JP5571648B2 - Zirconia sheet - Google Patents

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Description

本発明はジルコニアシートとその製法に関し、特にスクリーン印刷などで両面に電極形成を行なう様な場合に、シートと電極との密着性を高め得る様に改善されたジルコニアシートとその製法に関するものである。   The present invention relates to a zirconia sheet and a method for producing the same, and more particularly, to an improved zirconia sheet and a method for producing the same so that adhesion between the sheet and the electrode can be improved in the case where electrodes are formed on both sides by screen printing or the like. .

セラミックスは、耐熱性や耐摩耗性などの機械的性質に加えて電気的、磁気的特性等にも優れたものであることから、多くの分野で活用されている。中でもジルコニアを主体とするセラミックシートは、優れた酸素イオン伝導性や耐熱・耐食性、靭性、耐薬品性等を有しているので、酸素センサーや湿度センサーの如きセンサー部品の固体電解質膜、更には燃料電池用の固体電解質膜などとして活用されている。   Ceramics are used in many fields because they have excellent electrical and magnetic properties in addition to mechanical properties such as heat resistance and wear resistance. Among these, ceramic sheets mainly composed of zirconia have excellent oxygen ion conductivity, heat resistance / corrosion resistance, toughness, chemical resistance, etc., so that solid electrolyte membranes for sensor parts such as oxygen sensors and humidity sensors, It is used as a solid electrolyte membrane for fuel cells.

ところでジルコニアシートの一般的な製法は、ジルコニア原料粉末と有機質バインダーおよび分散媒からなるスラリーを、ドクターブレード法、カレンダー法、押出し法等によってシート状に成形し、これを乾燥し分散媒を揮発させてグリーンシートを得、これを切断、パンチング等により適当なサイズに揃えてから焼成し、有機質バインダーを分解除去すると共にセラミックス粉末を相互に焼結させる方法である。   By the way, a general method for producing a zirconia sheet is to form a slurry comprising a zirconia raw material powder, an organic binder and a dispersion medium into a sheet shape by a doctor blade method, a calendering method, an extrusion method, etc., and then drying the slurry to volatilize the dispersion medium. Thus, a green sheet is obtained, and the green sheet is fired after being adjusted to an appropriate size by cutting, punching or the like, and the organic binder is decomposed and removed, and the ceramic powder is sintered together.

他方、ジルコニアシートを例えば燃料電池の固体電解質膜用として実用化する場合、該シートの両面にスクリーン印刷等で電極印刷を施して燃料極や酸素極を形成し、セパレータやインターコネクタ等と多層に積層して組み付けられるので、固体電解質膜の両面に形成された電極にも大きな積層荷重が加わる。また、稼動時には800〜1000℃の高温に曝されるため、ジルコニアシートと電極層との熱膨張係数の僅かな差によって、ジルコニアシートから電極層が剥離し易く、固体電解質膜の製造に当たっては、ジルコニアシートに対する電極の密着性が極めて重要となる。   On the other hand, when a zirconia sheet is put into practical use, for example, for a solid electrolyte membrane of a fuel cell, electrode printing is performed on both sides of the sheet by screen printing or the like to form a fuel electrode or an oxygen electrode, and in a multilayer with separators, interconnectors, etc. Since they are stacked and assembled, a large stacking load is also applied to the electrodes formed on both surfaces of the solid electrolyte membrane. In addition, since it is exposed to a high temperature of 800 to 1000 ° C. during operation, the electrode layer easily peels from the zirconia sheet due to a slight difference in thermal expansion coefficient between the zirconia sheet and the electrode layer, and in producing a solid electrolyte membrane, The adhesion of the electrode to the zirconia sheet is extremely important.

即ち、ジルコニアシートの両面にスクリーン印刷などによって形成された電極の該ジルコニアシートに対する密着性が不足するときは、燃料電池として実用化する際に該電極がジルコニアシートから剥離・脱落等を生じ、燃料電池としての性能が急激に低下し稼動不能に至る。従って、例えば燃料電池の固体電解質膜用等として用いられるジルコニアシートにおいては、印刷形成される電極との密着性を高めることが、燃料電池としての寿命延長を図るうえで極めて重要となる。   That is, when the adhesion of the electrode formed by screen printing or the like on both sides of the zirconia sheet to the zirconia sheet is insufficient, the electrode peels off from the zirconia sheet when it is put to practical use as a fuel cell, and the fuel The performance as a battery is drastically reduced, leading to inoperability. Therefore, for example, in a zirconia sheet used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell, it is extremely important to improve the adhesion with a printed electrode in order to extend the life of the fuel cell.

そこで上記の様な電極剥離の問題を可及的に防止すべく、スクリーン印刷技術では、印刷やコーティング法によって電極形成を行なうに先立って、脱脂処理などと共に、セラミックスシート、PETフィルム、アクリル板、アルミニウム板などの被印刷体に対するインキの接着を高めるため、表面にコロナ放電処理、フレーム処理、アンカー処理(ラビアコーティングによる薄い塗膜の形成)を施し、あるいは表面を粗面化する等の前処理を行なっているが、こうした前処理は煩雑で手数を要し、生産性を大幅に低下させる原因になる。   Therefore, in order to prevent the electrode peeling problem as described above as much as possible, in the screen printing technology, prior to electrode formation by printing or coating method, along with degreasing treatment, ceramic sheet, PET film, acrylic plate, Pre-treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, anchor treatment (formation of thin paint film by ravia coating) or roughening of the surface to enhance the adhesion of ink to the printed material such as aluminum plate However, such pre-processing is cumbersome and time-consuming, which causes a significant reduction in productivity.

こうしたジルコニアシートに対する電極等の密着性の問題は、燃料電池用の固体電解質膜に限らず、ハイブリッドIC等の厚膜基板や薄膜基板、センサー用の固体電解質膜やセンサー基板等においても極めて重要となる。   The problem of adhesion of electrodes and the like to the zirconia sheet is very important not only for solid electrolyte membranes for fuel cells but also for thick film substrates and thin film substrates for hybrid ICs, solid electrolyte membranes for sensor and sensor substrates, etc. Become.

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、固体電解質膜用の如く両面に電極印刷等が施される、理論密度に対する嵩密度が97%以上で、且つ実質的にガス透過率がゼロである様な緻密質ジルコニアシートを対象とし、その表面に電極印刷等を高密着性で強力に接合し得る様な技術を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned circumstances, and its purpose is that electrode printing or the like is performed on both sides like a solid electrolyte membrane, the bulk density with respect to the theoretical density is 97% or more, Another object of the present invention is to provide a technique capable of strongly bonding electrode printing or the like with high adhesion to a surface of a dense zirconia sheet having substantially zero gas permeability.

