JPH0624834A - Composition for producing beta-alumina sintered compact - Google Patents

Composition for producing beta-alumina sintered compact

Info

Publication number
JPH0624834A
JPH0624834A JP4174332A JP17433292A JPH0624834A JP H0624834 A JPH0624834 A JP H0624834A JP 4174332 A JP4174332 A JP 4174332A JP 17433292 A JP17433292 A JP 17433292A JP H0624834 A JPH0624834 A JP H0624834A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alumina
powder
beta
weight
stabilizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4174332A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Nakane
堅次 中根
Tetsu Umeda
鉄 梅田
Masahide Mori
正英 毛利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP4174332A priority Critical patent/JPH0624834A/en
Publication of JPH0624834A publication Critical patent/JPH0624834A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a raw material composition capable of obtaining a dense a beta-alumina sintered compact excellent in Na ion conductivity by mixing zirconia powder, a Na compound, a stabilizer and Al powder at a specific weight ratio. CONSTITUTION:(A) 0.1-50wt.% zirconia powder, (B) 1-40wt.% Na compound (e.g. sodium carbonate), (C) 0.1-10wt.% stabilizer (e.g. Li carbonate) and (D) >=20wt.% Al powder are mixed, and the composition for producing the beta-alumina sintered compact is produced. Next the composition is molded any by performing a reactive sintering, the beta-alumina sintered compact is obtained. At the time of sintering, the Al powder is oxidized and further reacted with the Na compound and the stabilizer to obtain beta-alumina. At this time, Al is allowed to generate volume expansion. The volume expansion cancels partially the shrinkage due to the sintering and then the shrinkage ratio can be restrained at a lower ratio, thus the dimensional preeision of the sintered compact can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ベ−タアルミナ焼結体
製造用組成物に関するもので、ナトリウムイオン導電性
に優れており、ナトリウム−硫黄二次電池やアルカリ金
属熱電発電装置の固体電解質用材料として好適な焼結体
を製造するための原料組成物を提供するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composition for producing a beta-alumina sintered body, which has excellent sodium ion conductivity and is used as a solid electrolyte for sodium-sulfur secondary batteries and alkali metal thermoelectric generators. A raw material composition for producing a sintered body suitable as a material.

【0002】[0002]

【従来の技術】β−アルミナはNa2 O・11Al2
3 、β”−アルミナはNa2 O・5.33Al2 3
理論組成を有する化合物である。なお、本発明において
は、β−アルミナ、β”−アルミナ、またはそれらの混
合物を総称してベ−タアルミナと称する。
2. Description of the Related Art β-Alumina is Na 2 O.11Al 2 O
3 , β ″ -alumina is a compound having a theoretical composition of Na 2 O · 5.33Al 2 O 3. In the present invention, β-alumina, β ″ -alumina, or a mixture thereof is collectively referred to. It is called beta alumina.

【0003】さて、これまで分散型発電所用電力源、電
気自動車用電源、あるいはロ−ドレベリング用電力貯蔵
装置として期待されているナトリウム−硫黄二次電池や
アルカリ金属熱電発電装置の固体電解質用材料として、
ナトリウムイオン導電性に優れたベ−タアルミナ焼結体
が検討されてきた。
Now, a material for a solid electrolyte of a sodium-sulfur secondary battery or an alkali metal thermoelectric power generator, which has been expected as a power source for a distributed power plant, a power source for an electric vehicle, or a power storage device for road leveling. As
A beta-alumina sintered body having excellent sodium ion conductivity has been investigated.

【0004】ベ−タアルミナ焼結体の製造方法として
は、ベ−タアルミナのみからなる粉末を成形して焼結す
る方法がある。また、α−アルミナ粉末とナトリウム化
合物(たとえば炭酸ナトリウム等)と安定化剤(たとえ
ば炭酸リチウム等)とからなる混合物を成形し焼結する
方法がある。この方法においては、α−アルミナ粉末と
ナトリウム化合物との反応によりベ−タアルミナを合成
するプロセスと、焼結のプロセスが同時に進行する。
As a method for producing a sintered body of beta-alumina, there is a method of compacting and sintering powder consisting of beta-alumina alone. There is also a method of molding and sintering a mixture of α-alumina powder, a sodium compound (eg sodium carbonate etc.) and a stabilizer (eg lithium carbonate etc.). In this method, the process of synthesizing beta alumina by the reaction of α-alumina powder and a sodium compound and the process of sintering proceed simultaneously.

