JPH08259346A - Porous sintered compact and its production - Google Patents

Porous sintered compact and its production

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JPH08259346A
JPH08259346A JP9317295A JP9317295A JPH08259346A JP H08259346 A JPH08259346 A JP H08259346A JP 9317295 A JP9317295 A JP 9317295A JP 9317295 A JP9317295 A JP 9317295A JP H08259346 A JPH08259346 A JP H08259346A
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JP
Japan
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porous sintered
sintered body
perovskite
metal element
group
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JP9317295A
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Japanese (ja)
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Shinji Kawasaki
真司 川崎
Hirotake Yamada
裕丈 山田
Yoshihiro Ito
義弘 伊藤
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Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00853Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells

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Abstract

PURPOSE: To obtain a porous sintered compact capable of controlling dimensional shrinkage by a heat cycle in a perovskite-type oxide porous sintered compact including lanthanum manganite. CONSTITUTION: This porous sintered compact is provided with a perovskite-type compound oxide phase and a crystal phase composed of one or more metals selected from among silver, zirconium, indium, molybdenum, niobrum, tungsten, silicon, tin and antimony or its compound.

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、固体電解質型燃料電池
(SOFC)の空気電極材料等の耐熱性電極として特に
好適な、多孔質焼結体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous sintered body which is particularly suitable as a heat resistant electrode such as an air electrode material for a solid oxide fuel cell (SOFC).

【0002】[0002]

【従来の技術】SOFCの開発事業においては、高温で
安定な材料の探索が重要である。SOFCの空気電極材
料としては、現在、ランタンマンガナイト焼結体が有望
と見られている(エネルギー総合工学、13、2、52
〜68頁、1990年)。こうしたランタンマンガナイ
ト焼結体においては、ほぼ化学量論的組成のものや、A
サイト(ランタン部位)が一部欠損した組成のもの(マ
ンガンリッチな組成)が知られている。特に、Aサイト
にCa、Srをドープしたランタンマンガナイトからな
る多孔質焼結体が、自己支持型の空気極管を含む空気極
の材料として有望視されている。
2. Description of the Related Art In SOFC development projects, it is important to search for stable materials at high temperatures. As a SOFC air electrode material, a lanthanum manganite sintered body is currently considered to be promising (Energy Engineering, 13, 2, 52).
~ P. 68, 1990). In such a lanthanum manganite sintered body, a lanthanum manganite sintered body having a substantially stoichiometric composition or A
It is known that the site (lanthanum site) is partially deleted (manganese-rich composition). In particular, a porous sintered body made of lanthanum manganite having A site doped with Ca or Sr is regarded as a promising material for an air electrode including a self-supporting air cathode tube.

【0003】ところが、こうしたランタンマンガナイト
を始めとするペロブスカイト型酸化物多孔質焼結体につ
いて、次の問題があることを、本出願人が開示してきた
(特開平6−183856号公報参照)。即ち、従来の
ランタンマンガナイト多孔質焼結体について、900〜
1100°Cの温度と、室温〜600°Cの温度との間
で、加熱−冷却サイクルをかけ、その安定性を試験して
みた。このランタンマンガナイトは、Bサイトは特に置
換されておらず、Aサイトの10%〜20%がカルシウ
ムによって置換されているものであり、又は、Aサイト
の10%〜15%がストロンチウムによって置換されて
いるものであった。
However, the present applicant has disclosed that the perovskite type oxide porous sintered body including such lanthanum manganite has the following problems (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-183856). That is, regarding the conventional lanthanum manganite porous sintered body,
A heating-cooling cycle was performed between the temperature of 1100 ° C and the temperature of room temperature to 600 ° C to test its stability. In this lanthanum manganite, the B site is not particularly replaced, and 10% to 20% of the A site is replaced by calcium, or 10% to 15% of the A site is replaced by strontium. It was something that

