JPH0388720A - シュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法 - Google Patents

シュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法

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JPH0388720A
JPH0388720A JP22391789A JP22391789A JPH0388720A JP H0388720 A JPH0388720 A JP H0388720A JP 22391789 A JP22391789 A JP 22391789A JP 22391789 A JP22391789 A JP 22391789A JP H0388720 A JPH0388720 A JP H0388720A
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barium
liquid
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Makoto Furubayashi
古林 眞
Kazushi Tatemoto
一志 立本
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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〉 本発明は、積層セラミックコンデンサ等に用いられろチ
タン酸バリウム粒子の原料となるシュウ酸チタニルバリ
ウム粒子の製造方法に関する。
〈従来の技術〉 チタン酸バリウム(BaTiOa)は、誘電体材料や圧
電材料等として、積層セラミックコンデンサ等の各種電
子部品などに用いられている。
積層セラミックコンデンサでは、均一で薄い誘電体層を
形成するために、原料であるチタン酸バリウム粒子の微
細化が要求されている。
一般にチタン酸バリウムの合成は、炭酸バリウム粉末と
酸化チタン粉末とを混合し、1000〜1200℃程度
で焼成する固相法により行なわれている。
しかし、このような固相法により得られるチタン酸バリ
ウムは、径の大きい粒状であるため焼成後に機械的粉砕
が不可欠であり、不純物混入による純度低下が避けられ
ない。 しかも、この方法では、得られる粒子の機械的
強度が高いため強力な粉砕が必要であり、粒子の微細化
および均一化が困難である。
また、この方法では、BaとTiの比(Ba/Ti)を
1:1とすることが困難である。
このような固相法に対し、まずシュウ酸チタニルバリウ
ムfBaTlO(C20−)2’4HJ ]を湿式合成
し、これを熱分解してBaTi、f)sを得るという所
謂クラボー法が知られている[ W、 S、 Clab
aughet al、、J、Res、Nat、Bur、
5tand、、56(5)、289−291.(195
6) E クラボー法では、シュウ酸チタニルバリウムが2価の陽
イオンと2価の陰イオンとのl:lの化合物であること
から、Ba/Tiが極めて1に近い高純度のチタン酸バ
リウムが得られる。
クラボー法におけるシュウ酸チタニルバリウムの湿式合
成では、約80℃の温度の82G、04水溶′液を撹拌
しながら、この中にBaCjzとT z Cl a と
の混合溶液を滴下することによりBaTi0(C204
)14Hzoの結晶を得る。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、クラボー法では原料に対する収率がチタンイオ
ン換算で80%程度と低いため、コストが高くなってし
まう。
また、固相法よりは小さい粒径が得られるが、クラボー
法により製造される結晶粒子の平均粒径は数十〜数百−
程度であるため、積層セラミックコンデンサ等への適用
に際しては、やはり粉砕が必須となる。
ところで、クラボー法におけるシュウ酸チタニルバリウ
ムの粗大粒子化を防ぐために、塩化バリウムの水溶液を
シュウ酸とオキシ塩化チタンの混合物を含む水溶液に2
0〜60℃、好ましくは55〜60℃の温度で激しくか
きまぜながら滴下する方法が提案されている(特開昭6
3−103827号公報)、。
しかし、この方法では、同公報に示されるようにBa/
Tiが1:1.015−1:1.025のTi過剰のも
のしか得られない。 同公報には、このようなTi過剰
のチタン酸バリウムが抵抗の正の温度係数を有する抵抗
体の製造に有利に使用される旨の記載があるが、広範な
用途に用いるためにはBa/Tiはlに近いことが好ま
しい。
また、バリウム塩とチタニウム塩およびシュウ酸の水溶
液を同時に混合し、生じるゲルを短時間に強力撹拌解砕
することにより微粒子を得る方法も提案されている(特
公昭63−28845号公報)。 この公報には、50
℃以下の温度では反応速度が低くなるため好ましくない
旨の開示がなされている。
しかし、この公報の実施例で得られている原料に対する
