JP4997433B2 - Method for producing zirconium tungstate-magnesium tungstate composite - Google Patents

Method for producing zirconium tungstate-magnesium tungstate composite Download PDF

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Description

本発明は、タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法に関する。更に詳しくは、熱膨張の制御が可能であり、光学分野、熱エネルギー分野、電子材料分野で有用なタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法に関する。 The present invention, zirconium tungstate - relates to the manufacture how tungstate magnesium complex. More specifically, it is possible to control the thermal expansion, the optical field, thermal energy field, useful zirconium tungstate in the field of electronic materials - relates to the production how tungstate magnesium complex.

構造材料における熱膨張挙動は、加熱により体積が増えることにより変形をもたらし、異物質の接合界面における剥離ないし破壊等の大きな原因となる。特に、高い精度を要求する精密機械部品や光学部品では、かかる熱膨張をどのようにして抑制するかが大きな課題になっており、熱膨張を制御し、可能な限りゼロにしたいという要望がある。   The thermal expansion behavior of the structural material causes deformation due to an increase in volume due to heating, which is a major cause of separation or breakage at the bonding interface of foreign substances. Especially for precision mechanical parts and optical parts that require high accuracy, how to suppress such thermal expansion is a major issue, and there is a desire to control thermal expansion and make it as low as possible. .

一方、温度の上昇とともに体積が連続的に減少する挙動を「負の熱膨張(負膨張)」といい、このような負膨張を示す材料(負膨張材料)として近年注目されているのがタングステン酸ジルコニウム(ZrW)である。このタングステン酸ジルコニウムは、広い温度で等方的に負の熱膨張を示すセラミックスであり、熱膨張を抑制・制御できるため、光学部品、光学素子、精密機械部品、熱電変換材料、及び各種精密デバイスに利用されるほか、フェルール、光ファイバー・グレーティング等の光フィルター等、熱膨張の制御が重要な課題となっている種々の分野で適用されている。 On the other hand, the behavior in which the volume continuously decreases as the temperature rises is called “negative thermal expansion (negative expansion)”. Tungsten has recently attracted attention as a material exhibiting such negative expansion (negative expansion material). Zirconate (ZrW 2 O 8 ). Zirconate tungstate is a ceramic that exhibits isotropic negative thermal expansion over a wide range of temperatures. Since thermal expansion can be suppressed and controlled, optical components, optical elements, precision mechanical components, thermoelectric conversion materials, and various precision devices In addition, it is used in various fields where control of thermal expansion is an important issue, such as optical filters such as ferrules, optical fibers and gratings.

また、かかるタングステン酸ジルコニウムは、正の熱膨張を示す材料(正膨張材料)と組み合わせて複合体とすることにより、熱膨張係数を制御することができ、温度の変化によって寸法に変化が現れにくくなるため、寸法安定性に優れた材料が得られる。そして、このようなタングステン酸ジルコニウムを含む複合体を得る手段としては、タングステン酸ジルコニウムを含む組成物の焼結体を得るに際して、焼結時の昇温速度を20〜1000℃/分とし、焼結温度を777℃以下とする手段や(例えば、特許文献1を参照。)、タングステン酸ジルコニウムを含む複合体を、2〜50GPaの衝撃波を用いて圧縮固化する手段が提供されている(例えば、特許文献2を参照。)。   In addition, such a zirconium tungstate can control the coefficient of thermal expansion by combining it with a material exhibiting positive thermal expansion (positive expansion material), and changes in dimensions are difficult to appear due to changes in temperature. Therefore, a material having excellent dimensional stability can be obtained. And, as a means for obtaining such a composite containing zirconium tungstate, when obtaining a sintered body of a composition containing zirconium tungstate, the rate of temperature rise during sintering is set to 20 to 1000 ° C./minute, Means for setting the sintering temperature to 777 ° C. or lower (for example, see Patent Document 1), and means for compressing and solidifying a composite containing zirconium tungstate using a shock wave of 2 to 50 GPa are provided (for example, (See Patent Document 2).

特開2003−129149号公報([請求項1]、[0022])JP 2003-129149 A ([Claim 1], [0022]) 特開2003−201502号公報([請求項1]、[0029])JP 2003-201502 A ([Claim 1], [0029])

しかしながら、前記の手段により得られたタングステン酸ジルコニウムを含む複合体は、緻密な焼結体とはならず、性能上満足のいくものが得られていなかったのが実情であった。また、その製造方法についても効率的なものとはいえず、改善が求められていた。   However, the composite containing zirconium tungstate obtained by the above means did not become a dense sintered body, and the actual condition was that a satisfactory product was not obtained. In addition, the manufacturing method is not efficient, and improvement has been demanded.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、緻密な構造で熱膨張制御が可能であり、かつ簡便な手段で製造できるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, is capable of thermal expansion controlled in a dense structure, and zirconium tungstate can be produced in a simple way - provide a manufacturing how tungstate magnesium complex There is to do.

本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を得る第1の工程と、タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸マグネシウム粉体を得る第2の工程と、前記タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と前記タングステン酸マグネシウム粉体を混合し、放電プラズマ焼結により結晶化させる第3の工程を含むことを特徴とする。   According to the method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite of the present invention, an amorphous powder of zirconium tungstate is obtained by a sol-gel method using a first starting material containing tungsten and a second starting material containing zirconium. A second step of obtaining a magnesium tungstate powder by a sol-gel method using a third starting material containing tungsten and a fourth starting material containing magnesium, and the amorphous powder of zirconium tungstate, A third step is included, in which the magnesium tungstate powder is mixed and crystallized by discharge plasma sintering.

本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、前記第2の工程で得られるタングステン酸マグネシウム粉体が、タングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を焼結してなるタングステン酸マグネシウムの結晶粉体であることが好ましい。   In the method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite according to the present invention, the magnesium tungstate crystal obtained by sintering the magnesium tungstate amorphous powder to the magnesium tungstate powder obtained in the second step. A powder is preferred.

本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、前記タングステンを含む第1の出発物質及び前記タングステンを含む第3の物質が六塩化タングステンであり、前記ジルコニウムを含む第2の出発物質が塩化酸化ジルコニウム・八水和物であり、前記マグネシウムを含む第4の出発物質が塩化マグネシウムであることが好ましい。   In the method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite according to the present invention, the first starting material containing tungsten and the third material containing tungsten are tungsten hexachloride, and the second starting material containing zirconium. Preferably, the material is chlorinated zirconium oxide octahydrate, and the fourth starting material containing magnesium is magnesium chloride.

本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を得る第1の工程と、タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸マグネシウム粉体を得る第2の工程と、前記タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と前記タングステン酸マグネシウム粉体を混合し、放電プラズマ焼結により結晶化させる第3の工程から構成される。かかる本発明にあっては、ゾル・ゲル法により、複合体の前駆体となるタングステン酸ジルコニウム等を、他の一般的な方法と比較して低温で容易に作製できるとともに、後工程でこれらを放電プラズマ焼結により焼結・結晶化させて複合体としているので、両者の熱膨張係数の違いに起因するクラックの発生を効率よく防止することができ、複合体の密度を向上させ、緻密な構造の複合体を得ることが可能となる。また、ゾル・ゲル法と放電プラズマ焼結を併用することにより、後工程の放電プラズマ焼結における保持時間や加熱時間の負荷を低減し、前記した効果を備えた複合体を低温・短時間で簡便に得ることができる。   According to the method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite of the present invention, an amorphous powder of zirconium tungstate is obtained by a sol-gel method using a first starting material containing tungsten and a second starting material containing zirconium. A second step of obtaining a magnesium tungstate powder by a sol-gel method using a third starting material containing tungsten and a fourth starting material containing magnesium, and the amorphous powder of zirconium tungstate, This comprises a third step in which the magnesium tungstate powder is mixed and crystallized by spark plasma sintering. In the present invention, by using a sol-gel method, zirconium tungstate as a composite precursor can be easily produced at a low temperature as compared with other general methods. Since it is made into a composite by sintering and crystallization by spark plasma sintering, it is possible to efficiently prevent the occurrence of cracks due to the difference in thermal expansion coefficient between the two, improving the density of the composite and making it dense It becomes possible to obtain a complex of structure. In addition, the combined use of the sol-gel method and discharge plasma sintering reduces the load of holding time and heating time in the subsequent discharge plasma sintering, and the composite having the above-described effects can be obtained at low temperature and in a short time. It can be easily obtained.

