JPH0435404B2

JPH0435404B2 -

Info

Publication number: JPH0435404B2
Application number: JP58212061A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; Kenji Suzuki; Shuji Masuda; Yukihiro Oota; Mika Ookubo
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1983-11-10
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1992-06-11
Also published as: JPS60103039A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、新規なバナジウム−タンタル系非晶
質化合物材料及びその製造法に関する。近年エレクトロニクス及びその関連技術の発展
に伴つて、酸化バナジウム（V₂O₅）を主とする
酸化物系セラミクス及びその単結晶の研究が活発
に行なわれており、特に光−電気、音−電気、雰
囲気ガス−電気、光音偏光、Ｘ線分光等の分野に
おける変換素子材料として、又触媒材料等として
研究が行なわれている。V₂O₅とTa₂O₅との安定
な化合物としては、数種の結晶体について２〜３
の文献に記載されているのみで、これ等の単結晶
化の研究はさかんに行なわれているものの、非晶
質化合物についての研究は行なわれていない。本発明は、従来全く知られていないバナジウム
−タンタル系非晶質酸化物を提供するものであ
る。即ち、本発明は、（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_x（但し０＜ｘ≦0.30）
なる組成を有する新規なバナジウム−タンタル系
非晶質化合物材料、及び（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_x（但しｘは上記に同じ）
に相当する酸化バナジウムと酸化タンタルとの混
合物を加熱融解した後、超急冷することを特徴と
するバナジウム−タンタル系非晶質化合物材料の
製造方法に係るものである。本発明のバナジウム−タンタル系非晶質酸化物
は、光応答性素子、温度応答性素子、光メモリ材
料、イオン伝導材料、光記録テープ、触媒、光透
過性導電材料、誘導体材料、光−電気スイツチン
グ素子、熱−電気スイツチング素子等として有用
である。尚、本発明においては、“バナジウム−タンタ
ル系非晶質化合物”とは、非晶質単独の場合のみ
ならず、非晶質中に多結晶相を含む場合をも包含
するものとする。本発明のバナジウム−タンタル系非晶質酸化物
は、以下の様にして製造される。本発明において使用する原料は、酸化バナジウ
ムと酸化タンタルとの混合物であり、その組成割
合は、（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_x（但し０＜ｘ≦
0.30）となる量比である。上記組成比の原料混合
物を加熱溶融し、これを超急冷する。加熱溶融
は、これ等原料混合物が充分に溶融する温度以上
で行なえば良く、好ましくは溶融温度よりも50〜
200℃程度高い温度範囲特に好ましくは80〜150℃
程度高い温度で加熱する。加熱時の雰囲気に対す
る制限は特に無く、通常空気中で行う。次いで原
料混合物の融液を超急冷する。超急冷は、本発明
方法の必須の要件であつて、これによりはじめて
非晶質新規化合物を収得することが出来る。超急
冷は通常10⁴〜10⁶℃／秒程度の冷却速度で行う。
この超急冷は、上記冷却速度で冷却出来る手段で
あれば広い範囲で各種の手段が採用出来、高速回
転中のロール表面上に原料混合物の融液を噴射し
て液体状態の原子配置にて固化せしめる方法を代
表例として挙げることが出来る。以下図面を参照しつつ本発明方法の実施に際し
使用される融解原料混合物の急冷装置の一例を説
明する。第１図は、架台１上に設置された急冷装置本体
３の正面図を示す。急冷装置は、誘電加熱用コイ
ル５，５……、原料加熱用チユーブ７、該チユー
ブ７の支持体９、融解原料噴出用のノズル１１、
急冷用ロール１３、ノズル１１の冷却用ノズル１
５、渦流防止エアノズル１７、ノズル１１の微調
整機構１９、エアシリンダー２１、冷却された材
料の受け箱２３、冷却材料取出口２５等を主要構
成部としている。冷却用ロール１３の内部に該ロ