収率は、最良のものでもチタンイオン換算で93%であ
り、低コスト化のためにはさらに収率を向上させる必要
がある。
本発明はこのような事情からなされたものであり、Ba
/Tiが化学量論組成とほぼ同じであってかつ粒径の小
さいシュウ酸チタニルバリウム粒子を高い収率で短時間
に製造する方法を提供することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉 このような目的は下記(1)〜(9)の本発明によって
達成される。
(1)母液中に滴下液を滴下して撹拌混合することによ
り、塩化バリウム、塩化チタンおよびシュウ酸を反応さ
せてシュウ酸チタニルバリウムを合成する工程を有する
シュウ酸゛チタニルバリウム粒子の製造方法において、 塩化バリウムが母液に含有され、塩化チタンが滴下液に
含有され、シュウ酸が母液および/または滴下液に含有
されることを特徴とするシェラ酸チタニルバリウム粒子
の製造方法。
(2)母液中に滴下液を滴下して撹拌混合することによ
り、塩化バリウム、塩化チタンおよびシュウ酸を反応さ
せてシュウ酸チタニルバリウムを合成する工程を有する
シュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法において、 塩化バリウムが母液および滴下液に含有され、塩化チタ
ンが滴下液に含有され、シュウ酸が母液に含有されるこ
とを特徴とするシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方
法。
(3)塩化バリウムが、母液に20%以上含有される上
記(2)に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造
方法。
(4)滴下時の温度が50℃以下である上記(1)ない
しく3)のいずれかに記載のシュウ酸チタニルバリウム
粒子の製造方法。
(5〉得られるシュウ酸チタニルバ+7ウム粒子が10
−以下の平均粒径を有する上記(1)ないしく4)のい
ずれかに記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方
法。
(6)前記滴下液の滴下時間が30分間以上である上記
(1)ないしく5)のいずれかに記載のシュウ酸チタニ
ルバリウム粒子の製造方法。
(7)前記混合撹拌がスタティックミキサーにより行な
われる上記(1)ないしく5)のいずれかに記載のシュ
ウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法。
(8)前記滴下液の滴下時間が20分間以上である上記
(7)に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方
法。
(9)前記滴下液の滴下後、50℃以下の温度にて5分
間以上撹拌を行なう上記(1)ないしく8)のいずれか
に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法。
く作用〉 本発明では、母液と滴下液とに上記のように原料化合物
を配分してシュウ酸チタニルバリウムを合成する。
このため、粒度が揃った粒径の小さなシュウ酸チタニル
バリウム粒子が得られる。
また、シュウ酸チタニルバリウム粒子のBa/Tiを化
学量論組成における1とほぼ等しくすることができ、し
かもこのようなりa/Tiが極めて短い滴下時間にて得
られる。
そして、滴下時の混合撹拌をスタティックミキサーによ
り行なえば、必要な滴下時間をさらに短くすることがで
きる。 また、スタティックミキサーで混合撹拌するこ
とにより、さらに小粒径のシュウ酸チタニルバリウム粒
子が得られる。
さらに、滴下を50℃以下の温度にて行なえば、収率が
極めて高くなり、高価なチタンを有効に利用することが
できる。
〈具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
本発明は、シュウ酸(H2C204) 、塩化バリウム
CBaC1z )および塩化チタン(TiC思、)を水
溶液中で反応させて、シェラ酸チタニルバリウム[Ba
TLO(CaO,)14H,o 1を合成し、析出させ
る方法に適用される。
本発明では、これらの化合物の混合を、母液中に滴下液
を滴下して撹拌混合することにより行なう。 なお、本
発明における滴下とは、滴下液を徐々に母液に混合する
ということである。
本発明においてこれらの化合物は、母液および滴下液に
下記(i)または(if)のような組み合わせで含有さ
れる。
(i)塩化バリウムが母液に含有され、塩化チタンが滴
下液に含有され、シュウ酸が母液および/または滴下液
に含有される。
この組み合わせにおいて、母液と滴下液とのHzCzO
*の含有比率に特に制限はない。
(ii)塩化バリウムが母液および滴下液に含有され、
塩化チタンが滴下液に含有され、シュウ酸が母液に含有
される。
この組み合わせにおいて、母液と滴下液とのBaC1,
の含有比率に特に制限はないが、得られるBaTi0 
(ezoJ 14Hso粒子は母液中のBaCjzの含