また、本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、第2の工程で得られるタングステン酸マグネシウム粉体として、タングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を焼結してなるタングステン酸マグネシウムの結晶粉体を採用しているので、製造される複合体の焼結密度を更に向上させることが可能となる。   Moreover, the manufacturing method of the zirconium tungstate-magnesium tungstate composite of the present invention is made of magnesium tungstate obtained by sintering an amorphous powder of magnesium tungstate as the magnesium tungstate powder obtained in the second step. Since the crystal powder is used, the sintered density of the composite to be manufactured can be further improved.

本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、タングステンを含む第1の出発物質及びタングステンを含む第3の物質として六塩化タングステンを、ジルコニウムを含む第2の出発物質として塩化酸化ジルコニウム・八水和物を、マグネシウムを含む第4の出発物質として塩化マグネシウムをそれぞれ採用するので、出発原料が安定であり、製造されるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体をより緻密な構造とすることができる。   The method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite of the present invention includes tungsten hexachloride as a first starting material containing tungsten and tungsten hexachloride as a third material containing tungsten, and chlorination oxidation as a second starting material containing zirconium. Zirconium octahydrate and magnesium chloride are employed as the fourth starting material containing magnesium, respectively, so that the starting material is stable and the manufactured zirconium tungstate-magnesium tungstate complex has a more precise structure. can do.

以下、本発明を説明する。本発明で得られるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体(以下、単に「複合体」とすることもある。)は、負膨張材料であるタングステン酸ジルコニウムと正膨張材料であるタングステン酸マグネシウム粉体という相反する熱膨張挙動を備えた材料の結晶粉体により構成されるので、熱膨張挙動が相殺され、温度上昇に対する寸法安定性が良好な機能性セラミックス材料である。 The present invention will be described below. The zirconium tungstate-magnesium tungstate composite (hereinafter, simply referred to as “composite”) obtained in the present invention is composed of zirconium tungstate as a negative expansion material and magnesium tungstate powder as a positive expansion material. Therefore, the functional ceramic material is a functional ceramic material that is offset by the thermal expansion behavior and has good dimensional stability against temperature rise.

負膨張材料であるタングステン酸ジルコニウムは、温度の変化により、2つの相に転移することが知られている。一般的には、常温でα相が安定であるが、120〜160℃の温度において、α相からβ相に転移する。かかるα相とβ相は、結晶構造及び格子間隔が異なるため、その熱膨張係数に違いがある。α相は立方晶であり、−273〜120℃の温度範囲で、概ね−5.0×10−6〜−9.0×10−6/℃程度の熱膨張係数を有する。β相も立方晶であり、170〜400℃の温度範囲で−3.0×10−6〜−7.0×10−6/℃程度の熱膨張係数を有する。 It is known that zirconium tungstate, which is a negative expansion material, transitions into two phases due to a change in temperature. In general, the α phase is stable at room temperature, but transitions from the α phase to the β phase at a temperature of 120 to 160 ° C. Since the α phase and the β phase have different crystal structures and lattice spacings, their thermal expansion coefficients are different. The α phase is cubic and has a thermal expansion coefficient of about −5.0 × 10 −6 to −9.0 × 10 −6 / ° C. in a temperature range of −273 to 120 ° C. The β phase is also cubic and has a thermal expansion coefficient of about −3.0 × 10 −6 to −7.0 × 10 −6 / ° C. in the temperature range of 170 to 400 ° C.

なお、タングステン酸マグネシウムは、温度の変化による相の転移はなく、熱膨張係数は、5.0×10−6〜7.5×10−6/℃程度となる。 Magnesium tungstate has no phase transition due to temperature change, and the thermal expansion coefficient is about 5.0 × 10 −6 to 7.5 × 10 −6 / ° C.

本発明で得られる複合体における熱膨張係数は、焼結条件や結晶状態にもよるが、負膨張材料であるタングステン酸ジルコニウムと、正膨張材料であるタングステン酸マグネシウムの組成バランスにより左右される。タングステン酸ジルコニウム(ZrW)とタングステン酸マグネシウム(MgWO)の組成比(タングステン酸ジルコニウム/タングステン酸マグネシウム)と熱膨張係数との関係を表1に示す。 The thermal expansion coefficient in the composite obtained by the present invention depends on the composition balance of zirconium tungstate, which is a negative expansion material, and magnesium tungstate, which is a positive expansion material, although it depends on the sintering conditions and the crystalline state. Table 1 shows the relationship between the composition ratio of zirconium tungstate (ZrW 2 O 8 ) and magnesium tungstate (MgWO 4 ) (zirconium tungstate / magnesium tungstate) and the thermal expansion coefficient.

(組成比と熱膨張係数の関係)

Figure 0004997433
(Relationship between composition ratio and thermal expansion coefficient)
Figure 0004997433

本発明で得られるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体にあって、熱膨張係数は、−6.0×10−6〜6.0×10−6/℃(表1で、タングステン酸ジルコニウム/タングステン酸マグネシウムが概ね90/10〜10/90)であれば、温度の変化によって寸法に変化が現れにくくなるため、温度上昇に対する寸法安定性に優れた材料となる。特に、熱膨張係数が−1.0×10−7〜1.0×10−7/℃(表1で、タングステン酸ジルコニウム/タングステン酸マグネシウムが概ね70/30〜50/50)であれば、いわゆる略ゼロ膨張材料となり、温度の変化によって寸法に変化がほとんど現れず、温度上昇に対する寸法安定性に極めて優れた材料となる。 In the zirconium tungstate-magnesium tungstate composite obtained by the present invention , the coefficient of thermal expansion is −6.0 × 10 −6 to 6.0 × 10 −6 / ° C. (in Table 1, zirconium tungstate / If the magnesium tungstate is about 90/10 to 10/90), the change in the temperature is less likely to occur due to the change in temperature, so that the material is excellent in dimensional stability against a temperature rise. In particular, if the thermal expansion coefficient is −1.0 × 10 −7 to 1.0 × 10 −7 / ° C. (in Table 1, zirconium tungstate / magnesium tungstate is approximately 70/30 to 50/50), It becomes a so-called substantially zero-expansion material, and the material hardly changes in dimensions due to a change in temperature, and is extremely excellent in dimensional stability against temperature rise.

そして、かかる複合体は、例えば、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸ジルコニウム粉体を得る第1の工程と、タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸マグネシウム粉体を得る第2の工程と、前記タングステン酸ジルコニウムとタングステン酸マグネシウムを混合し、放電プラズマ焼結により結晶化させる第3の工程を含む製造方法により効率よく得ることができる。   The composite includes, for example, a first step of obtaining a zirconium tungstate powder by a sol-gel method using a first starting material containing tungsten and a second starting material containing zirconium, and a third containing tungsten. A second step of obtaining a magnesium tungstate powder by a sol-gel method, and mixing the zirconium tungstate and magnesium tungstate, and crystallizing by discharge plasma sintering It can obtain efficiently by the manufacturing method including the 3rd process to make.