上記課題を解決することのできた本発明にかかるジルコニアシートとは、シート状のジルコニア焼結体からなり、シート両面の表面粗さが、いずれも最大高さ(Ry)で0.3〜3μmであり、且つ算術平均粗さ(Ra)で0.02〜0.3μmであるところに要旨を有している。   The zirconia sheet according to the present invention that has solved the above problems is a sheet-like zirconia sintered body, and the surface roughness of both sides of the sheet is 0.3 to 3 μm at the maximum height (Ry). It has a gist where it has an arithmetic mean roughness (Ra) of 0.02 to 0.3 μm.

本発明の上記ジルコニアシートにおいては、上記個々の面の最大高さ(Ry)および算術平均粗さ(Ra)に加えて、該シートの一方側面(上記Ry,Raが小さい方の面)に対する他方側面(上記Ry,Raが大きい方の面)の表面粗さ比が、最大高さ比(Ry比)で1〜5、算術平均粗さ比(Ra比)で1〜10であるものは、両面に高度の密着性を与えることができ、稼動時における電極皮膜などの剥離を一層効果的に抑制できるので好ましい。   In the zirconia sheet of the present invention, in addition to the maximum height (Ry) and arithmetic average roughness (Ra) of the individual surfaces, the other side with respect to one side surface (the surface with the smaller Ry and Ra) of the sheet The surface roughness ratio of the side surface (the surface having the larger Ry and Ra) is 1 to 5 in terms of the maximum height ratio (Ry ratio), and 1 to 10 in terms of the arithmetic average roughness ratio (Ra ratio). A high degree of adhesion can be given to both surfaces, and peeling of the electrode film and the like during operation can be more effectively suppressed, which is preferable.

また該ジルコニアシートは、固体電解質膜などとしての実用性を高める意味から、その厚さが10μm以上、より好ましくは30μm以上、更に好ましくは50μm以上で、500μm以下、より好ましくは300μm以下、特に好ましくは200μm以下が望ましい。該シートを構成する好ましいジルコニアとしては、MgO,CaO,SrO,BaOなどのアルカリ土類金属酸化物、Y23,La23,CeO2,Pr23,Nd23,Sm23,Eu23,Gd23,Tb23,Dy23,Ho23,Er23,Yb23などの希土類元素酸化物、Sc23,Bi23,In23等の安定化剤を1種もしくは2種以上含有するジルコニアが挙げられ、その他の添加剤としてSiO2,Al23,Ge23,B23,SnO2,Ta25,Nb25等が含まれていてもよい。 Further, the zirconia sheet has a thickness of 10 μm or more, more preferably 30 μm or more, further preferably 50 μm or more, 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, particularly preferably from the viewpoint of enhancing practicality as a solid electrolyte membrane or the like. Is preferably 200 μm or less. Preferable zirconia constituting the sheet includes alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO and BaO, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 and Sm. Rare earth element oxides such as 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Examples include zirconia containing one or more stabilizers such as Bi 2 O 3 and In 2 O 3 , and other additives include SiO 2 , Al 2 O 3 , Ge 2 O 3 , and B 2 O 3. , SnO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5, etc. may be included.

中でも、より高度の熱的、機械的、電気的、化学的特性を確保する上では、2〜7モル%の酸化イットリウムで安定化された正方晶及び/又は立方晶構造の酸化ジルコニウムが好ましく、該ジルコニアシートは、特に固体電解質膜用、中でも燃料電池の固体電解質膜用として極めて有効に活用できる。   Among them, in order to ensure higher thermal, mechanical, electrical, and chemical characteristics, tetragonal and / or cubic structure zirconium oxide stabilized with 2 to 7 mol% yttrium oxide is preferable. The zirconia sheet can be used particularly effectively for a solid electrolyte membrane, particularly for a solid electrolyte membrane of a fuel cell.

そして本発明の製法は、上記の様な表面性状を満たすジルコニアシートを確実に得ることのできる方法を提供するもので、その構成は、グリーンシートの製造に用いられるスラリーとして、スラリー固形成分の平均粒子径(50体積%径)が0.05〜0.5μm、90体積%径が0.5〜2μm、限界粒子径(100体積%径)が5μm以下であるスラリーを使用し、これをシート状に成形してから焼結するところに要旨を有している。   And the manufacturing method of this invention provides the method of obtaining the zirconia sheet which satisfy | fills the above surface properties reliably, The structure is an average of a slurry solid component as a slurry used for manufacture of a green sheet. A slurry having a particle diameter (50 volume% diameter) of 0.05 to 0.5 μm, a 90 volume% diameter of 0.5 to 2 μm, and a critical particle diameter (100 volume% diameter) of 5 μm or less is used as a sheet. It has a gist in that it is molded into a shape and then sintered.

本発明は以上の様に構成されており、ジルコニアシート両面の表面粗さを特定することによって、固体電解質膜用の如く両面に電極印刷を施す場合でも、該電極印刷の厚さ不均一による局部的な通電不良などの問題を生じることなく該電極を高度の密着性で強力に接合することができ、電極形成時における部分的な剥離や稼動時における電極の剥離を可及的に抑制することができ、特に燃料電池用として用いることにより、燃料電池の発電特性や耐久性を大幅に延長できる。   The present invention is configured as described above, and by specifying the surface roughness of both surfaces of the zirconia sheet, even when electrode printing is performed on both surfaces as in the case of a solid electrolyte membrane, the unevenness due to the uneven thickness of the electrode printing is achieved. The electrode can be strongly bonded with a high degree of adhesion without causing problems such as poor electrical conduction, and partial peeling during electrode formation and electrode peeling during operation are suppressed as much as possible. In particular, when used for a fuel cell, the power generation characteristics and durability of the fuel cell can be greatly extended.

本発明者らは前述した様な解決課題の下で、ジルコニアシートの両面に電極印刷等を高密着性で形成可能にすべく、鋭意研究を進めてきた。その結果、密着性向上のためには該シート両面の表面粗さが極めて重要であり、その表面粗さを最大粗さ(Ry)および算術平均粗さ(Ra)で特定範囲内となる様に調整したものは、電極印刷等との密着性が確実に高められることを知り、上記本発明に想到したものである。   Under the above-described problems, the present inventors have made extensive studies to make it possible to form electrode printing or the like on both surfaces of a zirconia sheet with high adhesion. As a result, the surface roughness of both sides of the sheet is extremely important for improving the adhesion, and the surface roughness is within a specific range in terms of maximum roughness (Ry) and arithmetic average roughness (Ra). What was adjusted is that the adhesion to electrode printing or the like is surely improved, and the present invention has been conceived.

