JP6473495B1 - Crystalline oxide ceramic short-time firing method and apparatus - Google Patents

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Abstract

【課題】結晶質酸化物セラミックスを短時間で焼成する製法と、その製法を実施するための装置の提供。【解決手段】結晶質酸化物セラミックスに含まれる酸素以外の元素の、酸化物、及び/又は炭酸塩、及び/又はリン酸塩の粉末を混合した混合粉末S1を成形S2して、得られた成形体を仮焼成する仮焼成工程S3と、圧縮空気を用い、絶対圧が0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下で、1000〜1100℃の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに到達するまで焼成する本焼成工程S4を含み、本焼成工程S4を大気雰囲気下で行う場合に比べて、本焼成工程S4に要する時間が4分の1以下である結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法と、その製法を実施するための製造装置。【選択図】図14The present invention provides a method for firing crystalline oxide ceramics in a short time and an apparatus for carrying out the method. A mixed powder S1 obtained by mixing oxide and / or carbonate and / or phosphate powders of elements other than oxygen contained in crystalline oxide ceramics is obtained by molding S2. Preliminary firing step S3 for prefiring the molded body, and average grain size of crystal grains at a main firing temperature of 1000 to 1100 ° C. in a pressurized gas atmosphere with compressed air using an absolute pressure of 0.33 to 0.38 MPa. The main body includes a main baking step S4 that is fired until the diameter reaches 2 to 5 μm, and the time required for the main baking step S4 is less than a quarter of that in the case where the main baking step S4 is performed in an air atmosphere. Oxide ceramics short-time firing method and manufacturing equipment for carrying out the method. [Selection] Figure 14

Description

本発明は、結晶質酸化物セラミックスを短時間で焼成する製法と、その製法を実施するための装置に関する。   The present invention relates to a production method for firing crystalline oxide ceramics in a short time and an apparatus for carrying out the production method.

結晶質酸化物セラミックスを固相法で製造するには、まず、原料となる粉末をよく混合し、加圧等により成形してから低温で仮焼きすることにより、水分や不必要な元素成分を水蒸気や炭酸ガス等の形で飛ばしたのちに、本焼成を行う。その後、用途に応じて必要な場合には、還元処理や高温でのアニール処理などの後処理工程を行う場合がある。   In order to produce crystalline oxide ceramics by the solid phase method, first, the raw material powder is mixed well, molded by pressing, etc., and then calcined at a low temperature to remove moisture and unnecessary elemental components. After firing in the form of water vapor, carbon dioxide, etc., the main firing is performed. Thereafter, if necessary depending on the application, a post-treatment process such as a reduction treatment or an annealing treatment at a high temperature may be performed.

特開平11−116330号公報(特許文献1)には、透光性の高密度PLZTセラミックスを製造するための本焼成の方法として、第1段階の1150℃以下の比較的低温での減圧焼結の後に、第2段階の1200℃以上の高温での加圧酸素焼結を行う、連続2段階焼結法が記載されている。特許文献1の焼成製法では、セラミックスの透光性と緻密性の確保を課題としているため、第2段階の高温での加圧酸素焼結において緻密化を進行させ、かつ、透光性を確保できる程度まで、粒界や気孔による光の散乱を減少させる必要がある。しかし、例えば蛍光体用途など、必ずしも透光性や緻密性を必要としない一般の結晶質酸化物セラミックスの焼成製法において、1200℃未満の加圧ガス雰囲気下での本焼成による製造の可否や最適条件は全く明らかではない。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-116330 (Patent Document 1) discloses a low-pressure sintering at a relatively low temperature of 1150 ° C. or lower in the first stage as a main firing method for producing a translucent high-density PLZT ceramic. Is followed by a continuous two-stage sintering method in which a second stage of pressurized oxygen sintering at a high temperature of 1200 ° C. or higher is performed. Since the firing method of Patent Document 1 has a problem of ensuring the translucency and denseness of ceramics, the densification is advanced and the translucency is ensured in the pressurized oxygen sintering at a high temperature in the second stage. To the extent possible, it is necessary to reduce the scattering of light by grain boundaries and pores. However, for example, for phosphors, it is necessary to determine whether or not it is possible to manufacture by a main firing in a pressurized gas atmosphere of less than 1200 ° C. in a method for firing a general crystalline oxide ceramic that does not necessarily require translucency and denseness. The conditions are not clear at all.

特開2009−185202号公報(特許文献2)には、ユーロピウムで付活されたニオブ酸リチウムにチタンを固溶した組成式Li1+x-yNb1-x-3yTix+4y3(x及びyは0.04≦x≦0.33、0≦y≦0.09を満たし、Eu23の添加量は0.5〜3.0wt%である)で表される超構造を形成する結晶質酸化物セラミックス蛍光体を固相法で製造できることが記載されている。しかし、その製法は、原料を乾式混合し、大気雰囲気中1000℃で3時間、1120℃で10〜15時間保持して焼成するものであり、製造には非常に長時間を要する。 JP 2009-185202 A (Patent Document 2) discloses a composition formula Li 1 + xy Nb 1-x-3y Ti x + 4y O 3 (x) in which titanium is dissolved in lithium niobate activated by europium. And y satisfy 0.04 ≦ x ≦ 0.33 and 0 ≦ y ≦ 0.09, and the addition amount of Eu 2 O 3 is 0.5 to 3.0 wt%. It is described that a crystalline oxide ceramic phosphor can be manufactured by a solid phase method. However, the production method involves dry mixing the raw materials and baking in an air atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours and 1120 ° C. for 10 to 15 hours, and the production takes a very long time.

H.Nakano et al, Materials Research Bulletin 83 (2016) 502−506(非特許文献1)には、結晶質酸化物セラミックスの一種であり、組成式(Ca2-x/2-yEuyx/2)(Si1-xx)O4(ただし0≦x≦0.20かつ0.02≦y≦0.05)で表されるシリケート系セラミックス蛍光体を固相法で大気雰囲気下、1100〜1500℃の温度で本焼成を行う場合、24時間以上の長時間をかけて何度も粉砕混合と焼成を繰り返した後、均質焼成できることが記載されている。 H. Nakano et al, Materials Research Bulletin 83 (2016) 502-506 (Non-patent Document 1) is a kind of crystalline oxide ceramics and has a composition formula (Ca 2-x / 2-y Eu yx / 2 ) (Si 1-x P x ) O 4 (where 0 ≦ x ≦ 0.20 and 0.02 ≦ y ≦ 0.05) In the case where the main baking is performed at a temperature of ˜1500 ° C., it is described that homogeneous baking can be performed after repeating pulverization and mixing and baking many times over a long time of 24 hours or more.

古谷彰平・奥住明日香・中野裕美、粉体工学会誌、第53巻5号、2016年、4〜8ページ(非特許文献2)には、結晶質酸化物セラミックスの一種であり、組成式(Ba1-xEux0.79(Al1-yZny10.917.14-δ(ただし0.01≦x≦0.2かつ0≦y≦0.1)で表されるバリウム系セラミックス蛍光体を固相法で大気雰囲気下において焼成製造できることが記載されている。しかし、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに達する均質焼成のためには、仮焼成後の焼成体に対し、粉砕・混合と1200℃の温度での本焼成を何度も繰り返した後、更に後処理工程として1550℃で4時間焼成することを要し、合成(焼成製造)には非常な長時間と手間を要する。 Shohei Furuya, Asuka Okumi, Hiromi Nakano, Journal of Powder Engineering, Vol. 53, No. 5, 2016, 4-8 pages (Non-patent Document 2) is a kind of crystalline oxide ceramics and has a composition formula ( Ba 1-x Eu x ) 0.79 (Al 1-y Zn y ) 10.9 O 17.14- δ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.2 and 0 ≦ y ≦ 0.1) It is described that can be baked and produced in an air atmosphere by a solid phase method. However, for homogeneous firing in which the average grain size of the crystal grains reaches 2 to 5 μm, after repeatedly firing and mixing and firing at a temperature of 1200 ° C. many times for the fired body after temporary firing, Furthermore, as a post-treatment step, it is necessary to calcinate at 1550 ° C. for 4 hours, and synthesis (firing production) requires a very long time and labor.

特開平11−116330号公報JP-A-11-116330 特開2009−185202号公報JP 2009-185202 A

H.Nakano et al, Materials Research Bulletin 83 (2016) 502−506H. Nakano et al, Materials Research Bulletin 83 (2016) 502-506. 古谷彰平・奥住明日香・中野裕美著、粉体工学会誌、第53巻5号、2016年、4〜8ページShohei Furuya, Asuka Okumi, Hiromi Nakano, Journal of Powder Engineering, Vol. 53, No. 5, 2016, 4-8 pages

従って、本発明の課題は、結晶質酸化物セラミックスの焼成において、加圧ガス雰囲気炉を使用し、最適な加圧ガス雰囲気を制御することにより、これまで大気雰囲気下での電気炉を使用した焼成では長時間を要していた材料について、低温かつ短時間で均質な粒成長を実現する焼成条件を見出し、その焼成条件を用いた結晶質酸化物セラミックスの短時間焼成製法を提供すること、及び、そのための装置を提供することである。   Therefore, the object of the present invention is to use a pressurized gas atmosphere furnace in the firing of crystalline oxide ceramics, and to control an optimum pressurized gas atmosphere so far, an electric furnace in an air atmosphere has been used. To find a firing condition for realizing homogeneous grain growth at a low temperature and in a short time for a material that has required a long time for firing, and to provide a short-time firing method for crystalline oxide ceramics using the firing condition, And it is providing the apparatus for it.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の形態は、結晶質酸化物セラミックスを焼成により製造する方法であり、
圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が用途に応じた目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程を含み、前記本焼成工程を大気雰囲気下で行う場合に比べて、前記本焼成工程に要する時間が4分の1以下であることを特徴とする結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。
The present invention has been made to solve the above problems, and a first aspect of the present invention is a method for producing a crystalline oxide ceramic by firing,
Using compressed air, the average pressure of the crystal grains reaches the target crystal grain size according to the application at a main firing temperature of less than 1200 ° C under a pressurized gas atmosphere in which the absolute pressure is included in the preferred absolute pressure section. A crystalline oxide ceramic comprising a main baking step for baking until the main baking step is performed in an air atmosphere, and the time required for the main baking step is one quarter or less. This is a short-time firing method.

本発明の第2の形態は、本焼成工程に先立って、結晶質酸化物セラミックスに含まれる酸素以外の元素の、酸化物、及び/又は炭酸塩、及び/又はリン酸塩の粉末を混合した混合粉末を成形して、得られた成形体を仮焼成する仮焼成工程を含む結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。   In the second embodiment of the present invention, prior to the main firing step, oxides and / or carbonates and / or phosphates of elements other than oxygen contained in the crystalline oxide ceramics are mixed. This is a crystalline oxide ceramic short-time firing method including a pre-firing step of forming a mixed powder and pre-firing the obtained compact.

本発明の第3の形態は、前記好適絶対圧区間が0.33〜0.38MPa、前記本焼成温度が1000〜1100℃、前記目的とする結晶粒径が2〜5μmである結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 According to a third aspect of the present invention, the preferred absolute pressure section is 0.33 to 0.38 MPa, the main firing temperature is 1000 to 1100 ° C., and the target crystal grain size is 2 to 5 μm. This is a ceramic short-time firing method.

本発明の第4の形態は、前記結晶質酸化物セラミックスが、組成式Li1+x-yNb1-x-3yTix+4y3(ただし0.07≦x≦0.33かつ0≦y≦0.175)で表され、一定の周期間隔を有する超構造を形成したLNTセラミックスであり、前記混合粉末が、LiCO3、Nb25、TiO2の粉末を混合した混合粉末であり、前記超構造は、Ti原子の拡散により形成される周期構造である結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramic has a composition formula Li 1 + xy Nb 1-x-3y Ti x + 4y O 3 (where 0.07 ≦ x ≦ 0.33 and 0 ≦ y ≦ 0.175), which is an LNT ceramic that forms a superstructure having a constant periodic interval, and the mixed powder is a mixed powder obtained by mixing LiCO 3 , Nb 2 O 5 , and TiO 2 powders, The superstructure is a crystalline oxide ceramic short-time firing method that is a periodic structure formed by diffusion of Ti atoms.

本発明の第5の形態は、LNTセラミックスの組成をTi濃度が15〜30mol%の範囲で変化させたとき、Ti濃度が大きいほど、前記超構造の一定の周期間隔が狭くなる結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 According to a fifth aspect of the present invention, when the composition of LNT ceramics is changed within a Ti concentration range of 15 to 30 mol%, the higher the Ti concentration, the smaller the periodic interval of the superstructure becomes. This is a ceramic short-time firing method.

本発明の第6の形態は、前記混合粉末がREの粉末を計0.5〜5質量%含み、前記LNTセラミックスが、REを賦活化した結晶質酸化物セラミックスであり、前記REは、希土類元素Dy、Er、Eu、Nd、Pr、Sm、Tm、Tb、Ybのうち1以上の元素である結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 In a sixth aspect of the present invention, the mixed powder contains a total of 0.5 to 5 % by mass of RE 2 O 3 powder, and the LNT ceramic is a crystalline oxide ceramic in which RE is activated, and the RE Is a crystalline oxide ceramic short-time firing method that is one or more of the rare earth elements Dy, Er, Eu, Nd, Pr, Sm, Tm, Tb, and Yb.

