JP6912770B2 - Ceramic body with thermochromic properties and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、サーモクロミック性を有するセラミック体(セラミック製サーモクロミック体ともいう)およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic body having thermochromic properties (also referred to as a ceramic thermochromic body) and a method for producing the same.
熱エネルギーにより色が変化することをサーモクロミック現象と呼び、温度変化を視覚による色変化から直感的に感じることができるため、多くの分野で研究されている。これまでにサーモクロミック現象を示す材料は、有機系材料が多く100℃以上での利用はほとんど不可能であり、高温耐久性や高温変色温度域において制約があった。このため、サーモクロミック現象を示す無機材料からなる新たな材料の開発が望まれている。 The change in color due to thermal energy is called a thermochromic phenomenon, and since the temperature change can be intuitively felt from the visual color change, it has been studied in many fields. So far, most of the materials exhibiting the thermochromic phenomenon are organic materials, and it is almost impossible to use them at 100 ° C. or higher, and there are restrictions in high temperature durability and high temperature discoloration temperature range. Therefore, it is desired to develop a new material made of an inorganic material exhibiting a thermochromic phenomenon.
無機材料からなるサーモクロミック材料としては、V2O4およびその水和物から選択されるバナジウム化合物と水とを含む反応液を水熱反応させて二酸化バナジウム含有粒子を形成する製造方法で得られる材料がある(特許文献1)。
また、ルチル型(R相)の二酸化バナジウム(VO2)の粒子と、ルチル型の二酸化チタン(TiO2)の粒子とを含み、少なくとも一つの二酸化バナジウム(VO2)の粒子が二酸化チタン(TiO2)の粒子上に、該二酸化チタン(TiO2)の粒子よりも大きく、ロッド状に成長しているサーモクロミック微粒子が知られている(特許文献2)。
The thermochromic material made of an inorganic material is obtained by a production method for forming vanadium dioxide-containing particles by hydrothermally reacting a reaction solution containing a vanadium compound selected from V 2 O 4 and its hydrate with water. There is a material (Patent Document 1).
Further, it contains rutile-type (R-phase) vanadium dioxide (VO 2 ) particles and rutile-type titanium dioxide (TiO 2 ) particles, and at least one vanadium dioxide (VO 2 ) particle is titanium dioxide (TIO 2). on the particles 2), larger than the particles of the titanium dioxide (TiO 2), thermochromic particles is known to be grown to the rod-like (Patent Document 2).
しかしながら、上記材料は主に窓ガラスなどの自動調光用途に開発されており、評価温度も80℃である。また、バナジウム自身の有する毒性の問題もある。家庭用土鍋等の加熱用陶磁器製品、熱による危険を視覚的に察知できる工場等における高温配管類用途などには、二酸化バナジウムを主成分とするサーモクロミック材料を使用することが困難であった。特に、1000℃以上の加熱に耐え、25℃から500℃程度の雰囲気温度の変化に伴い、色が可逆的に変化する特性を有するサーモクロミック性を有するセラミック体は知られていない。 However, the above-mentioned material is mainly developed for automatic dimming applications such as window glass, and the evaluation temperature is 80 ° C. There is also the problem of toxicity of vanadium itself. It has been difficult to use a thermochromic material containing vanadium dioxide as a main component for heating ceramic products such as clay pots for home use and high-temperature piping applications in factories where the danger of heat can be visually detected. In particular, there is no known ceramic body having a thermochromic property that can withstand heating of 1000 ° C. or higher and has a property of reversibly changing color with a change in atmospheric temperature of about 25 ° C. to 500 ° C.
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、1000℃以上の加熱に耐え、25℃から500℃程度の雰囲気温度の変化に伴い、色が可逆的に変化する特性を有するサーモクロミック性を有するセラミック体およびその製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to deal with such a problem, and has a property of withstanding heating of 1000 ° C. or higher and reversibly changing color with a change of atmospheric temperature of about 25 ° C. to 500 ° C. An object of the present invention is to provide a ceramic body having thermochromic properties and a method for producing the same.
本発明のセラミック体は、M1-xLxTiO3と遷移金属化合物との混合物の焼成物からなり、温度の変化に伴い可逆的に色が変化するサーモクロミック性を有する。
M1-xLxTiO3において、MがBa、Sr、Ca、またはMgであり、Lがランタノイド元素であり、xが0〜1.0である。
上記遷移金属化合物がM1-xLxTiO31モルに対して0.001〜1.0モル含まれていることを本発明のセラミック体は特徴とする。また、上記遷移金属化合物がFe、Mn、Cu、Co、CrおよびNiから選ばれた少なくとも1つの元素の化合物であることを特徴とする。
The ceramic body of the present invention is composed of a fired product of a mixture of M 1-x L x TiO 3 and a transition metal compound, and has a thermochromic property in which the color changes reversibly with a change in temperature.