ール冷却用のフアンを設置し且つロール表面側端
部に空気吹込み口を設けることにより、融解原料
の急冷を安定して行なうことが出来る。第２図
は、支持体９の詳細を示す。第２図において、支
持体９は、バルブ２７を備えた冷却水導入路２
９、冷却水排出路３１、ニードルバルブ３３を備
えたブローエア導入路３５、ロール１３の表面と
ノズル１１との間隔微調整機構３７及び原料融液
を均一に押出す為の整流用目皿３９を備えてい
る。第１図及び第２図に示す急冷装置３を使用して
本発明方法を実施する場合、まず所定組成の原料
混合物を融液吹出し用ノズル１１を有するチユー
ブ７内に収納する。このチユーブ７は、高温酸化
雰囲気状態で充分耐久性のある材質で作られ、た
とえば白金、白金−ロジウム、イリジウム、窒化
ケイ素、窒化ボロン等で作られたものが好まし
い。尚。原料融液と直接接触しない部分の材質
は、高融点のセラミクス、ガラス、金属でも良
い。ノズル口の形状は、目的製品に応じて適宜に
決定され、たとえば細い線状材料の場合は円い形
状で、巾の広い製品の場合はスリツト状の形状の
ものを使用する。ノズル口の形状は、楕円形その
他の形状であつても良い。チユーブ７内に収納さ
れた原料混合物は、次いでその融点以上の温度に
加熱され、融液とされた後、ノズル１１の口部か
ら高速回転しているロール１３の面上に一定ガス
圧にて吹出され、ロール表面上で急冷せしめられ
る。ノズル口とロール面における原料融液の吹出
し角度は、目的化合物の巾が約３mm以下の場合は
ロール面に対して垂直で良く、またその巾が約３
mm以上の場合はロール面垂線に対して0°〜45°で
ある。これ等の吹出し角度調整機構は、装置自体
に所定の角度を設定可能な機構として組み込むこ
とも出来るが、好ましくはノズル自体を加工して
おくのが良い。原料混合物の加熱方法は、特に制限されない
が、通常発熱体を有する炉、誘電加熱炉または集
光加熱炉で行う。原料融液の温度は、その融点よ
り50〜200℃好ましくは80〜150℃程度高い温度と
するのが良い。この際融点にあまり近過ぎると、
融液をロール面上に吹き出している間にノズル附
近で冷却固化する恐れがあり、逆にあまりにも高
くなりすぎると、ロール面上での急冷が困難とな
る傾向がある。ロール面上に融液を吹き出すために使用する加
圧用ガスとしては、不活性ガスが好ましく、たと
えばアルゴン、窒素、ヘリウム等でも良いが、融
液原料を酸化状態に維持する為には、乾燥圧縮空
気が好ましい。ガス圧は、ノズル口の大きさにも
よるが、通常0.1〜2.0Kg／cm²好ましくは0.5〜1.0
Kg／cm²程度である。また原料融液を吹き出す際の
ノズル口とロール面間の距離は、0.01〜1.0mm程
度が良く、より好ましくは0.05〜0.5mm程度であ
る。0.01mmよりも小さな場合、パドル量が非常に
少なくなり、均一な材料が得られず、一方1.0mm
よりも大きい場合、パドル量が過剰になつたり、
又組成融液の界面張力により形成されるパドル厚
さ以上の場合には、パドルが形成され難くなる傾
向が生ずる場合がある。ロールの材質は、熱伝導性の良い銅及びその合
金、硬質クロムメツキ層を有する上記材料、さら
には鋼、ステンレススチール等である。ロールの
周速度を５ｍ／秒〜35ｍ／秒、好ましくは10ｍ／
秒〜20ｍ／秒とし、原料融液を急冷することによ
り目的とする良質の非晶質化合物材料が得られ
る。この際ロール周速度が５ｍ／秒以下の場合に
は、非晶質化し難い傾向が生じるので、あまり好
ましくない。ロール周速度が35ｍ／秒よりも大き
くなると、得られる目的物材料の形状が非常に薄
膜化し、すべて鱗片状もしくは細粉状となるが、
材料構造的にはやはり本発明の非晶質化合物材料
である。融液原料を回転ロール面上へ吹き出す雰囲気と
して減圧下乃至高真空下、又は不活性ガス雰囲気
中で本発明化合物の製造を行なう場合には、高温
状態での原料融液の還元が発生し、組成原子中の
酸素原子の減少が起り、得られる材料に紫色もし
くは黒色等の着色が発生する。しかし乍ら、この
着色生成物も物性的には本発明化合物であり、着
色された状態で使用可能である。原料混合物をチユーブ内で加熱溶融せしめるに
際しては、該混合物をすべて完全に融液化するこ
とが必要である。しかし乍ら、該混合物が完全に
融液化する前に、一部融液化したものが、ノズル
先端から流出してしまう恐れがあるため、ノズル
先端を局部的に冷却して融液の流出を防止するこ
とが好ましい。ノズルを局部的に冷却する代表的
手段は、ノズル先端に冷却用ガスを吹きつける手
段であり、ガスとしてはアルゴン、ヘリウム、窒