ここで、ゾル・ゲル法とは、一般に、出発原料を溶媒に溶かして溶液として、加水分解や縮重合等の化学反応を経て析出したゾル溶液を凝集させてゲル化物を形成し、かかるゲル化物を熱処理することで内部に残された溶媒を取り除き、さらに必要により焼結処理等で緻密化を促進させることにより、ガラスやセラミックスを得る手段である。本発明にあっては、かかるゾル・ゲル法を用いて、前駆体となるタングステン酸ジルコニウムとタングステン酸マグネシウムを製造することにより、後工程で適用する放電プラズマ焼結における加熱時間や保持温度の負荷を効率よく低減できる。   Here, the sol-gel method is generally a solution in which a starting material is dissolved in a solvent, and a sol solution precipitated through a chemical reaction such as hydrolysis or polycondensation is aggregated to form a gelled product. This is a means for obtaining glass or ceramics by removing the solvent left inside by heat treatment, and further promoting densification by sintering treatment or the like if necessary. In the present invention, by using such a sol-gel method to produce zirconium tungstate and magnesium tungstate as precursors, the load of heating time and holding temperature in discharge plasma sintering applied in the subsequent process Can be reduced efficiently.

(1)ゾル・ゲル法によるタングステン酸ジルコニウムの製造(第1工程):
本発明の製造方法を構成する第1工程は、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質を、ゾル・ゲル法を用いてタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を製造する工程である。
(1) Production of zirconium tungstate by sol-gel method (first step):
The first step constituting the production method of the present invention is a step of producing an amorphous powder of zirconium tungstate by using a first starting material containing tungsten and a second starting material containing zirconium using a sol-gel method. It is.

かかる第1工程にあっては、タングステンを含む第1の出発物質を、不活性化ガス中でアルコールに溶解させ、溶液(以下、「第1の溶液」とすることもある。)として加水分解を進行させる。タングステンを含む第1の出発物質としては、例えば、六塩化タングステン(WCl)、タングステンのアルコキシドであるW(OC、W(O−i−C等が挙げられるが、材料の安定性という点で、六塩化タングステンを使用することが好ましい。 In the first step, the first starting material containing tungsten is dissolved in alcohol in an inert gas and hydrolyzed as a solution (hereinafter sometimes referred to as “first solution”). To advance. Examples of the first starting material containing tungsten include tungsten hexachloride (WCl 6 ), tungsten alkoxides W (OC 2 H 5 ) 5 , W (Oi-C 3 H 7 ) 5, and the like. However, it is preferable to use tungsten hexachloride in terms of material stability.

また、第1の出発物質を溶解させるためのアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価のアルコール化合物や多価アルコール化合物等の種々の化合物を用いることができる。また、これらのアルコールは、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用してもよい。本発明にあっては、第1の出発物質を、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で、当該アルコール中に溶解させて第1の溶液とすればよい。   As the alcohol for dissolving the first starting material, various compounds such as monohydric alcohol compounds such as methanol, ethanol, propanol, and butanol, and polyhydric alcohol compounds can be used. These alcohols may be used alone or in combination of two or more thereof. In the present invention, the first starting material may be dissolved in the alcohol in an inert gas such as argon gas or nitrogen gas to form the first solution.

ジルコニウムを含む第2の出発物質は、アルコールと酸に溶解させて溶液(以下、「第2の溶液」とすることもある。)として、加水分解を進行させる。ジルコニウムを含む第2の出発物質としては、塩化酸化ジルコニウム・八水和物(ZrOCl・8HO)、ZrCl、ZrO(NO・2HO等、Zr(OC等のジルコニウムのアルコキシドが挙げられる。この中では、材料の安定性という点で、塩化酸化ジルコニウム・八水和物(ZrOCl・8HO)を使用することが好ましい。 The second starting material containing zirconium is dissolved in an alcohol and an acid to cause hydrolysis to proceed as a solution (hereinafter sometimes referred to as “second solution”). Examples of the second starting material containing zirconium include zirconium chloride oxide octahydrate (ZrOCl 2 .8H 2 O), ZrCl 4 , ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O, Zr (OC 2 H 5 ), and the like. 4 and the like. Among them, it is preferable to use zirconium chloride oxide octahydrate (ZrOCl 2 .8H 2 O) in terms of material stability.

第2の出発物質を溶解させるためのアルコールとしては、第1の出発物質を溶解させるアルコールと同様、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価のアルコール化合物や多価アルコール化合物等の種々の化合物を用いることができる。これらのアルコールは、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用するようにしてもよい。また、酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等を使用することができる、これらの酸は、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用するようにしてもよい。   As the alcohol for dissolving the second starting material, various compounds such as monohydric alcohol compounds such as methanol, ethanol, propanol and butanol, and polyhydric alcohol compounds as in the case of the alcohol dissolving the first starting material. Can be used. One of these alcohols may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. As the acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid and the like can be used. These acids may be used alone or in combination of two or more. May be.

次に、第1の出発物質を溶解した第1の溶液と、第2の出発物質を溶解した第2の溶液を混合・撹拌、及び静置することにより、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質のゾル溶液を調製する。かかるゾル溶液の調製に際しては、第1の溶液と第2の溶液を、室温で好ましくは24〜72時間、更に好ましくは30〜72時間混合・撹拌して、混合溶液とする。そして、かかる混合溶液を、室温で好ましくは12〜48時間、更に好ましくは24〜48時間静置することにより、溶液中のタングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質の縮重合が起こり、ゾル溶液が形成される。   Next, the first solution containing the first starting material and the second solution containing the second starting material dissolved are mixed, stirred, and allowed to stand, thereby allowing the first starting material containing tungsten to A sol solution of a second starting material containing zirconium is prepared. In preparing the sol solution, the first solution and the second solution are mixed and stirred at room temperature, preferably for 24 to 72 hours, more preferably for 30 to 72 hours, to obtain a mixed solution. The mixed solution is allowed to stand at room temperature, preferably for 12 to 48 hours, more preferably for 24 to 48 hours, so that the first starting material containing tungsten and the second starting material containing zirconium in the solution are mixed. Polycondensation occurs and a sol solution is formed.

かかるゾル溶液は、加熱処理を施すことにより、溶液中のタングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質の縮重合が更に進行し、溶媒が除去されることにより、タングステン酸ジルコニウムのゲル化物が形成される。加熱処理によるゲル化物の形成にあっては、オイルバス、ホットプレート等の公知の加熱手段を用いて、加熱温度を80〜100℃とすることが好ましく、90〜100℃とすることが更に好ましい。また、加熱時間は、5〜12時間とすることが好ましく、8〜12時間とすることが更に好ましい。   By subjecting such a sol solution to heat treatment, polycondensation of the first starting material containing tungsten and the second starting material containing zirconium in the solution further proceeds, and the solvent is removed, whereby tungstic acid is removed. A gelled product of zirconium is formed. In the formation of the gelated product by heat treatment, the heating temperature is preferably 80 to 100 ° C., more preferably 90 to 100 ° C., using a known heating means such as an oil bath or a hot plate. . The heating time is preferably 5 to 12 hours, and more preferably 8 to 12 hours.

