JPH0476322B2

JPH0476322B2 -

Info

Publication number: JPH0476322B2
Application number: JP62322846A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujama; Makoto Hori; Minoru Sasaki
Original assignee: COLLOID RESEARCH
Current assignee: COLLOID RESEARCH
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1992-12-03
Also published as: JPH01164709A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、複合酸化物前駆体の製造方法に関す
るものである。さらに詳しく述べると、多成分系
セラミツクス、例えば超電導材料を得るのに好適
な原料となる、均一な組成をもつ複合酸化物前駆
体の製造方法に関するものである。本発明によつ
て得られる複合酸化物前駆体は、前述の超電導材
料をはじめとするエレクトロニクス分野における
機能性材料として利用することができる。

（従来の技術）多成分系セラミツクスは通常各成分の酸化物又
はその前駆体の粉末を混合し、成形後焼成するこ
とにより製造されている。各成分毎の酸化物は純
粋なものが得られ、また所定粒度のものが容易に
得られ、かつ所定組成の原料が容易に得られるた
めである。そして、各成分の酸化物粉末は焼成に
より固相反応を生じ所定組成の多成分系セラミツ
クスを生成する。例えば、超電導材料
YBa₂Cu₃O_7-x焼結体は、酸化イツトリウム、炭
酸バリウム、酸化銅の粉体を乳鉢により粉砕、混
合し、高温焼成してそれらの固相反応により作製
されている（例えば、超伝導物質化学シンポジウ
ム要旨集1987年10月12頁等）。

前記の各成分の酸化物又はその前駆体の粉末か
ら出発する方法では、焼成にさいして焼結が起こ
り、固相反応が生じても反応が緩慢で組成が均一
にならない欠点があるので、出発原料としてより
均一な組成のものを用いようとすることが行なわ
れ、共沈法により得た塩から酸化物をつくり、そ
れを原料とする方法が提案されている。例えば、
組成の均一性、微粒子化を目的としてイツトリウ
ムとバリウムと銅塩を溶解した溶液のPHを調整す
ることによつてシユウ酸塩として同時に沈澱を形
成せしめる湿式共沈法により生じた塩を原料とす
ることも知られている（日米高温超電導シンポジ
ウム要旨集1987年10月17−５頁等）（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の各成分の粉末から出発す
る固相反応による方法は、出発原料粉末の超微細
化が困難であるため、組成の均一性、組織の緻密
化、微細化に問題を有し、かつ組成制御が難し
く、また超電導材料の場合不純物を含む粒界によ
り超電導特性が劣化する傾向にある。

また、上記のシユウ酸による湿式共沈法におい
ても、イツトリウム、バリウム、銅の各成分が沈
澱を形成するさいのPH値の差異により、収率の低
下、組成のズレなどの問題を生じ、上記の固相法
と比較すると均一かつ微細化された組織の原料粉
末が得られるものの、超電導特性、特に限界電流
密度Jcに与える効果は少なく、いまだ多くの問題
を残している。その限界電流密度が実用レベルに
比べまだ１〜２桁小さい原因としてはグレインバ
ウンダリーの影響、セラミツクスの低密度性など
が挙げられている。

本発明の目的は、この様な従来技術の問題点を
解決する複合酸化物前駆体の製造方法を提供する
ことにあり、例えば超電導材料の特性向上に好適
なＹ−Ba−Cu−Ｏ系前駆体の製造方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、前記の従来法の問題点を解決す
るために研究を行ない、希土類元素のアルコキシ
ドとアルカリ土類金属のアルコキシドと希土類元
素を除く遷移元素の含水塩をアミン類及び／又は
アミド類の存在下、有機溶媒中で混合、反応せし
めることにより、微細かつ均一組成を有する複合
酸化物前駆体が得られることを見出し、本発明を
完成した。

即ち、本発明は、アルコキシドの加水分解によ
り生成する極微細な粒子中に各成分を化学量論組
成で均一に分解せしめることを目的に種々検討を
行なつた結果、希土類元素及びアルカリ土類金属
のアルコキシドの易加水分解性と各単独での沈澱
粒子生成を改良するためにはアミン類及び／又は
アミド類の添加が有効であることを見出した。