In M 1-x L x TiO 3 , M is Ba, Sr, Ca, or Mg, L is a lanthanoid element, and x is 0 to 1.0.
Ceramic bodies of the present invention that the transition metal compound is contained 0.001 to 1.0 moles with respect to M 1-x L x TiO 3 1 mole is characterized. Further, the transition metal compound is a compound of at least one element selected from Fe, Mn, Cu, Co, Cr and Ni.
本発明のセラミック体におけるM1-xLxTiO3は、Ba1-xLxTiO3であることを特徴とする。また、上記LがLaであることを特徴とする。また、上記遷移金属化合物がCr元素の化合物であることを特徴とする。 The M 1-x L x TiO 3 in the ceramic body of the present invention is characterized by being Ba 1-x L x TiO 3 . Further, the above L is La. Further, the transition metal compound is a compound of Cr element.
M1-xLxTiO3と遷移金属化合物との混合物に温度変色帯域調整材が、上記M1-xLxTiO31モルに対して0.01〜0.5モル配合されていることを特徴とする。 A temperature change band adjusting material is blended in a mixture of M 1-x L x TiO 3 and a transition metal compound in an amount of 0.01 to 0.5 mol with respect to 1 mol of the above M 1-x L x TiO 3. It is characterized by.
上記本発明のセラミック体の製造方法は、TiO2と、上記Mの化合物と、上記Lの化合物とを混合した後、この混合物を、空気中、900〜1400℃で焼成して母材粉末を製造する工程と、この母材粉末に上記遷移金属化合物を混合する工程と、この母材粉末に遷移金属化合物が混合された混合物を、空気中、1000〜1500℃で焼成する工程とを備えることを特徴とする。 In the method for producing a ceramic body of the present invention, after TiO 2 , the compound of M, and the compound of L are mixed, this mixture is fired in air at 900 to 1400 ° C. to obtain a base material powder. It is provided with a step of producing, a step of mixing the transition metal compound with the base metal powder, and a step of firing a mixture of the transition metal compound mixed with the base metal powder in air at 1000 to 1500 ° C. It is characterized by.
上記本発明のセラミック体の他の製造方法は、TiO2と、上記Mの化合物と、上記Lの化合物と、上記遷移金属化合とを混合する工程と、この混合された混合物を、空気中、1000〜1500℃で焼成する工程とを備えることを特徴とする。 In another method for producing the ceramic body of the present invention, a step of mixing TiO 2 , the compound of M, the compound of L, and the transition metal compound is mixed, and the mixed mixture is mixed in air. It is characterized by including a step of firing at 1000 to 1500 ° C.
本発明のセラミック体は、M1-xLxTiO3と遷移金属化合物との混合物の焼成物からなるので、1000℃以上の加熱に耐え、25℃〜500℃の温度域において、温度の変化に伴い可逆的に色が変化する。温度が低温から高温に変化する際に、緑系から赤茶色系へ変化することから、人間の感覚に近く、危険察知が容易である。 Since the ceramic body of the present invention is a fired product of a mixture of M 1-x L x TiO 3 and a transition metal compound, it can withstand heating of 1000 ° C. or higher and changes in temperature in the temperature range of 25 ° C. to 500 ° C. The color changes reversibly with this. When the temperature changes from low temperature to high temperature, it changes from greenish to reddish brown, which is close to human senses and easy to detect danger.
強誘電体として知られているペロブスカイト系複合酸化物であるチタン酸金属(MTiO3)を母材とするセラミック体が、温度の変化に伴い可逆的に色が変化するサーモクロミック性を発現することを見出した。特に1000℃以上の加熱に耐え、25℃〜500℃の温度域においてサーモクロミック性を示すことを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。 A ceramic body based on metal titanate (MTIO 3 ), which is a perovskite-based composite oxide known as a ferroelectric substance, exhibits thermochromic properties in which the color changes reversibly with changes in temperature. I found. In particular, it has been found that it withstands heating of 1000 ° C. or higher and exhibits thermochromic properties in a temperature range of 25 ° C. to 500 ° C. The present invention is based on such findings.