そして、得られたタングステン酸ジルコニウムのゲル化物を仮焼結処理(いわゆる仮焼きと同意。以下同。)することにより、タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を得ることができる。かかる仮焼結処理は、電気炉等の公知の加熱手段により、加熱温度を400〜450℃とすることが好ましく、430〜450℃とすることが特に好ましい。また、加熱時間は、5〜12時間とすることが好ましく、10〜12時間とすることが特に好ましい。   And the amorphous powder of a zirconium tungstate can be obtained by carrying out temporary sintering processing (it agrees with what is called calcination. The following is the same) for the gelled product of the obtained zirconium tungstate. In the preliminary sintering treatment, the heating temperature is preferably 400 to 450 ° C., and particularly preferably 430 to 450 ° C., by a known heating means such as an electric furnace. The heating time is preferably 5 to 12 hours, particularly preferably 10 to 12 hours.

(2)ゾル・ゲル法によるタングステン酸マグネシウム粉体の製造(第2工程):
本発明の製造方法を構成する第2工程は、タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質を、ゾル・ゲル法を用いてタングステン酸ジルコニウム粉体を製造する工程である。
(2) Production of magnesium tungstate powder by sol-gel method (second step):
The second step constituting the production method of the present invention is a step of producing a zirconium tungstate powder by using a sol-gel method with a third starting material containing tungsten and a fourth starting material containing magnesium. .

ここで、かかる第2工程にあっては、前記した第1工程と同様に、タングステンを含む第3の出発物質を、不活性化ガス中でアルコールに溶解させ溶液(以下、「第3の溶液」とすることもある。)として、加水分解を進行させる。タングステンを含む第3の出発物質としては、第1の出発物質と同様、例えば、六塩化タングステン(WCl)、タングステンのアルコキシドであるW(OC、W(O−i−C等が挙げられるが、材料の安定性という点で、六塩化タングステンを使用することが好ましい。 Here, in the second step, as in the first step, a third starting material containing tungsten is dissolved in alcohol in an inert gas (hereinafter referred to as “third solution”). The hydrolysis is allowed to proceed. As the third starting material containing tungsten, for example, tungsten hexachloride (WCl 6 ), tungsten alkoxide W (OC 2 H 5 ) 5 , W (O-i-C) is the same as the first starting material. 3 H 7 ) 5 and the like, and tungsten hexachloride is preferably used in terms of material stability.

第3の出発物質を溶解させるためのアルコールも、前記した第1工程と同様に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価のアルコール化合物や多価アルコール化合物等の種々の化合物を用いることができる。また、これらのアルコールは、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用してもよい。本発明にあっては、第3の出発物質を、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で、当該アルコール中に溶解させて第3の溶液とするようにすればよい。   As the alcohol for dissolving the third starting material, various compounds such as monohydric alcohol compounds such as methanol, ethanol, propanol and butanol, and polyhydric alcohol compounds may be used as in the first step. it can. These alcohols may be used alone or in combination of two or more thereof. In the present invention, the third starting material may be dissolved in the alcohol in an inert gas such as argon gas or nitrogen gas to form a third solution.

マグネシウムを含む第4の出発物質は、第1工程のジルコニウムを含む第3の出発物質と同様、アルコールと酸に溶解させて溶液(以下、「第4の溶液」とすることもある。)として、加水分解を進行させる。マグネシウムを含む第4の出発物質としては、塩化マグネシウム(MgCl)、Mg(C・4HO、MgCl・6HO、Mg(OCH5)等のマグネシウムのアルコキシドが挙げられる。この中では、材料の安定性という点で、塩化マグネシウム(MgCl)を使用することが好ましい。 Similar to the third starting material containing zirconium in the first step, the fourth starting material containing magnesium is dissolved in alcohol and acid as a solution (hereinafter, sometimes referred to as “fourth solution”). , Proceed with hydrolysis. As the fourth starting material containing magnesium, magnesium such as magnesium chloride (MgCl 2 ), Mg (C 2 H 3 O 2 ) 2 .4H 2 O, MgCl 2 .6H 2 O, Mg (OC 2 H5) 2, etc. Of the alkoxide. Among these, it is preferable to use magnesium chloride (MgCl 2 ) in terms of material stability.

第4の出発物質を溶解させるためのアルコールとしては、第1の出発物質及び第3の出発物質を溶解させるアルコールと同様、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価のアルコール化合物や多価アルコール化合物等の種々の化合物を用いることができる。これらのアルコールは、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用するようにしてもよい。また、酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等を使用することができる、これらの酸は、その1種を単独で使用してもよく、あるいはその2種以上を組み合わせて使用するようにしてもよい。   As the alcohol for dissolving the fourth starting material, a monovalent alcohol compound such as methanol, ethanol, propanol, butanol or a polyhydric alcohol is used in the same manner as the alcohol for dissolving the first starting material and the third starting material. Various compounds such as a compound can be used. One of these alcohols may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. As the acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid and the like can be used. These acids may be used alone or in combination of two or more. May be.

次に、第1工程と同様に、第3の出発物質を溶解した第3の溶液と、第4の出発物質を溶解した第4の溶液を混合・撹拌、及び静置することにより、タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質のゾル溶液を調製する。かかるゾル溶液の調製に際しては、第3の溶液と、第4の溶液を、室温で好ましくは24〜72時間、更に好ましくは30〜72時間混合・撹拌して混合溶液とする。そして、かかる混合溶液を、室温で好ましくは12〜48時間、更に好ましくは24〜48時間静置することにより、溶液中のタングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質の縮重合が起こり、ゾル溶液が形成される。   Next, in the same manner as in the first step, the third solution in which the third starting material is dissolved and the fourth solution in which the fourth starting material is dissolved are mixed, stirred, and allowed to stand, thereby leaving tungsten. A sol solution of a third starting material containing and a fourth starting material containing magnesium is prepared. In preparing the sol solution, the third solution and the fourth solution are mixed and stirred at room temperature, preferably for 24 to 72 hours, more preferably for 30 to 72 hours, to obtain a mixed solution. The mixed solution is allowed to stand at room temperature, preferably for 12 to 48 hours, more preferably for 24 to 48 hours, so that the third starting material containing tungsten and the fourth starting material containing magnesium in the solution are mixed. Polycondensation occurs and a sol solution is formed.

かかるゾル溶液は、第1工程と同様に、加熱処理を施すことにより、溶液中のタングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質の縮重合が更に進行して、溶媒が除去されることにより、タングステン酸マグネシウムのゲル化物が形成される。かかる加熱処理によるゲル化物の形成は、第1工程と同様に、オイルバス、ホットプレート等の公知の加熱手段を用いて、加熱温度を好ましくは80〜100℃、更に好ましくは
90〜100℃として、加熱時間を好ましくは5〜12時間、更に好ましくは8〜12時間として、加熱処理を施せばよい。
As in the first step, the sol solution is subjected to a heat treatment, so that the polycondensation of the third starting material containing tungsten and the fourth starting material containing magnesium in the solution further proceeds, and the solvent is removed. By being removed, a gelled product of magnesium tungstate is formed. The formation of the gelled product by such heat treatment is performed at a heating temperature of preferably 80 to 100 ° C., more preferably 90 to 100 ° C., using a known heating means such as an oil bath or a hot plate, as in the first step. The heating time is preferably 5 to 12 hours, more preferably 8 to 12 hours.

