JPH0264065A - 結晶粒配向性セラミックスの製造方法 - Google Patents

結晶粒配向性セラミックスの製造方法

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JPH0264065A
JPH0264065A JP1117489A JP11748989A JPH0264065A JP H0264065 A JPH0264065 A JP H0264065A JP 1117489 A JP1117489 A JP 1117489A JP 11748989 A JP11748989 A JP 11748989A JP H0264065 A JPH0264065 A JP H0264065A
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Mitsuhiko Morita
光彦 森田
Yoshio Yoshimoto
吉本 良夫
Yasuhiko Toda
靖彦 戸田
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Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 本発明は粉末粒子がある一定の方向に配向したセラミッ
クスの製造方法に関する。
更に詳しくは電気自動車用、電力負荷平滑用としての利
用が期待されているナトリウム−硫黄(Na−3)電池
に使用する、緻密でナトリウムイオンの伝導度が高く、
かつ優れた機械的強度を有するβ−又はβ′′−アルミ
ナ固体電解質、あるいは小型モーター、スピーカー等に
使用されている強磁場発生用の磁気異方性多結晶焼結バ
リウム又はストロンチウムフェライト磁石(以下、異方
性フェライト磁石という)の製造方法に関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]β−ア
ルミナは一般的にNa2O・llAl2O3で表される
物質で六方晶系に属し、−個のスピネルブロックの繰り
返し構造をとる。そしてC軸に垂直なC面内に限り、N
a”イオンが移動可能なことがらβ−アルミナは二次元
イオン導電体と呼ばれている。
β−アルミナ単結晶におけ℃面内の電気抵抗(比抵抗)
は300″Cで8Ω・cmと優れており、電流の通ずる
方向に0面の並んだ単結晶の円筒状のものあるいは板状
のものを使用すれば、高い導電性が得られる。しかしな
がら、β−アルミナ単結晶は、0面での襞間が起こりや
すく機械的強度の面で問題があり、更に単結晶の成長が
技術的に困難のため実用に供することは難しい。
機械的な強度の向上を図ることは結晶粒の小さな多結晶
体を製造することによって達成し得るが、多結晶体では
結晶粒界での電気抵抗が大きく、各粒子の方位は不規則
のためNa”イオンの移動の方向も異なる。従って、電
流はジグザグな流路をとり電気抵抗は増大する。例えば
、β−アルミナを焼結した多結晶体の300°Cにおけ
る比抵抗は、20〜100Ω・cmと単結晶の比抵抗に
比べかなり高抵抗となるので、Na−3電池の高性能化
を図るためには、比抵抗を減少させる必要がある。
β″−アルミナはNa、O’5A1z Oxで表される
物質であり、単結晶の比抵抗は0.5〜lΩ・cm、焼
結多結晶体の比抵抗は5〜8Ω・cm程度である。β−
アルミナの比抵抗に比べかなり改善されているものの、
Na−3電池の高性能化のためには更に比抵抗の減少を
図る必要がある。
従来のβ二又はβ′′−アルミナ固体電解質の抵抗の減
少方法は、Na”イオンの通路となる固体電解質の厚さ
を薄くする方法である。この方法により現在1mm程度
の厚さのものが製造されているが、機械的な強度の問題
から1mm以下の厚さの固体電解質を製造することは難
しく、固体電解質の厚さを薄くするという方法による抵
抗の減少は期待し難い。
又、バリウムフェライトやストロンチウムフェライトな
どのM型穴方晶フェライトはC軸を磁化容易軸とする0
面の発達している六角板状微粒子からなる粉末である。
この粉末を配向させた異方性フェライト磁石は、磁気回
路用の永久磁石として広く使用されているが、最近のス
ピーカー、小型モーター等の小型化、高性能化の要求に
伴い、フェライト磁石の磁気特性の向上が強く求められ
ている。特に、異方性フェライト磁石を使用する磁気回
路において、強い磁界を発生させるために高い残留磁束
密度(Br)と高い保磁力(Hc)が要望されている。
通常、異方性フェライト磁石としてはバリウムフェライ
トやストロンチウムフェライトが用いられており、その
残留磁束密度(Br)は4.0〜4゜4KG、保磁力(
Hc)は2.8〜3.3 K Oe程度である。上述し
た要求を可能にするために、フェライト組成やフェライ
ト粒子配同法の改良(磁場プレス成形)が行われている
が、満足する磁気特性を得るには至っていない。
[課題を解決するための手段] 本発明の目的は、遠心力を利用してセラミックス原料粉
末の粒子を一定の方向に配向させ、これを焼成すること
により、これまでにない優れた機能性を有する結晶粒の
配向したセラミックスを提供することにある。
本発明の上記目的は、六方晶である薄板状あるいは葉板
状のセラミックス粉末の0面が応力の方向に垂直に配向
するという性質を利用し、一定の方向に配向させた成形
体を製造し、これを焼成することによって達成すること
ができる。
本発明で使用するセラミックス原料粉末としては、β、
−又はβ″−アルミナやバリウム及びストロンチウムフ
ェライトを用いるが、その他セラミックス原料粉末を構
成する原料の一部が薄板状あるいは葉板状のカオリンや
タルクであるコージェライトなども使用することができ
る。
原料として使用するセラミックス原料粉末については特
に制限は無いが、機械的強度を向上させるためには出来
る限り微細であることが好ましく、ハンドリング性、成
形性を考慮すると0.1〜1.0μmが望ましく、0.