本発明の第7の形態は、前記結晶質酸化物セラミックスが、組成式(Ca2-x/2-yEuyx/2)(Si1-xx)O4(ただし0≦x≦0.20かつ0.02≦y≦0.5)で表されるシリケート系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、CaCO3、SiO2、CaHPO4・2H2O、Eu23の粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含み、当該後処理工程において、大気雰囲気下でアニール処理を行い、更に、還元ガス中でEu3+イオンをEu2+イオンに還元する還元処理を行う、結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 According to a seventh aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramics has a composition formula (Ca 2−x / 2−y Eu yx / 2 ) (Si 1−x P x ) O 4 (where 0 ≦ x ≦ 0.20 and 0.02 ≦ y ≦ 0.5), and the mixed powder is made of CaCO 3 , SiO 2 , CaHPO 4 .2H 2 O, Eu 2 O 3 . It is a mixed powder in which powder is mixed, and includes a post-processing step performed after the main baking step. In the post-processing step, annealing is performed in an air atmosphere, and Eu 3+ ions are further reduced in a reducing gas. This is a crystalline oxide ceramic short-time firing method in which reduction treatment to reduce Eu 2+ ions is performed.

本発明の第8の形態は、前記結晶質酸化物セラミックスが、組成式(Ba1-xEux0.79(Al1-yZny10.917.14-δ(ただし0.01≦x≦0.2かつ0≦y≦0.1)で表されるバリウム系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、BaCO3、Al23、ZnO、Eu23の粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含み、当該後処理工程において、大気雰囲気下でアニール処理を行い、更に、還元ガス中でEu3+イオンをEu2+イオンに還元する還元処理を行う、結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法である。 In an eighth aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramics has a composition formula (Ba 1-x Eu x ) 0.79 (Al 1-y Zn y ) 10.9 O 17.14- δ (where 0.01 ≦ x ≦ 0 .2 and 0 ≦ y ≦ 0.1), and the mixed powder is a mixed powder obtained by mixing powders of BaCO 3 , Al 2 O 3 , ZnO, and Eu 2 O 3. Yes, including a post-treatment step performed after the main firing step, in which the annealing treatment is performed in an air atmosphere, and Eu 3+ ions are reduced to Eu 2+ ions in a reducing gas. It is a crystalline oxide ceramic short-time firing method for performing reduction treatment.

本発明の第9の形態は、上記の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を実施するための装置であり、気密に保つことができる焼成炉と、前記焼成炉内に配置され、原料となる混合粉末又はその成形体を保持する保持部と、加熱手段と、前記焼成炉内に酸素を含む混合ガスを加圧して送り込む加圧ガス導入手段と、前記焼成炉内のガスを外部に放出するガス排出手段を少なくとも有する結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置である。 A ninth aspect of the present invention is an apparatus for carrying out the above-mentioned crystalline oxide ceramic short-time firing method, a firing furnace that can be kept airtight, and a raw material that is disposed in the firing furnace. A holding unit for holding the mixed powder or a molded body thereof, a heating unit, a pressurized gas introduction unit that pressurizes and feeds a mixed gas containing oxygen into the firing furnace, and releases the gas in the firing furnace to the outside. A crystalline oxide ceramic short-time firing apparatus having at least a gas discharge means.

本発明の第10の形態は、タイマーを備え、前記混合粉末又はその成形体の温度、及び、前記焼成炉内のガスの圧力を、自動で調整するプログラム制御を行う制御部を備えた結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置である。 A tenth aspect of the present invention is a crystalline material comprising a control unit that includes a timer and performs program control for automatically adjusting the temperature of the mixed powder or the molded body thereof and the pressure of the gas in the firing furnace. This is an oxide ceramic short-time firing device.

本発明の第1の形態によれば、結晶質酸化物セラミックスを焼成により製造する方法であり、圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が用途に応じた目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程を含み、前記本焼成工程を大気雰囲気下で行う場合に比べて、前記本焼成工程に要する時間が4分の1以下であることを特徴とする結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供することができる。
圧縮空気を用い、絶対圧が0.6MPa以下のそれほど絶対圧が高くない加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で焼成する場合、結晶粒の均質な粒成長に最適な絶対圧が存在し、それより絶対圧が大きくなると却って粒成長が妨げられる場合があることは従来、知られていなかった。本発明は、最適な絶対圧に近い、好適絶対圧区間に含まれる絶対圧の加圧ガス雰囲気下で焼成を行うことにより、従来に比べて、本焼成工程に要する時間を大幅に短縮するものである。
ここで、好適絶対圧区間とは、本焼成工程を同じ温度条件で大気雰囲気下で行う場合に比べて、本焼成工程に要する時間が4分の1以下であるような、0.6MPa以下の絶対圧の任意の区間である。本発明者の発見は、拡散機構は結晶構造(空間群)に依存するものであるが、好適絶対圧区間を設定することができる結晶質酸化物セラミックスが多く存在する可能性がある、という点にある。好適絶対圧区間は、必ずしも上記の最適な絶対圧を含まなくてもよいが、含んでいることが望ましい。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a crystalline oxide ceramic by firing, using compressed air, and an absolute pressure of less than 1200 ° C. under a pressurized gas atmosphere included in a preferred absolute pressure section. In comparison with the case where the main baking step is performed in an air atmosphere, the main baking step is performed until the average particle size of the crystal grains reaches the target crystal particle size according to the application. It is possible to provide a crystalline oxide ceramic short-time firing method characterized in that the time required for the main firing step is ¼ or less.
When using compressed air and firing at a main firing temperature of less than 1200 ° C. in a pressurized gas atmosphere where the absolute pressure is 0.6 MPa or less and the absolute pressure is not so high, the absolute pressure is optimal for homogeneous grain growth. Conventionally, it has not been known that grain growth may be hindered when the absolute pressure is higher than that. The present invention significantly shortens the time required for the main baking process compared to the prior art by performing baking in a pressurized gas atmosphere of an absolute pressure included in a preferred absolute pressure section close to the optimum absolute pressure. It is.
Here, the preferred absolute pressure section is 0.6 MPa or less, in which the time required for the main baking step is one quarter or less, compared to the case where the main baking step is performed under the same temperature conditions in an air atmosphere. It is an arbitrary section of absolute pressure. The inventor's discovery is that the diffusion mechanism depends on the crystal structure (space group), but there may be many crystalline oxide ceramics capable of setting a preferred absolute pressure interval. It is in. The preferred absolute pressure section does not necessarily include the optimum absolute pressure described above, but it is desirable to include it.

本発明の第2の形態によれば、原料となる粉末を混合した混合粉末を成形して、得られた成形体を仮焼成する仮焼成工程を含む結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供することができる。
仮焼成工程は、そのままでは脆い成形体を扱いやすくするためと、本焼成工程に先立っ
て、成形体に含まれている不要な元素を、水分や二酸化炭素などの気体の形で飛ばすために実施される。仮焼成の温度は、例えば500〜850℃に選ぶことができる。
According to the second aspect of the present invention, there is provided a crystalline oxide ceramic short-time firing method including a pre-firing step of forming a mixed powder obtained by mixing raw material powders and pre-firing the obtained compact. can do.
The pre-baking process is carried out to make it easy to handle fragile compacts as they are, and prior to the main firing process, the unnecessary elements contained in the compacts are blown out in the form of gases such as moisture and carbon dioxide. Is done. The calcination temperature can be selected, for example, from 500 to 850 ° C.

本発明の第3の形態によれば、前記好適絶対圧区間が0.33〜0.38MPa、前記本焼成温度が1000〜1100℃、用途に応じた目的とする結晶粒径が2〜5μmである結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供することができる。   According to the third aspect of the present invention, the preferred absolute pressure section is 0.33 to 0.38 MPa, the main firing temperature is 1000 to 1100 ° C., and the target crystal grain size according to the application is 2 to 5 μm. A crystalline oxide ceramic short-time firing method can be provided.

本発明者は、圧縮空気を用いた加圧ガス雰囲気下で1000〜1100℃の低温で本焼成を行って、代表的な結晶質酸化物セラミックスであるLNTセラミックスを製造する場合に、結晶粒の平均粒径の成長速度が最大になるのは、絶対圧が約0.35MPaのとき、若しくは0.33〜0.38MPaの範囲内のときであり、絶対圧がそれを超えて大きくなると、却って均質な粒成長が妨げられることを見出した。更に、絶対圧が0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下で焼成を行うと、大気雰囲気下で焼成を行う場合に比べて、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程に要する時間が4分の1以下で済むことを、いずれも結晶質酸化物セラミックスである、LNTセラミックスやいくつかのセラミックス蛍光体で確認した。   The present inventor performs main firing at a low temperature of 1000 to 1100 ° C. in a pressurized gas atmosphere using compressed air to produce LNT ceramics which are typical crystalline oxide ceramics. The growth rate of the average particle diameter is maximized when the absolute pressure is about 0.35 MPa or within the range of 0.33 to 0.38 MPa. We found that homogeneous grain growth was hindered. Furthermore, when firing in a pressurized gas atmosphere having an absolute pressure of 0.33 to 0.38 MPa, the average grain size of the crystal grains becomes the target crystal grain size compared to firing in an air atmosphere. It was confirmed with LNT ceramics and some ceramic phosphors, which are crystalline oxide ceramics, that the time required for the main firing step of firing until reaching the required time is one quarter or less.

結晶質酸化物セラミックスを1000〜1100℃の低温で、加圧ガス雰囲気下で、焼成により製造する場合に、結晶粒の平均粒径の成長速度を最大にする最適な絶対圧(約0.35MPa或いは0.33〜0.38MPa)が存在し、それより大きな絶対圧ではかえって均質な粒成長が妨げられる場合があることは、従来知られていなかった。そのメカニズムは酸化物中では、0.33〜0.38MPaで、最も効率よく、準格子間の酸素が空孔と連携しながら、酸素原子が玉突きのように酸素を押し出して原子の拡散が促進されると考える。一方、絶対圧がそれ以上に大きくなりすぎると、ガス(酸素)分子の濃度が上がることにより、酸素イオン同志が反発し、逆に原子の拡散が阻害されると考えられる。なお、本発明者は、酸素と窒素の混合ガスを用いて、絶対圧を1気圧(0.1MPa)で一定に保ちつつ、混合ガスに占める酸素のモル比率を変えても結晶粒の平均粒径の成長速度があまり変化しない場合があるとの実験結果を得ており、上記メカニズムには酸素分圧だけでなく絶対圧が関係している可能性もある。   When producing crystalline oxide ceramics by firing in a pressurized gas atmosphere at a low temperature of 1000 to 1100 ° C., the optimum absolute pressure (about 0.35 MPa) that maximizes the growth rate of the average grain size of the crystal grains It has not been conventionally known that homogeneous grain growth may be hindered by an absolute pressure higher than 0.33 to 0.38 MPa). The mechanism is 0.33-0.38MPa in oxide, the most efficient, and oxygen between quasi-lattices cooperates with vacancies, while oxygen atoms push out oxygen like a ball and promote diffusion of atoms. I think. On the other hand, if the absolute pressure becomes too high, the concentration of gas (oxygen) molecules increases, so that the oxygen ions repel each other and the diffusion of atoms is conversely inhibited. Note that the present inventor uses a mixed gas of oxygen and nitrogen to maintain the average pressure of the crystal grains even if the molar ratio of oxygen in the mixed gas is changed while keeping the absolute pressure constant at 1 atm (0.1 MPa). Experimental results have shown that the growth rate of diameter may not change much, and the mechanism may involve not only the oxygen partial pressure but also the absolute pressure.

なお、本形態では、加圧ガスとして圧縮空気を用いているが、例えば、酸素と任意のガスの混合気体の加圧ガスであれば、同様の効果を奏すると考えられる。   In this embodiment, compressed air is used as the pressurized gas. However, for example, it is considered that the same effect can be obtained if the pressurized gas is a mixed gas of oxygen and an arbitrary gas.

本形態の本焼成工程は、結晶粒の平均粒径が2〜5μmの目的とする結晶粒径に到達したときに完了する。結晶質酸化物セラミックスの結晶粒は、その用途に応じて、結晶粒の粒径について、一定の条件を満たす最適な粒子サイズである必要がある。本形態の本焼成工程は、得られる結晶質酸化物セラミックスの結晶粒が、少なくとも蛍光体用途に適した粒径である2〜3μm以上の平均粒径を有することを確認している。   The main firing step of the present embodiment is completed when the average crystal grain size reaches the target crystal grain size of 2 to 5 μm. The crystal grains of the crystalline oxide ceramics need to have an optimum particle size that satisfies a certain condition with respect to the grain size of the crystal grains, depending on the application. In the main firing step of this embodiment, it is confirmed that the crystal grains of the obtained crystalline oxide ceramics have an average particle size of 2 to 3 μm or more, which is a particle size suitable for at least phosphor use.