そして、得られたタングステン酸マグネシウムのゲル化物を仮焼結処理することにより、タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を得ることができる。かかる仮焼結処理は、電気炉等の公知の加熱手段により、加熱温度を好ましくは400〜450℃、更に好ましくは430〜450℃として、加熱時間を好ましくは5〜12時間、更に好ましくは10〜12時間とすればよい。   And the amorphous powder of zirconium tungstate can be obtained by pre-sintering the gelled product of the obtained magnesium tungstate. Such pre-sintering treatment is performed by a known heating means such as an electric furnace, preferably at a heating temperature of 400 to 450 ° C., more preferably 430 to 450 ° C., and a heating time of preferably 5 to 12 hours, more preferably 10 It should be ~ 12 hours.

なお、本発明の製造方法にあっては、得られたタングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を更に焼結して、結晶化させることが好ましい。タングステン酸マグネシウムを結晶粉体とすることにより、製造される複合体の焼結密度を更に向上させることができる。タングステン酸マグネシウムを焼結させる手段としては、特に制限はなく、例えば、常圧での加熱焼結、加圧状態での加熱焼結のほか、後記する放電プラズマ焼結を行って焼結・結晶化させるようにしてもよい。下記の条件によれば、得られるタングステン酸マグネシウムの結晶粉体の熱膨張係数は、50〜400℃の温度範囲で、概ね6.0×10−6〜7.5×10−6/℃程度に制御することができる。 In addition, in the manufacturing method of this invention, it is preferable to further sinter and crystallize the obtained amorphous powder of magnesium tungstate. By using magnesium tungstate as crystal powder, the sintered density of the composite to be produced can be further improved. The means for sintering the magnesium tungstate is not particularly limited. For example, in addition to heat sintering at normal pressure, heat sintering in a pressurized state, discharge plasma sintering, which will be described later, is used for sintering / crystallization. You may make it make it. According to the following conditions, the thermal expansion coefficient of the obtained magnesium tungstate crystal powder is approximately 6.0 × 10 −6 to 7.5 × 10 −6 / ° C. in the temperature range of 50 to 400 ° C. Can be controlled.

タングステン酸マグネシウムの結晶粉体を得るにあたり、保持温度としては、600〜
850℃とすることが好ましく、750〜850℃とすることが更に好ましい。また、か
かる温度の保持時間としては、30分以上とすることが好ましく、60分以上とすること
が更に好ましい。昇温速度としては50〜200℃/時とすることが好ましく、50〜1
00℃/時とすることが更に好ましい。
In obtaining the crystal powder of magnesium tungstate, the holding temperature is 600 to
It is preferable to set it as 850 degreeC, and it is still more preferable to set it as 750-850 degreeC. In addition, the temperature holding time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 60 minutes or more. The rate of temperature rise is preferably 50 to 200 ° C./hour, 50 to 1
More preferably, the temperature is set to 00 ° C./hour.

加圧状態での加熱焼結や放電プラズマ焼結におけるプレス圧力としては、20〜100MPaとすることが好ましく、50〜100MPaとすることが更に好ましい。なお、これらはアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   The press pressure in heat sintering or discharge plasma sintering in a pressurized state is preferably 20 to 100 MPa, and more preferably 50 to 100 MPa. In addition, it is preferable to perform these in inert gas atmosphere, such as argon gas and nitrogen gas.

(3)放電プラズマ焼結によるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造(第3工程):
本発明の製造方法を構成する第3工程は、第1の工程で得られたタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と、第2の工程で得られたタングステン酸マグネシウム粉体を混合し、放電プラズマ焼結により焼結・結晶化させる工程である。
(3) Production of zirconium tungstate-magnesium tungstate composite by spark plasma sintering (third step):
In the third step constituting the production method of the present invention, the zirconium tungstate amorphous powder obtained in the first step and the magnesium tungstate powder obtained in the second step are mixed, and discharge plasma sintering is performed. This is a process of sintering and crystallization by crystallization.

また、第1の工程で得られたタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と第2の工程で得られたタングステン酸マグネシウム粉体を混合するには、湿式混合や乾式混合等の公知の混合手段を採用することができる。このうち、湿式混合における溶媒としては、非水系の溶剤、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤や、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤等を使用することが好ましい。溶剤の使用量は、例えば、スラリー粘度として概ね5Pa・s程度になるようにすればよい。また、湿式混合や乾式混合にあっては、通常の撹拌処理に加えて、例えば、ボールミル、振動ミル、遊星ミル等の公知のミル装置を用いて混合するようにしてもよい。   In addition, in order to mix the amorphous powder of zirconium tungstate obtained in the first step and the magnesium tungstate powder obtained in the second step, a known mixing means such as wet mixing or dry mixing is employed. can do. Among these, as a solvent in wet mixing, non-aqueous solvents, for example, alcohol solvents such as methanol and ethanol, aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, and the like should be used. Is preferred. The amount of solvent used may be, for example, about 5 Pa · s as the slurry viscosity. In addition, in the case of wet mixing or dry mixing, mixing may be performed using a known mill device such as a ball mill, a vibration mill, or a planetary mill, in addition to a normal stirring process.

本発明の第3工程にあっては、前記のようにして混合されたタングステン酸ジルコニウムとタングステン酸マグネシウムの混合物を放電プラズマ焼結で焼結、結晶化させる。放電プラズマ焼結(Spark Plasma Sintering:SPS法ともよばれる。)は、粉末の圧縮成形体に低電圧で直流パルス電圧を投入し、火花放電現象により粉体の間隙で瞬時に発生する数千から1万℃程度の放電プラズマの高エネルギーを熱拡散・電界拡散等へ効果的に適用させて、粉体の焼結を行う方法である。   In the third step of the present invention, the mixture of zirconium tungstate and magnesium tungstate mixed as described above is sintered and crystallized by spark plasma sintering. In spark plasma sintering (also referred to as SPS method), a DC pulse voltage is applied to a compacted powder compact at a low voltage, and several thousand to one instantaneously generated in a gap between powders due to a spark discharge phenomenon. This is a method of sintering powder by effectively applying high energy of discharge plasma of about 10,000 ° C. to thermal diffusion, electric field diffusion and the like.

本発明にあっては、タングステン酸ジルコニウムとタングステン酸マグネシウムの複合化に際して加圧圧縮した状態でパルス通電を行うことにより、粉体間をパルス大電流が通過することによる粉末表面の急激なジュール加熱、原料合金微粉間隙で生じる放電プラズマによる表面活性化、クリーニング作用、放電点及びジュール発熱点の移動等によって、原料合金微粉の表面付近のみが急速に発熱し、加熱されることになる。本発明の製造方法として放電プラズマ焼結を採用することにより、一般的な焼結と比較してはるかに急速な昇温が可能であり、複合体の焼結密度を格段に向上でき、また、負膨張材料であるタングステン酸ジルコニウムと、正膨張材料であるタングステン酸マグネシウムを焼結・結晶化させて複合体とするに際し、両者の熱膨張係数の違いに起因するクラックの発生を効率よく防止することができる。放熱プラズマ焼結を実施する装置としては、例えば、放電プラズマ焼結装置(ドクターシンターSPS−1050:SPSシンテックス(株)製)等を使用することができる。   In the present invention, rapid Joule heating of the powder surface by passing a large pulse current between the powders is performed by applying a pulse current in a compressed and compressed state when compositing zirconium tungstate and magnesium tungstate. By virtue of surface activation by the discharge plasma generated in the gap between the raw material alloy fine powders, cleaning action, movement of the discharge point and Joule heating point, only the vicinity of the surface of the raw material alloy fine powder is rapidly heated and heated. By adopting spark plasma sintering as the production method of the present invention, it is possible to raise the temperature much more rapidly than general sintering, and the sintering density of the composite can be significantly improved. When sintering and crystallizing negatively-expanded material zirconium tungstate and positively-expanded material magnesium tungstate to form a composite, it effectively prevents cracks due to the difference in thermal expansion coefficient between the two. be able to. As an apparatus for performing heat radiation plasma sintering, for example, a discharge plasma sintering apparatus (Doctor Sinter SPS-1050: manufactured by SPS Syntex Corporation) or the like can be used.