2〜0.6μmが特に望ましい。
又、成形に使用するバインダーについても特に制限は無
いが、例えばパラフィン、ポリエチレングリコール、メ
チルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラ
ール等が用いられる。
次に、本発明の製造方法を説明する。
型枠の中に、予めバインダーを混合したセラミックス原
料粉末を充填し、これに対して好ましくは250kg/
cm2以上、さらに好ましくは350kg/cm”以上
、特に好ましくは400kg/cmz以上の遠心力を作
用させてセラミックス原料粉末の0面が応力の方向に垂
直に配向した成形体を製造した後、脱型する。脱型後、
例えば500〜600°Cにて漸次加熱してバインダー
を除去する。                 。
次に、β−又はβ″−アルミナ成形体の焼成に際しては
、密閉容器、例えばマグネシア坩堝の中で1500〜1
700°C2好ましくは1550〜1650°Cで焼成
することによってβ−又はβ1′−アルミナ固体電解質
を製造する。
ここで、焼成温度が1500°Cより低い場合には充分
な緻密化が達成されず、機械的強度の低い固体電解質と
なる。又、1700°Cより高い温度で焼成すると、β
−又はβ″−アルミナ粉末中のアルカリ(NazO)が
揮散し、α−アルミナへの転移が起こり、所望のものが
得られない。
一方、バリウムフェライト又はストロンチウムフェライ
ト成形体の焼成は、酸化性雰囲気中で1000〜135
0”C,好ましくは1100〜1300°Cで行い、異
方性フェライト磁石を製造する。
ここで、1000°Cより低い温度で焼成した場合、充
分な緻密化が起こらず空隙の多いものとなる。又、13
50°Cより高い温度で焼成した場合には、緻密化より
も粒成長が優先的に起こり、本発明の目的とする磁気特
性の向上は達成できない。
本発明において、セラミックス原料粉末に作用させる遠
心力はセラミックス原料粉末の種類によって異なり、充
分な粒子配向を生じさせる上から、好ましくは250k
g/cm”以上、さらに好ましくは350 k g/c
m”以上、特に好ましくは400kg/cm”以上であ
る。なお、上限については特に制限はないが、装置上の
問題から1000kg/cm2程度が限度になる。
原料粉末がβ−又はβ゛−アルミナ粉末場合には、40
0kg/cm”以上の遠心力を作用させることが好まし
く、原料粉末がバリウムフェライト又はストロンチウム
フェライト粉末の場合には、350kg/cm2以上の
遠心力を作用させることが好ましい。また、コージェラ
イト粉末の場合には、250kg/cm”以上の遠心力
を作用させることが好ましい。
焼結装置については特に制限は無く、電気炉、ガス炉等
いずれの焼結装置も適宜用いることができるが、充分な
温度制御が可能な装置を用いることが好ましい。
[実施例コ 以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが
、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
夫施■よ 平均粒子径0.2μmのβ−アルミナ粉末95重量%と
Naz co35重四%をバインダー(パラフィンおよ
びメチルセルロース)と共に混合し、得られた混合物4
を、第1図および第2図に示す、外径50mmΦ、内径
48mmΦ、高さ50mmの外枠2と内枠3からなる円
柱状型枠に充填した。
次いで、この型枠をロッドの支点1を中心として、図示
の方向に回転することにより、500kg/cm2の遠
心力を作用させてβ−アルミナ組成の成形体を製造した
。脱型後600 ’Cでバインダーを除去した後、マグ
ネシア坩堝内で1600°Cで1時間の焼成を行い、チ
ューブ状のβ−アルミナ固体電解質を製造した。
成形体の製造方法と型枠を図面に示す。遠心力を作用さ
せるために型枠に付与する回転の方向は、支点lを中心
に紙面に垂直であるので、第1図に於いて回転方向を矢
印で表す。
遠心力の方向と垂直な面のβ−アルミナ固体電解質のX
線回折法により求めた配向度Fは0.82、厚さ方向の
比抵抗は12Ω・cmであった。
ここで、β−アルミナ固体電解質のX線回折法により求