【0005】アルミニウム粉末とアルミナ粉末とを混合
して成形し、反応焼結することによってセラミックス焼
結体を得る方法が、特表平3−502569号公報に開
示されいる。しかしながら、該公報にはアルミナがナト
リウム化合物と反応してベ−タアルミナとなる反応は開
示されておらず、また、ナトリウム化合物を含むベータ
アルミナ焼結体製造用組成物の開示もない。
A method for obtaining a ceramic sintered body by mixing aluminum powder and alumina powder, molding the mixture, and reacting and sintering the mixture is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-502569. However, this publication does not disclose a reaction in which alumina reacts with a sodium compound to form beta alumina, nor does it disclose a composition for producing a beta-alumina sintered body containing a sodium compound.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】固体電解質用材料とし
て好適なベ−タアルミナ焼結体は、緻密であることが必
要である。しかし、ベ−タアルミナは難焼結性物質であ
り、ベ−タアルミナ粉末を焼結して、密度の高い焼結体
を作製するのは困難であった。焼結性を改善するため、
ベ−タアルミナの微粉末を合成し、これを焼結に使用す
る方法も検討されてきた。しかし、ベ−タアルミナは空
気中の水分と反応して劣化を起こし、特に微粉末におい
ては極めて分解しやすいため、保存方法や取り扱いに十
分な設備が必要で、工業化には困難が伴うものであっ
た。
The beta-alumina sintered body suitable as a material for a solid electrolyte needs to be dense. However, beta-alumina is a material that is difficult to sinter, and it was difficult to sinter beta-alumina powder to produce a sintered body having a high density. To improve sinterability,
A method of synthesizing fine powder of beta alumina and using it for sintering has also been studied. However, since beta-alumina reacts with moisture in the air to cause deterioration and is particularly easy to decompose in fine powder, sufficient equipment for storage method and handling is required, and industrialization is difficult. It was

【0007】α−アルミナ粉末とナトリウム化合物と安
定化剤からなる組成物を成形し焼結する方法において
は、反応が十分に進行せずにα−アルミナが残存すると
いう問題があった。α−アルミナはナトリウムイオン導
電性が無いので、残存すると導電性が低下し、生成した
焼結体は固体電解質用材料としては必ずしも充分に好適
なものではなかった。
The method of molding and sintering a composition consisting of α-alumina powder, a sodium compound and a stabilizer has a problem that the reaction does not proceed sufficiently and α-alumina remains. Since α-alumina has no sodium ion conductivity, the conductivity decreases when it remains, and the produced sintered body was not always sufficiently suitable as a material for a solid electrolyte.

【0008】以上のように、固体電解質用材料として好
適なベ−タアルミナ焼結体を得る技術は未だ十分なもの
ではなかった。そこで本発明の目的は、固体電解質用材
料としてナトリウムイオン導電性に優れ、密度の高いベ
−タアルミナ焼結体を製造するための原料組成物を提供
することにある。
As described above, the technique for obtaining a beta-alumina sintered body suitable as a material for a solid electrolyte is not yet sufficient. Therefore, an object of the present invention is to provide a raw material composition for producing a beta alumina sintered body having excellent sodium ion conductivity and high density as a material for a solid electrolyte.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】かかる事情に鑑み、本発
明者らはアルミニウム粉末を原料として使用し、反応焼
結によりベ−タアルミナ焼結体を製造するための原料組
成物について鋭意検討した結果、本発明を完成させるに
至った。
In view of the above circumstances, the present inventors have made earnest studies on a raw material composition for producing a beta-alumina sintered body by reaction sintering using aluminum powder as a raw material. The present invention has been completed.

【0010】すなわち、本発明は、ジルコニア粉末が
0.1〜50重量%、ナトリウム化合物が1〜40重量
%、安定化剤が0.1〜10重量%、アルミニウム粉末
が20重量%以上からなるベータアルミナ焼結体製造用
組成物、およびジルコニア粉末が0.1〜50重量%、
アルミナ粉末が0.1〜60重量%、ナトリウム化合物
が1〜40重量%、安定化剤が0.1〜10重量%、ア
ルミニウム粉末が10重量%以上からなるベータアルミ
ナ焼結体製造用組成物を提供する。
That is, the present invention comprises 0.1 to 50% by weight of zirconia powder, 1 to 40% by weight of sodium compound, 0.1 to 10% by weight of stabilizer, and 20% by weight or more of aluminum powder. A composition for producing a beta-alumina sintered body, and 0.1 to 50% by weight of zirconia powder,
Composition for producing beta-alumina sintered body, which comprises 0.1 to 60% by weight of alumina powder, 1 to 40% by weight of sodium compound, 0.1 to 10% by weight of stabilizer, and 10% by weight or more of aluminum powder. I will provide a.

【0011】以下本発明について詳しく説明する。ジル
コニア粉末、ナトリウム化合物、安定化剤およびアルミ
ニウム粉末のそれぞれを組合せて100重量%とした原
料組成物、またはジルコニア粉末、アルミナ粉末、ナト
リウム化合物、安定化剤およびアルミニウム粉末のそれ
ぞれを組合せて100重量%とした原料組成物を分散媒
とともに粉砕機で混合粉砕し、次に、これを乾燥させて
分散媒を除去して混合粉末を得る。該混合粉末を成形し
て反応焼結を行うことによりベ−タアルミナ焼結体が得
られる。
The present invention will be described in detail below. Zirconia powder, sodium compound, stabilizer and aluminum powder are combined to make 100% by weight of the raw material composition, or zirconia powder, alumina powder, sodium compound, stabilizer and aluminum powder are combined to make 100% by weight. The raw material composition described above is mixed and pulverized by a pulverizer with a dispersion medium, and then this is dried to remove the dispersion medium to obtain a mixed powder. A beta-alumina sintered body is obtained by molding the mixed powder and performing reaction sintering.