サーモクロミック性はCIE−L*a*b*を算出することで温度による色変化を数値化した(JIS Z 8781)。サーモクロミック性の測定は、ミノルタ(株)製CR−300色彩色差計を用い、Yxy値を測定し、それより一般的な表色系であるCIE−L*a*b*表色系へ変換した。変換式および色差ΔEの計算式を数1に示す。
For thermochromic properties, the color change due to temperature was quantified by calculating CIE-L * a * b * (JIS Z 8781). The thermochromic property is measured by measuring the Yxy value using a CR-300 color difference meter manufactured by Minolta Co., Ltd., and converting it to a more general color system, CIE-L * a * b * color system. did. The conversion formula and the calculation formula of the color difference ΔE are shown in
L*a*b*表色系において、L*は明るさを表しており、L*=0が黒を、L*=100が白を表している。a*およびb*は色の方向を示しており、+a*は赤方向、−a*は緑方向を示しており、+b*は黄方向、−b*は青方向を示している。また、それぞれ数値の絶対値が大きくなるに従って色あざやかになり、小さくなるに従ってくすんだ色になる。 In the L * a * b * color system, L * represents brightness, L * = 0 represents black, and L * = 100 represents white. a * and b * indicate the color direction, + a * indicates the red direction, -a * indicates the green direction, + b * indicates the yellow direction, and -b * indicates the blue direction. In addition, the color becomes brighter as the absolute value of each value increases, and becomes dull as the absolute value decreases.
色差ΔEにより人間の眼の感じ方は以下のようになる。
0 〜0.1:目視で色違いを識別できない
0.2〜0.4:色検査に慣れた人が色違いを識別できる限界
0.4〜0.8:色違いに厳しく、突合せ部分に使用される範囲
0.8〜1.5:製品の色管理でよく使用される範囲
1.2〜3.0:離れた部分や、高彩度色で許容される範囲
3.0〜 :色違いでクレームとなることが多い範囲
12.0〜 :別の色系
The way the human eye perceives due to the color difference ΔE is as follows.
0 to 0.1: Color difference cannot be visually identified 0.2 to 0.4: Limit that a person accustomed to color inspection can identify color difference 0.4 to 0.8: Strict color difference, in the butt part Range of use 0.8 to 1.5: Range of common use in product color management 1.2 to 3.0: Range of tolerance for distant areas and high-saturation colors 3.0 to: Range of different colors Range that often becomes a complaint 12.0 ~: Another color system
セラミック体のサーモクロミック性を測定するための試料は、以下の方法で作製した。TiO2と金属Mの化合物、例えば金属Mの炭酸塩とを混合する。金属Mの一部をランタノイド元素で置換する場合は金属Mの化合物と同時に混合する。混合は、例えばアルミナボールミルを用いて、固体分に対して水を200質量%加えて、4時間程度湿式混合する。100℃で乾燥後、さらに乳鉢を用いて粉砕する。混合粉末を1200℃、1時間焼成して母材粉末を作製する。この母材粉末単独、または後述する遷移金属類等をさらに母材粉末に添加してプレス成型後、1100℃、1200℃または1300℃で焼成して焼結ペレットとする。
また、別の作製方法として、TiO2と金属Mの化合物、例えば金属Mの炭酸塩と、遷移金属類化合物とを混合する。金属Mの一部をランタノイド元素で置換する場合は金属Mの化合物と同時に混合する。混合は、例えばアルミナボールミルを用いて、固体分に対して水を200質量%加えて、4時間程度湿式混合する。100℃で乾燥後、さらに乳鉢を用いて粉砕する。混合粉末を1200℃、1時間焼成して母材粉末を作製する。この母材粉末単独をプレス成型後、1100℃、1200℃または1300℃で焼成して焼結ペレットとする。
このようにして作製された焼結ペレットを用いてサーモクロミック性を25〜500℃の範囲にて測定した。
A sample for measuring the thermochromic property of the ceramic body was prepared by the following method. TiO 2 and a compound of metal M, for example, a carbonate of metal M, are mixed. When a part of the metal M is replaced with a lanthanoid element, it is mixed at the same time as the compound of the metal M. For mixing, for example, using an alumina ball mill, 200% by mass of water is added to the solid content, and wet mixing is performed for about 4 hours. After drying at 100 ° C., it is further crushed using a mortar. The mixed powder is calcined at 1200 ° C. for 1 hour to prepare a base material powder. The base metal powder alone or transition metals described later are further added to the base material powder, press-molded, and then fired at 1100 ° C., 1200 ° C. or 1300 ° C. to obtain sintered pellets.