放電プラズマ焼結は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、放電プラズマ焼結におけるプレス圧力としては、10〜200MPaとすることが好ましく、50〜100MPaとすることが更に好ましい。   The discharge plasma sintering is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. Moreover, as a press pressure in discharge plasma sintering, it is preferable to set it as 10-200 Mpa, and it is still more preferable to set it as 50-100 Mpa.

保持温度としては、タングステンの分解温度(777℃)を考慮して、500〜750℃とすることが好ましく、600〜650℃とすることが更に好ましい。また、かかる温度の保持時間としては、10分以上とすることが好ましく、30分以上とすることが更に好ましい。また、昇温速度としては50〜200℃/分とすることが好ましく、50〜100℃/分とすることが更に好ましい。   The holding temperature is preferably 500 to 750 ° C. and more preferably 600 to 650 ° C. in consideration of the decomposition temperature of tungsten (777 ° C.). In addition, the temperature holding time is preferably 10 minutes or more, and more preferably 30 minutes or more. Moreover, it is preferable to set it as 50-200 degreeC / min as a temperature increase rate, and it is still more preferable to set it as 50-100 degreeC / min.

かかる本発明のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法は、ゾル・ゲル法によりタングステン酸ジルコニウム粉体及びタングステン酸マグネシウム粉体を調製しているので、複合体の前駆体となるこれらタングステン酸ジルコニウム等を、他の一般的な方法と比較して低温で容易に作製することが可能となり、また、負膨張材料であるタングステン酸ジルコニウムと、正膨張材料であるタングステン酸マグネシウムを放電プラズマ焼結により焼結・結晶化させて複合体としているので、両者の熱膨張係数の違いに起因するクラックの発生を効率よく防止して、複合体の密度を向上させ、緻密な構造の複合体を得ることができる。更には、ゾル・ゲル法と放電プラズマ焼結を併用することにより、後工程の放電プラズマ焼結における保持時間や加熱時間の負荷を低減し、前記した効果を備えた複合体を低温・短時間で得ることが可能となる。   In the method for producing the zirconium tungstate-magnesium tungstate composite of the present invention, the zirconium tungstate powder and the magnesium tungstate powder are prepared by the sol-gel method. Zirconate and the like can be easily produced at a low temperature compared to other general methods. In addition, zirconium tungstate, which is a negative expansion material, and magnesium tungstate, which is a positive expansion material, are subjected to discharge plasma sintering. Because it is sintered and crystallized into a composite by sintering, cracks due to the difference in thermal expansion coefficient between them are effectively prevented, the density of the composite is improved, and a composite with a dense structure is formed. Obtainable. Furthermore, by combining the sol-gel method and the discharge plasma sintering, the burden of holding time and heating time in the subsequent discharge plasma sintering is reduced, and the composite having the above-described effects can be reduced at a low temperature and in a short time. Can be obtained.

本発明で得られるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体は、機能性セラミックス材料として用いることができ、当該粉状の複合体を成形ないしは焼結成形して備えるようにした成形体は、加熱に対する寸法安定性に優れるため、熱膨張の制御が重要な課題となっている光学分野、熱エネルギー分野、電子材料分野等において、光ファイバー用フェルール、光ファイバー・グレーティング等の光フィルター、光ファイバー用被覆体、半導体部品,精密電子部品,光導波路等の精密デバイス、または燃料電池用セパレータ等の熱電変換材料、精密光学部品、光学素子等に使用することができる。 The zirconium tungstate-magnesium tungstate composite obtained by the present invention can be used as a functional ceramic material, and the molded body prepared by molding or sintering the powder composite is used for heating. In the optical, thermal energy, and electronic materials fields where control of thermal expansion is an important issue due to excellent dimensional stability, optical filters such as optical fiber ferrules, optical fibers and gratings, optical fiber coatings, and semiconductors It can be used for parts, precision electronic parts, precision devices such as optical waveguides, thermoelectric conversion materials such as fuel cell separators, precision optical parts, optical elements, and the like.

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。   The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and has the configuration of the present invention and can achieve the objects and effects. It goes without saying that modifications and improvements within the scope are included in the content of the present invention. Further, the specific structure, shape, and the like in carrying out the present invention are not problematic as other structures, shapes, and the like as long as the objects and effects of the present invention can be achieved. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

例えば、本発明の複合体の製造方法における、タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体やタングステン酸マグネシウム粉体を得る手段としてのゾル・ゲル法は、前記の内容には限定されず、タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質よりタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を、あるいはタングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質よりタングステン酸マグネシウム粉体を得ることができるゾル・ゲル法を採用するのであれば、特に制限はない。   For example, the sol-gel method as a means for obtaining an amorphous powder of zirconium tungstate or a magnesium tungstate powder in the method for producing a composite of the present invention is not limited to the above-described contents, and the first containing tungsten. To obtain an amorphous zirconium tungstate powder from a second starting material containing zirconium and a second starting material containing zirconium, or obtaining a magnesium tungstate powder from a third starting material containing tungsten and a fourth starting material containing magnesium. If a sol-gel method that can be used is adopted, there is no particular limitation.

なお、本発明で得られるタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体を製造するにあっては、本発明の目的及び効果を妨げない範囲において、焼結助剤、結合剤(バインダー)等を適宜添加することができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
In addition, in producing the zirconium tungstate-magnesium tungstate composite body obtained in the present invention, a sintering aid, a binder (binder), etc. are appropriately added within a range not hindering the object and effect of the present invention. can do.
In addition, the specific structure, shape, and the like in the implementation of the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these.

[実施例1]
タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造:
下記(1)〜(3)により、タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体を製造した。
[Example 1]
Production of zirconium tungstate-magnesium tungstate composite:
The following (1) to (3), data tungsten zirconium - was prepared tungsten magnesium complex.

(1)タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体の製造:
ジルコニウムとタングステンのモル比がジルコニウム/タングステン=1/2となるように、塩化酸化ジルコニウム・八水和物(キシダ化学(株)製、純度99%)を10.15g、六塩化タングステン(キシダ化学(株)製、純度99%)を25.00gそれぞれ秤量した。秤量後、六塩化タングステンを、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中でエタノール250mlに撹拌しながら溶解させて第1の溶液とした。一方、塩化酸化ジルコニウム・八水和物は、大気中で2−ブタノール100mlと混合し、さらに4N酢酸50mlを入れて、撹拌させて溶解させ、第2の溶液とした。
(1) Production of amorphous powder of zirconium tungstate:
10.15 g of chlorinated zirconium oxide octahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99%) and tungsten hexachloride (Kishida Chemical) so that the molar ratio of zirconium to tungsten is 1/2. 25.00 g each (manufactured by Co., Ltd., purity 99%) were weighed. After weighing, tungsten hexachloride was dissolved in 250 ml of ethanol with stirring in a glove box under an argon gas atmosphere to obtain a first solution. On the other hand, zirconium chloride octahydrate was mixed with 100 ml of 2-butanol in the atmosphere, and further 50 ml of 4N acetic acid was added and dissolved by stirring to obtain a second solution.