即ち、ジルコニアシートに電極をスクリーン印刷等によって塗布もしくはコーティングする際に、該シートと電極印刷との密着性を高めるには、該シート両面の表面粗さを適正な範囲にすることが必要であり、該表面粗さが、最大高さ(Ry)で0.3〜3μm、且つ算術平均粗さ(Ra)で0.02〜0.3μmの範囲内のものは、シート面と電極印刷層との界面で高い密着性を示すことが確認された。   That is, when applying or coating an electrode on a zirconia sheet by screen printing or the like, it is necessary to make the surface roughness of both surfaces of the sheet within an appropriate range in order to improve the adhesion between the sheet and the electrode printing. The surface roughness is within the range of 0.3 to 3 μm at the maximum height (Ry) and 0.02 to 0.3 μm at the arithmetic average roughness (Ra). It was confirmed that high adhesion was exhibited at the interface.

即ち該シート表面が平滑過ぎる場合、具体的にはRyが0.3μm未満及び/又はRaが0.02μm未満である場合は、線幅やピッチが狭く且つ実質的に室温で使用される高密度配線基板としては支障なく実用化できるが、電極形成後の焼結時、あるいは使用に際し高温で長時間曝されたとき、または室温と高温の間で繰り返し熱履歴を受けたときに、シート表面と電極面の間で剥離を起こし易い。従ってこうした問題を回避するため、電極の塗布形成に先立って煩雑な粗面化処理等が必要となる。但し、該シートの表面粗さが大き過ぎる場合、具体的にはRyが3μmを超え及び/又はRaが0.3μmを超える場合は、均一な厚さの電極形成が困難となり、更にはジルコニアシートの密着性が低下してくる。   That is, when the surface of the sheet is too smooth, specifically, when Ry is less than 0.3 μm and / or Ra is less than 0.02 μm, the line width or pitch is narrow and the high density used substantially at room temperature. It can be put to practical use as a wiring board without any problem, but when it is sintered after electrode formation, when it is used for a long time at high temperature, or when it is repeatedly subjected to thermal history between room temperature and high temperature, Peeling easily occurs between electrode surfaces. Therefore, in order to avoid such a problem, a complicated surface roughening treatment or the like is required prior to the electrode coating formation. However, when the surface roughness of the sheet is too large, specifically, when Ry exceeds 3 μm and / or Ra exceeds 0.3 μm, it is difficult to form an electrode having a uniform thickness, and further, a zirconia sheet. The adhesion of the will decrease.

ちなみにジルコニアシートを成形する方法として一般的に採用されているのは、前述の如くジルコニア原料粉末と有機質バインダーおよび分散媒からなるスラリーを、ドクターブレード法、カレンダー法、押出し法等によって支持板やキャリヤフィルム上に敷き延べてシート状に成形し、これを乾燥し分散媒を揮発させてグリーンシートを得、これを切断、パンチング等により適当なサイズに揃えてから焼成し、有機質バインダーを分解除去すると共にセラミックス粉末を相互に焼結させる方法であり、上記支持板やキャリヤフィルムに接した面は平滑になる一方、乾燥時に大気に開放されている表面側はキャリアフィルムに接した面よりも粗面になる傾向があるが、本発明では該フィルムの両面に優れた電極密着性を与えることが必要であるので、両面の表面粗さが何れも前述した範囲内に納まる様に規定している。   Incidentally, as a method for forming a zirconia sheet, a slurry composed of a zirconia raw material powder, an organic binder, and a dispersion medium is generally used as described above by a doctor blade method, a calendar method, an extrusion method, or the like. It is spread on a film and formed into a sheet shape, which is dried and the dispersion medium is volatilized to obtain a green sheet, which is then cut to a suitable size by punching or the like and then fired to decompose and remove the organic binder. In addition, the surface in contact with the support plate and the carrier film becomes smooth while the surface side that is open to the atmosphere during drying is rougher than the surface in contact with the carrier film. In the present invention, it is necessary to provide excellent electrode adhesion on both sides of the film. Since, both the surfaces of the surface roughness is defined as fall within the aforementioned range.

なお本発明でいう上記表面粗さとは、1994年に改正されたJIS B−0601に基づいて測定した値をいい、使用した測定器は株式会社東京精密製の「サーフコム1400A」である。   In addition, the said surface roughness as used in the field of this invention means the value measured based on JIS B-0601 revised in 1994, and the measuring instrument used is "Surfcom 1400A" by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.

即ち、Ryを測定する場合、Ryが0.3μm超0.5μmの範囲の場合は、基準長さlを0.25mm、評価長さlnを1.25mmとし、Ryが0.5μmを超え3未満の場合は、基準長さlを0.8mm、評価長さlnを4mmとして測定を行なう。 That is, when measuring Ry, if Ry is in the range of more than 0.3 μm to 0.5 μm, the reference length l is 0.25 mm, the evaluation length l n is 1.25 mm, and Ry exceeds 0.5 μm. In the case of less than 3, the measurement is performed with the reference length l being 0.8 mm and the evaluation length l n being 4 mm.

またRaの測定に当たっては、Raが0.02μmを超え0.1μm以下の場合は、カットオフ値λcを0.25mm、評価長さlnを1.25mmとし、Raが0.1μmを超え0.3μm以下の場合は、カットオフ値λcを0.8mm、評価長さlnを4mmとして測定した値である。 In the measurement of Ra, when Ra is over 0.02 μm and 0.1 μm or less, the cutoff value λc is 0.25 mm, the evaluation length l n is 1.25 mm, and Ra is over 0.1 μm and 0 for .3μm below is a value obtained by measuring the cut-off value [lambda] c 0.8 mm, evaluation length l n as 4 mm.

そして、この方法によって求められるシート両面の表面粗さが上記範囲に納まるものは、シートの両面に均一な厚さの電極を容易に塗布形成できると共に、適度のアンカー効果によって高レベルの密着性を確保でき、電極焼成時あるいは高温に曝される稼動時においても、また低温から高温の条件に繰り返し曝される熱履歴を受けた場合でも、電極皮膜の剥離を可及的に阻止することが可能となる。   And when the surface roughness of both sides of the sheet required by this method falls within the above range, an electrode having a uniform thickness can be easily applied and formed on both sides of the sheet, and a high level of adhesion can be obtained by an appropriate anchor effect. It is possible to prevent electrode film peeling as much as possible during electrode firing or during operation exposed to high temperatures, and even when subjected to thermal history that is repeatedly exposed to conditions from low to high temperatures. It becomes.

上記電極皮膜の形成性と密着性の双方を考慮してより好ましい表面粗さは、Ryで0.35μm以上、より好ましくは0.5μm以上で、2μm以下、より好ましくは1.5μm以下、Raで0.025μm以上、0.1μm以下である。   More preferable surface roughness considering both the formability and adhesion of the electrode film is Ry of 0.35 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less, Ra 0.025 μm or more and 0.1 μm or less.