本発明の第4の形態によれば、前記結晶質酸化物セラミックスが、前記組成式で表され、一定の周期間隔を有する超構造を形成したLNTセラミックスであり、前記超構造は、Ti原子の拡散により形成される周期構造である結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供できる。
前記組成式で表されるLNTセラミックスは、超構造と呼ばれる、Ti原子の拡散により形成される周期構造を有する。焼成によって超構造が形成されるか否か、又、形成された超構造の周期間隔が一定であるか否かは、結晶粒の平均粒径とともに、均質な結晶粒の成長が実現できているかを判定する良い指標となる材料である。
従来、一定の周期間隔を有する超構造を形成するためには例えば、大気雰囲気下において、1120℃の温度で、のべ24〜240時間という長時間の本焼成、すなわち、粉砕・混合と焼成の繰り返しを行う必要があった。本発明の本形態では、絶対圧が0.33〜
0.38MPaの加圧ガス雰囲気下、1000〜1100℃の低温で焼成することにより、従来と比べて4分の1以下の時間で本焼成工程を完了して、一定の周期間隔を有する超構造を形成することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramic is an LNT ceramic that is expressed by the composition formula and forms a superstructure having a constant periodic interval, and the superstructure is composed of Ti atoms. A crystalline oxide ceramic short-time firing method having a periodic structure formed by diffusion can be provided.
The LNT ceramics represented by the composition formula has a periodic structure formed by diffusion of Ti atoms, called a superstructure. Whether or not the superstructure is formed by firing, and whether or not the periodic interval of the formed superstructure is constant, is it possible to achieve uniform crystal grain growth along with the average grain diameter of the crystal grains? This is a good index for determining
Conventionally, in order to form a superstructure having a constant periodic interval, for example, in an air atmosphere, at a temperature of 1120 ° C., for a long time of a total of 24 to 240 hours, that is, grinding / mixing and firing It was necessary to repeat. In this embodiment of the present invention, the absolute pressure is 0.33 to 0.33.
By firing at a low temperature of 1000 to 1100 ° C. in a pressurized gas atmosphere of 0.38 MPa, the firing process is completed in a time that is less than a quarter of the conventional structure, and a superstructure having a constant periodic interval. Can be formed.

LNTセラミックスの組成をTi濃度が15〜30mol%の範囲で変化させたとき、Ti濃度が大きいほど、前記本焼成工程に要する時間が短くなる。したがって、Ti濃度を変えることにより、本焼成工程に要する時間をコントロールすることができる。   When the composition of the LNT ceramic is changed within a Ti concentration range of 15 to 30 mol%, the time required for the main firing step is shortened as the Ti concentration is increased. Therefore, the time required for the main firing step can be controlled by changing the Ti concentration.

本発明の第5の形態によれば、LNTセラミックスの組成をTi濃度が15〜30mol%の範囲で変化させたとき、Ti濃度が大きいほど、前記超構造の一定の周期間隔が狭くなる結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供することができる。
前記超構造とは、Ti原子によるインターグロース層を形成した周期構造であり、より正確には、Ti原子を多く含むインターグロース層と、Ti原子を最低限含む母相が周期的に積層したものである。そのため、Ti濃度が高くなると、インターグロース層の間隔が狭くなる。言い換えると、たくさんのTi原子が入ると、それらは母相に固溶しにくいため、余剰のTi原子がより多数のインターグロース層を形成し、超構造の一定の周期間隔が狭くなるのである。
According to the fifth aspect of the present invention, when the composition of the LNT ceramic is changed in the range of Ti concentration of 15 to 30 mol%, the crystalline structure in which the constant period interval of the superstructure becomes narrower as the Ti concentration is higher. An oxide ceramic short-time firing method can be provided.
The superstructure is a periodic structure in which an intergrowth layer is formed of Ti atoms. More precisely, an intergrowth layer containing a large amount of Ti atoms and a matrix layer containing a minimum amount of Ti atoms are periodically stacked. It is. Therefore, as the Ti concentration increases, the interval between the inter-growth layers becomes narrower. In other words, when a large number of Ti atoms enter, they are difficult to dissolve in the matrix phase, so that excess Ti atoms form a larger number of intergrowth layers, and the constant periodic interval of the superstructure is narrowed.

インターグロース層は母相とは異なる構造を有するので、酸化物セラミックスの他の一般的な周期構造、例えば積層の周期性、層状構造の周期性、Ruddlesden−Popper相などと比べて、形成メカニズムが異なる。そのため、一定の周期間隔を有する超構造の形成の有無は、均質な結晶成長が実現しているか否かを判定する良い指標となる。本発明者は、一定の周期間隔を有する超構造の形成の有無を調べることで、結晶質酸化物セラミックスの低温での加圧ガス雰囲気下の本焼成において、均質な結晶成長を実現し、結晶粒の平均粒径の成長速度を最大にする、絶対圧の範囲を見出したものである。   Since the intergrowth layer has a structure different from that of the parent phase, the formation mechanism is different from that of other general periodic structures of oxide ceramics, for example, the periodicity of the stack, the periodicity of the layered structure, the Ruddlesden-Popper phase, etc. Different. Therefore, the presence or absence of the formation of a superstructure having a constant periodic interval is a good index for determining whether or not uniform crystal growth is realized. The present inventor has realized the uniform crystal growth in the main firing of the crystalline oxide ceramics in a pressurized gas atmosphere at a low temperature by investigating whether or not a superstructure having a certain periodic interval is formed. The absolute pressure range that maximizes the growth rate of the average grain size of the grains has been found.

本発明の第6の形態によれば、前記混合粉末がREの粉末を計0.5〜5質量%含み、前記LNTセラミックスが、REを賦活化した結晶質酸化物セラミックスであり、前記REは、希土類元素Dy、Er、Eu、Nd、Pr、Sm、Tm、Tb、Ybのうち1以上の元素である結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供できる。本形態の、REを賦活化した結晶質酸化物セラミックスは、蛍光体用途に用いることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the mixed powder contains a total of 0.5 to 5 % by mass of RE 2 O 3 powder, and the LNT ceramic is a crystalline oxide ceramic activated RE. The RE can provide a crystalline oxide ceramic short-time firing method that is one or more of the rare earth elements Dy, Er, Eu, Nd, Pr, Sm, Tm, Tb, and Yb. The crystalline oxide ceramics in which RE is activated in this embodiment can be used for phosphors.

本発明の第7の形態によれば、前記結晶質酸化物セラミックスが、前記組成式で表されるシリケート系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、CaCO3、SiO2、CaHPO4・2H2O、Eu23の粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含む、結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供できる。
前記シリケート系セラミックス蛍光体を製造する場合、仮焼成ののち、電気炉等を用いて、大気雰囲気下で焼成する本焼成工程を行い、その後、後処理工程を行う。従来の本焼成工程では、1000〜1100℃の低温で焼成する場合、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに達する均質焼成のためには、遊星型ボールミルを用いて、何度も粉砕混合と焼成を繰り返す必要があり、製造には延べ24時間以上の本焼成工程の時間と手間を要していた。本発明の本形態では、絶対圧が0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下で本焼成工程を行うことにより、従来と比べて4分の1以下の本焼成工程の時間で、1回の焼成で本焼成工程を完了して、その後、後処理工程を行い、前記シリケート系セラミックス蛍光体を製造することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramic is a silicate ceramic phosphor represented by the composition formula, and the mixed powder is CaCO 3 , SiO 2 , CaHPO 4 .2H 2. A mixed powder in which powders of O and Eu 2 O 3 are mixed, and a crystalline oxide ceramics short-time firing method including a post-treatment step performed after the main firing step can be provided.
In the case of producing the silicate ceramic phosphor, after the preliminary firing, a main firing step of firing in an air atmosphere is performed using an electric furnace or the like, and then a post-processing step is performed. In the case of firing at a low temperature of 1000 to 1100 ° C. in the conventional main firing process, a planetary ball mill is used for pulverization and mixing many times for homogeneous firing in which the average grain size of the crystal grains reaches 2 to 5 μm. It was necessary to repeat firing, and the production required a time and labor of the main firing process of 24 hours or more. In the present embodiment of the present invention, by performing the main baking step in a pressurized gas atmosphere having an absolute pressure of 0.33 to 0.38 MPa, the time of the main baking step is less than a quarter of that in the conventional case. The main calcination step is completed by one-time calcination, and then a post-treatment step is performed to manufacture the silicate ceramic phosphor.

本発明の第8の形態によれば、前記結晶質酸化物セラミックスが、前記組成式で表されるバリウム系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、BaCO3、Al23、ZnO、Eu23の粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含む、結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を提供できる。 According to an eighth aspect of the present invention, the crystalline oxide ceramic is a barium-based ceramic phosphor represented by the composition formula, and the mixed powder is BaCO 3 , Al 2 O 3 , ZnO, Eu. It is a mixed powder obtained by mixing 2 O 3 powder, and can provide a crystalline oxide ceramic short-time firing method including a post-treatment step performed after the main firing step.

前記バリウム系セラミックス蛍光体を製造する場合、仮焼成ののち、電気炉等を用いて、大気雰囲気下で焼成する本焼成工程を行い、その後、後処理工程を行う。従来の本焼成工程では、1000〜1100℃の低温で焼成する場合、どれほど焼成時間をかけ、粉砕・混合と焼成を幾度繰り返しても、均質焼成を成功させることができなかった。又、1200℃の高温で大気雰囲気下で本焼成工程を行う場合であっても、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに達する均質焼成のためには、遊星型ボールミルを用いて、何度も粉砕混合と焼成を繰り返す必要があり、製造には延べ50時間以上の本焼成工程の時間と手間を要していた。本発明の本形態では、1000〜1100℃の低温で、絶対圧が0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下で本焼成工程を行うことにより、わずか2時間の本焼成工程の時間で、1回の焼成で本焼成工程を完了して、その後、後処理工程を行い、前記バリウム系セラミックス蛍光体を製造することができる。   In the case of producing the barium-based ceramic phosphor, after the preliminary firing, a main firing step of firing in an air atmosphere is performed using an electric furnace or the like, and then a post-processing step is performed. In the conventional main firing step, when firing at a low temperature of 1000 to 1100 ° C., no matter how much firing time is taken and the pulverization / mixing and firing are repeated many times, the homogeneous firing cannot be succeeded. Even in the case where the main baking process is performed in an air atmosphere at a high temperature of 1200 ° C., in order to perform uniform baking in which the average grain size of the crystal grains reaches 2 to 5 μm, a planetary ball mill is used. In addition, it was necessary to repeat the pulverization and mixing and firing, and the production required a time and labor of the main firing process of 50 hours or more. In the present embodiment of the present invention, by performing the main baking step in a pressurized gas atmosphere having a low temperature of 1000 to 1100 ° C. and an absolute pressure of 0.33 to 0.38 MPa, the time of the main baking step is only 2 hours. The main firing step can be completed by one firing, and then a post-treatment step can be performed to produce the barium-based ceramic phosphor.

本発明の第9の形態によれば、上記の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を実施するための装置であり、気密に保つことができる焼成炉と、前記焼成炉内に配置され、前記混合粉末又はその成形体を保持する保持部と、加熱手段と、前記焼成炉内に酸素を含む混合ガスを加圧して送り込む加圧ガス導入手段と、前記焼成炉内のガスを外部に放出するガス排出手段を少なくとも有する結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置を提供できる。
本発明の本形態の装置は、気密に保つことができる焼成炉と加圧ガス導入手段とガス排出手段を有するから、焼成炉内の絶対圧を好適絶対圧区間の範囲内に保つことが可能であり、又、加熱手段を有するから、少なくとも1200℃以下の温度で前記混合粉末又はその成形体を加圧ガス雰囲気下で焼成することができる。したがって、当該装置を用いて、上記の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を実施することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for carrying out the above-mentioned crystalline oxide ceramic short-time firing method, a firing furnace that can be kept airtight, and disposed in the firing furnace, A holding unit for holding the mixed powder or a molded body thereof, a heating unit, a pressurized gas introduction unit that pressurizes and feeds a mixed gas containing oxygen into the firing furnace, and releases the gas in the firing furnace to the outside. A crystalline oxide ceramic short-time firing apparatus having at least a gas discharge means can be provided.
Since the apparatus of this embodiment of the present invention has a firing furnace, pressurized gas introduction means and gas discharge means that can be kept airtight, it is possible to keep the absolute pressure in the firing furnace within the range of the preferred absolute pressure section. Moreover, since it has a heating means, the mixed powder or a molded product thereof can be fired in a pressurized gas atmosphere at a temperature of at least 1200 ° C. or less. Therefore, the crystalline oxide ceramic short-time firing method can be carried out using the apparatus.

本発明の第10の形態によれば、タイマーを備え、前記混合粉末又はその成形体の温度、及び、前記焼成炉内のガスの圧力を、自動で調整するプログラム制御を行う制御部を備えた結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置を提供することができる。   According to a tenth aspect of the present invention, a timer is provided, and a control unit is provided that performs program control for automatically adjusting the temperature of the mixed powder or its molded body and the pressure of the gas in the firing furnace. A crystalline oxide ceramic short-time firing apparatus can be provided.