【0004】この結果、上記の多孔質焼結体の寸法が、
熱サイクル1回当り0.01〜0.04%程度収縮する
ことが判明した。しかも、この熱サイクルによる収縮
は、100回の熱サイクルをかけても収束せず、100
回の熱サイクルで数%にも及ぶことが判明した。このよ
うに空気極が収縮すると、単電池の他の構成材料との間
でクラックが発生し、単電池の破壊の原因となるおそれ
がある。
As a result, the dimensions of the porous sintered body are
It was found that each heat cycle caused shrinkage of about 0.01 to 0.04%. Moreover, the shrinkage due to this heat cycle does not converge even after 100 heat cycles,
It was found that the number of heat cycles could reach several percent. When the air electrode contracts in this manner, a crack may occur between the air electrode and other constituent materials of the unit cell, which may cause the unit cell to be broken.

【0005】しかも、この単電池を1000℃で長時間
動作させても、このようなクラックは全く発生しなかっ
た。従って、この現象は、上記の多孔質焼結体の焼成収
縮によるものではなく、上記の熱サイクルによる寸法変
化に起因するものと考えられた。
Moreover, even when this unit cell was operated at 1000 ° C. for a long time, such cracks did not occur at all. Therefore, it is considered that this phenomenon is not due to the shrinkage of the porous sintered body during firing, but to the dimensional change due to the thermal cycle.

【0006】更に、本出願人に所属する研究者は、上記
の熱サイクルに伴なう多孔質焼結体の寸法収縮が生ずる
機構などについて、更に研究を進めた。この結果、室温
から1000°C程度まで温度を上昇させると、多孔質
焼結体の重量が僅かに減少し、再び室温に温度降下させ
ると、この重量が元に戻ることが分かった。また、多孔
質焼結体の熱サイクルに伴う寸法収縮率は、熱サイクル
時の昇降温速度、雰囲気中の酸素分圧によって、若干異
なっていた。
Furthermore, the researchers belonging to the present applicant further researched the mechanism of causing the dimensional shrinkage of the porous sintered body due to the above thermal cycle. As a result, it was found that when the temperature was raised from room temperature to about 1000 ° C., the weight of the porous sintered body slightly decreased, and when the temperature was lowered to room temperature again, this weight was restored. Further, the dimensional shrinkage rate of the porous sintered body due to the thermal cycle was slightly different depending on the temperature rising / falling rate during the thermal cycle and the oxygen partial pressure in the atmosphere.

【0007】こうした現象が生ずる機構は、現在のとこ
ろ不明である。しかし、熱サイクルに伴って、大気中の
800℃以上の温度域で酸素が結晶中に出入りし、この
出入りに伴って結晶格子が歪み、金属原子の物質移動が
促進されているものと推測される。
The mechanism by which such a phenomenon occurs is currently unknown. However, it is speculated that oxygen goes in and out of the crystal in the temperature range of 800 ° C. or higher in the atmosphere due to the thermal cycle, and the crystal lattice is distorted as the oxygen goes in and out, promoting the mass transfer of metal atoms. It

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このため、前記したよ
うな熱サイクルによる寸法収縮現象を抑制ないし防止す
ることが要請される。このため、本発明者は、特開平6
−316471号公報、特開平6−287048号公報
等において、ランタンマンガナイトの組成を大きく変更
することによって、多孔質焼結体の寸法収縮現象を抑制
ないし防止できることを開示した。しかし、固体電解質
型燃料電池の空気電極に要求される特性は多岐にわたる
ので、前記の熱サイクル収縮を防止できるような新たな
ペロブスカイト型複合酸化物を更に見いだすことが必要
である。
Therefore, it is required to suppress or prevent the dimensional shrinkage phenomenon due to the thermal cycle as described above. Therefore, the present inventor
JP-A-316471, JP-A-6-287048 and the like disclose that the dimensional shrinkage phenomenon of the porous sintered body can be suppressed or prevented by largely changing the composition of lanthanum manganite. However, since the characteristics required for the air electrode of the solid oxide fuel cell are diverse, it is necessary to further find a new perovskite type composite oxide capable of preventing the thermal cycle shrinkage.