【0012】アルミニウム粉末は空気中で焼結すること
により酸化され、さらにナトリウム化合物およびベ−タ
アルミナの安定化剤と反応することによりベ−タアルミ
ナとなるが、このときにアルミニウムは体積膨張を生じ
る。この体積膨張は焼結による収縮を一部相殺し、収縮
率を低く抑えることができる。寸法変化が僅かであれ
ば、焼結体の寸法精度の向上を図ることができ、後加工
が不要になる等、工業上極めて有利な方法である。
The aluminum powder is oxidized by sintering in air, and further reacts with a sodium compound and a stabilizer for beta-alumina to become beta-alumina. At this time, aluminum causes volume expansion. This volume expansion partially cancels the contraction due to sintering, and the contraction rate can be suppressed to a low level. If the dimensional change is slight, the dimensional accuracy of the sintered body can be improved, and post-processing is not required, which is an extremely advantageous method industrially.

【0013】原料として用いるアルミニウム粉末は、均
一な混合を図るために平均粒径が300μm以下の微粒
であることが好ましい。また、高純度であることが必要
で、特にケイ素と鉄とカルシウムはベ−タアルミナ焼結
体のナトリウムイオン導電性を低下させるので、鉄とケ
イ素は各々1000ppm以下が好ましく、各々200
ppm以下がさらに好ましい。カルシウムは10ppm
が好ましく、1ppm以下がさらに好ましい。
The aluminum powder used as a raw material is preferably fine particles having an average particle size of 300 μm or less in order to achieve uniform mixing. Further, it is necessary that the purity is high, and particularly, since silicon, iron and calcium reduce the sodium ion conductivity of the sintered body of beta-alumina, iron and silicon are preferably 1000 ppm or less, respectively.
More preferably, it is less than or equal to ppm. Calcium is 10ppm
Is preferable and 1 ppm or less is more preferable.

【0014】ジルコニア粉末、ナトリウム化合物、安定
化剤およびアルミニウム粉末の組合せにおいては、アル
ミニウム粉末の添加範囲は20〜98.8重量%であ
る。一方、ジルコニア粉末、アルミナ粉末、ナトリウム
化合物、安定化剤およびアルミニウム粉末の組合せの場
合は、アルミニウム粉末の添加範囲は10〜98.7重
量%である。いずれの場合でも、アルミニウム粉末の添
加量が小さくなると、相対的にナトリウム化合物の添加
量が多くなり、余剰のナトリウムがNaAlO2のよう
なアルミニウムを含む化合物として残留して焼結体のナ
トリウムイオン導電性を低下させるので好ましくない。
In the combination of zirconia powder, sodium compound, stabilizer and aluminum powder, the addition range of aluminum powder is 20 to 98.8% by weight. On the other hand, in the case of the combination of zirconia powder, alumina powder, sodium compound, stabilizer and aluminum powder, the addition range of aluminum powder is 10 to 98.7% by weight. In any case, when the addition amount of the aluminum powder becomes small, the addition amount of the sodium compound becomes relatively large, and the excess sodium remains as a compound containing aluminum such as NaAlO 2 and the sodium ion conductivity of the sintered body is increased. It is not preferable because it lowers the property.

【0015】原料混合物にアルミナ粉末を添加すること
により収縮率を制御することができる。ここで使用する
アルミナ粉末は、α−アルミナでもγ−アルミナ等の中
間アルミナでもあるいはそれらの混合物でもよいが、添
加したアルミナ粉末はナトリウム化合物および安定化剤
と反応し、ベ−タアルミナに変化するので、高純度で、
かつナトリウムや安定化剤がアルミナ粉末粒子内部まで
容易に拡散可能な3μm以下の平均粒径を有する微粉末
が好ましい。
The shrinkage can be controlled by adding alumina powder to the raw material mixture. The alumina powder used here may be α-alumina, intermediate alumina such as γ-alumina, or a mixture thereof, but since the added alumina powder reacts with the sodium compound and the stabilizer, it changes to beta alumina. , With high purity,
A fine powder having an average particle size of 3 μm or less, which allows sodium and the stabilizer to easily diffuse into the alumina powder particles, is preferable.