図1は、結晶質酸化物セラミックスの一般的な焼成製法を示すフロー図である。FIG. 1 is a flowchart showing a general firing method for crystalline oxide ceramics. 図2は、LNTセラミックスの本焼成工程における加圧ガスの絶対圧を4通りに変えて、結晶粒の成長度合いを撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真図である。FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the degree of growth of crystal grains by changing the absolute pressure of the pressurized gas in the main firing step of LNT ceramics in four ways. 図3は、LNTセラミックスの本焼成工程における加圧ガスの絶対圧と、結晶粒の平均粒径との関係を示すグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the absolute pressure of the pressurized gas and the average grain size of the crystal grains in the main firing step of LNT ceramics. 図(4A)は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で製造したLNTセラミックスの透過型電子顕微鏡(TEM)による回折像図であり、図(4B)は、超構造の形成を示すTEM写真図である。FIG. 4A is a diffractogram of a transmission electron microscope (TEM) of LNT ceramics produced by the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention, and FIG. It is a TEM photograph figure shown. 図5は、組成をTi濃度の異なる4通りに変化させて、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックスのX線回折(XRD)パターン図(4組成)である。FIG. 5 shows X-rays of LNT ceramics produced by firing at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour in the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention, with the composition being changed in four ways with different Ti concentrations. It is a diffraction (XRD) pattern figure (4 composition). 図6は、同じく、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックスのSEM写真図(4組成)である。FIG. 6 is a SEM photograph (4 compositions) of LNT ceramics fired and produced at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour. 図7は、同じく、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックス(Ti濃度15mol%)のTEMによる回折像図と超構造の不均質な形成を示すTEM写真図である。FIG. 7 is also a TEM image of a LNT ceramic (Ti concentration: 15 mol%) produced by firing at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour and a TEM photograph showing inhomogeneous formation of the superstructure. 図8は、同じく、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックス(Ti濃度30mol%)のTEMによる回折像図と超構造の均質形成を示すTEM写真図である。FIG. 8 is also a TEM image of a LNT ceramic (Ti concentration 30 mol%) baked and manufactured at a main calcination temperature of 1000 ° C. for 1 hour and a TEM photograph showing homogeneous formation of the superstructure. 図9は、組成をTi濃度の異なる4通りに変化させて、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で、1100℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックスのXRDパターン図(4組成)である。FIG. 9 is an XRD pattern of LNT ceramics produced by firing at a main firing temperature of 1100 ° C. for one hour by changing the composition in four ways with different Ti concentrations and using the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention. It is a figure (4 compositions). 図10は、同じく、1100℃の本焼成温度で1時間で焼成製造したLNTセラミックスのSEM写真図(4組成)である。FIG. 10 is an SEM photograph (4 compositions) of LNT ceramics fired and manufactured at a main firing temperature of 1100 ° C. for 1 hour. 図11は、1000℃と1100℃の本焼成温度で1時間で合成(焼成製造)したLNTセラミックス(4組成)の格子定数を、横軸にTi濃度をとって図示したグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the lattice constant of LNT ceramics (4 compositions) synthesized (fired and manufactured) at 1000 ° C. and 1100 ° C. main firing temperatures for 1 hour, with the Ti concentration on the horizontal axis. 図12は、前記シリケート系セラミックス蛍光体について、大気雰囲気下で24時間で本焼成工程を行った試料と、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で6時間で本焼成工程を行った試料の、XRDパターンの比較図である。FIG. 12 shows a sample obtained by subjecting the silicate-based ceramic phosphor to a main firing step for 24 hours in an air atmosphere and a main firing step for 6 hours using the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention. It is a comparison figure of an XRD pattern of a sample. 図13は、前記バリウム系セラミックス蛍光体について、大気雰囲気下で50時間で本焼成工程を行った試料と、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で2時間で本焼成工程を行った試料の、XRDパターンの比較図である。FIG. 13 shows a sample obtained by subjecting the barium-based ceramic phosphor to a firing process in an air atmosphere for 50 hours, and a firing process for 2 hours in the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention. It is a comparison figure of an XRD pattern of a sample. 図14は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法とオプションの後処理工程のフロー図である。FIG. 14 is a flowchart of the crystalline oxide ceramic short-time firing method and optional post-treatment process according to the present invention. 図15は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置の断面模式図であり、当該装置の制御部の説明図を含む。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a crystalline oxide ceramics short-time firing apparatus according to the present invention, including an explanatory diagram of a control unit of the apparatus.

次に、本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法及び装置を実施するための形態を、図面と表を参照しながら詳細に説明する。   Next, the form for implementing the crystalline oxide ceramics short time baking manufacturing method and apparatus of this invention is demonstrated in detail, referring drawings and a table | surface.

本発明の特徴は、結晶質酸化物セラミックスの焼成製法に関して、加圧ガス雰囲気炉を使用し、最適な加圧ガス雰囲気を制御することにより、これまで大気雰囲気下における電気炉では長時間合成に要していた材料について、低温、短時間で均質焼成及び結晶粒の成長をする最適条件を見出した点にある。   The feature of the present invention is that, with respect to the method for firing crystalline oxide ceramics, a pressurized gas atmosphere furnace is used, and the optimum pressurized gas atmosphere is controlled, so that an electric furnace in an atmospheric atmosphere has long been synthesized. It is the point which discovered the optimal conditions which carry out homogeneous baking and the growth of a crystal grain in low temperature and a short time about the required material.

図1は、固相法による、結晶質酸化物セラミックスの一般的な製法を示す。原料となる酸化物等の粉末は、その平均粒径が基準粉末粒径以下であることが望ましい。基準粉末粒径は、例えば0.1〜0.3μmである。まず、原料となる粉末を混合し、得られた混合粉末を成形した後に、成形体を仮焼成する仮焼成工程を実施し、次いで本焼成を行う本焼成工程を実施する。得られた焼成体に、還元処理やアニール処理等の後処理を行う場合には、後処理工程を実施して焼成製造が完了する。後処理を行わない場合には、本焼成工程の終了により、焼成製造が完了する。   FIG. 1 shows a general method for producing crystalline oxide ceramics by a solid phase method. The average particle size of the oxide or the like powder used as a raw material is desirably equal to or less than the reference powder particle size. The standard powder particle size is, for example, 0.1 to 0.3 μm. First, after mixing the powder used as a raw material and shape | molding the obtained mixed powder, the temporary baking process which pre-bakes a molded object is implemented, and the main baking process which performs main baking is then implemented. When post-treatment such as reduction treatment or annealing treatment is performed on the obtained fired body, a post-treatment process is performed to complete the firing production. In the case where no post-treatment is performed, the baking production is completed by the end of the main baking step.

本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成方法は、上記の各工程のうち、本焼成工程に関するものである。なお、本焼成を、比較的低温で行われる第1段階の焼成と比較的高温で行われる第2段階の焼成の2段階に分けて行う場合には、第1段階の焼成が本願の「本焼成工程」に、又、第2段階の焼成が本願の「アニール処理」に、それぞれ対応する場合がある。
従来、大気雰囲気下で長時間を要して実施されていた本焼成工程を、加圧ガス雰囲気炉を使用し、最適な絶対圧の加圧ガス雰囲気下で1200℃未満の温度、例えば1000〜1100℃の低温で実施することにより、短い本焼成工程の時間で、均質焼成及び結晶粒の成長を実現することができた。又、従来の大気雰囲気下での本焼成工程では、通常、粉砕・混合と焼成を何度も繰り返して焼結反応を促進する必要があった材料についても、本発明の焼成方法による本焼成工程では、粉砕・混合と焼成の繰り返しは不要で、本焼成は1回で済み、しかも焼結助剤を必要としない。
次の表1に、従来の本焼成工程と本発明の一形態の本焼成工程の相違点を示す。
The crystalline oxide ceramic short-time firing method of the present invention relates to the main firing step among the above steps. In the case where the main baking is performed in two stages, ie, a first stage baking performed at a relatively low temperature and a second stage baking performed at a relatively high temperature, the first stage baking is performed according to the present invention. In some cases, the “firing process” and the second stage firing correspond to the “annealing process” of the present application.
Conventionally, the firing process, which has been performed in an air atmosphere for a long time, is performed at a temperature of less than 1200 ° C., for example, 1000 to 1000 ° C. in a pressurized gas atmosphere at an optimum absolute pressure using a pressurized gas atmosphere furnace. By carrying out at a low temperature of 1100 ° C., homogeneous firing and crystal grain growth could be realized in a short time of the main firing step. In addition, in the conventional firing process in the conventional atmospheric atmosphere, the firing process according to the firing method of the present invention is also applicable to materials that normally have to be repeatedly pulverized, mixed, and fired to promote the sintering reaction. Then, the repetition of pulverization / mixing and firing is unnecessary, and the firing is performed only once, and no sintering aid is required.
Table 1 below shows a difference between the conventional firing process and the firing process of one embodiment of the present invention.

上記の表2は、焼成炉内の加圧ガスについて、絶対圧とゲージ圧および酸素分圧の関係を示している。ゲージ圧は絶対圧より大気圧(0.101MPa)だけ小さい。焼成に圧縮空気を利用する場合、空気中に酸素はモル比で20.6%含まれているから、焼成炉内の酸素分圧は絶対圧の0.206倍となる。なお、本発明は主に、加圧ガスとして圧縮空気の使用を想定しているが、酸素と任意の気体の混合ガス、例えば、圧縮空気中の窒素を希ガスで置き換えた混合ガスを使用しても、本発明と同様の作用・効果を奏するものと考えられる。   Table 2 above shows the relationship between absolute pressure, gauge pressure, and oxygen partial pressure for the pressurized gas in the firing furnace. The gauge pressure is smaller than the absolute pressure by atmospheric pressure (0.101 MPa). When compressed air is used for firing, oxygen is contained in the air in a molar ratio of 20.6%, so the oxygen partial pressure in the firing furnace is 0.206 times the absolute pressure. The present invention mainly assumes the use of compressed air as a pressurized gas, but uses a mixed gas of oxygen and any gas, for example, a mixed gas in which nitrogen in compressed air is replaced with a rare gas. However, it is considered that the same actions and effects as those of the present invention are exhibited.

<実施例1:LNTセラミックスの場合>
代表的な結晶質酸化物セラミックスであるLNTセラミックスは、組成式Li1+x-yNb1-x-3yTix+4y3(ただし0.07≦x≦0.33かつ0≦y≦0.175)で表され、超構造を形成し得る。この超構造は、Ti元素の拡散により形成される周期構造であ
る。従来、大気雰囲気下において電気炉で焼成する場合には、この超構造を形成するためには1120℃の本焼成温度で24〜240時間という長い焼成時間が必要であった(H.Nakano et al. Journal of Alloys and Compounds 618(2015)504〜507ページ参照)。
今回、加圧ガス雰囲気炉を使用することにより、圧縮空気を使用し、絶対圧が0.35MPa(酸素分圧0.7atm) の時に、1100℃の本焼成温度で30分〜1時間という短い時間で結晶粒が粒成長し、均質な周期構造を形成することが明らかになったので、以下データを示す。
<Example 1: LNT ceramics>
LNT ceramics, which are typical crystalline oxide ceramics, have a composition formula Li 1 + xy Nb 1-x-3y Ti x + 4y O 3 (where 0.07 ≦ x ≦ 0.33 and 0 ≦ y ≦ 0. 175) and can form a superstructure. This superstructure is a periodic structure formed by diffusion of Ti element. Conventionally, when firing in an electric furnace in an air atmosphere, a long firing time of 24 to 240 hours at a main firing temperature of 1120 ° C. was required to form this superstructure (H. Nakano et al. Journal of Alloys and Compounds 618 (2015) pp. 504-507).
This time, by using a pressurized gas atmosphere furnace, when compressed air is used and the absolute pressure is 0.35 MPa (oxygen partial pressure 0.7 atm), the main firing temperature of 1100 ° C. is as short as 30 minutes to 1 hour. Since it became clear that crystal grains grew over time and formed a uniform periodic structure, the following data is shown.

<実施例1−1> 最も適した絶対圧の検討
Ti濃度が20mol%である組成のLNTセラミックス(x=0.160、y=0.020)を焼成製造する場合において、圧縮空気の圧力を変え、最も粒成長をする圧力を検討した。図(2A)〜図(2D)に、絶対圧を0.30MPaから0.45MPaまで変化させた場合の焼成体(試料番号#1〜#4)における、粒成長度合いを撮影した走査型電子顕微鏡(SEM)写真図を示す。結晶粒11と気孔12が確認できる。図2より、絶対圧が0.35MPa(試料番号#2)で最も粒成長をすること、及び粒成長が均質であることが分かる。絶対圧が0.30MPaや0.45MPaでは、粒成長の度合いが0.35MPaの場合ほどは進まず、粒成長の均質性も良くない。なお、本焼成の条件は次の表3に示す。
<Example 1-1> Examination of the most suitable absolute pressure In the case of firing and manufacturing LNT ceramics (x = 0.160, y = 0.020) having a Ti concentration of 20 mol%, the pressure of compressed air is We changed the pressure to examine the most grain growth. The scanning electron microscope which imaged the degree of grain growth in a calcination object (sample numbers # 1- # 4) at the time of changing absolute pressure from 0.30MPa to 0.45MPa in a figure (2A)-figure (2D). (SEM) A photograph is shown. Crystal grains 11 and pores 12 can be confirmed. From FIG. 2, it can be seen that the grain growth is the most when the absolute pressure is 0.35 MPa (sample number # 2) and the grain growth is homogeneous. When the absolute pressure is 0.30 MPa or 0.45 MPa, the degree of grain growth does not progress as much as when the degree of grain growth is 0.35 MPa, and the uniformity of grain growth is not good. The conditions for the main firing are shown in Table 3 below.