【0009】本発明の課題は、ランタンマンガナイトを
始めとするペロブスカイト型酸化物多孔質焼結体におい
て、前記の熱サイクルによる寸法収縮を抑制できるよう
な新たな微構造を見いだすことである。
An object of the present invention is to find a new microstructure capable of suppressing dimensional shrinkage due to the above-mentioned thermal cycle in a perovskite type oxide porous sintered body such as lanthanum manganite.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、ペロブスカイ
ト型複合酸化物相と、銀、ジルコニウム、インジウム、
モリブデン、ニオブ、タングステン、珪素、スズおよび
アンチモンからなる群より選ばれた一種以上の金属また
はその化合物からなる結晶相とを備えていることを特徴
とする、多孔質焼結体に係るものである。
The present invention relates to a perovskite type complex oxide phase, silver, zirconium, indium,
The present invention relates to a porous sintered body characterized by comprising a crystalline phase made of one or more metals selected from the group consisting of molybdenum, niobium, tungsten, silicon, tin and antimony, or a compound thereof. .

【0011】また、本発明は、ペロブスカイト型複合酸
化物相と、ランタン、マンガンおよびニッケルからなる
群より選ばれた一種以上の金属またはその化合物からな
る結晶相とを備えていることを特徴とする、多孔質焼結
体に係るものである。
Further, the present invention is characterized by comprising a perovskite type complex oxide phase and a crystal phase comprising one or more metals selected from the group consisting of lanthanum, manganese and nickel or a compound thereof. The present invention relates to a porous sintered body.

【0012】前記の多孔質焼結体を製造するのに際して
は、焼成後にペロブスカイト型複合酸化物を構成する金
属元素を含有する化合物群、またはペロブスカイト型複
合酸化物単体と、銀、ジルコニウム、インジウム、モリ
ブデン、ニオブ、タングステン、珪素、スズおよびアン
チモンからなる群より選ばれた一種以上の金属元素を含
む添加物質との混合物を焼成する工程を設ける。
When manufacturing the above-mentioned porous sintered body, a group of compounds containing a metal element constituting the perovskite type composite oxide after firing, or a single perovskite type composite oxide, silver, zirconium, indium, A step of firing a mixture with an additive substance containing one or more metal elements selected from the group consisting of molybdenum, niobium, tungsten, silicon, tin and antimony is provided.

【0013】または、焼成後にペロブスカイト型複合酸
化物を構成する金属元素を含有する化合物群、またはペ
ロブスカイト型複合酸化物単体と、マンガンおよびニッ
ケルからなる群より選ばれた一種以上の金属元素を含む
添加物質との混合物を焼成する工程を設け、ここで、ペ
ロブスカイト型複合酸化物のモル数と、前記添加物質に
含まれる金属元素のモル数との比率を1.00:0.0
2〜0.50とする。
Alternatively, a compound group containing a metal element forming the perovskite type composite oxide after firing, or an addition containing one or more metal elements selected from the group consisting of a perovskite type composite oxide simple substance and manganese and nickel. A step of firing a mixture with a substance is provided, wherein the ratio of the number of moles of the perovskite type complex oxide to the number of moles of the metal element contained in the additive substance is 1.00: 0.0.
2 to 0.50.

【0014】または、前記化合物群またはペロブスカイ
ト型複合酸化物と、ランタンを含む添加物質との混合物
を焼成する工程を有しており、ペロブスカイト型複合酸
化物のモル数と、前記添加物質に含まれる金属元素のモ
ル数との比率を1.00:0.02〜0.04とする。
Alternatively, the method has a step of firing a mixture of the compound group or perovskite type complex oxide and an additive substance containing lanthanum, and is included in the additive substance and the number of moles of the perovskite type complex oxide. The ratio with the number of moles of the metal element is 1.00: 0.02 to 0.04.