得られた第1の溶液と第2の溶液を混合して、室温で30時間撹拌してゾル溶液とした。かかるゾル溶液を42時間放置した後、80℃のオイルバスで撹拌しながら9時間加熱して水分を蒸発させてゲル化させた。得られたゲル化物を、電気炉を用いて450℃で12時間仮焼結処理(仮焼き)することにより、平均粒径が約0.1μmのタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を約8.0g得た。   The obtained first solution and second solution were mixed and stirred at room temperature for 30 hours to obtain a sol solution. The sol solution was allowed to stand for 42 hours and then heated for 9 hours with stirring in an oil bath at 80 ° C. to evaporate the water and gelled. The obtained gelled product was pre-sintered (pre-fired) at 450 ° C. for 12 hours using an electric furnace to obtain about 8.0 g of zirconium tungstate amorphous powder having an average particle size of about 0.1 μm. Obtained.

得られたタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体のX線回折スペクトルを図1に示す。図1に示すように、当該粉体のX線回折スペクトルはいわゆるハローパターンを示しており、得られた粉体はアモルファス粉体であることが確認できた。なお、X線回折スペクトルについて、横軸は、X線源としてCuKα線を用いた場合の回折角であり、一方、縦軸は、回折X線の強度を示す。後記する図2、図3及び図5のX線回折スペクトルも同様である。   The X-ray diffraction spectrum of the obtained amorphous powder of zirconium tungstate is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the X-ray diffraction spectrum of the powder showed a so-called halo pattern, and it was confirmed that the obtained powder was an amorphous powder. In the X-ray diffraction spectrum, the horizontal axis represents the diffraction angle when CuKα rays are used as the X-ray source, while the vertical axis represents the intensity of the diffracted X-rays. The same applies to the X-ray diffraction spectra of FIGS. 2, 3 and 5 described later.

(2)タングステン酸マグネシウムの結晶粉体の製造:
マグネシウムとタングステンのモル比がマグネシウム/タングステン=1/1となるように、塩化マグネシウム(キシダ化学(株)製、純度99%)を6.01g、六塩化タングステン(キシダ化学(株)製、純度99%)を25.00gそれぞれ秤量した。秤量後、六塩化タングステンを、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中でエタノール250mlに撹拌しながら溶解させて第3の溶液とした。一方、塩化酸化ジルコニウム・八水和物は、大気中で2−ブタノール100mlと混合し、さらに4N酢酸50mlを入れて撹拌させて溶解させ、第4の溶液とした。
(2) Production of magnesium tungstate crystal powder:
6.01 g of magnesium chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99%), tungsten hexachloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity) so that the molar ratio of magnesium to tungsten is 1/1. 99%) was weighed 25.00 g each. After weighing, tungsten hexachloride was dissolved in 250 ml of ethanol with stirring in a glove box under an argon gas atmosphere to obtain a third solution. On the other hand, zirconium chloride octahydrate was mixed with 100 ml of 2-butanol in the atmosphere, and further 50 ml of 4N acetic acid was added and stirred to dissolve to form a fourth solution.

得られた第3の溶液と第4の溶液を混合して、室温で30時間撹拌してゾル溶液とした。このゾル溶液を42時間放置した後、80℃のオイルバスで撹拌しながら9時間加熱して水分を蒸発させてゲル化させた。得られたゲル化物について、電気炉を用いて450℃で12時間仮焼結処理することにより、平均粒径が約0.1μmのタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を約5.0g得た。   The obtained third solution and fourth solution were mixed and stirred at room temperature for 30 hours to obtain a sol solution. The sol solution was allowed to stand for 42 hours and then heated for 9 hours with stirring in an oil bath at 80 ° C. to evaporate the water and gelled. The obtained gelled product was pre-sintered at 450 ° C. for 12 hours using an electric furnace to obtain about 5.0 g of zirconium tungstate amorphous powder having an average particle size of about 0.1 μm.

得られたタングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を、1気圧のアルゴンガス雰囲気下、一軸加圧成形して、下記の条件で焼結した。なお、保持温度としては、450℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃の7種類の温度でそれぞれ実施した。   The obtained amorphous powder of magnesium tungstate was uniaxially pressed in an argon gas atmosphere at 1 atm and sintered under the following conditions. In addition, as holding temperature, it implemented by seven types of temperatures, 450 degreeC, 600 degreeC, 650 degreeC, 700 degreeC, 750 degreeC, 800 degreeC, and 850 degreeC, respectively.

(焼結条件)
プレス圧力 : 50MPa
保持温度 : 450℃、600℃、650℃、700℃、750℃、
800℃及び850℃
保持時間 : 60分
昇温速度 : 100℃/時
(Sintering conditions)
Press pressure: 50 MPa
Holding temperature: 450 ° C, 600 ° C, 650 ° C, 700 ° C, 750 ° C,
800 ° C and 850 ° C
Holding time: 60 minutes Heating rate: 100 ° C / hour

得られたタングステン酸マグネシウムの結晶粉体のX線回折スペクトルを図2(保持温度を450℃とした場合の結果)及び図3(保持温度を600〜850℃とした場合の結果)に示す。図2に示すように、保持温度を450℃として処理したものは、明確なピークが見られないアモルファス粉体であったが、図3に示すように、保持温度を600℃とするとアモルファス粉体の結晶化に起因するピークが確認でき、焼結温度を上昇させるにつれて結晶化が進みピークが明確となっていった。一方、800℃と850℃ではピークの差はほとんど認められず、ゾル・ゲル法で調製したタングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を少なくとも600℃で焼結処理し、好ましくは800℃以上で焼結することにより、タングステン酸マグネシウムの結晶粉体を調製できることが確認できた。   The X-ray diffraction spectrum of the obtained magnesium tungstate crystal powder is shown in FIG. 2 (result when the holding temperature is 450 ° C.) and FIG. 3 (result when the holding temperature is 600 to 850 ° C.). As shown in FIG. 2, what was processed at a holding temperature of 450 ° C. was an amorphous powder with no clear peak, but as shown in FIG. 3, when the holding temperature was 600 ° C., the amorphous powder A peak due to the crystallization was confirmed, and as the sintering temperature was raised, crystallization progressed and the peak became clear. On the other hand, there is almost no difference in peak between 800 ° C. and 850 ° C., and the amorphous powder of magnesium tungstate prepared by the sol-gel method is sintered at least at 600 ° C., preferably at 800 ° C. or higher. Thus, it was confirmed that a crystalline powder of magnesium tungstate could be prepared.

また、図4は、保持温度を800℃として焼結したタングステン酸マグネシウムの結晶粉体の熱膨張挙動を示す図である。図4より、当該粉体の熱膨張係数は、50〜300℃の温度範囲で6.92×10−6/℃であることが分かった。 FIG. 4 is a diagram showing the thermal expansion behavior of the magnesium tungstate crystal powder sintered at a holding temperature of 800.degree. From FIG. 4, it was found that the thermal expansion coefficient of the powder was 6.92 × 10 −6 / ° C. in the temperature range of 50 to 300 ° C.

(3)タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造:
(1)で得られたタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と、(2)で得られたタングステン酸マグネシウムの結晶粉体(保持温度を700℃のもの)を乾式混合した。この混合粉体を、グラファイト製金型(治具径φ20mm)に充填し、1気圧のアルゴンガス雰囲気下、放電プラズマ放電焼結装置(ドクターシンターSPS−1050:SPSシンテックス(株)製)を用いて、下記の条件で放電プラズマ焼結して、タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の結晶粉体を得た。
(3) Production of zirconium tungstate-magnesium tungstate composite:
The zirconium tungstate amorphous powder obtained in (1) and the magnesium tungstate crystal powder obtained in (2) (with a holding temperature of 700 ° C.) were dry mixed. This mixed powder is filled in a graphite mold (jig diameter φ20 mm), and a discharge plasma discharge sintering apparatus (Doctor Sinter SPS-1050: manufactured by SPS Syntex Co., Ltd.) is used in an argon gas atmosphere of 1 atm. Then, discharge plasma sintering was performed under the following conditions to obtain a crystal powder of a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite.