【0016】アルミナ粉末を添加する場合、その添加量
は0.1〜60重量%の範囲である。アルミナ粉末の添
加量が60重量%より多いと、アルミニウム粉末の量が
少なくなり、収縮率低減効果が見られなくなることがあ
るとともに、添加したアルミナの一部がβ−アルミナあ
るいはβ”−アルミナにならずに、α−アルミナまたは
γ−アルミナ等の中間アルミナのまま焼結体中に残存す
ることがある。また、アルミナ粉末の添加量が0.1重
量%より少ないと、アルミナを添加することによる収縮
率制御効果が現れない。ただし収縮率制御を行わない場
合はアルミナ粉末を添加しなくてもよい。
When alumina powder is added, the amount added is in the range of 0.1 to 60% by weight. If the addition amount of the alumina powder is more than 60% by weight, the amount of the aluminum powder becomes small and the effect of reducing the shrinkage ratio may not be seen, and a part of the added alumina may become β-alumina or β ″ -alumina. However, intermediate alumina such as α-alumina or γ-alumina may remain in the sintered body as it is.If the amount of alumina powder added is less than 0.1% by weight, alumina should be added. The effect of controlling the shrinkage rate does not appear, but if the shrinkage rate is not controlled, alumina powder may not be added.

【0017】ナトリウム化合物としては、炭酸ナトリウ
ム等のナトリウム塩を使用することができる。また、N
aAlO2 のようなアルミニウムを含む化合物を使用し
てもよい。ただし、硝酸ナトリウムは酸化性が強く、原
料の混合中にアルミニウム粉末の酸化を著しく促進し、
爆発的な酸化反応を起こす可能性があるので好ましくな
い。ナトリウム化合物の添加量は1〜40重量%の範囲
である。40重量%を超えると、余剰のナトリウムがN
aAlO2 のようなアルミニウムを含む化合物として残
留し、焼結体のナトリウムイオン導電性を低下させる。
また、1重量%より少ないと、ナトリウムイオン導電性
が比較的高いβ”−アルミナの割合が減少し、ナトリウ
ムイオン導電性が比較的低いβ−アルミナの割合が増加
するか、または、ナトリウムイオン導電性の無いα−ア
ルミナが生成するので、焼結体のナトリウムイオン導電
率の低下を生じる。
As the sodium compound, sodium salts such as sodium carbonate can be used. Also, N
Compounds containing aluminum such as aAlO 2 may be used. However, sodium nitrate has a strong oxidizing property, which significantly accelerates the oxidation of aluminum powder during the mixing of the raw materials,
It is not preferable because it may cause an explosive oxidation reaction. The amount of sodium compound added is in the range of 1 to 40% by weight. If the content exceeds 40% by weight, the excess sodium becomes N
It remains as a compound containing aluminum such as aAlO 2 and reduces the sodium ion conductivity of the sintered body.
If it is less than 1% by weight, the proportion of β ″ -alumina having relatively high sodium ion conductivity decreases and the proportion of β-alumina having relatively low sodium ion conductivity increases, or the sodium ion conductivity increases. Since α-alumina having no property is generated, the sodium ion conductivity of the sintered body is lowered.

【0018】安定化剤としては、マグネシウム、リチウ
ム、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛、マンガン等の金属
イオンを含む塩類を使用することができるが、本発明は
これらに限定されるものではない。ただし硝酸ナトリウ
ムと同様の理由により、硝酸塩は好ましくない。安定化
剤の添加量は0.1〜10重量%の範囲である。0.1
重量%より少ないと焼結体中にα−アルミナやγ−アル
ミナが残存してナトリウムイオン導電性を低下させるの
で好ましくない。また、多すぎると焼結体中に残存して
いる過剰の 安定化剤が焼結体のナトリウムイオン導
電性を低下させるので、安定化剤の添加量は10重量%
以下で、0.5〜5重量%が好ましく、0.5〜3重量
%がさらに好ましい。
As the stabilizer, salts containing metal ions such as magnesium, lithium, nickel, cobalt, copper, zinc and manganese can be used, but the present invention is not limited thereto. However, nitrate is not preferable for the same reason as sodium nitrate. The amount of stabilizer added is in the range of 0.1 to 10% by weight. 0.1
If the amount is less than wt%, α-alumina or γ-alumina remains in the sintered body to lower the sodium ion conductivity, which is not preferable. If the amount is too large, the excess stabilizer remaining in the sintered body lowers the sodium ion conductivity of the sintered body.
Below, 0.5 to 5% by weight is preferable, and 0.5 to 3% by weight is more preferable.

【0019】ジルコニア粉末は、その機構は明かではな
いが、焼成中にアルミニウム粉末の酸化を促進する効果
を有する。ただしジルコニアはナトリウムイオン導電性
を有しないので、大量に添加すると焼結体のナトリウム
イオン導電性を低下させる。従ってジルコニア添加量は
0.1〜50重量%の範囲である。好ましくは1〜25
重量%である。添加量が0.1重量%より小さいとアル
ミニウム粉末の酸化の促進効果が現れない。50重量%
を超えると焼結体のナトリウムイオン導電性を低下させ
るので好ましくない。 ジルコニア粉末は、ベ−タアル
ミナとは反応せず、焼結体中に第二相として分散するこ
とにより強度および破壊靭性の向上に寄与する。添加す
るジルコニア粉末は単斜晶の他、酸化イットリウム、酸
化マグネシウム、酸化セリウム等により安定化された正
方晶および立方晶のいずれでもよいが、強度および破壊
靭性の向上効果をより高めるには、ジルコニアを正方晶
の状態で分散させることが好ましい。
Although the mechanism of zirconia powder is not clear, it has the effect of promoting the oxidation of aluminum powder during firing. However, since zirconia does not have sodium ion conductivity, adding a large amount reduces the sodium ion conductivity of the sintered body. Therefore, the amount of zirconia added is in the range of 0.1 to 50% by weight. Preferably 1 to 25
% By weight. If the amount added is less than 0.1% by weight, the effect of promoting the oxidation of aluminum powder does not appear. 50% by weight
When it exceeds, the sodium ion conductivity of the sintered body is lowered, which is not preferable. The zirconia powder does not react with beta alumina, but contributes to the improvement of strength and fracture toughness by being dispersed as a second phase in the sintered body. The zirconia powder to be added may be either a monoclinic crystal or a tetragonal crystal and a cubic crystal stabilized by yttrium oxide, magnesium oxide, cerium oxide, etc., but in order to further enhance the effect of improving strength and fracture toughness, zirconia Is preferably dispersed in a tetragonal state.