める配向度Fは、F 、  K 、L otgerin
gの方法(J 、  I norg、 Nucl、 C
hem、 9.113−23(1959))に依る。
F= (P−P、)/ (t−Po )P=ΣI(00
1)/ΣI  (hkl)ΣI (001): (00
1)面のX線回折強度の合計 ΣI (hkl): (hkl)面のX線回折強度の合
計 P :配向サンプルのP Po :配向していないサンプルのP 1益■1 平均粒子径0.2μmのβパ−アルミナ粉末95重量%
とNa、Co、5重量%をバインダーと共に混合し、実
施例1と同じ方法でチューブ状のβ″ −アルミナ固体
電解質を製造した。
遠心力の方向と垂直な面のβ″−アルミナ固体電解質の
X線回折法により求めた配向度Fは0.85、厚さ方向
の比抵抗は2Ω・cmであった。
北較拠土 平均粒子径0.2μmのβ−アルミナ粉末95重量%と
Na2co35重量%をバインダー(パラフィン及びメ
チルセルロース)と共に混合し、外径50mmΦ、内径
48mmΦ、高さ50mmの円柱状型枠に充填した。こ
れに300 k g / c m2の遠心力を作用させ
てβ−アルミナ組成の成形体を製造した。以下実施例1
−ヲ同様の方法でβ−アルミナ固体電解質を製造し、配
向度Fと厚さ方向の比抵抗を測定した。
配向度Fは0.36、厚さ方向の比抵抗は30Ω・cm
であった。
実Jd汁l 平均粒子径0.2μmのストロンチウムフェライト粉末
100重量%をバインダーと共に混合し、内径40mm
Φ、高さ50mmのシリンダー状の型枠に充填した。こ
れに400 k g / (m”の遠心力を作用させな
がら、粉末粒子の配向を更に高めるために外部磁場を作
用し成形を行った。脱型後600°Cでバインダーを除
去した後、酸化性雰囲気中で1250°C12時間の焼
成を行い異方性ストロンチウムフェライト磁石の製造を
行った。
この磁石の特性は残留磁束密度(Br)5.0KG1保
磁力(Hc)4.0KOeであり、従来の磁場プレスに
よる製造方法の異方性ストロンチウムフェライト磁石の
残留磁束密度(Br)4、O〜4゜4KG、保磁力(H
c)2.8〜3.3KOeに比べて優れた特性を示す。
[発明の効果1 本発明は、セラミックス原料粉末の粒子に遠心力を作用
して一定方向に配向させ、それを焼成することから成る
、これまでにない優れた機能を有する結晶粒配向性セラ
ミックスの簡便な製造方法に関する。従って、ナトリウ
ム−硫黄電池用のβ又はβ′′−アルミナ固体電解質及
び小型モーターやスピーカー等に使用される磁気異方性
フェライト磁石等への利用が期待でき、極めて工業的価
値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1の成形体製造方法と型枠を示す縦断正
面口、第2図は第1図の左側面図である。 第1図 第2図 1・−・−・−・−支点、2−・・−型枠の外枠、3〜
・−一−−−・型枠の内枠、4−−−・・β−アルミナ
粉末とバインダーの混合物

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)遠心力を利用してセラミックス原料粉末の粒子を
    配向させ、焼成することを特徴とする結晶粒配向性セラ
    ミックスの製造方法。
  2. (2)セラミックス原料粉末の粒子形状が薄板状あるい
    は葉板状であることを特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項記載の結晶粒配向性セラミックスの製造方法。
  3. (3)セラミックス原料粉末がβ−又はβ″−アルミナ
    、バリウムフェライト及びストロンチウムフェライトよ
    りなる群の中から選ばれる一種であることを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項記載の結晶粒
    配向性セラミックスの製造方法。
JP1117489A 1988-05-24 1989-05-12 結晶粒配向性セラミックスの製造方法 Pending JPH0264065A (ja)

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