ジルコニアシートを電解質膜として使用する場合、基本的に電極はハイブリッドICの如き電子材料基板の導体などの様に細かい線幅で回路形成される様な細密状態にはなっておらず、シート周縁部のシール部分を除いたシートのほぼ全面に塗付されるので、表面粗さのファクターとしてはRaよりもRyの方が重要であり、特にRyを0.3〜3μmの範囲にすることによって、常温〜1000℃付近の高温までの温度域に繰り返し曝された場合でも、ジルコニアシートと電極層との剥離が長時間に亘って起こり難くなる。   When a zirconia sheet is used as an electrolyte membrane, the electrode is basically not in a fine state where a circuit is formed with a fine line width, such as a conductor of an electronic material substrate such as a hybrid IC, and the periphery of the sheet Ry is more important than Ra as a surface roughness factor, particularly by making Ry in the range of 0.3 to 3 μm. Even when repeatedly exposed to a temperature range from room temperature to a high temperature around 1000 ° C., peeling between the zirconia sheet and the electrode layer hardly occurs for a long time.

また本発明においては、シート両面に電極皮膜を高密着性で形成可能にするため、シートの一方側面(上記Ry,Raが小さい方の面)に対する他方側面(上記Ry,Raが大きい方の面)の表面粗さ比が、最大高さ比(Ry比)で1以上、5以下、より好ましくは1以上、4以下で、且つ算術平均粗さ比(Ra比)で1以上、10以下、より好ましくは1以上、5以下の範囲内とすることが望ましい。   In the present invention, in order to enable the electrode film to be formed on both sides of the sheet with high adhesion, the other side surface (the surface having the larger Ry and Ra) relative to the one side surface (the surface having the smaller Ry and Ra) is formed. ) Has a maximum height ratio (Ry ratio) of 1 or more and 5 or less, more preferably 1 or more and 4 or less, and an arithmetic average roughness ratio (Ra ratio) of 1 or more and 10 or less. More preferably, it is in the range of 1 or more and 5 or less.

ちなみに上記Ry比やRa比が上記好適範囲を超える場合は、両面の表面粗さが違い過ぎるため印刷適性あるいは密着性の悪い方でジルコニアシートと電極層の剥離が集中的に起こり易くなり、商品全体としての品質が劣悪となる。   By the way, if the Ry ratio or Ra ratio exceeds the above preferred range, the surface roughness on both sides is too different, so that the peeling of the zirconia sheet and the electrode layer tends to occur intensively on the one with poor printability or adhesion. Overall quality is poor.

上記表面粗さを満たすジルコニアシートの製法は特に制限されず、常法に従ってジルコニア原料粉末と有機質もしくは無機質バインダーおよび分散媒(溶剤)、必要により分散剤や可塑剤などを含むスラリーを、ドクターブレード法、カレンダーロール法、押出し法等によって平滑な基板、例えばポリエステルシート上に適当な厚みで塗布し、乾燥して分散剤を揮発除去することによりグリーンシートを得、これを適当な大きさに切断した後、棚板上の多孔質セッターに載置して1400〜1600℃程度の温度で2〜5時間程度加熱焼成する方法が採用される。   The production method of the zirconia sheet satisfying the above surface roughness is not particularly limited, and according to a conventional method, a slurry containing a zirconia raw material powder, an organic or inorganic binder, a dispersion medium (solvent), and if necessary, a dispersant or a plasticizer, a doctor blade method The green sheet is obtained by applying a suitable thickness on a smooth substrate such as a polyester sheet by a calender roll method, an extrusion method, etc., and drying to remove the dispersant by volatilization. Then, the method of mounting on the porous setter on a shelf board and heat-baking for about 2 to 5 hours at the temperature of about 1400-1600 degreeC is employ | adopted.

この時、出来上がりシートの表面粗さに最も影響を及ぼすのはジルコニア原料粉末の粒度構成であり、粗めのものを使用すると表面粗さは相対的に粗くなり、微細なものを使用すると表面粗さは相対的に小さくなる。そして、本発明で意図する前記表面粗さ範囲のジルコニアシートをより効率よく得るには、使用する原料粉末として平均粒径が0.1〜0.8μmの範囲で、且つできるだけ粒径の揃ったもの(粒度分布の小さなもの)、具体的には、該粉体の90体積%以上が5μm以下であるものを使用することが望ましい。   At this time, it is the grain size composition of the zirconia raw material powder that most affects the surface roughness of the finished sheet. When a coarser one is used, the surface roughness becomes relatively rougher, and when a finer one is used, the surface roughness becomes larger. The thickness becomes relatively small. And in order to obtain more efficiently the zirconia sheet of the surface roughness range intended in the present invention, the average particle size is in the range of 0.1 to 0.8 μm as the raw material powder to be used, and the particle size is as uniform as possible. It is desirable to use those having a small particle size distribution, specifically, 90% by volume or more of the powder is 5 μm or less.

しかし本発明者らが更に研究を重ねたところでは、本発明で規定する上記表面粗さを確保する上でより重要なことは、前述した様な原料粉末自体の粒度構成ではなく、シート状に塗工する際の前記スラリー中に含まれる固形成分の粒度構成であり、該粒度構成が、平均粒子径(50体積%径)で0.05μm以上、0.5μm以下、90体積%径で0.5μm以上、2μm以下、限界粒子径(100体積%径)で5μm以下、の要件を満たすスラリーを使用すれば、より確実に前記表面粗さの要件を満たすジルコニアシートが得られることを確認している。   However, when the present inventors have further researched, what is more important in securing the surface roughness defined in the present invention is not the particle size configuration of the raw material powder itself as described above, but in the form of a sheet. The particle size constitution of the solid component contained in the slurry at the time of coating, and the particle size constitution is 0.05 μm or more, 0.5 μm or less in average particle diameter (50 vol% diameter), and 0 in 90 vol% diameter. It is confirmed that a zirconia sheet satisfying the requirements for the surface roughness can be obtained more reliably by using a slurry satisfying the requirements of 5 μm or more and 2 μm or less and a critical particle size (100 volume% diameter) of 5 μm or less. ing.

上記スラリー中に含まれる固形成分のより好ましい粒度構成は、平均粒子径(50体積%径)で0.1μm以上、0.5μm以下、90体積%径で0.8μm以上、1.5μm以下、限界粒子径(100体積%径)で3μm以下である。   More preferable particle size constitution of the solid component contained in the slurry is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less in terms of average particle size (50% by volume), 0.8 μm or more and 1.5 μm or less in terms of 90% by volume, The limit particle diameter (100 volume% diameter) is 3 μm or less.