【0020】分散媒は特に限定されないが、アルミニウ
ムに対して不活性な非水系有機溶媒を用いることが望ま
しく、たとえばアセトン、シクロヘキサン、ミネラルス
ピリット等を用いることができる。
The dispersion medium is not particularly limited, but it is desirable to use a non-aqueous organic solvent which is inert to aluminum, and for example, acetone, cyclohexane, mineral spirits, etc. can be used.

【0021】原料粉末の混合は、アトリッションミルや
パ−ルミルのような、粉砕力の大きな混合粉砕機を用い
ることが望ましい。
For mixing the raw material powders, it is desirable to use a mixing and crushing machine having a great crushing power, such as an attrition mill or a pal mill.

【0022】乾燥は、分散媒を除去するために、用いた
分散媒に応じて適宜温度と時間を決めればよい。
For drying, in order to remove the dispersion medium, the temperature and time may be appropriately determined according to the dispersion medium used.

【0023】成形体の作製方法としては、乾式プレス、
スリップキャスト、テ−プキャストまたは射出成形等の
方法を用いることができる。上記の方法で作製された成
形体を通常45〜900MPaの圧力で冷間等方プレス
(以下CIPと略する)処理を行うこともできる。
As a method for producing the molded body, a dry press,
A method such as slip casting, tape casting or injection molding can be used. The molded body produced by the above method can be subjected to cold isotropic press (hereinafter abbreviated as CIP) treatment at a pressure of usually 45 to 900 MPa.

【0024】焼結は空気中で1200〜1600℃の温
度範囲、5分〜5時間の範囲で行うことが好ましい。1
200℃以下では得られる焼結体の密度が低くなるので
好ましくない。1600℃以上では異常粒成長が生じ、
機械的強度の低下や固体電解質として使用した場合の寿
命が短くなる。
Sintering is preferably carried out in air in the temperature range of 1200 to 1600 ° C. for 5 minutes to 5 hours. 1
If the temperature is 200 ° C. or lower, the density of the obtained sintered body becomes low, which is not preferable. Abnormal grain growth occurs above 1600 ° C,
The mechanical strength is reduced and the life when used as a solid electrolyte is shortened.

【0025】ジルコニア含有ベ−タアルミナ焼結体の相
対密度が85%以下の場合は、開気孔が残留し、ナトリ
ウム−硫黄二次電池の固体電解質として使用した場合
に、液体状のナトリウムが焼結体に侵入するため使用で
きない。
When the relative density of the zirconia-containing beta-alumina sintered body is 85% or less, open pores remain, and liquid sodium sinters when used as a solid electrolyte of a sodium-sulfur secondary battery. It cannot be used because it penetrates the body.