Further, as another production method, a compound of TiO 2 and metal M, for example, a carbonate of metal M and a transition metal compound are mixed. When a part of the metal M is replaced with a lanthanoid element, it is mixed at the same time as the compound of the metal M. For mixing, for example, using an alumina ball mill, 200% by mass of water is added to the solid content, and wet mixing is performed for about 4 hours. After drying at 100 ° C., it is further crushed using a mortar. The mixed powder is calcined at 1200 ° C. for 1 hour to prepare a base material powder. This base metal powder alone is press-molded and then fired at 1100 ° C., 1200 ° C. or 1300 ° C. to obtain sintered pellets.
Using the sintered pellets thus produced, the thermochromic property was measured in the range of 25 to 500 ° C.
強誘電体として知られているペロブスカイト系複合酸化物であるチタン酸バリウム(BaTiO3)のサーモクロミック性を測定した結果を図1に示す。チタン酸バリウム単独でもサーモクロミック性を示すが、発色の程度は低い。
次に着色剤として遷移金属を0.001モル添加したチタン酸バリウムのサーモクロミック性を測定した。遷移金属として、Fe、Mn、Cu、Co、CrおよびNiを用いた。結果を図2に示す。図2において、測定温度が高温になるに従い、a軸およびb軸の絶対値が大きくなる方向に色が変化した。色測定温度は25℃、100℃、200℃、300℃である。
測定の結果、遷移金属を添加したチタン酸バリウムは、チタン酸バリウム単体に比較して、添加した遷移金属の種類により異なる色の変化を示した。すなわち、遷移金属類を0.001モル添加することにより、チタン酸バリウムのサーモクロミック性が向上した。
FIG. 1 shows the results of measuring the thermochromic properties of barium titanate (BaTIO 3 ), which is a perovskite-based composite oxide known as a ferroelectric substance. Barium titanate alone exhibits thermochromic properties, but the degree of color development is low.
Next, the thermochromic property of barium titanate to which 0.001 mol of a transition metal was added as a colorant was measured. Fe, Mn, Cu, Co, Cr and Ni were used as the transition metals. The results are shown in FIG. In FIG. 2, as the measurement temperature became higher, the color changed in the direction in which the absolute values of the a-axis and the b-axis increased. The color measurement temperatures are 25 ° C, 100 ° C, 200 ° C, and 300 ° C.
As a result of the measurement, the barium titanate to which the transition metal was added showed a different color change depending on the type of the transition metal added, as compared with the barium titanate alone. That is, the thermochromic property of barium titanate was improved by adding 0.001 mol of transition metals.
遷移金属としては、周期律表21番元素のScから29番元素のCu、39番元素のYから47番元素のAg、72番元素のHfから79番元素のAuが挙げられる。本発明においては、上記Fe、Mn、Cu、Co、CrおよびNiが好ましい。 Examples of the transition metal include Sc of the 21st element of the periodic table to Cu of the 29th element, Y of the 39th element to Ag of the 47th element, and Hf of the 72nd element to Au of the 79th element. In the present invention, the above Fe, Mn, Cu, Co, Cr and Ni are preferable.
次に、サーモクロミック性の向上を目的として、チタン酸バリウムのバリウムの一部をランタンで置換した母材にFeを0.01モル添加した試料のサーモクロミック性を測定した。結果を図3に示す。図3(a)はLa添加量と色の変化について、aを横軸に、bを縦軸にして示した図であり、図3(b)は色差ΔEの温度依存性を、図3(c)は300℃での色差ΔEのLa量依存性をそれぞれ示す図である。
図3(a)に示すように、チタン酸バリウムのバリウムの一部をランタンで置換することにより、サーモクロミック性が向上した。サーモクロミック性はチタン酸バリウム単独でも示すことから(図1参照)、図3(b)および(c)を考慮すれば、x=0〜1.0でサーモクロミック性を示す。サーモクロミック性を示すランタンの置換量は、x=0.002〜1.0、好ましくはxが0.002以上、1.0未満であり、より好ましくは0.005〜0.5モルであった。
Next, for the purpose of improving the thermochromic property, the thermochromic property of a sample in which 0.01 mol of Fe was added to a base material in which a part of barium of barium titanate was replaced with lantern was measured. The results are shown in FIG. FIG. 3A shows the amount of La added and the change in color with a on the horizontal axis and b on the vertical axis, and FIG. 3B shows the temperature dependence of the color difference ΔE in FIG. 3 (a). c) is a diagram showing the La amount dependence of the color difference ΔE at 300 ° C.