素等の不活性ガスでも良いが、乾燥冷圧縮空気が
より好ましい。本発明に係る新規なる非晶質化合物材料は、通
常50〜10μm程度の厚さであり、非常にもろい材
料である。このためロール面で急冷され、固体化
された後、できる限り材料に応力が加えられない
状態にすることが好ましい。応力付加となる原因
の一つに大気中でのロール回転により発生する風
切り現象からくるロール表面空気層の大きな乱流
がある。この乱流を防止するとともに急冷却すべ
き溶融原料混合物とロール面との密着性をより良
好とするために、風切り防止用向流吹出しノズル
即ち第１図に示す渦流防止エアノズル１７を設置
するか、ロール内部にフアンを固定設置する。後
者の場合は、ロールの自転によりロール表面側端
部に設けられた口径可変式の空気導入口よりロー
ル内部へ発生する乱流をすい込み、ロール軸正面
より排出し、ロール表面上空気をロール内部へ移
動せしめ、これにより溶融物をロール面へより押
しつけ密着させ、さらに空気の吹込み移動により
ロール自体をも空冷することが出来る。また得ら
れる材料の寸法均一性を保持させるために、ロー
ル表面に回転方向とは直角に材料切断用の溝を設
けておけば、一定寸法で切断された材料が得られ
る。本発明のバナジウム−タンタル系化合物は、そ
の原料混合比により化合物の原子配列構造が大き
く変化し、具体的には以下の如く大別される。先
ず、０＜ｘ≦0.20の場合には非晶質化合物100％
のものが得られ、0.20＜ｘ≦0.30の範囲ではTa₂
O₅結晶相を含む配向性多結晶混在非晶質化合物
が得られ、又0.30＜ｘではTa₂O₅結晶相を主体と
する材料が得られる。第３図に本発明材料の生成
範囲を示す。使用する急冷装置の急冷用ロールの周速度が、
５ｍ／秒〜35ｍ／秒の範囲内では、各組成域にお
いて得られる材料の構造自体には大きな変化は認
められない。また、上述のようにして得られた（V₂O₅）_1-
_ｘ・（Ta₂O₅）_x（但し０＜ｘ≦0.30）なる組成のバ
ナジウム−タンタル系非晶質化合物材料を熱分析
に供してその結晶化温度（Tc）を求めた後、該
化合物材料を結晶化温度以下の温度で所定時間熱
処理することにより、配向性多結晶薄膜材料を得
ることができる。このようにして得られる配向性
多結晶薄膜材料は、光メモリー材料、光−電気メ
モリー材料、光導波路素子、光学ミラー、表面波
デバイス、光音響デバイス、圧電トランスジユー
サー、焦電素子、光電素子、透明電極材料、バイ
パスコンデンサー、光スイツチ、エレクトロクロ
ミツク素子、光変調素子、湿度センサー、温度セ
ンサー、化学センサー、触媒等として有用であ
る。尚、結晶化温度以下においても、熱処理時間
が長過ぎる場合には、非配向性の多結晶体となる
ので、この点に関する留意が必要である。例えば、（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_xにおいてｘ＝
0.20なるバナジウム−タンタル系非晶質化合物材
料の結晶化温度は、264℃であり、これを大気中
で熱処理すると、条件によつて下記の如き材料が
得られる。１ 260℃×10分：配向性多結晶体２ 260℃×30分：多結晶体３ 230℃×10分：非晶質材料４ 230℃×30分：配向性多結晶体５ 230℃×60分：多結晶体尚、本発明材料の構造の同定に際しては、Ｘ線
回折及び偏光顕微鏡により結晶性の有無の確認及
び構造解析を行ない、走査型電子顕微鏡により極
少部分の観察を行なつた。以下実施例により本発明の特徴とするところを
より一層明らかにする。実施例１ V₂O₅（純度99.9％）及びTa₂O₅（純度99.9％）を
所定の組成で配合し、均一に混合した後、850℃
で30分間仮焼して組成物原料とした。得られた組
成物原料を白金チユーブ（直径10mm×長さ150mm）
に充填し、誘電加熱コイル内に設置して、発振管
繊条電圧13V、陽極電圧10KV、格子電流120〜
150mA、陽極電流1.2〜1.8Aの条件下に誘電加熱
した。完全に融液化した原料を急冷用回転ロール
表面上に乾燥圧縮空気により吹き出し、急冷させ
た。第１表及び第２表に組成及び製造時の諸条件を
示す。第１表及び第２表中試料No.１〜20，25及び
29は、リボン状の本発明の非晶質酸化物材料を示
す。又、No.24は、ロールの回転速度が大きい為、
薄片となつているが、形状に制約がない触媒等の
分野では使用可能である。尚、ノズル形状Ａとあるのは、0.2mm×４mmの
スリツト状ノズルを示し、ノズル形状Ｂとあるの
は径0.2mmの円形ノズルを示す。