【0026】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるも
のではない。なお、測定には以下の方法を用いた。 焼結体の密度:エタノ−ルを用いたアルキメデス法。 相対密度を算出するための理論密度は、β−アルミナは
3.26g/cm3 、β”−アルミナは3.29g/c
3 の値を使用した。 焼結体の生成相:X線回折法(株式会社リガク製、モデ
ルNo.2013)。 α−アルミナ、β−アルミナおよびβ”−アルミナの生
成割合はX線回折測定により求めたα(024)、β
(0013)およびβ”(107)回折線の線強度の比
率から算出した。 焼結体のナトリウムイオン導電性:複素インピ−ダンス
プロット法。 300℃における比抵抗を測定した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. The following method was used for the measurement. Density of sintered body: Archimedes method using ethanol. The theoretical density for calculating the relative density is 3.26 g / cm 3 for β-alumina and 3.29 g / c for β ″ -alumina.
The value of m 3 was used. Generation phase of sintered body: X-ray diffraction method (manufactured by Rigaku Corporation, model No. 2013). The formation ratios of α-alumina, β-alumina and β ″ -alumina are α (024) and β determined by X-ray diffraction measurement.
It was calculated from the ratio of the line intensities of the (0013) and β ″ (107) diffraction lines. Sodium ion conductivity of the sintered body: complex impedance plot method The specific resistance at 300 ° C. was measured.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1 アルミニウム粉末(東洋アルミニウム株式会社製、純度
99.98%、平均粒径28.6μm、グロ−放電マス
スペクトルによる分析値を表1に示す)を160.0
g、炭酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製、試薬特
級)を59.0g、安定化剤として炭酸リチウム(和光
純薬工業株式会社製、試薬特級)を6.9g、酸化イッ
トリウムを3モル%固溶させ安定化させたジルコニア粉
末(住友化学工業株式会社製、SYZ−3)を60.0
g、からなる混合組成物をミネラルスピリット(日本石
油株式会社製、ミネラルスピリットA)1200g中に
加えアトリッションミル(三井三池加工機械株式会社
製、MA1SE、2mmφジルコニア製ボ−ル使用)を
使用して混合、粉砕を6時間行った。ロ−タリ−エバポ
レ−タ−を使用して該混合物よりミネラルスピリットを
蒸発除去した。この粉末を20.4MPaの圧力で4×
5×20mmの形状に一軸プレスにより成形し、さらに
300MPaの圧力でCIPを行い、成形体を作製し
た。成形体密度は1.98g/cm3 であった。該成形
体をマグネシア製の平板の上に置き、アルミナ製のルツ
ボをかぶせて空気中で焼結した。1200℃で1時間保
持した後1500℃で1時間保持し、焼結を行った。使
用した原料の重量%を表2に示し、得られた焼結体の密
度と比抵抗の測定結果を表3に示す。
Example 1 160.0 aluminum powder (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., purity 99.98%, average particle size 28.6 μm, analysis value by glow discharge mass spectrum is shown in Table 1)
g, sodium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade) 59.0 g, lithium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade) 6.9 g as a stabilizer, and yttrium oxide 3 mol% Zirconia powder (Sumitomo Chemical Co., Ltd., SYZ-3) solid-dissolved and stabilized is 60.0.
Attrition mill (Mitsui Miike Machining Machinery Co., Ltd., MA1SE, 2mmφ zirconia ball used) was added to 1200g of mineral spirits (Mineral Spirits A, manufactured by Nippon Oil Co., Ltd.). Then, they were mixed and pulverized for 6 hours. The mineral spirits were removed from the mixture by evaporation using a rotary evaporator. This powder is 4 × at a pressure of 20.4 MPa
A 5 × 20 mm shape was molded by a uniaxial press, and CIP was further performed at a pressure of 300 MPa to prepare a molded body. The compact density was 1.98 g / cm 3 . The compact was placed on a magnesia flat plate, covered with an alumina crucible, and sintered in air. After holding at 1200 ° C. for 1 hour, it was held at 1500 ° C. for 1 hour to perform sintering. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0028】実施例2 原料はすべて実施例1と同様のものを使用し、アルミニ
ウム粉末を160.0g、炭酸ナトリウムを59.0
g、安定化剤として炭酸リチウムを6.9g、酸化イッ
トリウムを3mol%固溶させたジルコニア粉末を2
7.1g、からなる混合組成物をミネラルスピリット1
200g中に加え実施例1と同様にして混合、粉砕し、
実施例1と同様にして成形体を作製した。該成形体を実
施例1と同様にして焼結した。使用した原料の重量%を
表2に示し、得られた焼結体の密度と比抵抗の測定結果
を表3に示す。
Example 2 All the same raw materials as in Example 1 were used, and aluminum powder was 160.0 g and sodium carbonate was 59.0.
g, 6.9 g of lithium carbonate as a stabilizer, and 2 mol of zirconia powder containing 3 mol% of yttrium oxide as a solid solution.
Mineral Spirit 1
Add to 200 g, mix and grind as in Example 1,
A molded body was produced in the same manner as in Example 1. The molded body was sintered in the same manner as in Example 1. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0029】実施例3 原料はすべて実施例1と同様のものを使用し、アルミニ
ウム粉末を160.0g、炭酸ナトリウムを59.0
g、安定化剤として炭酸リチウムを6.9g、酸化イッ
トリウムを3mol%固溶させたジルコニア粉末を5.
2g、からなる混合組成物をミネラルスピリット120
0g中に加え実施例1と同様にして混合、粉砕し、実施
例1と同様にして成形体を作製した。該成形体を実施例
1と同様にして焼結した。使用した原料の重量%を表2
に示し、得られた焼結体の密度と比抵抗の測定結果を表
3に示す。
Example 3 All the same raw materials as in Example 1 were used, and aluminum powder was 160.0 g and sodium carbonate was 59.0.
g, 6.9 g of lithium carbonate as a stabilizer, and 5 mol of zirconia powder in which 3 mol% of yttrium oxide was dissolved.
2g, a mixed composition consisting of mineral spirits 120
In 0 g, the mixture was mixed and pulverized in the same manner as in Example 1 to produce a molded body in the same manner as in Example 1. The molded body was sintered in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the weight% of the raw materials used.
Table 3 shows the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body.