As shown in FIG. 3A, the thermochromic property was improved by substituting a part of barium of barium titanate with lantern. Since the thermochromic property is also shown by barium titanate alone (see FIG. 1), the thermochromic property is shown at x = 0 to 1.0 in consideration of FIGS. 3 (b) and 3 (c). The substitution amount of the lanthanum exhibiting thermochromic property is x = 0.002 to 1.0, preferably x is 0.002 or more and less than 1.0, and more preferably 0.005 to 0.5 mol. rice field.
チタン酸バリウムのバリウムの代わりに、チタン酸ストロンチウムを用いて、サーモクロミック性を測定した。結果を図4および図5に示す。図4はチタン酸ストロンチウム単体の母材に遷移金属としてNi、Fe、Crをそれぞれ0.1モル添加したセラミック体の結果であり、図5はチタン酸ストロンチウムにおけるストロンチウムの一部(x=0.1)をランタンで置換した母材に遷移金属としてNi、Fe、Crをそれぞれ0.1モル添加したセラミック体の結果である。
図4および図5において、(a)および(b)は試料作製時の焼成温度が1200℃であり、(c)および(d)は焼成温度が1300℃の図であり、(a)および(c)は遷移金属添加と色の変化について、aを横軸に、bを縦軸にして示した図であり、(b)および(d)は色差ΔEの温度依存性をそれぞれ示す。
Strontium titanate was used instead of barium barium titanate to measure thermochromic properties. The results are shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows the results of a ceramic body in which 0.1 mol of Ni, Fe, and Cr were added as transition metals to the base material of strontium titanate alone, and FIG. 5 shows a part of strontium in strontium titanate (x = 0. This is the result of a ceramic body in which 0.1 mol of Ni, Fe, and Cr were added as transition metals to the base metal in which 1) was replaced with lanthanum.
In FIGS. 4 and 5, (a) and (b) are diagrams in which the firing temperature at the time of sample preparation is 1200 ° C., (c) and (d) are diagrams in which the firing temperature is 1300 ° C., and (a) and (d) are shown. c) is a diagram showing transition metal addition and color change with a on the horizontal axis and b on the vertical axis, and (b) and (d) show the temperature dependence of the color difference ΔE, respectively.
図4に示すように、チタン酸ストロンチウム単体に遷移金属を添加することにより、サーモクロミック性を示した。すなわち、M1-xLxTiO3におけるMがストロンチウムであっても、チタン酸バリウムのバリウムと同様にサーモクロミック性を示した。これは、両者ともペロブスカイト系複合酸化物を形成するためと考えられる。 As shown in FIG. 4, the thermochromic property was exhibited by adding a transition metal to strontium titanate alone. That is, even if M in M 1-x L x TiO 3 was strontium, it showed thermochromic properties similar to barium of barium titanate. It is considered that this is because both form a perovskite-based composite oxide.
図5に示すように、チタン酸ストロンチウムにおけるストロンチウムの一部(x=0.1)をランタンで置換した母材に遷移金属を添加することにより、チタン酸ストロンチウムよりも高いサーモクロミック性を示した。すなわち、チタン酸バリウムと同様にサーモクロミック性を示した。 As shown in FIG. 5, by adding a transition metal to the base material in which a part (x = 0.1) of strontium in strontium titanate was replaced with lantern, higher thermochromic properties than strontium titanate were exhibited. .. That is, it showed thermochromic properties similar to barium titanate.
上記実験結果より、M1-xLxTiO3におけるMおよびLは、ペロブスカイト系複合酸化物を形成できる元素の種類および量であれば使用できる。
Mとしては、2価の金属であることが好ましく、具体的には、Ba、Sr、Ca、またはMgである。これらの中で、誘電率が大きく、サーモクロミック性が高いことから、BaおよびSrが好ましく、特にBaが好ましい。
From the above experimental results, M and L in M 1-x L x TiO 3 can be used as long as they are the types and amounts of elements capable of forming a perovskite-based composite oxide.
M is preferably a divalent metal, specifically Ba, Sr, Ca, or Mg. Among these, Ba and Sr are preferable, and Ba is particularly preferable because the dielectric constant is large and the thermochromic property is high.
Lはランタノイド元素であり、原子番号57のLaから71のLuを表す。ランタノイド元素は、MTiO3におけるMの一部を置換したペロブスカイト系複合酸化物を形成する。本発明においては、置換によって容易に半導体化し、高いサーモクロミック性を示すことから、Laが好ましい。 L is a lanthanoid element and represents La of atomic number 57 to Lu of 71. The lanthanoid element forms a perovskite-based composite oxide in which a part of M in MTIO 3 is substituted. In the present invention, La is preferable because it can be easily converted into a semiconductor by substitution and exhibits high thermochromic properties.