有比率が増加するほど微小化する傾向があるため、少な
くともを母液に20%以上含有されることが好ましい。
母液および滴下液を上記各組み合わせとすることにより
、104以下の平均粒径を有するBaTi0(Ca04
)148zO結晶粒子が容易に得られる。 なお、混合
撹拌に後述するスタティックミキサーを用いれば、6−
以下、特に1〜2μ程度の微粒子が得られる。
さらに、このような構成により、化学量論組成における
Ba/Tiに極めて近いBa/Ti、例えば0.996
〜1,002、特に0.998〜1.000のBa/T
iを有するBaTi0(CaO4)i・4H10粒子を
容易に得ることができる。
本発明では、滴下時の温度、すなわち滴下された滴下液
を含む母液の反応時の温度を、50℃以下とすることが
好ましい。
この温度が50℃を超えると、収率が低下し、また、反
応時に不純物が生じてBa/Tiを安定に保つことが難
しくなる。
なお、反応時の母液温度に下限はないが、温度が低くな
るほど反応に要する時間が増加するので、実用的な反応
時間とするためには5℃以上とすることが好ましい。
滴下時の温度を上記範囲とすることにより、Tiイオン
換算で94%以上、特に98%以上の収率を得ることが
できる。
なお、前述したクラボー法における母液および滴下液の
組み合わせ、すなわち、母液にシュウ酸を、滴下液に塩
化バリウムおよび塩化チタンを含有させる絹み合わせで
は、合成時の温度を50℃以下とした場合、上記のよう
なHa/Tify 2N At−めLごL十層下晴闇め
Sワ姑闇坪麿田ト、り、騨となる。
一方、本発明の構成によれば、滴下時の温度が50℃以
下であっても、滴下時間が30分間以上であれば上記の
ようなりa/Tiが実現する。
なお、混合撹拌に後述するスタティックミキサーを用い
れば、上記のようなりa/Tiがさらに短い滴下時間、
例えば20分間以上で実現する。
なお、本発明における滴下時間の上限は特にないが、滴
下時間を長くすると生成するBaTi0.、(CiO<
) 14HzOが粒成長する傾向があることから、8時
間以下とすることが好ましい。
BaC1z 、TxCLおよびH2C204の仕込比(
そル比)に特に制限はないが、各化合物を有効に利用す
るために、BaTi0 (C204) x ’ 4H2
0の化学量論組成と同程度の比率であることが好ましい
ただし、H2C204の仕込比は、BaTi0(C20
<)2・4H20の回収率を向上させるために化学量論
比に対し10%程度過剰にすることが好ましし’1− 本発明で用いる塩化バリウム溶液、塩化チタン溶液およ
びシュウ酸溶液の濃度に特に制限はないが、低濃度の場
合、収率の低下、およびBaTi0(C204)14H
20の粒成長が生じるため、なるべく高濃度となるよう
に選択することが好ましい。
滴下後、母液と滴下液とは混合撹拌される。
本発明で用いる混合撹拌手段に特に制限はないが、撹拌
効率が高い程BaTi0(Ca04)14Hioの生成
が速やかに進行し、Ba/Ti比の安定と微粒子化に効
果があることから、本発明ではスタティックミキサーに
より撹拌を行なうことが好ましい。
第1図に、混合撹拌をスタティックミキサーにより行な
う場合の滴下工程の説明図を示す。
第1図中、MLは母液、DLは滴下液、PLは母液還流
用のポンプ、P2は滴下液用の定量ポンプであり、SM
はスタティックミキサーである。
本発明では、ポンプPiにより還流されている母液ML
中に、定量ポンプP2を介して滴下液DLが所定速度で
滴下される。 滴下された滴下液は、スタティックミキ
サーSMにより母液と混合撹拌され、BaTi0(Ca
04)14H*oの析出を生じる。
スタティックミキサーは、円筒状の容器中に矩形の板材
を180°捻った形状のエレメントが取り付けられて構
成される。 エレメントには、通過する液体が左に捻ら
れる左エレメントと右に捻られる右エレメントとがあり
、左エレメントと右エレメントとが90°の角度をなし
て交互に接続されている。 また、各エレメントの径と
長さとの比は、はぼ1:1.5である。
このようなスタティックミキサー内において、母液およ
び滴下液は、流れの分割、反転および転換をうけて混合
撹拌される。
本発明で用いるスタティックミキサーの内径、エレメン
ト数等の条件は、処理液量、滴下時間等に応じて適当に
設定すればよいが、例えばエレメント数は6〜12個程
度であることが好ましい。 また、スタティックミキサ
ー内の流速は、混合効率と圧力損失の関係から1〜2m
/sec程度とすることが好ましい。
なお、このようなスタティックミキサーは。
例えばノリタケカンパニーにより販売されている。
上記したような滴下が行なわれた後、さらに撹拌を続け
ることが好ましい。 これはいわゆる熟成と呼ばれる工
程であり、BaTi0(Ca0<)*・4H20の合成
反応を完全に終了させるために行なわれる。 このとき
の撹拌も、上記と同様にスタティックミキサーにより行
なうことが好ましい。
また、熟成時間は、5分間以上とすることが好ましい。
 この範囲未満であると、条件によってはBa/Ti比