【0030】実施例4 原料はすべて実施例1と同様のものを使用し、アルミニ
ウム粉末を160.0g、炭酸ナトリウムを50.3
g、安定化剤として炭酸リチウムを6.2g、酸化イッ
トリウムを3mol%固溶させたジルコニア粉末を5
4.7g、からなる混合組成物をミネラルスピリット1
200g中に加え実施例1と同様にして混合、粉砕し、
実施例1と同様にして成形体を作製した。該成形体を実
施例1と同様にして焼結した。使用した原料の重量%を
表2に示し、得られた焼結体の密度と比抵抗の測定結果
を表3に示す。
Example 4 All the same raw materials as in Example 1 were used, 160.0 g of aluminum powder and 50.3 of sodium carbonate were used.
g, 6.2 g of lithium carbonate as a stabilizer and 5 mol of zirconia powder in which 3 mol% of yttrium oxide was dissolved.
Mineral Spirit 1
Add to 200 g, mix and grind as in Example 1,
A molded body was produced in the same manner as in Example 1. The molded body was sintered in the same manner as in Example 1. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0031】実施例5 実施例1と同様のアルミニウム粉末を83.6g、α−
アルミナ粉末(住友化学工業株式会社製、AL−440
B、平均粒径2.6μm)を157.8g、実施例1と
同様の炭酸ナトリウムを61.6g、安定化剤として実
施例1と同様の炭酸リチウムを7.2g、酸化イットリ
ウムを3mol%固溶させた実施例1と同様のジルコニ
ア粉末を56.0g、からなる混合組成物をシクロヘキ
サン1260g中に加え実施例1と同様にして混合、粉
砕し、実施例1と同様にして成形体を作製した。得られ
た成形体を実施例1と同様にして焼結した。使用した原
料の重量%を表2に示し、得られた焼結体の密度と比抵
抗の測定結果を表3に示す。
Example 5 83.6 g of aluminum powder similar to that in Example 1, α-
Alumina powder (Sumitomo Chemical Co., Ltd., AL-440
B, average particle size 2.6 μm) 157.8 g, sodium carbonate 61.6 g similar to Example 1, lithium carbonate similar to Example 1 as a stabilizer 7.2 g, and yttrium oxide 3 mol% solid. A mixed composition consisting of 56.0 g of the same dissolved zirconia powder as in Example 1 was added to 1260 g of cyclohexane, mixed and pulverized in the same manner as in Example 1, and a molded body was produced in the same manner as in Example 1. did. The obtained molded body was sintered in the same manner as in Example 1. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0032】実施例6 実施例5におけるα−アルミナ粉末の代わりにγ−アル
ミナ粉末(住友化学工業株式会社製、AKP−G01
5)を用いて実施例5と同様にして混合粉末を得た。実
施例1と同様にして成形体を作製した。該成形体を実施
例1と同様にして焼結した。使用した原料の重量%を表
2に示し、得られた焼結体の密度と比抵抗の測定結果を
表3に示す。
Example 6 γ-alumina powder (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP-G01) in place of the α-alumina powder in Example 5
Using 5), a mixed powder was obtained in the same manner as in Example 5. A molded body was produced in the same manner as in Example 1. The molded body was sintered in the same manner as in Example 1. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0033】比較例1 原料はすべて実施例5と同様のものを使用し、アルミニ
ウム粉末を29.9g、α−アルミナ粉末を248.7
g、安定化剤として炭酸ナトリウムを59.5g、炭酸
リチウムを6.9g、酸化イットリウムを3mol%固
溶させ安定化させたジルコニア粉末を56.0g、から
なる混合組成物をシクロヘキサン1260g中に加え、
実施例1と同様にして混合、粉砕し、実施例1と同様に
して成形体を作製した。得られた成形体を実施例1と同
様にして焼結した。使用した原料の重量%を表2に示
し、得られた焼結体の密度と比抵抗の測定結果を表3に
示す。
Comparative Example 1 All the same raw materials as in Example 5 were used, 29.9 g of aluminum powder and 248.7 of α-alumina powder were used.
g, 59.5 g of sodium carbonate as a stabilizer, 6.9 g of lithium carbonate, and 56.0 g of zirconia powder in which 3 mol% of yttrium oxide was solid-solved and stabilized, and 1260 g of cyclohexane was added to the mixed composition. ,
Mixing and pulverization were performed in the same manner as in Example 1, and a molded body was produced in the same manner as in Example 1. The obtained molded body was sintered in the same manner as in Example 1. The weight% of the used raw materials is shown in Table 2, and the measurement results of the density and the specific resistance of the obtained sintered body are shown in Table 3.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明による組成物を使用して得られた
ベ−タアルミナ焼結体は、緻密で良好なナトリウムイオ
ン導電性を有し、ナトリウム−硫黄二次電池やアルカリ
金属熱電発電装置の固体電解質用材料として好適である
ことから、工業的にきわめて有用である。
The beta-alumina sintered body obtained by using the composition of the present invention is dense and has good sodium ion conductivity, and is suitable for sodium-sulfur secondary batteries and alkali metal thermoelectric generators. Since it is suitable as a material for a solid electrolyte, it is extremely useful industrially.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニア粉末が0.1〜50重量%、ナ
トリウム化合物が1〜40重量%、安定化剤が0.1〜
10重量%、アルミニウム粉末が20重量%以上からな
るベータアルミナ焼結体製造用組成物。
1. A zirconia powder in an amount of 0.1 to 50% by weight, a sodium compound in an amount of 1 to 40% by weight, and a stabilizer in an amount of 0.1 to 50% by weight.
A composition for producing a beta-alumina sintered body, which comprises 10% by weight and 20% by weight or more of aluminum powder.
【請求項2】ジルコニア粉末が0.1〜50重量%、ア
ルミナ粉末が0.1〜60重量%、ナトリウム化合物が
1〜40重量%、安定化剤が0.1〜10重量%、アル
ミニウム粉末が10重量%以上からなるベータアルミナ
焼結体製造用組成物。
2. Zirconia powder is 0.1 to 50% by weight, alumina powder is 0.1 to 60% by weight, sodium compound is 1 to 40% by weight, stabilizer is 0.1 to 10% by weight, aluminum powder. A composition for producing a beta-alumina sintered body, which comprises 10% by weight or more.
JP4174332A 1992-07-01 1992-07-01 Composition for producing beta-alumina sintered compact Pending JPH0624834A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4174332A JPH0624834A (en) 1992-07-01 1992-07-01 Composition for producing beta-alumina sintered compact