Ba0.9La0.1TiO3を母材として、遷移金属添加によるサーモクロミック性を調べた。結果を図6および図7に示す。図6は遷移金属として、Fe、Mn、Ni、Cu、Co、Crを0.001モル添加したときの色の変化について、aを横軸に、bを縦軸にして示した図であり、図6(a)は上記遷移金属を添加後1200℃で焼成したとき、図6(b)は同1300℃で焼成したときの結果である。
図7はBa0.9La0.1TiO3母材に、Ni、Fe、Crをそれぞれ0.1モル添加したセラミック体の結果である。
図7において、(a)および(b)は試料作製時の焼成温度が1200℃であり、(c)および(d)は焼成温度が1300℃の図であり、(a)および(c)は遷移金属添加と色の変化について、aを横軸に、bを縦軸にして示した図であり、(b)および(d)は色差ΔEの温度依存性をそれぞれ示す。
Using Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 as a base material, the thermochromic property due to the addition of transition metals was investigated. The results are shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a diagram showing the change in color when 0.001 mol of Fe, Mn, Ni, Cu, Co, and Cr are added as transition metals, with a on the horizontal axis and b on the vertical axis. FIG. 6A shows the results when the transition metal was added and then calcined at 1200 ° C., and FIG. 6B shows the results when calcined at 1300 ° C.
FIG. 7 shows the results of a ceramic body in which 0.1 mol each of Ni, Fe, and Cr was added to the Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material.
In FIG. 7, (a) and (b) are diagrams in which the firing temperature at the time of sample preparation is 1200 ° C., (c) and (d) are diagrams in which the firing temperature is 1300 ° C., and (a) and (c) are. It is the figure which showed the transition metal addition and the color change with a as the horizontal axis and b as the vertical axis, and (b) and (d) show the temperature dependence of the color difference ΔE, respectively.
図7(b)および(d)に示すように、遷移金属の中でもNi、Fe、Crを母材に添加することで、特にCrを添加することで、サーモクロミック性が向上した。そこで、Crを代表例として、Ba0.9La0.1TiO3母材に対する添加量を詳細に調査した。結果を図8および図9に示す。図8はBa0.9La0.1TiO3母材1.0モルに、Crを0.01〜1.0モル添加したセラミック体の結果であり、(a)および(b)は焼成温度が1200℃、(c)および(d)は焼成温度が1300℃の結果である。図9は、図8の結果をもとに、色差ΔEのCr濃度依存性を示す図であり、(a)は焼成温度が1200℃、(b)は焼成温度が1300℃の結果である。 As shown in FIGS. 7 (b) and 7 (d), the thermochromic property was improved by adding Ni, Fe, and Cr to the base metal among the transition metals, and particularly by adding Cr. Therefore, using Cr as a typical example, the amount added to the Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material was investigated in detail. The results are shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 8 shows the results of a ceramic body in which 0.01 to 1.0 mol of Cr was added to 1.0 mol of Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material, and (a) and (b) had a firing temperature of 1200 ° C. (C) and (d) are the results of the firing temperature of 1300 ° C. 9A and 9B are diagrams showing the Cr concentration dependence of the color difference ΔE based on the results of FIG. 8, where FIG. 9A is a result of a firing temperature of 1200 ° C. and FIG. 9B is a result of a firing temperature of 1300 ° C.
図7〜図9の結果、M1-xLxTiO3母材に遷移金属化合物を添加することでサーモクロミック性が向上し、その添加量は、M1-xLxTiO3母材1モルに対して、遷移金属化合物が0.001〜1.0モル、好ましくは0.03〜0.50モル未満であることがわかった。
Results of FIGS. 7 9, M 1-x L x
上記セラミック体に対して、温度変色帯域調整材をさらに添加してサーモクロミック性を調査した。温度変色帯域調整材はそれ自身は変色しないが、サーモクロミック性により変色する色合いを調整する材料である。温度変色帯域調整材としては、例えば、SiO2、Al2O3、ZrO2、ZrSiO4が挙げられる。 The thermochromic property was investigated by further adding a temperature change band adjusting material to the above ceramic body. The temperature change band adjusting material does not change color by itself, but is a material that adjusts the color change due to thermochromic properties. Examples of the temperature discoloration band adjusting material include SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and ZrSiO 4 .
