-15 |
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