ちなみに、上記スラリーの調製に当たっては、原料粉末を含めた前記原料配合の懸濁液をボールミル等にかけて均一に混練破砕する方法が採用されるが、該混練条件(分散剤の種類や分散剤の添加量などを含む)によっては、該スラリー調製工程で原料粉末の一部が2次凝集を起こしたり、一部は更に破砕されるので、原料粉末の粒度構成がそのままスラリー中の固形成分の粒度構成と同じになるわけではない。よって、本発明のジルコニアシートを製造する際には、該シートの表面粗さに最も影響を及ぼす要因として、シート状に塗工する前のスラリー中に含まれる固形成分の粒度構成が上記好適範囲内となる様に調整するのがより確実な方法といえる。   Incidentally, in the preparation of the slurry, a method of uniformly kneading and crushing the suspension of the raw material mixture including the raw material powder by using a ball mill or the like is employed. However, the kneading conditions (the type of dispersant and the addition of the dispersant) Depending on the amount, the raw material powder may cause secondary agglomeration in the slurry preparation step, or a part of the raw material powder may be further crushed. Is not the same. Therefore, when producing the zirconia sheet of the present invention, as the most influential factor on the surface roughness of the sheet, the particle size constitution of the solid component contained in the slurry before coating into a sheet is within the above preferred range. It can be said that it is a more reliable method to adjust so that it is inside.

尚上記原料粉末およびスラリー中の固形成分の粒度構成とは、下記の方法で測定した値をいう。即ち原料粉末の粒度構成は、島津製作所製のレーザー回折式粒度分布測定装置「SALD−1100」を使用し、蒸留水中に分散剤として0.2重量%のメタリン酸ナトリウムを添加した水溶液を分散媒として、該分散媒100cc中に原料粉末0.01〜1重量%を加え1分間超音波処理して分散させた後の測定値であり、またスラリー中の固形成分の粒度構成は、スラリー中の溶媒と同組成の溶媒を分散媒として使用し、該分散媒100cc中に各スラリーを0.01〜1重量%となる様に加え、同様に1分間超音波処理して分散させた後の測定値である。   The particle size constitution of the raw material powder and the solid component in the slurry is a value measured by the following method. That is, the particle size composition of the raw material powder is a laser diffraction particle size distribution analyzer “SALD-1100” manufactured by Shimadzu Corporation, and an aqueous solution in which 0.2 wt% sodium metaphosphate is added as a dispersant in distilled water. Is a measurement value after adding 0.01 to 1% by weight of raw material powder in 100 cc of the dispersion medium and dispersing by sonication for 1 minute, and the particle size constitution of the solid component in the slurry is Using a solvent having the same composition as the solvent as a dispersion medium, each slurry was added to 100 cc of the dispersion medium so as to be 0.01 to 1% by weight, and similarly subjected to ultrasonic treatment for 1 minute for dispersion. Value.

本発明のジルコニアシートは、実質的に酸化ジルコニウムのみからなるものであっても勿論構わないが、例えば燃料電池の固体電解質膜用などとして使用されるシートにはより高度の熱的、機械的、電気的、化学的特性が要求されるので、こうした要求特性を満足させるには、2〜7モル%、より好ましくは2.5〜6モル%、更に好ましくは3.5〜5モル%の酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウム(正方晶及び/又は立方晶ジルコニア)がより好ましいものとして推奨される。   Of course, the zirconia sheet of the present invention may be composed essentially only of zirconium oxide. However, for example, a sheet used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell has a higher degree of thermal, mechanical, Since electrical and chemical characteristics are required, in order to satisfy these required characteristics, oxidation of 2 to 7 mol%, more preferably 2.5 to 6 mol%, still more preferably 3.5 to 5 mol% is required. Zirconium oxide (tetragonal and / or cubic zirconia) stabilized with yttrium is recommended as a more preferred one.

また、該ジルコニアシートを特に燃料電池の固体電解質膜用として実用化する場合は、要求強度を満たしつつ通電ロスを可及的に抑えるため、シート厚さを10μm以上、より好ましくは50μm以上で、500μm以下、より好ましくは300μm以下とするのが良い。   Further, when the zirconia sheet is put into practical use particularly for a solid electrolyte membrane of a fuel cell, in order to suppress the current loss as much as possible while satisfying the required strength, the sheet thickness is 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, The thickness is 500 μm or less, more preferably 300 μm or less.

またシートの形状としては、円形、楕円形、R(アール)を持った角形など何れでもよく、これらのシート内に同様の円形、楕円形、Rを持った角形などの穴を有するものであってもよい。更にシートの面積は、50cm2以上、好ましくは100cm2以上である。なおこの面積とは、シート内に穴がある場合は、該穴の面積を含んだ外周縁の面積を意味する。 In addition, the sheet may have any shape such as a circle, an ellipse, or a square having an R (R), and the sheets may have similar circular, oval, or square holes having an R. May be. Furthermore, the area of the sheet is 50 cm 2 or more, preferably 100 cm 2 or more. In addition, this area means the area of the outer periphery including the area of this hole, when there exists a hole in a sheet | seat.

本発明で用いられるバインダーの種類にも格別の制限はなく、従来から知られた有機質もしくは無機質のバインダーを適宜選択して使用することができる。有機質バインダーとしては、例えばエチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系及びメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ワックス類、エチルセルロース等のセルロース類等が例示される。   There is no particular limitation on the type of binder used in the present invention, and conventionally known organic or inorganic binders can be appropriately selected and used. Examples of organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetal resins. And vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, celluloses such as ethyl cellulose, and the like.

これらの中でもグリーンシートの成形性や強度、焼成時の熱分解性等の点から、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の炭素数10以下のアルキル基を有するアルキルアクリレート類、およびメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、デシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート等の炭素数20以下のアルキル基を有するアルキルメタクリレート類、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート等のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレート類、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のアミノアルキルアクリレートまたはアミノアルキルメタクリレート類、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、モノイソプロピルマレートの如きマレイン酸半エステル等のカルボキシル基含有モノマーの少なくとも1種を重合または共重合させることによって得られる、数平均分子量が20,000〜200,000、より好ましくは50,000〜100,000の(メタ)アクリレート系共重合体が好ましいものとして推奨される。これらの有機質バインダーは、単独で使用し得る他、必要により2種以上を適宜組み合わせて使用することができる。特に好ましいのはイソブチルメタクリレートおよび/または2−エチルヘキシルメタクリレートを60重量%以上含むモノマーの重合体である。   Among these, from the viewpoints of green sheet moldability and strength, thermal decomposability during firing, and the like, such as methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and the like. Alkyl acrylates having the following alkyl groups, and alkyl groups having 20 or less carbon atoms such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, decyl methacrylate, dodecyl methacrylate, lauryl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, etc. Alkyl methacrylates, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropylene having Hydroxyalkyl acrylates or hydroxyalkyl methacrylates having a hydroxyalkyl group such as relate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, aminoalkyl acrylates or aminoalkyl methacrylates such as dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, (meth) acrylic acid The number average molecular weight obtained by polymerizing or copolymerizing at least one monomer containing a carboxyl group such as maleic acid half ester such as maleic acid and monoisopropylmalate is 20,000 to 200,000, more preferably 50,000-100,000 (meth) acrylate copolymers are recommended as preferred. These organic binders can be used alone or in combination of two or more as necessary. Particularly preferred is a monomer polymer containing 60% by weight or more of isobutyl methacrylate and / or 2-ethylhexyl methacrylate.