図10はBa0.9La0.1TiO3母材1.0モルにCrを0.1モル添加し、さらに温度変色帯域調整材としてのSiO2を上記母材1.0モルに対して0.01〜1.0モル添加したセラミック体の結果であり、(a)および(b)は焼成温度が1200℃、(c)および(d)は焼成温度が1300℃の結果である。
図11はBa0.9La0.1TiO3母材1.0モルにCrを0.1モル添加し、さらに温度変色帯域調整材としてのAl2O3を上記母材1.0モルに対して0.05〜0.20モル添加したセラミック体の結果であり、(a)および(b)は焼成温度が1200℃、(c)および(d)は焼成温度が1300℃の結果である。
In FIG. 10, 0.1 mol of Cr was added to 1.0 mol of Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material, and SiO 2 as a temperature change band adjusting material was added to 0.01 to 1.0 mol of the base material. It is the result of the ceramic body to which 1.0 mol was added, (a) and (b) are the result of the firing temperature of 1200 ° C., and (c) and (d) are the result of the firing temperature of 1300 ° C.
In FIG. 11, 0.1 mol of Cr was added to 1.0 mol of Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material, and Al 2 O 3 as a temperature change band adjusting material was added to 1.0 mol of the base material. It is the result of the ceramic body to which 05 to 0.20 mol was added, (a) and (b) are the result of the firing temperature of 1200 degreeC, and (c) and (d) are the result of the firing temperature of 1300 degreeC.
図10および図11に示すように、温度変色帯域調整材を添加することにより、さらにサーモクロミック性が向上した。また、SiO2の望ましい添加量は0.5モル以下、Al2O3の望ましい添加量は0.5モル以下であることがわかった。 As shown in FIGS. 10 and 11, the thermochromic property was further improved by adding the temperature change band adjusting material. It was also found that the desirable amount of SiO 2 added was 0.5 mol or less, and the desirable amount of Al 2 O 3 added was 0.5 mol or less.
上記セラミック体は、温度の変化に伴い可逆的に色が変化することから、これを単体でまたは他の材料と組み合わせて、粉体、成形体、焼結体、薄膜体、または釉薬として使用することができる。このセラミック体は、有機物系サーモクロミック体と異なり、200℃以上の高温であっても可逆的に色が変化できる無機系サーモクロミック体となる。このため、本発明のセラミック体は、食器や調理用器具の表面(釉薬等)に使用することによる温度の視覚化(土鍋、天ぷら鍋、フライパン等)、焼成炉等のレンガやタイル等の外壁材の高温部位への塗布による危険箇所の可視化、化学工場等における高温配管等など高温部位への塗布による危険箇所の可視化に利用できる。 Since the color of the ceramic body changes reversibly with a change in temperature, it is used alone or in combination with other materials as a powder, a molded product, a sintered body, a thin film body, or a glaze. be able to. Unlike the organic thermochromic body, this ceramic body is an inorganic thermochromic body that can reversibly change its color even at a high temperature of 200 ° C. or higher. Therefore, the ceramic body of the present invention is used for the surface of tableware and cooking utensils (glaze, etc.) to visualize the temperature (earthen pot, tempura pot, frying pan, etc.), and the outer wall of bricks, tiles, etc. of the firing furnace. It can be used for visualization of dangerous parts by applying the material to high temperature parts, and visualization of dangerous parts by applying to high temperature parts such as high temperature pipes in chemical factories.
特に、Ba0.9La0.1TiO3母材に、Crを添加したセラミック体の色相変化は、温度が低温から高温に変化する際に、緑系から赤茶色系へ変化することから、人間の感覚に近く、危険察知が容易であるとの相乗効果が期待できる。 In particular, the hue change of the ceramic body obtained by adding Cr to the Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material changes from green to reddish brown when the temperature changes from low temperature to high temperature, so that it is human sense. A synergistic effect can be expected with the fact that it is easy to detect danger in the near future.