なお、タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体とタングステン酸マグネシウムの結晶粉体の組成比は、タングステン酸ジルコニウム/タングステン酸マグネシウム=20/80(実施例1−a)、40/60(実施例1−b)、50/50(実施例1/c)、60/40(実施例1−d)、及び80/20(実施例1−e)の5種類とした。また、ブランクとして、(2)で得たタングステン酸マグネシウムの結晶粉体と(1)で得たタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体もそれぞれ同条件で放電プラズマ焼結して、順に参考例1、参考例2とした。   The composition ratio between the amorphous powder of zirconium tungstate and the crystalline powder of magnesium tungstate is zirconium tungstate / magnesium tungstate = 20/80 (Example 1-a), 40/60 (Example 1-b). ), 50/50 (Example 1 / c), 60/40 (Example 1-d), and 80/20 (Example 1-e). In addition, as a blank, the magnesium tungstate crystal powder obtained in (2) and the zirconium tungstate amorphous powder obtained in (1) were also sintered by discharge plasma under the same conditions, respectively, and Reference Example 1, Reference Example 2 was adopted.

(放電プラズマ焼結の条件)
プレス圧力 : 50MPa
保持温度 : 600℃
保持時間 : 10分
昇温速度 : 100℃/分
(Discharge plasma sintering conditions)
Press pressure: 50 MPa
Holding temperature: 600 ° C
Holding time: 10 minutes Heating rate: 100 ° C / min

実施例1−a〜実施例1−e及び参考例1、参考例2の焼結粉体のX線回折スペクトルを図5に示す。図5の結果より、実施例1−a〜実施例1−eの複合体については、反応物であるタングステン酸ジルコニウムやタングステン酸マグネシウムのピークは確認されず、それぞれの配合割合に対応した複合ピークが見られた。よって、タングステン酸ジルコニウムとタングステン酸マグネシウムは結晶化された状態で複合体とされていることが確認できた。   FIG. 5 shows X-ray diffraction spectra of the sintered powders of Example 1-a to Example 1-e and Reference Examples 1 and 2. From the results of FIG. 5, for the composites of Example 1-a to Example 1-e, the peaks of zirconium tungstate and magnesium tungstate, which are reactants, were not confirmed, and composite peaks corresponding to the respective blending ratios. It was observed. Therefore, it was confirmed that zirconium tungstate and magnesium tungstate were made into a composite in a crystallized state.

また、実施例1−a〜実施例1−eの複合体の密度をアルキメデス法で測定したが、いずれの複合体も理論密度に対して略相違ない相対密度であり、焼結が良好になされ緻密な構造であることが確認できた。   Moreover, although the density of the composites of Example 1-a to Example 1-e was measured by the Archimedes method, all the composites have a relative density that is not substantially different from the theoretical density, and the sintering is satisfactorily performed. It was confirmed that the structure was dense.

更には、図6にタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の熱膨張挙動を示す。複合体の熱膨張挙動は、タングステン酸ジルコニウムの配合比率が高くなるにしたがって熱膨張が正から負へと変化しており、熱膨張が制御できることが明らかになった。   Furthermore, the thermal expansion behavior of the zirconium tungstate-magnesium tungstate composite is shown in FIG. The thermal expansion behavior of the composite changed from positive to negative as the compounding ratio of zirconium tungstate was increased, and it became clear that the thermal expansion can be controlled.

なお、参考例1以外で見られる160℃付近での熱膨張係数の変化は、タングステン酸ジルコニウムのα−β相転移によるものと考えられる。図6から求めた熱膨張係数の結果を表2に示す。   In addition, it is thought that the change of the thermal expansion coefficient in the vicinity of 160 ° C. seen in Reference Example 1 is due to the α-β phase transition of zirconium tungstate. Table 2 shows the results of the thermal expansion coefficient obtained from FIG.

(熱膨張係数)

Figure 0004997433
(Coefficient of thermal expansion)
Figure 0004997433

本発明は、熱膨張の制御を必要とする、光学分野、熱エネルギー分野、電子材料分野等で有用なタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法を提供可能とする。 The present invention requires the control of thermal expansion, the optical field, thermal energy field, useful zirconium tungstate in an electronic material field, etc. - and can provide a manufacturing method of tungstate magnesium complex.

タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of the amorphous powder of zirconium tungstate. 450℃で焼結処理したタングステン酸マグネシウム粉体のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of the magnesium tungstate powder sintered by 450 degreeC. 600〜850℃で焼結処理したタングステン酸マグネシウム粉体のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of the magnesium tungstate powder sintered at 600-850 degreeC. タングステン酸マグネシウムの結晶粉体の熱膨張挙動を示す図である。It is a figure which shows the thermal expansion behavior of the crystal powder of magnesium tungstate. タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of a zirconium tungstate-magnesium tungstate complex. タングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の熱膨張挙動を示す図である。It is a figure which shows the thermal expansion behavior of a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite.

Claims (3)

タングステンを含む第1の出発物質とジルコニウムを含む第2の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体を得る第1の工程と、  A first step of obtaining an amorphous powder of zirconium tungstate by a sol-gel method using a first starting material containing tungsten and a second starting material containing zirconium;
タングステンを含む第3の出発物質とマグネシウムを含む第4の出発物質をゾル・ゲル法によりタングステン酸マグネシウム粉体を得る第2の工程と、  A second step of obtaining a magnesium tungstate powder by a sol-gel method using a third starting material containing tungsten and a fourth starting material containing magnesium;
前記タングステン酸ジルコニウムのアモルファス粉体と前記タングステン酸マグネシウム粉体を混合し、放電プラズマ焼結により結晶化させる第3の工程を含むことを特徴とするタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法。  A method of producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite, comprising a third step of mixing the amorphous powder of zirconium tungstate and the magnesium tungstate powder and crystallizing by discharge plasma sintering. .
前記第2の工程で得られるタングステン酸マグネシウム粉体が、タングステン酸マグネシウムのアモルファス粉体を焼結してなるタングステン酸マグネシウムの結晶粉体であることを特徴とする請求項1に記載のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法。  The tungstic acid according to claim 1, wherein the magnesium tungstate powder obtained in the second step is a magnesium tungstate crystal powder obtained by sintering an amorphous powder of magnesium tungstate. A method for producing a zirconium-magnesium tungstate composite. 前記タングステンを含む第1の出発物質及び前記タングステンを含む第3の物質が六塩化タングステンであり、  The first starting material containing tungsten and the third material containing tungsten are tungsten hexachloride;
前記ジルコニウムを含む第2の出発物質が塩化酸化ジルコニウム・八水和物であり、  The second starting material containing zirconium is chlorinated zirconium oxide octahydrate,
前記マグネシウムを含む第4の出発物質が塩化マグネシウムであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタングステン酸ジルコニウム−タングステン酸マグネシウム複合体の製造方法。  The method for producing a zirconium tungstate-magnesium tungstate composite according to claim 1 or 2, wherein the fourth starting material containing magnesium is magnesium chloride.
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