また無機質バインダーとしては、ジルコニアゾル、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル等が単独で若しくは2種以上を混合して使用することができる。   As the inorganic binder, zirconia sol, silica sol, alumina sol, titania sol and the like can be used alone or in admixture of two or more.

ジルコニア原料粉末とバインダーの使用比率は、前者100重量部に対して後者5〜30重量部、より好ましくは10〜20重量部の範囲が好適であり、バインダーの使用量が不足する場合は、グリーンシートの強度や柔軟性が不十分となり、逆に多過ぎる場合はスラリーの粘度調節が困難になるばかりでなく、焼成時のバインダー成分の分解放出が多く且つ激しくなって均質なシートが得られにくくなる。   The use ratio of the zirconia raw material powder and the binder is preferably in the range of 5 to 30 parts by weight, more preferably 10 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the former. Insufficient strength and flexibility of the sheet, conversely, if too much, not only is it difficult to adjust the viscosity of the slurry, but the decomposition and release of the binder component during firing is large and intense, making it difficult to obtain a homogeneous sheet. Become.

またグリーンシートの製造に使用される溶媒としては、水、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノール等のアルコール類、アセトン、2−ブタノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類等が適宜選択して使用される。これらの溶媒も単独で使用し得る他、2種以上を適宜混合して使用することができる。これら溶媒の使用量は、グリーンシート成形時におけるスラリーの粘度を加味して適当に調節するのがよく、好ましくはスラリー粘度が10〜200ポイズ、より好ましくは10〜50ポイズの範囲となる様に調整するのがよい。   Examples of the solvent used for the production of the green sheet include water, alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol and 1-hexanol, ketones such as acetone and 2-butanone, pentane, hexane and heptane. Aliphatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, and other aromatic hydrocarbons, and acetates such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate are appropriately selected and used. These solvents can also be used alone, or two or more of them can be appropriately mixed and used. The amount of these solvents used should be appropriately adjusted in consideration of the viscosity of the slurry at the time of forming the green sheet, and preferably the slurry viscosity is in the range of 10 to 200 poise, more preferably 10 to 50 poise. It is good to adjust.

上記スラリーの調製に当たっては、ジルコニア原料粉末の解膠や分散を促進するため、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム等の高分子電解質、クエン酸、酒石酸等の有機酸、イソブチレンまたはスチレンと無水マレイン酸との共重合体およびそのアンモニウム塩あるいはアミン塩、ブタジエンと無水マレイン酸との共重合体およびそのアンモニウム塩等からなる分散剤;グリーンシートに柔軟性を付与するためのフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステル類、プロピレングリコール等のグリコール類やグリコールエーテル類からなる可塑剤など;更には界面活性剤や消泡剤などを必要に応じて添加することができる。   In preparing the slurry, in order to promote peptization and dispersion of the zirconia raw material powder, polymer electrolytes such as polyacrylic acid and ammonium polyacrylate, organic acids such as citric acid and tartaric acid, isobutylene or styrene and maleic anhydride And a dispersant comprising a copolymer of styrene and an ammonium salt or an amine salt thereof, a copolymer of butadiene and maleic anhydride and an ammonium salt thereof; dibutyl phthalate or dioctyl phthalate for imparting flexibility to a green sheet Plasticizers made of glycols such as phthalic acid esters such as propylene glycol and glycol ethers, and the like; and surfactants and antifoaming agents can be added as necessary.

上記の原料配合からなるスラリーを前述の様な方法でシート状に成形し、乾燥してジルコニアグリーンシートを得た後、これを加熱焼成することによって本発明のジルコニアシートを得る。この焼成工程では、反りやうねりを生じることなく平坦度の高いセラミックスシートを得るための手段として、該グリーンシート以上の面積を有し、且つ該グリーンシートの焼成温度に至るまでの加熱による収縮率が5%以下で、しかも理論密度に対して5〜60%の嵩密度を有する多孔質シートの間に、前記グリーンシートを、その周縁がはみ出さない様に挟み込んで焼成し、あるいは上記多孔質シートを前記グリーンシートの周縁がはみ出さない様に載せてから焼成を行なうことが望ましい。   A slurry composed of the above raw material blend is formed into a sheet by the method as described above, dried to obtain a zirconia green sheet, and then heated and fired to obtain the zirconia sheet of the present invention. In this firing step, as a means for obtaining a ceramic sheet having a high flatness without causing warping or undulation, the shrinkage rate due to heating until the firing temperature of the green sheet has an area larger than the green sheet. Is 5% or less, and the green sheet is sandwiched and fired between porous sheets having a bulk density of 5 to 60% of the theoretical density so that the peripheral edge does not protrude, or the porous sheet It is desirable to perform firing after placing the sheet so that the periphery of the green sheet does not protrude.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and may be appropriately changed within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1
市販の3モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(第一希元素社製商品名「HSY−3.0」100重量部に対し、メタクリル系共重合体からなるバインダー(分子量:30000、ガラス転移温度:−8℃)15重量部、可塑剤としてジブチルフタレート2重量部、分散媒としてトルエン/イソプロパノール(重量比=3/2)の混合溶剤50重量部を、直径5mmのジルコニアボールが装入されたナイロンポットに入れ、臨界速度の70%の約60rpmで40時間混練してスラリーを調製した。
Example 1
Commercially available 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HSY-3.0” manufactured by Daiichi Rare Element Co., Ltd., 100 parts by weight, a binder made of a methacrylic copolymer (molecular weight: 30000, glass transition temperature: −8 15 ° C.), 2 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer, 50 parts by weight of a mixed solvent of toluene / isopropanol (weight ratio = 3/2) as a dispersion medium, into a nylon pot charged with zirconia balls having a diameter of 5 mm The slurry was kneaded at about 60 rpm, which is 70% of the critical speed, for 40 hours to prepare a slurry.

このスラリーの一部を採取し、トルエン/イソプロパノール(重量比=3/2)の混合溶剤で希釈して島津製作所製の粒度分布測定装置「SALD−1000」を用いて、スラリー中の固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径(50体積%径)が0.35μm、90体積%径が0.85μm、限界粒子径(100体積%径)が1.95μmであることが確認された。   A part of this slurry was sampled, diluted with a mixed solvent of toluene / isopropanol (weight ratio = 3/2), and the particle size distribution measuring device “SALD-1000” manufactured by Shimadzu Corporation was used to measure the solid components in the slurry. When the particle size distribution was measured, it was confirmed that the average particle diameter (50 volume% diameter) was 0.35 μm, the 90 volume% diameter was 0.85 μm, and the critical particle diameter (100 volume% diameter) was 1.95 μm. .