本発明における反応においては必要に応じて水
を添加する。また、希土類元素のアルコキシドと
アルカリ土類金属のアルコキシドと希土類元素を
除く遷移元素の含水塩は各々少くとも１種を用い
ることができる。希土類元素のアルコキシドは、
例えばイツトリウム、サマリウムなどのアルコキ
シドが用いられ、アルカリ土類金属のアルコキシ
ドは例えばバリウム、ストロンチウムのアルコキ
シドが用いられる。さらにアルカリ土類金属のア
ルコキシドは、炭素数４以上のアルコキシ基を有
する１価アルコキシド（例えばブトキシド、アシ
ルアルコキシド、ヘキシルアルコキシド等）及
び／又は２価アルコキシド（例えばエチレングリ
コキシド、プロピレングリコキシド、ブタンジオ
キシド等）が好ましい。希土類元素を除く遷移金
属（以下、単に「遷移金属」ということがある）
の含水塩は銅、チタン、ジルコニウム、クロム、
モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニツケ
ル、亜鉛、カドミウム等の硝酸塩、塩化物、酢酸
塩、シユウ酸塩等が用いることができる。

本発明で使用するアミン類は、例えばメチルア
ミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチ
ルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、
プロピルアミン、ブチルアミン、tert−ブチルア
ミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、
アニリン、ジフエニルアミン、トリフエニルアミ
ン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ト
リエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘ
キシルアミン、ピペリジン、Ｎ−エチルアニリン
が挙げられ、またアミド類は、例えばホルムアミ
ド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド、クロトンアミド、Ｎ，Ｎ−ジ
エチルプロパンアミドが挙げられる。

（作用）これらのアミン類、アミド類は希土類元素、ア
ルカリ土類金属のアルコキシドのアルコキシ基に
作用し、これと一部置換もしくは配位することに
よりアルコキシドを安定させ、加水分解速度を抑
制させるものと推測される。その結果、希土類元
素のアルコキシドとアルカリ土類金属のアルコキ
シドの加水分解ステージが重なり、均一組成粒子
の形成が行なわれる。しかしながら、アルカリ土
類金属のアルコキシドは希土類元素のアルコキシ
ドに比して加水分解が速く、また加水分解生成物
は水、有機溶媒への溶解性が低いため、アミン類
やアミド類を添加してもアルカリ土類金属の水酸
化物が単独で析出する場合がある。従つて、アル
カリ土類金属のアルコキシドは、加水分解速度の
遅い炭素数４以上のアルコキシ基を有する１価ア
ルコキシド及び／又は２価アルコキシドを使用す
るのが好ましい。

また、本発明においては、遷移元素を含水塩と
して添加することにより、主に該含水塩の結晶水
により希土類元素及びアルカリ土類元素のアルコ
キシドを加水分解させるものである。そのさい、
加水分解が十分に進行しない場合には必要により
水を加えてもよい。この加水分解のさい、含水塩
として加えることなく、直接水を加えて加水分解
を行わせると、局部的に反応が進行し、結果的に
不均一相が生成する恐れがある。これに対し、遷
移元素を含水塩として添加することにより、その
結晶水が徐々に加水分解に寄与するため、より均
一、微細な加水分解生成物が得られる。また、同
時に遷移金属イオンもこの加水分解生成物に取り
込まれるため、全成分が均一に分散した複合酸化
物前駆体を得ることができる。なお、遷移金属の
含水塩の結晶水が、含まれるアルコキシドの全て
の側鎖を加水分解するには足りない量の場合は、
有機溶媒中に希釈した水を徐々に加えたり、水蒸
気もしくは水蒸気を含むガスを製造過程の液に吹
き込むことにより補助的に水を加えて加水分解を
行わせてもよい。

（実施例）以下、実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではない。

実施例１イツトリウムエトキシド0.4ｇをエタノール250
mlに溶解し、これにジメチルホルムアミド100ml
を混合し、加熱攪拌する。これに金属バリウム
1.6ｇをエチレングリコール40mlに溶解して調製
したバリウムエチレングリコキシド溶液11.5mlを
添加し、80℃にてN₂気流中で十分攪拌する。こ
の混合溶液に硝酸銅三水和物1.21ｇのエタノール
溶液10mlを徐々に滴下し、加水分解反応を行わ
せ、均一なコロイド状のゾルを得た。このゾルの
溶液を蒸発させて得た固形物（ゲル）を110℃で
24時間乾燥した後、空気中500℃で４時間焼成し、
その後500Kg／cm³の圧力でペレツト状に成形して、
酸素気流中800℃で24時間焼成した。500℃で焼成
後の粉末の粒径は約5000Åと微細であつた。また
800℃での焼成により得られた黒色焼結体は、理
論密度の80％と比較的緻密なものであつた。この
焼結体は、ペロブスカイト組成のYBa₂Cu₃O_7-x
斜方晶の焼結体であることをＸ線回折の測定によ
り確認した。