【表】

【表】参考例１（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_xにおいてｘ＝0.17に相
当する上記実施例１の試料No.８，10，12，13及び
15についてのＸ線回折結果を第４図に示す。急冷
用ロールの周速度が5.18ｍ／秒（No.８）から
34.54ｍ／秒（No.15）の範囲内で得られた材料の
原子配列構造には、大きな変化がないことが明ら
かである。参考例２（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_xにおいてｘ＝0.20に相
当する上記実施例１の試料No.７の示差熱分析結果
を第５図に示す。第５図において、Tcは結晶化温度、Tgはガラ
ス転位点、mpは融点を夫々示す。参考例３（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_xにおいてｘ＝0.20に相
当する上記実施例１の試料No.７の外観を示す写真
を参考図面Ｉとして示す。参考例４上記実施例１の試料No.７の走査型電子顕微鏡写
真（20000倍及び600倍）を夫々参考図面及び
として示す。参考例５（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_xにおいてｘ＝0.17に相
当する上記実施例１の試料No.10の赤外線吸収スペ
クトルを第６図として示す。実施例２実施例１の試料No.17を空気中200℃で30分間熱
処理した後、Ｘ線回折を行なつたところ、回折角
（2θ）に１本の鋭い回折ピークを示し、非晶質構
造から配向性多結晶構造への変化が確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法において使用される融解
原料の急冷装置の一例の正面図、第２図は、第１
図の急冷装置の一部拡大詳細図面、第３図は、本
発明材料の組成範囲を示す図面、第４図は、本発
明材料の若干のＸ線回折図面、第５図は、本発明
による一材料の示差熱分析図、第６図は、本発明
による他の一材料の赤外線吸収スペクトルを夫々
示す。１……架台、３……急冷装置本体、５，５……
誘電加熱用コイル、７……原料加熱用チユーブ、
９……原料加熱用チユーブの支持体、１１……融
解原料噴出用ノズル、１３……急冷用ロール、１
５……ノズル１１の冷却用ノズル、１７……渦流
防止エアノズル、１９……ノズル１１の微調整機
構、２１……エアシリンダー、２３……冷却され
た材料の受け箱、２５……冷却材料取り出口、２
７……バルブ、２９……冷却水導入路、３１……
冷却水排出路、３３……ニードルバルブ、３５…
…ブローエア導入路、３７……ロール１３とノズ
ル１１との間隔微調整機構、３９……整流用目
皿。

Claims

【特許請求の範囲】１（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_x（但し０＜ｘ≦0.30）
なる組成を有するバナジウム−タンタル系非晶質
化合物材料。２０＜ｘ≦0.20である特許請求の範囲第１項の
バナジウム−タンタル系非晶質化合物材料。３ 0.20＜ｘ≦0.30である特許請求の範囲第１項
のバナジウム−タンタル系非晶質化合物材料。４酸化バナジウムと酸化タンタルとの混合物を
加熱融解した後、融解物を超急冷することを特徴
とする（V₂O₅）_1-x・（Ta₂O₅）_x（但し０＜ｘ≦
0.30）なる組成を有するバナジウム−タンタル系
非晶質化合物材料の製造法。５ 10⁴〜10⁶℃／秒の冷却速度で超急冷する特許
請求の範囲第４項のバナジウム−タンタル系非晶
質化合物材料の製造法。６原料融解物を固体に接触させることにより超
急冷する特許請求の範囲第４項又は第５項のバナ
ジウム−タンタル系非晶質化合物材料の製造法。７スリツト状、円形又は楕円形の吹出し口を設
けたノズルを備えた加熱用チユーブに原料混合物
を投入し、該混合物の融点よりも50〜200℃高い
温度で加熱溶融させた後、５〜35ｍ／秒の周速度
で回転するロール表面上に上記ノズルを経て該融
解物を吹き出して超急冷させる特許請求の範囲第
４項乃至第６項のいずれかに記載のバナジウム−
タンタル系非晶質化合物材料の製造法。