このスラリーを濃縮脱泡して粘度を30ポイズ(23℃)に調整し、最後に200メッシュのフィルターに通してからドクターブレード法によりポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に塗工してグリーンシートを得た。このグリーンシートを正方形に切断し、その上下をウネリ最大高さが10μmの99.5%アルミナ多孔質板(気孔率:30%)で挟んで脱脂した後、1480℃で3時間加熱焼成し、約100mm角、厚さ0.1mmの3モル%イットリア安定化ジルコニアシートを得た。   The slurry was concentrated and degassed to adjust the viscosity to 30 poise (23 ° C.), and finally passed through a 200 mesh filter and coated on a polyethylene terephthalate (PET) sheet by a doctor blade method to obtain a green sheet. It was. This green sheet was cut into squares, degreased by sandwiching the top and bottom with a 99.5% alumina porous plate (porosity: 30%) with a maximum height of 10 μm, and then heated and fired at 1480 ° C. for 3 hours. A 3 mol% yttria-stabilized zirconia sheet having a size of about 100 mm square and a thickness of 0.1 mm was obtained.

得られたグリーンシートの、PETフィルムに接触していた光沢のある面(PET面)と、その反対側の空気に曝されていた面(Air面)を、夫々10mm角に100等分し、合計で両面200の分割面につき、東京精密社製の表面粗さ計「サーフコム1400A」を用いて測定速度0.30mm/secで表面粗さを測定した。なお測定に当たっては、解析パラメータを1994年に改正されたJIS B−0601の規定を適用した。結果を表1に示す。   The glossy surface (PET surface) that was in contact with the PET film and the surface that was exposed to the air on the opposite side (Air surface) of the obtained green sheet were each equally divided into 10 mm squares by 100, The surface roughness was measured at a measuring speed of 0.30 mm / sec using a surface roughness meter “Surfcom 1400A” manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. for the divided surfaces of both surfaces 200 in total. In the measurement, the JIS B-0601 regulations revised in 1994 were applied to the analysis parameters. The results are shown in Table 1.

実施例2
ジルコニア原料粉末を、市販の4.5モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(第一希元素社製商品名「HSY−4.5」)に代えた以外は上記実施例1と全く同様にしてスラリーを調製した。該スラリーの一部を採取し、上記実施例と同様の方法で固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径が0.28μm、90体積%径が0.79μm、限界粒子径が1.54μmであることが確認された。
Example 2
A slurry was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that the zirconia raw material powder was replaced with a commercially available 4.5 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HSY-4.5” manufactured by Daiichi Rare Element Co., Ltd.). did. A part of the slurry was sampled, and the particle size distribution of the solid component was measured in the same manner as in the above example. As a result, the average particle size was 0.28 μm, the 90 volume% size was 0.79 μm, and the critical particle size was 1. It was confirmed to be 54 μm.

このスラリーを使用し、上記と同様にして約100mm角(厚さ約0.2mm)の4.5モル%イットリア安定化ジルコニアシートを製造し、同様にして表面粗さを測定した。   Using this slurry, a 4.5 mol% yttria-stabilized zirconia sheet having a size of about 100 mm square (thickness: about 0.2 mm) was produced in the same manner as described above, and the surface roughness was measured in the same manner.

実施例3
ジルコニア原料粉末を、市販の6モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(第一希元素社製商品名「HSY−6.0」)に代えた以外は上記実施例1と全く同様にしてスラリーを調製した。該スラリーの一部を採取し、上記実施例1と同様の方法で固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径が0.43μm、90体積%径が1.65μm、限界粒子径が2.21μmであることが確認された。
Example 3
A slurry was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that the zirconia raw material powder was replaced with a commercially available 6 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HSY-6.0” manufactured by Daiichi Rare Element Co., Ltd.). A part of the slurry was sampled and the particle size distribution of the solid component was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size was 0.43 μm, the 90 volume% size was 1.65 μm, and the critical particle size was 2. Confirmed to be 21 μm.

このスラリーを使用し、上記と同様にして直径100mm(厚さ約0.25mm)の6モル%イットリア安定化ジルコニアシートを製造し、同様にして表面粗さを測定した。   Using this slurry, a 6 mol% yttria stabilized zirconia sheet having a diameter of 100 mm (thickness of about 0.25 mm) was produced in the same manner as described above, and the surface roughness was measured in the same manner.

実施例4
ジルコニア原料粉末に代えて、市販の8モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(第一希元素社製商品名「HSY−8.0」)100重量部と高純度アルミナ粉末(大明化学社製商品名「TMDAR」)0.5重量部との混合粉末を使用した以外は、前記実施例1と全く同様にしてスラリーを調製した。該スラリーの一部を採取し、上記実施例1と同様の方法で固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径が0.12μm、90体積%径が0.88μm、限界粒子径が2.1μmであることが確認された。
Example 4
Instead of the zirconia raw material powder, 100 parts by weight of a commercially available 8 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HSY-8.0” manufactured by Daiichi Rare Element Co., Ltd.) and high-purity alumina powder (trade name “TMDAR manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.) ]) A slurry was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that 0.5 parts by weight of the mixed powder was used. A part of the slurry was sampled, and the particle size distribution of the solid component was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size was 0.12 μm, the 90% by volume diameter was 0.88 μm, and the limit particle size was 2. It was confirmed to be 1 μm.

このスラリーを使用し、上記と同様にして直径100mm(厚さ約0.3mm)の8モル%イットリア安定化ジルコニアシートを製造し、同様にして表面粗さを測定した。   Using this slurry, an 8 mol% yttria-stabilized zirconia sheet having a diameter of 100 mm (thickness: about 0.3 mm) was produced in the same manner as described above, and the surface roughness was measured in the same manner.

比較例1
上記実施例1で用いたのと同じスラリー原料を、直径15mmのナイロン樹脂ボールが装入されたナイロンポット内に入れ、臨界速度の50%の約40rpmで40時間混練して、グリーンシート成形用スラリーを調製した。該スラリーの一部を採取し、上記実施例と同様の方法で固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径(50体積%径)が0.71μm、90体積%径が1.96μm、限界粒子径(100体積%径)が3.68μmであることが確認された。
Comparative Example 1
The same slurry raw material as used in Example 1 above was placed in a nylon pot charged with nylon resin balls having a diameter of 15 mm, and kneaded at about 40 rpm, which is 50% of the critical speed, for 40 hours to form a green sheet. A slurry was prepared. A part of the slurry was sampled and the particle size distribution of the solid component was measured in the same manner as in the above examples. The average particle size (50% by volume) was 0.71 μm, the 90% by volume was 1.96 μm, It was confirmed that the critical particle diameter (100 volume% diameter) was 3.68 μm.