表3は、上記の試料(#1〜#4)と、絶対圧が0.50MPa及び0.60MPaの加圧ガス雰囲気下で本焼成を行って得た追加の試料(#5及び#6)について、本焼成の条件と得られた結晶粒の平均粒径を示す。なお、平均粒径は、通常の粒子径測定手法に従い、SEM写真の中の結晶粒について、市販の計測用ソフトを使用し、200個以上の結晶粒について最大径を測定し、平均値を計算したものである。   Table 3 shows the above samples (# 1 to # 4) and additional samples (# 5 and # 6) obtained by performing the main firing in a pressurized gas atmosphere having absolute pressures of 0.50 MPa and 0.60 MPa. About the conditions of this baking and the average particle diameter of the obtained crystal grain are shown. The average particle size is calculated according to the normal particle size measurement method, using the commercially available measurement software for the crystal grains in the SEM photograph, measuring the maximum diameter for 200 or more crystal grains, and calculating the average value. It is a thing.

図3は、表3をグラフ化したものであり、本焼成工程における絶対圧と、結晶粒の平均粒径との関係を示すグラフ図である。結晶粒の平均粒径が最大となるのは絶対圧が0.35MPaのときである。本焼成温度が1100℃と低温で、本焼成工程の時間が30分と短いにも関わらず、絶対圧が0.35MPaの加圧ガス雰囲気下では結晶粒の平均粒径が2.6μmまで成長する。又、絶対圧が0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下では結晶粒の平均粒径が2.4μm以上まで成長し、絶対圧が0.30〜0.42MPaの加圧ガス雰囲気下では結晶粒の平均粒径が2.0μm以上まで成長することがわかる。   FIG. 3 is a graph of Table 3, and is a graph showing the relationship between the absolute pressure in the main firing step and the average grain size of the crystal grains. The average grain size of the crystal grains becomes maximum when the absolute pressure is 0.35 MPa. Although the firing temperature is as low as 1100 ° C. and the firing time is as short as 30 minutes, the average grain size grows to 2.6 μm in a pressurized gas atmosphere with an absolute pressure of 0.35 MPa. To do. Also, in a pressurized gas atmosphere having an absolute pressure of 0.33 to 0.38 MPa, the average grain size of the crystal grains grows to 2.4 μm or more, and in a pressurized gas atmosphere having an absolute pressure of 0.30 to 0.42 MPa. It can be seen that the average grain size grows to 2.0 μm or more.

図4に、最も粒成長した、絶対圧0.35MPaの場合(試料番号#2)について、[010]方位から撮影した透過型電子顕微鏡(TEM)写真図を示す。図(4A)はTEMによる回折像図であり、規則的な結晶格子の存在を示す。図(4B)は、超構造の形成を示すTEM写真図であり、4.5nm間隔で均質な周期構造が形成された事が分かる。
すなわち、4.5nmの一定の周期間隔21を有する超構造が形成されている。
FIG. 4 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph taken from the [010] orientation for the case where the absolute pressure is 0.35 MPa (sample number # 2) where the most grains have grown. FIG. 4A is a TEM diffraction pattern showing the presence of a regular crystal lattice. FIG. 4B is a TEM photograph showing the formation of the superstructure, and it can be seen that a uniform periodic structure was formed at intervals of 4.5 nm.
That is, a superstructure having a constant periodic interval 21 of 4.5 nm is formed.

<実施例1−2> Ti濃度及び本焼成温度が超構造形成に及ぼす影響の検討
絶対圧を0.35MPaに、本焼成工程の時間を1時間に固定し、本焼成温度が1000℃と1100℃の場合について、LNTセラミックス(x=0.125〜0.176、y=0〜0.063)の組成をTi濃度が15〜30mol%の範囲で変化させ、均質な超構造の形成について検討した。
その結果を表4及び図5〜図10に示す。
<Example 1-2> Examination of influence of Ti concentration and main baking temperature on superstructure formation Absolute pressure was fixed to 0.35 MPa, main baking time was fixed to one hour, and main baking temperature was 1000 ° C. and 1100. In the case of ° C., the composition of LNT ceramics (x = 0.125-0.176, y = 0-0.063) was changed in the range of Ti concentration of 15-30 mol%, and the formation of a homogeneous superstructure was examined. did.
The results are shown in Table 4 and FIGS.

1000℃の本焼成温度では、Ti濃度が15mol%と小さい場合には超構造は形成されるものの、超構造の周期間隔は場所により異なり、均質性が悪かった(試料番号#7)。一方、Ti濃度が15mol%より大きい場合には一定の周期間隔を有する超構造が形成され、均質な超構造形成が確認できた。つまり、「1000℃,15mol%,1時間」という本焼成の条件は、境界的な場合に当たっており、この場合に比べて、本焼成温度が高いか、又はTi濃度が高いか、又は本焼成工程の時間が長い場合には、均質な超構造の形成が行われると考えられる。
又、1100℃の本焼成温度では、すべての組成で均質な超構造の形成が確認できた。
At a main firing temperature of 1000 ° C., a superstructure was formed when the Ti concentration was as small as 15 mol%, but the periodic interval of the superstructure was different depending on the location and the homogeneity was poor (sample number # 7). On the other hand, when the Ti concentration is higher than 15 mol%, a superstructure having a constant periodic interval was formed, and a uniform superstructure formation could be confirmed. That is, the condition of the main firing of “1000 ° C., 15 mol%, 1 hour” corresponds to a boundary case. Compared to this case, the main firing temperature is higher, the Ti concentration is higher, or the main firing step. If the time is long, it is considered that a homogeneous superstructure is formed.
Further, at a main firing temperature of 1100 ° C., formation of a homogeneous superstructure was confirmed with all compositions.

図5は、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、4つの異なる組成のLNTセラミックス(試料番号#7〜#10)のX線回折(XRD)パターン32を示す図である。4組成とも、約24度の角度位置の回折ピークは2つのサテライトピーク(33と34)に分裂しており、Ti濃度が高いほど、両ピークの角度位置が離れているが、この分裂は超構造の形成を反映しており、Ti濃度が高いほど、超構造の(一定の)周期間隔21が狭くなることを示している。   FIG. 5 is a diagram showing X-ray diffraction (XRD) patterns 32 of four different composition LNT ceramics (sample numbers # 7 to # 10) that were fired and manufactured at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour. In all four compositions, the diffraction peak at an angular position of about 24 degrees is split into two satellite peaks (33 and 34). The higher the Ti concentration, the farther the angular positions of both peaks are. Reflecting the formation of the structure, the higher the Ti concentration, the narrower the (constant) periodic interval 21 of the superstructure.

図6は、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、4つの異なる組成のLNTセラミックス(試料番号#7〜#10)のSEM写真図である。   FIG. 6 is an SEM photograph of four different composition LNT ceramics (sample numbers # 7 to # 10) that were fired and manufactured at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour.

図(7A)は、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、Ti濃度が15mol%の組成のLNTセラミックス(試料番号#7)のTEMによる回折像図である。図(7B)は、同じくTEM写真図である。超構造は形成されているが、超構造の周期間隔21は場所によって5.5nm或いは7.0nmと異なり、超構造の周期性が不均質であることを示している。   FIG. 7A is a TEM image of an LNT ceramic (sample number # 7) having a composition of Ti concentration of 15 mol%, which is produced by firing at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour. FIG. 7B is also a TEM photograph. Although the superstructure is formed, the periodic interval 21 of the superstructure differs from 5.5 nm or 7.0 nm depending on the location, indicating that the periodicity of the superstructure is inhomogeneous.

図(8A)は、1000℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、Ti濃度が30mo
l%の組成のLNTセラミックス(試料番号#10)のTEMによる回折像図である。図(8B)は同じく、均質な超構造の形成を示すTEM写真図である。周期間隔21は3.0nmで一定であり、超構造が均質に形成されていることがわかる。
The figure (8A) shows a Ti concentration of 30 mo produced by firing at a main firing temperature of 1000 ° C. for 1 hour.
It is a diffraction image figure by LEM of LNT ceramics (sample number # 10) of a composition of 1%. FIG. 8B is also a TEM photograph showing the formation of a homogeneous superstructure. It can be seen that the period interval 21 is constant at 3.0 nm, and the superstructure is formed uniformly.

図9は、1100℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、4つの異なる組成のLNTセラミックス(試料番号#11〜#14)のX線回折(XRD)パターン図である。4組成とも、(012)反射のまわりにサテライトピーク(33と34)が観察され、Ti濃度が高いほど、両ピークの角度位置が離れている。この分裂は超構造の形成を反映しており、Ti濃度が高いほど、超構造の(一定の)周期間隔21が狭くなることを示す。   FIG. 9 is an X-ray diffraction (XRD) pattern diagram of LNT ceramics (Sample Nos. # 11 to # 14) having four different compositions that were fired and manufactured at a main firing temperature of 1100 ° C. for 1 hour. In all four compositions, satellite peaks (33 and 34) are observed around the (012) reflection, and the higher the Ti concentration, the farther the angular positions of both peaks are. This splitting reflects the formation of the superstructure, indicating that the higher the Ti concentration, the narrower the (constant) periodic interval 21 of the superstructure.

図10は、1100℃の本焼成温度で1時間で焼成製造した、4つの異なる組成のLNTセラミックス(試料番号#11〜#14)のSEM写真図である。結晶粒の均質な成長が見られ、平均粒径が約3μm又はそれ以上に達している。   FIG. 10 is an SEM photograph of four different composition LNT ceramics (sample numbers # 11 to # 14) that were fired and manufactured at a main firing temperature of 1100 ° C. for 1 hour. Homogeneous growth of crystal grains is observed, and the average grain size reaches about 3 μm or more.

図11は、1000℃の本焼成温度で1時間焼成(合成)したLNTセラミックス(試料番号#7〜#10)と、1100℃の本焼成温度で1時間焼成(合成)したLNTセラミックス(試料番号#11〜#14)の、それぞれの格子定数を縦軸に、横軸にはTi濃度をとって比較したものである。図(11A)はa軸の長さ(a軸の格子定数)を、図(11B)はc軸の長さ(c軸の格子定数)を示す。
LNTセラミックスの結晶粒は、超構造を形成しない場合には等方的であるが、超構造を形成すると板状の異方性をもつ結晶粒となる。この板状の狭い方向がc軸に相当し、c軸の長さが急激に小さくなると、異方性が現れたことを示している。
Ti濃度が15mol%のケースを考えると、本焼成温度が1000℃の場合と比べて1100℃の場合には、a軸の長さは割合にして約0.01%短くなりc軸の長さは割合にして約0.73%短くなる。つまり、c軸の長さが急激に短くなっている。これは、1000℃では超構造は形成されるものの、その均質性が悪いのに対し、1100℃では均質な超構造が形成され、異方性が現れたからであると考えられる。
Ti濃度が15mol%より大きなケースでも、本焼成温度が1000℃の場合に比べて1100℃の場合にc軸の長さが短くなる異方性が見られるが、異方性の程度はTi濃度が15mol%の場合より小さい。これは、Ti濃度が15mol%より大きなケースでは、本焼成温度が1000℃の場合にも、均質な超構造が形成が概ね完了しているからであると考えられる。
FIG. 11 shows LNT ceramics (sample numbers # 7 to # 10) fired (synthesized) for 1 hour at a main firing temperature of 1000 ° C. and LNT ceramics (sample number) fired (synthesized) for 1 hour at a main firing temperature of 1100 ° C. Each of the lattice constants of # 11 to # 14) is compared with the vertical axis representing the Ti concentration and the horizontal axis representing the Ti concentration. FIG. 11A shows the length of the a-axis (a-axis lattice constant), and FIG. 11B shows the length of the c-axis (c-axis lattice constant).
The crystal grains of LNT ceramics are isotropic when no superstructure is formed, but when superstructures are formed, they become crystal grains having plate-like anisotropy. This narrow plate-like direction corresponds to the c-axis, and anisotropy appears when the length of the c-axis suddenly decreases.
Considering the case where the Ti concentration is 15 mol%, the length of the a-axis is reduced by about 0.01% in proportion to the length of the c-axis when the main baking temperature is 1100 ° C. compared to 1000 ° C. Is approximately 0.73% shorter in proportion. That is, the length of the c-axis is abruptly shortened. This is considered to be because, although the superstructure is formed at 1000 ° C., the homogeneity thereof is poor, whereas at 1100 ° C., a homogeneous superstructure is formed and anisotropy appears.
Even in the case where the Ti concentration is higher than 15 mol%, anisotropy in which the length of the c-axis is shortened when the firing temperature is 1100 ° C. as compared with the case where the main baking temperature is 1000 ° C. is observed. Is smaller than 15 mol%. This is considered to be because in the case where the Ti concentration is higher than 15 mol%, the formation of a homogeneous superstructure is almost completed even when the main firing temperature is 1000 ° C.