実施例２イツトリウムエトキシド0.4ｇをエタノール250
mlに溶解し、これにホルムアミド100mlを混合し、
加熱攪拌する。これに金属バリウム1.6ｇを１，
３−ブタンジオール40mlに溶解して調整したバリ
ウム１，３−ブタンオジキサイド溶液11.5ml添加
し、80℃でN₂気流中で十分攪拌する。この混合
溶液に硝酸銅三水和物1.21ｇの１，３−ブタンジ
オール溶液10mlを滴下し、加水分解反応を行わ
せ、均一なコロイド状のゾルを得た。このゾルの
溶媒を蒸発させて得た固形物（ゲル）を110℃で
24時間乾燥した後、空気中500℃で４時間焼成し、
その後500Kg／cm²の圧力でペレツト状に成形して、
酸素気流中800℃で24時間焼成した。500℃で焼成
後の粉末の粒径は約5000Åと微細であつた。また
800℃での焼成により得られた黒色焼結体は、理
論密度の80％と比較的緻密なものであつた。この
焼結体は、ペロスカイト組成のYBa₂Cu₃O_7-x斜
方晶の焼結体であることをＸ線回折の測定により
確認した。

比較例１酸化イツトリウム、炭酸バリウム、酸化銅を原
料とし、Ｙ：Ba：Cuがモル比で１：２：３とな
るように秤量、混合し、950℃酸素中で24時間仮
焼後自動乳鉢で２時間粉砕し、平均粒径が約2μ
ｍの粉としたのち1t／cm²で圧縮成形後、7t／cm²で
冷間で等方圧縮成形し、950℃で24時間焼結した。
焼結体はCu₂Y₂O₅やBaCuO₂などの組成物を若干
含むYBa₂Cu₃O_7-x斜方晶の焼結体であることを
Ｘ線回折の測定により確認した。また、同様に焼
成温度を800℃で行つたが、その時は
YBa₂Cu₃O_7-x斜方晶の生成が見られず、焼結体
の密度も理論値の約70％と低かつた。

比較例２供試試薬としてCu粉、Ba（NO₃）₂、Y₂O₃をい
ずれも3Nの硝酸溶液としてモル比がＹ：Ba：Cu
＝１：２：３となるように調整し、混合した。こ
の溶液にシユウ酸のエタノール溶液を用いてPH
4.6にて共沈塩を生成させ、濾過し、110℃で24時
間乾燥した後、500℃で４時間空気中で焼成し、
その後500Kg／cm²の圧力でペレツト状に成形し、
酸素気流中で800℃で24時間焼成した。焼成後の
焼結体をＸ線回折を用いて測定したが、
YBa₂Cu₃O_7-x斜方晶のパターンは確認できなか
つた。

（発明の効果）本発明によれば、組成が均一でかつ組織が微細
な複合酸化物前駆体が得られる。そして、この前
駆体は焼結したさいに結晶化がはやいし、かつ焼
結しやすいので、比較的低温において焼成するこ
とができ、それでいて緻密な焼結体を得ることが
できる。例えば、超電導材料Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系
において、800℃という低温焼成でも
YBa₂Cu₃O_7-x斜方晶の組成が得られ、また従来
の固相法、供沈法のような組成のズレ、収率の低
下がないことが確認された。この斜方晶粉末を用
いることにより、従来のYBa₂Cu₃O_7-x超伝導焼
結体の欠点であつた低い臨界電流密度（Jc）の大
幅な向上が予想され、超伝導線材等への実用化が
達成されるものと期待される。

また、途中段階で得られる微細なコロイド粒子
が懸濁したゾルそのものを用いて基板へのコーテ
イング、スクリーン印刷等を施し、これに熱処理
（比較的低温）を加えることにより優れた超伝導
特性を有するYBa₂Cu₃O_7-x薄膜、厚膜を得るこ
とも可能である。

さらに、本発明の方法は、超電導材料以外の他
の機能性セラミツクスの製造にも有効である。

Claims

【特許請求の範囲】１各々少なくとも１種以上の希土類元素のアル
コキシド、アルカリ土類金属のアルコキシド、及
び希土類元素を除く遷移金属の含水塩をアミン類
及び／又はアミド類の存在下、有機溶媒中で混
合、反応させることを特徴とする複合酸化物前駆
体の製造方法。２前記アルカリ土類金属のアルコキシドが、炭
素数４以上のアルコキシ基を有する１価のアルコ
キシド及び／又は２価のアルコキシドであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合酸
化物前駆体の製造方法。