が安定せずTi過剰となる場合が起こり得る。 熟成時
の温度は、滴下時の温度と同範囲とすることが好ましい
滴下および熟成後、BaTi0((:z04)z’4H
zOが析出した液体を濾過し、得られた結晶粒子をイオ
ン交換水で洗、浄し、乾燥する。 乾燥温度および乾燥
時間に特に制限はないが、通常50〜100℃にて3〜
15時間程度とすればよい。
なお、平均粒径の測定は、例えば結晶粒子を走査型電子
顕微鏡(SEM)にて観察することにより行なうことが
できる。
このようにして得られた結晶粒子は、製造条件によって
も異なるが、通常、断面菱形状の板状小粒子あるいは不
規則形状の小粒子の集合体であり、断面多角形の柱状な
いし板状、あるいは球状等の外観を示す。
本発明により得られたBaTi0(CaOn)ilHz
O結晶粒子は、焼成されてBaTiOs粒子とされる。
このBaTiOs粒子は、BaTi0aの1次粒子が多
数集合して構成された2次粒子として得られる。
得られるBaTiOs粒子の平均粒径は、焼成温度によ
っても異なるが、原料であるBaTio(c2o4)2
・4H20結晶粒子の70〜80%程度となる。
また、BaTiOsの1次粒子の平均粒径は、0. 1
〜2.0JJJ11程度である。
焼成温度および焼成時間に特に制限はなく、目的とする
粒径等に応じて適宜選択すればよいが、通常、700〜
1200℃にて2〜10時間程度である。
なお、得られたBaTiOs粒子を、目的に応じて所望
の粒径までさらに粉砕してもよい。
このようにして得られたBaTiOs粒子は、積層セラ
ミックコンデンサの誘電体層材料に極めて好適である。
〈実施例〉 以下、具体的実施例を挙げ1本発明をさらに詳細に説明
する。
[実施例1] 滴下液の滴下時間および反応時の温度を変えて、下記表
1に示す種々のBaTi0 (cza4) 14H20
結晶粒子サンプルを作製した。
母液および滴下液は、BaC1z 、TiCl2および
HiCz04から選択した化合物をイオン交換水に溶解
して調製した。
BaC1zおよびTiCLの総使用量はそれぞれ0.1
5モル、H,C,0,の総使用量は0.33モルとし、
これらを下記表1に示すように母液および滴下液に分割
した。 母液および滴下液に含有される各化合物の組み
合わせを、前記した組み合わせNo、 (i)、(ii
)で示した。 なお、溶媒はイオン交換水であり、母液
には400mβ、滴下液には300mgを用いた。
一定の温度に保った母液を撹拌しながら、定量ポンプに
より一定の速度で滴下液を滴下し、BaTi0(CJ+
)14HJの結晶を析出サセタ、  ffl液の保持温
度(滴下温度)および滴下時間を、表1に示す。
滴下終了後、液温を一定に保ったまま、さらに30分間
撹拌して熟成を行なった。
次いで濾過により液中から結晶を回収し、室温のイオン
交換水でpH4,5以上になるまで洗浄し、さらに50
℃で10時間乾燥してBaTi0(C104)14H2
0の結晶粒子サンプルを得た。
得られた各サンプルについて、平均粒径の測定および組
成分析を行なった。
表1に、各サンプルの平均粒径、Ba/TiおよびTL
イオンに換算した収率を示す。
なお、平均粒径の測定はSEMによる観察によって行な
い、組成分析は蛍光X線分析により行なった。
表1に示される結果から、本発明の効果が明らかである
すなわち、本発明の各サンプルは、いずれもBa/Ti
が極めてlに近い。 しかも、サンプルNo、16では
、滴下時間が0.5時間にも関わらず0.996という
高いBa/Tiが得られている。
また、本発明では、Ba/Tiへの合成温度の影響も少
ない。 すなわち、サンプルNo、12〜15では8〜
60℃の範囲内で合成温度を変えているが、Ba/Ti
は0.996〜1.002と極めて安定している。
さらに、BaCj、の20%以上が母液に含有されるサ
ンプルではlOμ以下の平均粒径が得られている。 し
かも、これらのサンプルは、粒度が極めて揃ったもので
あった。
そして、合成温度が50℃以下のサンプルでは、Tiイ
オン換算で94%以上の高収率が得られており、特に合
成温度30℃では95%以上、さらに合成温度15℃以
下(サンプルNo、12および13)では98%以上の
収率が得られている。
[実施例2] 滴下時間とBa/Tiとの関係を調べた。 滴下時間以
外の条件は実施例1と同様とした。
また、比較のために、クラボー法に準じてHaCaO4
を含有する母液とBaCj、およびTLCR4を含有す
る滴下液とを用い、比較結晶粒子サンプルを作製した。
 このときの滴下温度は30℃とした。
結果を第3図に示す。
第3図から、本発明の効果が明らかである。
すなわち、クラボー法に準じた組成を有する母液および
滴下液を用いた場合、0.995以上のBa/Tiを得
るためには2時間以上の滴下時間が必要であるが、本発
明によれば0.5時間の滴下で0.996のBa/Ti
が得られている。
L実施例3] 実施例1の各サンプル作製に用いた母液および滴下液を
用い、混合撹拌を第1図に示すようなスタティックミキ