<実施例2:セラミックス蛍光体の場合>
次の表5に示す2つのセラミックス蛍光体は、いずれも結晶質酸化物セラミックスであり、従来、固相反応では製造が困難であった。反応を進めるためには、粉砕・混合を繰り返して何度も新生面をだし、反応を促進する必要があった。大気雰囲気下、固相法で均質焼成のためには、遊星型ボールミルを用いて、何度も粉砕・混合と焼成を繰り返す必要があったものである。今回、加圧ガス雰囲気炉を使用し、最適な絶対圧を有する加圧ガス雰囲気を用いることにより、焼結助剤を用いずに低温での短時間の本焼成工程により均質相の形成に成功した。
<Example 2: In the case of ceramic phosphor>
The two ceramic phosphors shown in the following Table 5 are both crystalline oxide ceramics, and conventionally it was difficult to produce them by solid phase reaction. In order to advance the reaction, it was necessary to repeat the pulverization and mixing to bring out a new surface many times and promote the reaction. In order to perform homogeneous firing by the solid-phase method in an air atmosphere, it was necessary to repeat crushing, mixing and firing many times using a planetary ball mill. This time, by using a pressurized gas atmosphere furnace and using a pressurized gas atmosphere having an optimum absolute pressure, a homogeneous phase was successfully formed by a short firing process at a low temperature without using a sintering aid. did.

<実施例2−1> シリケート系セラミックス蛍光体の場合
組成式(Ca2-x/2-yEuyx/2)(Si1-xx)O4(ただし0≦x≦0.20かつ0.02≦y≦0.5)で表されるシリケート系セラミックス蛍光体は、固相法では、原料となる混合粉末を成形し、成形体を仮焼成したのち、本焼成工程を行い、その後、後処理工程を行って製造される。大気雰囲気下で本焼成工程を行う場合には、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに達する均質焼成のためには、遊星型ボールミルを用いた粉砕・混合により、1000℃で、何度も粉砕・混合と焼成を繰り返す必要がある(非特許文献1)。しかし、本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法に係る、絶対圧が0.35MPaの加圧ガス雰囲気下で、本焼成工程の時間を6時間として焼成製造することにより、これまで大気雰囲気下、電気炉で粉砕混合と焼成を繰り返し、本焼成工程の時間がのべ24時間となる焼成を行ったものと同等の、結晶粒の均質性と平均粒径を得ることができた。
<Example 2-1> silicate-based ceramic phosphors when the composition formula (Ca 2-x / 2- y Eu y □ x / 2) (Si 1-x P x) O 4 ( provided that 0 ≦ x ≦ 0. In the solid phase method, the silicate ceramic phosphor represented by 20 and 0.02 ≦ y ≦ 0.5) is formed by forming a mixed powder as a raw material, pre-baking the formed body, and performing the main firing step. Then, it is manufactured by performing a post-treatment process. When performing the main firing step in an air atmosphere, for homogeneous firing in which the average grain size of the crystal grains reaches 2 to 5 μm, it is repeatedly performed at 1000 ° C. by pulverization and mixing using a planetary ball mill. It is necessary to repeat pulverization / mixing and firing (Non-patent Document 1). However, according to the crystalline oxide ceramics short-time firing method of the present invention, by firing and producing in a pressurized gas atmosphere with an absolute pressure of 0.35 MPa, the time of the main firing step is 6 hours, Below, pulverization and mixing and firing were repeated in an electric furnace, and crystal grain homogeneity and average grain size equivalent to those obtained by firing for a total time of 24 hours could be obtained.

図12は、y=0.3,x=0.06の前記シリケート系セラミックス蛍光体について、粉砕混合と焼成をXRDパターンを確認しながら、均質相になるまで繰り返し、大気雰囲気下で1000℃の本焼成温度で、のべ24時間の本焼成工程の時間で焼成した後、後処理工程を行って製造したもの(試料番号#115)と、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で、絶対圧が0.35MPaの加圧ガス雰囲気下で1000℃の本焼成温度で6時間で焼成した後に、後処理工程を行って製造したもの(試料番号#15)の、XRDパターンの比較図である。
試料番号#115と試料番号#15のXRDパターンに見られるピークの角度位置とピークの相対強度はほぼ一致しており、本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で本焼成工程を行ったもの(試料番号#15)と、大気雰囲気下で長時間、本焼成工程を行ったもの(試料番号#115)が、結晶粒の結晶構造の規則性においてほぼ同等であることがわかる。
FIG. 12 shows that the silicate ceramic phosphor with y = 0.3 and x = 0.06 was repeatedly pulverized and mixed and fired while confirming the XRD pattern until a homogeneous phase was obtained. After baking at the main baking temperature for a total baking time of 24 hours, the post-processing step (sample number # 115) and the crystalline oxide ceramics short-time baking manufacturing method according to the present invention Comparison of XRD patterns of those manufactured by performing a post-treatment process after firing at a main firing temperature of 1000 ° C. in a pressurized gas atmosphere with an absolute pressure of 0.35 MPa for 6 hours (sample number # 15) FIG.
The peak angle positions and the relative intensities of the peaks found in the XRD patterns of Sample No. # 115 and Sample No. # 15 are almost the same, and the main firing step was performed by the crystalline oxide ceramic short-time firing method of the present invention. It can be seen that the sample (sample number # 15) and the sample subjected to the main baking step for a long time in the air atmosphere (sample number # 115) are substantially equivalent in the regularity of the crystal structure of the crystal grains.

なお、上記の本焼成温度での本焼成工程の前に、大気雰囲気下において700〜800℃で数時間、含有するガス成分などを十分に飛ばし仮焼成する仮焼成工程を実施した。又、本焼成工程においては、CaOとSiO2の反応により形成される母相結晶構造に、Pイオンと賦活剤(発光中心イオン)としてのEuイオンを固溶置換した結晶構造が形成される反応が起きている。更に、本焼成工程の後で、後処理工程を実施した。後処理工程は、蛍光体として用いるために行う工程であり、本焼成工程の後、求める発光特性に応じて、1100℃〜1500℃ で4時間大気雰囲気下で最終結晶構造形成のためにアニール処理をした後、1200℃で97%Ar−3%H2還元ガス中で3時間Eu3+をEu2+イオンに還元する還元処理を行うものである。本実施例(試料番号#15)と比較例(#115)の後処理工程のアニール処理はいずれも1200℃で行った。 In addition, before the main baking step at the above main baking temperature, a preliminary baking step was performed in which the contained gas components and the like were sufficiently skipped at 700 to 800 ° C. for several hours in the air atmosphere. Further, in the main firing step, a reaction is formed in which a parent phase crystal structure formed by the reaction of CaO and SiO 2 has a crystal structure in which P ions and Eu ions as activators (emission center ions) are replaced by solid solution. Is happening. Furthermore, the post-processing process was implemented after the main baking process. The post-treatment step is a step performed for use as a phosphor. After the main firing step, an annealing treatment is performed for forming a final crystal structure in an air atmosphere at 1100 ° C. to 1500 ° C. for 4 hours according to the desired light emission characteristics. After that, a reduction treatment is performed to reduce Eu 3+ to Eu 2+ ions at 1200 ° C. in 97% Ar-3% H 2 reducing gas for 3 hours. The annealing treatment in the post-treatment process of this example (sample number # 15) and the comparative example (# 115) was performed at 1200 ° C.

<実施例2−2> バリウム系セラミックス蛍光体の場合
本発明者は、バリウム系セラミックス蛍光体について、組成と結晶構造を制御することにより新しい母材での焼成製造(合成)に取り組んでいる。
本発明者が2016年に見出した新規蛍光体である、組成式(Ba1-xEux0.79(A
1-yZny10.917.14-δ(ただし0.01≦x≦0.2かつ0≦y≦0.1)で表される青色バリウム系セラミックス蛍光体は、固相法では、原料となる混合粉末を成形し、成形体を仮焼成したのち、本焼成工程を行い、その後、後処理工程を行って製造される。大気雰囲気下で本焼成工程を行う場合には、結晶粒の平均粒径が2〜5μmに達する均質焼成のためには、遊星型ボールミルを用いた粉砕・混合により、1200℃で、何度も粉砕・混合と焼成を繰り返す必要がある(非特許文献2)。しかし、本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法に係る、絶対圧が0.35MPaの加圧ガス雰囲気下で、本焼成工程の時間を2時間として焼成製造することにより、これまで大気雰囲気下、電気炉で粉砕混合と焼成を繰り返し、本焼成工程の時間がのべ50時間となる焼成を行ったものと同等の、結晶粒の均質性を得ることができた。
<Example 2-2> In the case of a barium-based ceramic phosphor The inventor is working on firing production (synthesis) with a new base material by controlling the composition and crystal structure of the barium-based ceramic phosphor.
Compositional formula (Ba 1-x Eu x ) 0.79 (A
l 1-y Zn y ) 10.9 O 17.14- δ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.2 and 0 ≦ y ≦ 0.1), the blue barium-based ceramic phosphor is a raw material in the solid phase method. After the mixed powder to be formed is molded and the compact is temporarily fired, the main firing step is performed, and then the post-processing step is performed. When performing the main firing step in an air atmosphere, for homogeneous firing in which the average grain size of the crystal grains reaches 2 to 5 μm, pulverization / mixing using a planetary ball mill is performed at 1200 ° C. many times. It is necessary to repeat pulverization / mixing and firing (Non-patent Document 2). However, according to the crystalline oxide ceramics short-time firing method of the present invention, the atmospheric atmosphere has hitherto been produced by firing in a pressurized gas atmosphere having an absolute pressure of 0.35 MPa and a firing time of 2 hours. Below, pulverization and mixing and firing were repeated in an electric furnace, and the same crystal grain homogeneity as that obtained by firing for a total of 50 hours in the main firing step could be obtained.

図13は、x=0.1,y=0.01の前記青色バリウム系セラミックス蛍光体について、粉砕混合と焼成をXRDパターンを確認しながら、均質相になるまで繰り返し、大気雰囲気下で1200℃の本焼成温度で、のべ50時間の本焼成工程の時間で焼成した後に、後処理工程を行って製造したもの(試料番号#116)と、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で、絶対圧が0.35MPaの加圧ガス雰囲気下で1100℃の本焼成温度で2時間で焼成した後に、後処理工程を行って製造したもの(試料番号#16)の、XRDパターンの比較図である。
試料番号#116と試料番号#16のXRDパターンに見られるピークの角度位置とピークの相対強度はほぼ一致しており、本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法で本焼成工程を行ったもの(試料番号#16)と、大気雰囲気下で長時間、本焼成工程を行ったもの(試料番号#116)が、結晶粒の結晶構造の規則性においてほぼ同等であることがわかる。
FIG. 13 shows that the blue barium ceramic phosphor having x = 0.1 and y = 0.01 was repeatedly pulverized and mixed and fired while confirming the XRD pattern until it became a homogeneous phase, and was 1200 ° C. in an air atmosphere. At the main baking temperature, after baking for a total baking time of 50 hours, the post-processing step (sample number # 116) and the crystalline oxide ceramics short-time baking according to the present invention The XRD pattern of the production method (sample number # 16) produced by performing a post-treatment process after firing at a main firing temperature of 1100 ° C. in a pressurized gas atmosphere with an absolute pressure of 0.35 MPa for 2 hours. FIG.
The peak angle positions and the relative intensities of the peaks found in the XRD patterns of Sample No. # 116 and Sample No. # 16 are almost the same, and the main firing step was performed by the crystalline oxide ceramic short-time firing method of the present invention. It can be seen that the sample (sample number # 16) and the sample subjected to the main baking step for a long time in the air atmosphere (sample number # 116) are substantially equivalent in the regularity of the crystal structure of the crystal grains.