このスラリーを使用し、上記と同様にして約100mm角(厚さ約0.1mm)の3モル%イットリア安定化ジルコニアシートを製造し、同様にして表面粗さを測定した。   Using this slurry, a 3 mol% yttria-stabilized zirconia sheet of about 100 mm square (thickness: about 0.1 mm) was produced in the same manner as described above, and the surface roughness was measured in the same manner.

比較例2
6モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(同前)100重量部に、分散媒としてトルエン/イソプロパノール(3/2)混合溶剤50重量部と、分散剤としてソルビタン酸1重量部とを加え、直径3mmのジルコニアボールを装入したボールミルを用いて、前記実施例1と同様にして混合した。次いで、メタクリル酸系共重合体からなるバインダー15重量部と、可塑剤としてジブチルフタレート2重量部を加え、更にボールミルで20時間混練してグリーンシート成形用スラリーを調製した。該スラリーの一部を採取し、上記実施例と同様の方法で固形成分の粒度分布を測定したところ、平均粒子径は0.10μm、90体積%径は0.48μm、限界粒子径は1.75μmであることが確認された。
Comparative Example 2
To 100 parts by weight of 6 mol% yttria-stabilized zirconia powder (same as above), 50 parts by weight of a toluene / isopropanol (3/2) mixed solvent as a dispersion medium and 1 part by weight of sorbitan acid as a dispersant are added, and the diameter is 3 mm. Using a ball mill charged with zirconia balls, mixing was performed in the same manner as in Example 1. Next, 15 parts by weight of a binder made of a methacrylic acid copolymer and 2 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer were added, and further kneaded in a ball mill for 20 hours to prepare a green sheet forming slurry. A part of the slurry was sampled and the particle size distribution of the solid component was measured in the same manner as in the above example. The average particle size was 0.10 μm, the 90 volume% size was 0.48 μm, and the critical particle size was 1. It was confirmed to be 75 μm.

このスラリーを使用し、上記実施例3と同様にして直径100mm(厚さ約0.3mm)の6モル%イットリア安定化ジルコニアシートを製造し、同様にして表面粗さを測定した。   Using this slurry, a 6 mol% yttria-stabilized zirconia sheet having a diameter of 100 mm (thickness: about 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 3, and the surface roughness was measured in the same manner.

[性能評価試験]
上記実施例1〜4および比較例1,2で得た各ジルコニアシートを、5%水酸化ナトリウム水溶液に漬し、超音波を3分間当ててシート表面を脱脂した後、その両面に、電極として、共にジルコニアシートと熱膨張率を合わせた酸化ニッケル粉末/酸化ジルコニウム粉末含有ペーストを一方の面にスクリーン印刷し、100℃で乾燥してから1300℃で1時間加熱焼成し、次いでランタン・ストロンチウム・マンガネート(La0.8Sr0.2MnO3)粉末含有ペーストを他面にスクリーン印刷し、1000℃で1時間焼成して、両面電極付きジルコニアシートを得た。
[Performance evaluation test]
Each of the zirconia sheets obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was immersed in a 5% aqueous sodium hydroxide solution, and the surface of the sheet was degreased by applying ultrasonic waves for 3 minutes. , A paste containing nickel oxide powder / zirconium oxide powder combined with a zirconia sheet and a thermal expansion coefficient is screen-printed on one side, dried at 100 ° C. and then heated and fired at 1300 ° C. for 1 hour, and then lanthanum, strontium, Manganate (La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 ) powder-containing paste was screen-printed on the other side and fired at 1000 ° C. for 1 hour to obtain a zirconia sheet with double-sided electrodes.

得られた各シートの表面性状を目視観察すると共に、各シートにおける電極印刷層の界面をSEM写真観察し、界面性状を目視評価した。結果を表2に示す。尚表1には、各ジルコニアシートの製造に使用したスラリー中の固形成分の粒度構成も併記した。   While visually observing the surface property of each obtained sheet, the interface of the electrode print layer in each sheet was observed with an SEM photograph, and the interface property was visually evaluated. The results are shown in Table 2. In Table 1, the particle size constitution of the solid component in the slurry used for the production of each zirconia sheet is also shown.

Figure 0005571648
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表1,2からも明らかな様に、ジルコニアシート両面の表面粗さが本発明の規定要件を満たす実施例1〜4では、いずれもシートの表面性状が良好でほぼ均一な厚さを有しており、且つシートと電極の密着性も優れているのに対し、シート片面側の表面粗さが粗過ぎる場合(比較例1)は、表面性状が不均一で且つ電極の一部剥離が見られ、また平滑過ぎる場合(比較例2)では、シートの表面性状は良好で均一な厚さのものが得られるが、電極との密着性が悪く剥離を生じている。   As is clear from Tables 1 and 2, in Examples 1 to 4 where the surface roughness on both sides of the zirconia sheet satisfies the prescribed requirements of the present invention, the surface properties of the sheet are both good and have a substantially uniform thickness. However, when the surface roughness on one side of the sheet is too rough (Comparative Example 1), the surface properties are uneven and partial peeling of the electrode is observed. If the sheet is too smooth (Comparative Example 2), the sheet has good surface properties and a uniform thickness, but the adhesion with the electrode is poor and peeling occurs.

Claims (4)

シート状のジルコニア焼結体からなり、シート両面の表面粗さが、いずれも最大高さ(Ry)で0.3〜3μmであり、且つ算術平均粗さ(Ra)で0.02〜0.3μmであることを特徴とするジルコニアシート。   It consists of a sheet-like zirconia sintered body, and the surface roughness of both surfaces of the sheet is 0.3 to 3 μm at the maximum height (Ry) and 0.02 to 0.02 in terms of arithmetic average roughness (Ra). A zirconia sheet characterized by being 3 μm. シートの一方側面(上記Ry,Raが小さい方の面)に対する他方側面(上記Ry,Raが大きい方の面)の表面粗さ比が、最大高さ比(Ry比)で1〜5であり、且つ算術平均粗さ比(Ra比)で1〜10である請求項1に記載のジルコニアシート。   The surface roughness ratio of the other side surface (the surface having the larger Ry and Ra) to the one side surface (the surface having the smaller Ry and Ra) of the sheet is 1 to 5 in terms of the maximum height ratio (Ry ratio). The zirconia sheet according to claim 1, wherein the arithmetic average roughness ratio (Ra ratio) is 1 to 10. ジルコニア焼結体が、2〜7モル%の酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウムからなるものである請求項1または2に記載のジルコニアシート。   The zirconia sheet according to claim 1 or 2, wherein the zirconia sintered body is composed of zirconium oxide stabilized with 2 to 7 mol% of yttrium oxide. 固体電解質膜として使用されるものである請求項1〜3のいずれかに記載のジルコニアシート。   The zirconia sheet according to any one of claims 1 to 3, which is used as a solid electrolyte membrane.
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