サーにより行なってBaTi0 (C204) z ’
4HzO結晶粒子サンプルを作製した。
なお、スタティックミキサーには、内径10mmφ、エ
レメント数9のものを用い、また、母液環流速度を6゜
5 R/min 、スタティックミキサー内流速を1 
、4 m/secとした。
この結果、サンプルの平均粒径は40%以上減少し、ま
た、同等のBa/Tiを得るための滴下時間は、20%
以上減少した。
第2図に、撹拌をスタティックミキサーにより行なった
サンプルの走査型電子顕微鏡写真を示す。 なお、第2
図に示すサンプルは、撹拌以外の条件を表1に示すサン
プルNo、 2と同様として作製したものである。
第2図に示されるように、本発明によれば粒径のそろっ
た結晶粒子が得られる。
以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである
〈発明の効果〉 本発明によれば、得られるシュウ酸チタニルバリウムの
Ba/Tiを化学量論組成とほぼ等しくすることができ
、しかもこのようなりa/Tiを、極めて短かい滴下時
間で得ることができる。
このため、生産性を極めて高くすることができる。
また、得られるシュウ酸チタニルバリウムは極めて小粒
径で、しかも極めて粒度が揃っている。 特に滴下時の
撹拌混合をスタティックミキサーにより行なえば、この
ような効果をいっそう高くすることができる。
さらに、高収率でシュウ酸チタニルバリウムが得られ、
高価なチタンを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の滴下工程の説明図である。 第2図は、粒子構造を示す図面代用写真であって、シュ
ウ酸チタニルバリウム粒子の走査型電子顕微鏡写真であ
る。 第3図は、滴下時間とBa/Tiとの関係を示すグラフ
である。 符号の説明 ML・・・母液 DL・・・滴下液 SM・・・スタティックミキサー Pl・・・ポンプ P2・・・定量ポンプ 願 理 同 人 ティーデイ−ケイ株式会社 人 弁理士  石 井 陽

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)母液中に滴下液を滴下して撹拌混合することによ
    り、塩化バリウム、塩化チタンおよびシュウ酸を反応さ
    せてシュウ酸チタニルバリウムを合成する工程を有する
    シュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法において、 塩化バリウムが母液に含有され、塩化チタンが滴下液に
    含有され、シュウ酸が母液および/または滴下液に含有
    されることを特徴とするシュウ酸チタニルバリウム粒子
    の製造方法。
  2. (2)母液中に滴下液を滴下して撹拌混合することによ
    り、塩化バリウム、塩化チタンおよびシュウ酸を反応さ
    せてシュウ酸チタニルバリウムを合成する工程を有する
    シュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法において、 塩化バリウムが母液および滴下液に含有さ れ、塩化チタンが滴下液に含有され、シュウ酸が母液に
    含有されることを特徴とするシュウ酸チタニルバリウム
    粒子の製造方法。
  3. (3)塩化バリウムが、母液に20%以上含有される請
    求項2に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方
    法。
  4. (4)滴下時の温度が50℃以下である請求項1ないし
    3のいずれかに記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の
    製造方法。
  5. (5)得られるシュウ酸チタニルバリウム粒子が10μ
    m以下の平均粒径を有する請求項1ないし4のいずれか
    に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法。
  6. (6)前記滴下液の滴下時間が30分間以上である請求
    項1ないし5のいずれかに記載のシュウ酸チタニルバリ
    ウム粒子の製造方法。
  7. (7)前記混合撹拌がスタティックミキサーにより行な
    われる請求項1ないし5のいずれかに記載のシュウ酸チ
    タニルバリウム粒子の製造方法。
  8. (8)前記滴下液の滴下時間が20分間以上である請求
    項7に記載のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法
  9. (9)前記滴下液の滴下後、50℃以下の温度にて5分
    間以上攪拌を行なう請求項1ないし8のいずれかに記載
    のシュウ酸チタニルバリウム粒子の製造方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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