なお、上記の本焼成温度での本焼成工程の前に、大気雰囲気下において700〜800℃で数時間、含有するガス成分などを十分に飛ばし仮焼成する仮焼成工程を実施した。又、本焼成工程においては、CaOとSiO2の反応により形成される母相結晶構造に、Znイオンと賦活剤(発光中心イオン)としてのEuイオンを固溶置換した結晶構造が形成される反応が起きている。更に、本焼成工程の後で、後処理工程を実施した。後処理工程は、蛍光体として用いるために行う工程であり、本焼成工程の後、求める発光特性に応じて、1500℃〜1600℃ で4時間大気雰囲気下で最終結晶構造形成のためにアニール処理をした後、1200℃で97%Ar−3%H2還元ガス中で3時間Eu3+をEu2+イオンに還元する還元処理を行うものである。本実施例(試料番号#16)と比較例(#116)の後処理工程のアニール処理は1550℃で行った。 In addition, before the main baking step at the above main baking temperature, a preliminary baking step was performed in which the contained gas components and the like were sufficiently skipped at 700 to 800 ° C. for several hours in the air atmosphere. Further, in the main firing step, a reaction is formed in which a parent phase crystal structure formed by the reaction of CaO and SiO 2 is substituted with Zn ions and Eu ions as an activator (emission center ion) as a solid solution. Is happening. Furthermore, the post-processing process was implemented after the main baking process. The post-processing step is a step performed for use as a phosphor. After the main baking step, an annealing treatment is performed for forming a final crystal structure in an air atmosphere at 1500 ° C. to 1600 ° C. for 4 hours according to the desired light emission characteristics. After that, a reduction treatment is performed to reduce Eu 3+ to Eu 2+ ions at 1200 ° C. in 97% Ar-3% H 2 reducing gas for 3 hours. The annealing treatment in the post-treatment process of the present example (sample number # 16) and the comparative example (# 116) was performed at 1550 ° C.

<実施例3:典型的な一連の工程のフロー図>
図14は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法とオプションの後処理工程の、典型的な一連の工程のフロー図である。
ステップS1では、焼成製造したい結晶質酸化物セラミックスに含まれる酸素以外の元素の、酸化物、及び/又は炭酸塩、及び/又はリン酸塩の粉末であって、平均粒径が基準粉末粒径以下の粉末を混合して混合粉末を得る。基準粉末粒径は0.1〜0.3μm、例えば0.2μmに選ぶことができる。ステップS2では、前記混合粉末を成形して成形体とする。ステップS3は、得られた成形体を仮焼成する仮焼成工程である。仮焼成は通常、大気雰囲気下で、例えば500〜850℃の温度で行われる。
<Example 3: Flow chart of typical series of steps>
FIG. 14 is a flow chart of a typical series of steps of the crystalline oxide ceramic short-time firing method and optional post-treatment step according to the present invention.
In step S1, an oxide and / or carbonate and / or phosphate powder of an element other than oxygen contained in the crystalline oxide ceramic to be baked and manufactured, the average particle size of which is a reference powder particle size The following powders are mixed to obtain a mixed powder. The reference powder particle size can be selected from 0.1 to 0.3 μm, for example 0.2 μm. In step S2, the mixed powder is molded into a molded body. Step S3 is a pre-baking step of pre-baking the obtained molded body. Pre-baking is usually performed at a temperature of 500 to 850 ° C., for example, in an air atmosphere.

ステップS4とステップS5は、本発明における本焼成工程を表す。ステップS4では、圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる、例えば0.33〜0.38MPaの加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満、例えば1000〜1100℃の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程が行われる。目的とする結晶粒径は、蛍光体用途の結晶質酸化物セラミックスの場合、通常2〜3μ
m以上に選ばれるが、用途によっては他の値でも構わない。ステップS5では、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に達したか否かが判定され、YESであればステップS6に進み、NOであればステップS4に戻って、本焼成工程が継続される。なお、試料の結晶粒の平均粒径をリアルタイムで計測することは難しいから、焼成条件に応じた結晶粒の平均粒径の成長速度を予め調べておき、本焼成工程開始からの経過時間に基づいて、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に達しているか否かを、ステップS5で判定してもよい。或いは、結晶粒の平均粒径の成長と、XRDパターン図、TEM回折像図、又はSEM写真図に現れる特徴の関係を予め調べておき、当該特徴に基づいて、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に達しているか否かを、ステップS5で判定してもよい。
ステップS6では、結晶質酸化物セラミックスの種類や用途に基づいて、後処理工程を行うか否かが判定され、YESならばステップS7に進み、NOならばステップS8に進む。ステップS7では後処理工程が行われる。後処理工程は、例えば蛍光体用途の場合、求められる発光特性に応じたアニール処理や還元処理である。
ステップS8で全工程が終了する。
Steps S4 and S5 represent the main firing step in the present invention. In step S4, the compressed air is used and the absolute pressure is included in the preferred absolute pressure section, for example, at a main firing temperature of less than 1200 ° C., for example, 1000 to 1100 ° C. in a pressurized gas atmosphere of 0.33 to 0.38 MPa, for example. Then, a main firing step is performed in which the average grain size of the crystal grains reaches the target crystal grain size. The target crystal grain size is usually 2 to 3 μm in the case of crystalline oxide ceramics for phosphors.
Although it is selected as m or more, other values may be used depending on the application. In step S5, it is determined whether or not the average grain size of the crystal grains has reached the target crystal grain size. If YES, the process proceeds to step S6, and if NO, the process returns to step S4 to perform the main firing step. Will continue. In addition, since it is difficult to measure the average grain size of the sample crystal grains in real time, the growth rate of the average grain size of the crystal grains according to the firing conditions is examined in advance, and based on the elapsed time from the start of the main firing step. Whether or not the average grain size of the crystal grains has reached the target crystal grain size may be determined in step S5. Alternatively, the relationship between the growth of the average grain size of the crystal grain and the feature appearing in the XRD pattern diagram, TEM diffraction image diagram, or SEM photograph diagram is examined in advance, and the average grain size of the crystal grain is determined based on the feature. It may be determined in step S5 whether or not the crystal grain size is reached.
In step S6, it is determined whether or not to perform the post-processing step based on the type and application of the crystalline oxide ceramics. If YES, the process proceeds to step S7, and if NO, the process proceeds to step S8. In step S7, a post-processing process is performed. For example, in the case of a phosphor, the post-treatment process is an annealing treatment or a reduction treatment according to the required light emission characteristics.
In step S8, all processes are completed.

本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を使用して製造された結晶質酸化物セラミックスである焼成体は、その用途により、紛体として利用する場合と、そうでない場合があり得る。前者の場合には、焼成体を、粒径が1〜5μmの粒子まで粉砕して、紛体として利用する。その場合には、紛体は基本的に、均質成長した結晶粒からなる。後者の場合には、焼成体をそのまま、或るいは複数の片に切断して利用する。蛍光体用途の場合、両方の利用の態様があり得る。
なお、本焼成工程を完了した焼成体を粉砕して紛体とし、その紛体に対して後処理工程を実施することもできる。
The fired body, which is the crystalline oxide ceramic produced using the crystalline oxide ceramic short-time firing method of the present invention, may or may not be used as a powder depending on its use. In the former case, the fired body is pulverized to particles having a particle size of 1 to 5 μm and used as a powder. In that case, the powder basically consists of uniformly grown crystal grains. In the latter case, the fired body is used as it is or after being cut into a plurality of pieces. In the case of phosphor applications, there can be both usage aspects.
In addition, the fired body that has completed the firing process may be pulverized into a powder, and a post-treatment process may be performed on the powder.

<実施例4:焼成製法を実施するための装置>
図15は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を実施するための装置1の断面模式図であり、当該装置1は、気密に保つことができる焼成炉10と、焼成炉10内に配置され、混合粉末又はその成形体である被処理物3を保持する保持部2と、発熱体等の加熱手段4と、加圧ガス導入手段5と、ガス排出手段6と、圧力計7と、制御部8を有する。
焼成炉10は、炉壁15を有し、炉壁15の内面は断熱部材16で覆われている。加圧ガス導入手段5は、酸素を含む混合ガスを圧縮して加圧ガスを供給するコンプレッサ52と、コンプレッサ52と焼成炉10の内部とを気流連通するガス導入管51と、ガス導入管51の中途に設けられたガス導入弁53を含む。ガス排出手段6は、排気管61と、排気管61の中途に設けられた排気弁63と、オプションの排気処理部62を含む。排気管61の一端は焼成炉10の内部と気流連通し、排気管61の他端は排気処理部62に接続されている。排気処理部62は、排気管61を通じて送り込まれるガスを、必要ならば無害化して大気中に放出する。排気管61には、焼成炉10と排気弁63の間の部分に、圧力計7が設けられ、焼成炉10の内部のガスの圧力を計測できる。
断熱部材16で覆われた炉壁15の内面には、発熱体等の加熱手段4が設けられ、焼成炉10の内部のガスを加熱することができる。更に、ガス導入管51と排気管61の外表面の一部を断熱部材16で覆ってもよく、加えて、ガス導入管51と排気管61の外表面の一部を覆うように、加熱手段4を設けても良い。加熱手段4は、焼成炉10の内部のガスを加熱するだけでなく、赤外線やマイクロ波等の電磁波の放射を利用して被処理物3を加熱してもよい。加熱手段4は、焼成炉10の内部のガス及び被処理物を、少なくとも1000〜1100℃、又は1000℃以上1200℃未満の温度まで加熱することができ、好ましくは後処理工程のアニール処理の温度である1100〜1500℃、又は1500〜1600℃の温度まで加熱できることが望ましい。
<Example 4: Apparatus for carrying out firing method>
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an apparatus 1 for carrying out the crystalline oxide ceramic short-time firing method according to the present invention. The apparatus 1 includes a firing furnace 10 that can be kept airtight, and a firing furnace 10. A holding unit 2 for holding a workpiece 3 which is a mixed powder or a molded body thereof, a heating unit 4 such as a heating element, a pressurized gas introducing unit 5, a gas discharging unit 6, and a pressure gauge. 7 and a control unit 8.
The firing furnace 10 has a furnace wall 15, and the inner surface of the furnace wall 15 is covered with a heat insulating member 16. The pressurized gas introducing means 5 includes a compressor 52 that compresses a mixed gas containing oxygen and supplies a pressurized gas, a gas introducing pipe 51 that communicates air between the compressor 52 and the inside of the firing furnace 10, and a gas introducing pipe 51. The gas introduction valve 53 provided in the middle is included. The gas discharge means 6 includes an exhaust pipe 61, an exhaust valve 63 provided in the middle of the exhaust pipe 61, and an optional exhaust processing unit 62. One end of the exhaust pipe 61 communicates with the inside of the firing furnace 10 and the other end of the exhaust pipe 61 is connected to the exhaust processing unit 62. The exhaust processing unit 62 renders the gas sent through the exhaust pipe 61 harmless if necessary and releases it to the atmosphere. The exhaust pipe 61 is provided with a pressure gauge 7 at a portion between the firing furnace 10 and the exhaust valve 63 so that the pressure of the gas inside the firing furnace 10 can be measured.
A heating means 4 such as a heating element is provided on the inner surface of the furnace wall 15 covered with the heat insulating member 16, and the gas inside the firing furnace 10 can be heated. Further, a part of the outer surface of the gas introduction pipe 51 and the exhaust pipe 61 may be covered with the heat insulating member 16, and in addition, a heating means is provided so as to cover part of the outer surface of the gas introduction pipe 51 and the exhaust pipe 61 4 may be provided. The heating means 4 may not only heat the gas inside the firing furnace 10 but also heat the workpiece 3 using radiation of electromagnetic waves such as infrared rays and microwaves. The heating means 4 can heat the gas inside the firing furnace 10 and the object to be processed to a temperature of at least 1000 to 1100 ° C., or 1000 ° C. or more and less than 1200 ° C., and preferably the annealing temperature in the post-processing step It is desirable that it can be heated to a temperature of 1100 to 1500 ° C or 1500 to 1600 ° C.

図16は、本発明に係る結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置の制御部8の説明図
である。制御部8は、中央演算処理装置(CPU)81、メモリやハードディスクドライブ等の記憶手段82、入力手段83、及びディスプレイ等の表示部84を有し、圧力計7、温度センサ9、加熱手段4、コンプレッサ52、ガス導入弁53、及び排気弁63と通信回線で結ばれている。
制御部8は、圧力計7から伝達される焼成炉10内のガスの圧力、温度センサ9から伝達される被処理物3若しくは焼成炉10内のガスの温度、タイマ(図示せず)から伝達される時刻から計算される経過時間、及び、予め記憶手段82に保存された焼成温度と焼成炉10内のガスの圧力、若しくは、予め記憶手段82に保存された焼成温度と焼成炉10内のガスの圧力の変動プロファイルに基づいて、加熱手段4、コンプレッサ52、導入弁53、及び排気弁63を制御して、焼成炉10内のガスの圧力と、被処理物3若しくは焼成炉10内のガスの温度を、自動で調整するプログラム制御を行う。
FIG. 16 is an explanatory diagram of the control unit 8 of the crystalline oxide ceramic short-time firing apparatus according to the present invention. The control unit 8 includes a central processing unit (CPU) 81, a storage unit 82 such as a memory or a hard disk drive, an input unit 83, and a display unit 84 such as a display, and includes a pressure gauge 7, a temperature sensor 9, and a heating unit 4. The compressor 52, the gas introduction valve 53, and the exhaust valve 63 are connected by a communication line.
The control unit 8 transmits the pressure of the gas in the firing furnace 10 transmitted from the pressure gauge 7, the temperature of the workpiece 3 or the gas in the firing furnace 10 transmitted from the temperature sensor 9, and a timer (not shown). The elapsed time calculated from the time at which the firing is performed, and the firing temperature and the pressure of the gas in the firing furnace 10 previously stored in the storage means 82, or the firing temperature and the firing furnace 10 that are previously stored in the storage means 82 Based on the fluctuation profile of the gas pressure, the heating means 4, the compressor 52, the introduction valve 53, and the exhaust valve 63 are controlled to determine the gas pressure in the firing furnace 10 and the object 3 or the firing furnace 10. Program control to automatically adjust the gas temperature.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更、別の実施例などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications, design changes, and other examples within the scope not departing from the technical idea of the present invention are included in the technical scope. Not too long.