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4174332A JPH0624834A (en) 1992-07-01 1992-07-01 Composition for producing beta-alumina sintered compact

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0624834A true JPH0624834A (en) 1994-02-01

Family

ID=15976793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4174332A Pending JPH0624834A (en) 1992-07-01 1992-07-01 Composition for producing beta-alumina sintered compact

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0624834A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008232822A (en) * 2007-03-20 2008-10-02 Niigata Univ Hydrogen sensor
JP2008306023A (en) * 2007-06-08 2008-12-18 Toyo Aluminium Kk Paste composition and solar battery element
KR101410940B1 (en) * 2012-07-13 2014-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 Beta-alumina sintered body and method for manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008232822A (en) * 2007-03-20 2008-10-02 Niigata Univ Hydrogen sensor
JP4686726B2 (en) * 2007-03-20 2011-05-25 国立大学法人 新潟大学 Hydrogen sensor
JP2008306023A (en) * 2007-06-08 2008-12-18 Toyo Aluminium Kk Paste composition and solar battery element
WO2008152854A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-18 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Paste composition and solar cell element
KR101410940B1 (en) * 2012-07-13 2014-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 Beta-alumina sintered body and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7308814B2 (en) Ceramic powders, sintered bodies and batteries
US3895963A (en) Process for the formation of beta alumina-type ceramics
JP6695560B1 (en) Composite oxide powder, method for producing composite oxide powder, method for producing solid electrolyte body, and method for producing lithium ion secondary battery
KR102048701B1 (en) Manufacturing method of lithium lanthanum zirconium oxide-lithium boron oxide composite
Li et al. Improved ferroelectric and piezoelectric properties of (Na 0. 5 K 0. 5) NbO3 ceramics via sintering in low oxygen partial pressure atmosphere and adding LiF
JP2021020836A (en) Manufacturing method of sintered body, and sintered body
KR102643327B1 (en) Complex oxide powder, method for producing complex oxide powder, method for producing solid electrolyte body, and method for producing lithium ion secondary battery
US6419875B1 (en) Method for producing beta-alumina solid electrolyte
JP2022156600A (en) Ceramic powder material, sintered body, and battery
JPH0624834A (en) Composition for producing beta-alumina sintered compact
US5496513A (en) Preparation method of dense sintered bodies for solid electrolytes
US6110854A (en) Liquid-phase sintering process for aluminate ceramics
KR102016916B1 (en) Method for producing LLZO oxide solid electrolyte powder
JPH04240155A (en) Beta-alumina-based sintered body and production thereof
Rosen et al. Reducing the environmental footprint of solid-electrolytes-a green synthesis route for LATP
JPH0696467B2 (en) Method for producing MgO-based β ″ -alumina sintered body
JP2022115833A (en) Solid electrolyte film made of lithium-containing garnet crystal and its manufacturing method, as well as lithium ion secondary battery with the solid electrolyte film
Nikonov et al. Microhardness and fracture toughness of ZrO 2–Sc 2 O 3 solid electrolyte, doped with rare-earth and transition metals
JPH0696471B2 (en) Method for manufacturing zirconia ceramics
JPH10182220A (en) Beta''-alumina-base solid electrolyte and its production
JPH1149562A (en) Production of beta-alumina ceramic
JP2001322865A (en) Alumina sintered body with high strength and high toughness and method for manufacturing the same
JP3586556B2 (en) Method for producing beta alumina electrolyte
JPH09221356A (en) Production of beta-alumina sintered compact
JP2000143331A (en) Production of beta aluminous sintered compact