実施例1
Ba0.9La0.1TiO3母材1モルに、Crを0.1モル添加し、1200℃で焼成して得られたセラミック体を用いて釉薬を作製した。このセラミック体を粒子径100〜300μmとなるように粉砕してセラミック粉末とした。釉薬の母材となる組成物(陶磁器用フリット95質量%、蛙目粘土5質量%)に、このセラミック粉末を23.1質量%配合し、60%程度の水溶液とすることでスラリー状の釉薬を作製した。この釉薬を下地となる焼成体(陶磁器素地)に施釉して、乾燥後、900℃で焼成することにより、表面に釉層が形成された焼成体を作製した。この釉層のサーモクロミック性を測定した結果を図12に示す。図12(a)は遷移金属添加と色の変化について、aを横軸に、bを縦軸にして示した図であり、図12(b)は色差ΔEの温度依存性をそれぞれ示す。
Example 1
A glaze was prepared using a ceramic body obtained by adding 0.1 mol of Cr to 1 mol of Ba 0.9 La 0.1 TiO 3 base material and firing at 1200 ° C. This ceramic body was pulverized so as to have a particle size of 100 to 300 μm to obtain a ceramic powder. 23.1% by mass of this ceramic powder is mixed with the composition (95% by mass of frit for ceramics, 5% by mass of frog-eye clay) that is the base material of the glaze, and the glaze is made into a slurry-like glaze by making it an aqueous solution of about 60%. Was produced. This glaze was glazed on a fired body (ceramic base material) as a base, dried, and then fired at 900 ° C. to prepare a fired body having a glaze layer formed on the surface. The result of measuring the thermochromic property of this glaze layer is shown in FIG. FIG. 12 (a) shows the transition metal addition and the color change with a on the horizontal axis and b on the vertical axis, and FIG. 12 (b) shows the temperature dependence of the color difference ΔE.
実施例2
釉薬の母材となる組成物に、実施例1で用いたセラミック粉末を15.3質量%配合する以外は、実施例1と同様にして、表面に釉層が形成された焼成体を作製した。実施例1と同様にしてサーモクロミック性を測定した結果を図12に示す。
Example 2
A fired body having a glaze layer formed on the surface was prepared in the same manner as in Example 1 except that 15.3% by mass of the ceramic powder used in Example 1 was added to the composition used as the base material of the glaze. .. The result of measuring the thermochromic property in the same manner as in Example 1 is shown in FIG.
実施例3
釉薬の母材となる組成物に、実施例1で用いたセラミック粉末を5.7質量%配合する以外は、実施例1と同様にして、表面に釉層が形成された焼成体を作製した。実施例1と同様にしてサーモクロミック性を測定した結果を図12に示す。
Example 3
A fired body having a glaze layer formed on the surface was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ceramic powder used in Example 1 was blended in an amount of 5.7% by mass in the composition used as the base material of the glaze. .. The result of measuring the thermochromic property in the same manner as in Example 1 is shown in FIG.
図12に示すように、実施例1〜3において、いずれもサーモクロミック性を示した。 As shown in FIG. 12, all of Examples 1 to 3 showed thermochromic properties.
本発明のセラミック体は、高温度域において可逆的に色が変化するので、高温部位への設置などによる危険箇所の可視化に利用できる。 Since the ceramic body of the present invention changes its color reversibly in a high temperature range, it can be used for visualization of dangerous places by installation in a high temperature part or the like.
Claims (7)
前記MがBa、Sr、Ca、またはMgであり、
前記Lがランタノイド元素であり、xが0〜1.0であり、
前記遷移金属化合物が前記M1-xLxTiO31モルに対して0.001〜1.0モル含まれていることを特徴とするセラミック体。 It is a ceramic body having a thermochromic property, which is composed of a fired product of a mixture of M 1-x L x TiO 3 and a transition metal compound, and whose color changes reversibly with a change in temperature.
M is Ba, Sr, Ca, or Mg.
L is a lanthanoid element, x is 0 to 1.0, and
Ceramic body, characterized in that the transition metal compound is contained 0.001 to 1.0 mole with respect to the M 1-x L x TiO 3 1 mol.
TiO2と、前記Mの化合物と、前記Lの化合物とを混合した後、この混合物を、空気中、900〜1400℃で焼成して母材粉末を製造する工程と、
前記母材粉末に前記遷移金属化合物を混合する工程と、
前記母材粉末に前記遷移金属化合物が混合された混合物を、空気中、1000〜1500℃で焼成する工程とを備えることを特徴とするセラミック体の製造方法。 The method for producing a ceramic body according to claim 1.
A step of mixing TiO 2 , the compound of M, and the compound of L, and then firing this mixture in air at 900 to 1400 ° C. to produce a base metal powder.
The step of mixing the transition metal compound with the base metal powder and
A method for producing a ceramic body, which comprises a step of firing a mixture of the transition metal compound mixed with the base metal powder in air at 1000 to 1500 ° C.
TiO2と、前記Mの化合物と、前記Lの化合物と、前記遷移金属化合とを混合する工程と、
前記混合された混合物を、空気中、1000〜1500℃で焼成する工程とを備えることを特徴とするセラミック体の製造方法。 The method for producing a ceramic body according to claim 1.
A step of mixing TiO 2 , the compound of M, the compound of L, and the transition metal compound,
A method for producing a ceramic body, which comprises a step of firing the mixed mixture in air at 1000 to 1500 ° C.
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