結晶質酸化物セラミックスは、白色LEDやディスプレイ用途の蛍光体材料等として、産業界において広範に利用されている。
本発明の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法は、従来、電気炉を用いた大気雰囲気下における焼成では、製造に長時間を要していた材料について、最適な絶対圧の加圧ガス雰囲気下で焼成を行うことにより、低温の本焼成温度で、かつ従来の4分の1以下という短時間で本焼成工程を完了し、均質な結晶粒の平均粒径の成長を実現するものである。したがって、製造の手間と時間を大幅に削減でき、又、焼結助剤を必要としないからコスト面で有利であるだけでなく、製造工程に関与するパラメータの数が少なく、その分、当該パラメータの最適化が容易であるという優位性も備える。本発明の製造方法及び製造装置は、産業上の幅広い利用可能性を有する。
Crystalline oxide ceramics are widely used in industry as phosphor materials for white LEDs and displays.
The crystalline oxide ceramics short-time firing method of the present invention is a conventional method for firing materials in an atmospheric atmosphere using an electric furnace, and for materials that have taken a long time to manufacture, in a pressurized gas atmosphere of optimum absolute pressure. By carrying out the baking, the main baking step is completed at a low main baking temperature and in a short time of a quarter or less of the conventional one, thereby realizing growth of an average grain size of uniform crystal grains. Therefore, it is possible to greatly reduce the labor and time of manufacturing, and it is not only advantageous in terms of cost because it does not require a sintering aid, but the number of parameters involved in the manufacturing process is small. It has the advantage of being easy to optimize. The manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention have wide industrial applicability.

1 焼成炉
2 保持部
3 被処理物
4 加熱手段
5 加圧ガス導入手段
6 ガス排出手段
7 圧力計
8 制御部
9 温度センサ
11 結晶粒
12 気孔
15 炉壁
16 断熱部材
21 周期間隔
31 ニオブ酸リチウムのXRDパターン
32 XRDパターン
33 サテライトピーク
34 サテライトピーク
51 ガス導入管
52 コンプレッサ
53 ガス導入弁
61 排気管
62 排気処理部
63 排気弁
81 CPU
82 記憶手段
83 入力手段
84 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Firing furnace 2 Holding part 3 To-be-processed object 4 Heating means 5 Pressurized gas introduction means 6 Gas discharge means 7 Pressure gauge 8 Control part 9 Temperature sensor 11 Crystal grain 12 Pore 15 Furnace wall 16 Thermal insulation member 21 Periodic interval 31 Lithium niobate XRD pattern 32 XRD pattern 33 satellite peak 34 satellite peak 51 gas introduction pipe 52 compressor 53 gas introduction valve 61 exhaust pipe 62 exhaust treatment part 63 exhaust valve 81 CPU
82 storage means 83 input means 84 display section

Claims (12)

結晶質酸化物セラミックスを焼成により製造する方法であり、圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程を含み、前記本焼成工程を大気雰囲気下で行う場合に比べて、前記本焼成工程に要する時間が4分の1以下であり、前記結晶質酸化物セラミックスは、組成式Li1+x−yNb1−x−3yTix+4y(ただし0.07≦x≦0.33かつ0≦y≦0.175)で表され、一定の周期間隔を有する超構造を形成したLNTセラミックスであることを特徴とする結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 This is a method for producing crystalline oxide ceramics by firing. The average grain size of the crystal grains at a main firing temperature of less than 1200 ° C. in a pressurized gas atmosphere in which the absolute pressure is included in the preferred absolute pressure section using compressed air. Including a main baking step of baking until the diameter reaches a target crystal grain size, and the time required for the main baking step is less than a quarter of that required when the main baking step is performed in an air atmosphere. The crystalline oxide ceramic is represented by the composition formula Li 1 + xy Nb 1-x-3y Ti x + 4y O 3 (where 0.07 ≦ x ≦ 0.33 and 0 ≦ y ≦ 0.175), and is constant. A crystalline oxide ceramic short-time firing method, characterized in that it is an LNT ceramic with a superstructure having a periodic interval of 結晶質酸化物セラミックスを焼成により製造する方法であり、圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で、結晶粒の平均粒径が目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程を含み、前記本焼成工程を大気雰囲気下で行う場合に比べて、前記本焼成工程に要する時間が4分の1以下であり、前記結晶質酸化物セラミックスは、組成式(Ca2−x/2−yEux/2)(Si1−x)O(ただし0≦x≦0.20かつ0.02≦y≦0.5)で表されるシリケート系セラミックス蛍光体であることを特徴とする結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 This is a method for producing crystalline oxide ceramics by firing. The average grain size of the crystal grains at a main firing temperature of less than 1200 ° C. in a pressurized gas atmosphere in which the absolute pressure is included in the preferred absolute pressure section using compressed air. Including a main baking step of baking until the diameter reaches a target crystal grain size, and the time required for the main baking step is less than a quarter of that required when the main baking step is performed in an air atmosphere. The crystalline oxide ceramic has a composition formula (Ca 2−x / 2−y Eu yx / 2 ) (Si 1−x P x ) O 4 (where 0 ≦ x ≦ 0.20 and 0.02). A crystalline oxide ceramic short-time firing method, characterized in that it is a silicate ceramic phosphor represented by ≦ y ≦ 0.5) . 結晶質酸化物セラミックスを焼成により製造する方法であり、圧縮空気を用い、絶対圧が好適絶対圧区間に含まれる加圧ガス雰囲気下で、1200℃未満の本焼成温度で、結晶粒
の平均粒径が目的とする結晶粒径に到達するまで焼成する本焼成工程を含み、前記本焼成工程を大気雰囲気下で行う場合に比べて、前記本焼成工程に要する時間が4分の1以下であり、前記結晶質酸化物セラミックスは、組成式(Ba1−xEu0.79(Al1−yZn10.917.14−δ(ただし0.01≦x≦0.2かつ0≦y≦0.1)で表されるバリウム系セラミックス蛍光体であることを特徴とする結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。
A method for producing crystalline oxide ceramics by firing, wherein compressed grains are used, and a crystal grain is formed at a firing temperature of less than 1200 ° C. under a pressurized gas atmosphere in which the absolute pressure is included in a preferred absolute pressure section.
Compared with the case where the main baking step is performed in an air atmosphere, the time required for the main baking step is a quarter of that of the main baking step. The crystalline oxide ceramic has a composition formula (Ba 1-x Eu x ) 0.79 (Al 1-y Zn y ) 10.9 O 17.14-δ (where 0.01 ≦ x ≦ 0.2 and 0 ≦ y ≦ 0.1) A crystalline oxide ceramic short-time firing method, characterized in that the phosphor is a barium-based ceramic phosphor.
前記本焼成工程に先立って、前記結晶質酸化物セラミックスに含まれる酸素以外の元素の、酸化物、及び/又は炭酸塩、及び/又はリン酸塩の粉末を混合した混合粉末を成形して、得られた成形体を仮焼成する仮焼成工程を含む請求項1〜3のいずれかに記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 Prior to the main firing step, a mixed powder obtained by mixing oxide and / or carbonate and / or phosphate powders of elements other than oxygen contained in the crystalline oxide ceramics is formed. The crystalline oxide ceramics short time baking manufacturing method in any one of Claims 1-3 including the temporary baking process which pre-fires the obtained molded object. 前記好適絶対圧区間が0.33〜0.38MPa、前記本焼成温度が1000〜1100℃、前記目的とする結晶粒径が2〜5μmである請求項1〜4のいずれかに記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 5. The crystalline material according to claim 1, wherein the preferred absolute pressure section is 0.33 to 0.38 MPa, the main firing temperature is 1000 to 1100 ° C., and the target crystal grain size is 2 to 5 μm. Oxide ceramics short-time firing method. 前記結晶質酸化物セラミックスが、前記LNTセラミックスであり、前記混合粉末が、LiCO、Nb、TiOの粉末を混合した混合粉末であり、前記超構造は、Ti原子の拡散により形成される周期構造である請求項4又は5に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 The crystalline oxide ceramic is the LNT ceramic, and the mixed powder is a mixed powder obtained by mixing LiCO 3 , Nb 2 O 5 , and TiO 2 powders, and the superstructure is formed by diffusion of Ti atoms. The crystalline oxide ceramic short-time firing method according to claim 4 or 5 , wherein the method is a periodic structure. LNTセラミックスの組成をTi濃度が15〜30mol%の範囲で変化させたとき、Ti濃度が大きいほど、前記超構造の一定の周期間隔が狭くなる請求項に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 7. The crystalline oxide ceramics according to claim 6 , wherein when the composition of the LNT ceramic is changed in a range of Ti concentration of 15 to 30 mol%, the constant period interval of the superstructure is narrowed as the Ti concentration is increased. Firing method. 前記混合粉末がREの粉末を計0.5〜5質量%含み、前記LNTセラミックスが、REを賦活化した結晶質酸化物セラミックスであり、前記REは、希土類元素Dy、Er、Eu、Nd、Pr、Sm、Tm、Tb、Ybのうち1以上の元素である請求項6又は7に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 The mixed powder contains a total of 0.5 to 5 % by mass of RE 2 O 3 powder, and the LNT ceramic is a crystalline oxide ceramic activated by RE, and the RE is a rare earth element Dy, Er, Eu. The crystalline oxide ceramics short-time firing method according to claim 6 or 7 , which is one or more elements of Nd, Pr, Sm, Tm, Tb, and Yb. 前記結晶質酸化物セラミックスが、前記シリケート系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、CaCO、SiO、CaHPO・2HO、Euの粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含み、当該後処理工程において、大気雰囲気下でアニール処理を行い、更に、還元ガス中でEu3+イオンをEu2+イオンに還元する還元処理を行う、請求項4又は5に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 The crystalline oxide ceramic is the silicate ceramic phosphor, and the mixed powder is a mixed powder obtained by mixing powders of CaCO 3 , SiO 2 , CaHPO 4 .2H 2 O, and Eu 2 O 3 , Including a post-treatment step performed after the main firing step, in which the annealing treatment is performed in an air atmosphere, and further, a reduction treatment is performed in which Eu 3+ ions are reduced to Eu 2+ ions in a reducing gas. The crystalline oxide ceramics short time baking manufacturing method of Claim 4 or 5 . 前記結晶質酸化物セラミックスが、前記バリウム系セラミックス蛍光体であり、前記混合粉末が、BaCO、Al、ZnO、Euの粉末を混合した混合粉末であり、前記本焼成工程より後で行われる後処理工程を含み、当該後処理工程において、大気雰囲気下でアニール処理を行い、更に、還元ガス中でEu3+イオンをEu2+イオンに還元する還元処理を行う、請求項4又は5に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法。 The crystalline oxide ceramic is the barium-based ceramic phosphor, and the mixed powder is a mixed powder obtained by mixing powders of BaCO 3 , Al 2 O 3 , ZnO, and Eu 2 O 3 , and the main firing step. includes a post-treatment step more is performed later, in the post-treatment step, annealing is performed in an air atmosphere, further, subjected to reduction processing for reducing the Eu 3+ ions Eu 2+ ions in a reducing gas, according to claim 4 Or the crystalline oxide ceramics short time baking manufacturing method of 5. 請求項1〜10のいずれかに記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成製法を実施するための装置であり、気密に保つことができる焼成炉と、前記焼成炉内に配置され、原料となる混合粉末又はその成形体を保持する保持部と、加熱手段と、前記焼成炉内に酸素を含む混合ガスを加圧して送り込む加圧ガス導入手段と、前記焼成炉内のガスを外部に放出するガス排出手段を少なくとも有する結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置。 It is an apparatus for implementing the crystalline oxide ceramics short time baking manufacturing method in any one of Claims 1-10 , It arrange | positions in the said baking furnace and it becomes a raw material arrange | positioned in the said baking furnace A holding unit for holding the mixed powder or a molded body thereof, a heating unit, a pressurized gas introduction unit that pressurizes and feeds a mixed gas containing oxygen into the firing furnace, and releases the gas in the firing furnace to the outside. A crystalline oxide ceramic short-time firing apparatus having at least a gas discharge means. タイマーを備え、前記混合粉末又は前記成形体の温度、及び、前記焼成炉内のガスの圧力を、自動で調整するプログラム制御を行う制御部を備えた請求項11に記載の結晶質酸化物セラミックス短時間焼成装置。 The crystalline oxide ceramics according to claim 11 , comprising a timer, and a control unit that performs program control for automatically adjusting the temperature of the mixed powder or the molded body and the pressure of the gas in the firing furnace. Short-time firing device.
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