【0015】本発明者は、多孔質焼結体を構成する複合
酸化物の組成について詳細に検討を加えてきた。即ち、
La、Ca、Sr、Mn等の化合物の粉末に対して、各
種の金属元素を添加し、この添加金属元素が多孔質焼結
体に対して及ぼす影響を調査してきた。この過程で、特
定の金属元素を添加すると、多孔質焼結体において、ペ
ロブスカイト型複合酸化物の結晶相内にこの金属元素が
固溶せず、金属単体または金属化合物として第二相とし
て析出することを見いだした。そして、この多孔質焼結
体を前述の熱サイクルに供すると、多孔質焼結体の寸法
の収縮が顕著に抑制されることを確認し、本発明に到達
した。
The present inventor has made detailed studies on the composition of the composite oxide constituting the porous sintered body. That is,
Various metal elements have been added to powders of compounds such as La, Ca, Sr, and Mn, and the effect of the added metal elements on the porous sintered body has been investigated. If a specific metal element is added in this process, the metal element does not form a solid solution in the crystal phase of the perovskite-type composite oxide in the porous sintered body, and is precipitated as a second phase as a simple metal or a metal compound. I found a thing. Then, when the porous sintered body was subjected to the above-mentioned thermal cycle, it was confirmed that the dimensional shrinkage of the porous sintered body was remarkably suppressed, and the present invention was reached.

【0016】具体的には、こうした特定の金属元素とし
ては、銀、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、ニ
オブ、タングステン、珪素、スズおよびアンチモンから
なる群より選ばれた一種以上の金属元素が該当してい
た。特に、ペロブスカイト型複合酸化物のモル数を1.
00としたとき、前記添加物質に含まれる金属元素のモ
ル数の比率を0.02以上とすることによって、この作
用効果が顕著になった。
Specifically, as such a specific metal element, one or more metal elements selected from the group consisting of silver, zirconium, indium, molybdenum, niobium, tungsten, silicon, tin and antimony corresponded. . In particular, the number of moles of the perovskite complex oxide is 1.
When it was set to 00, this action and effect became remarkable by setting the molar ratio of the metal elements contained in the additive substance to 0.02 or more.

【0017】更に、この観点から、前記添加物質に含ま
れる金属元素のモル数の比率は、0.05以上とするこ
とが好ましく、0.10以上とすることが更に好まし
い。特に、これが0.10以上である領域では、いずれ
の金属元素を添加した場合にも、金属元素の添加量の増
加に対する熱サイクルによる寸法収縮の変化が小さくな
ってくる。
From this viewpoint, the molar ratio of the metal element contained in the additive substance is preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more. In particular, in the region where the value is 0.10 or more, the change in dimensional shrinkage due to the heat cycle with respect to the increase in the addition amount of the metal element becomes small regardless of which metal element is added.

【0018】また、前記ペロブスカイト型複合酸化物の
モル数を1.00としたとき、前記添加物質に含まれる
金属元素のモル数の比率が0.50を越えると、焼成時
に成形体がきわめて焼結し易くなり、多孔質焼結体の製
造が困難になってきた。例えば、ランタンカルシウムマ
ンガナイトやランタンストロンチウムマンガナイトを例
にとると、これらのペロブスカイト型複合酸化物の焼結
温度は1300℃以上、更には1400℃とすることが
好ましいが、前記添加物質に含まれる金属元素の比率が
0.50を越えると、1400℃以下の温度領域でも焼
結体が顕著に焼き締まり易くなり、その気孔率が大幅に
低下してくるため、所望の大きさの気孔率を有する多孔
質焼結体を製造することが困難になってきた。従って、
前記添加物質に含まれる金属元素のモル数の比率は0.
5以下とすることが好ましい。
When the molar number of the perovskite type complex oxide is 1.00 and the molar ratio of the metal elements contained in the additive substance exceeds 0.50, the molded body is extremely burned during firing. It becomes easy to bind, and it has become difficult to manufacture a porous sintered body. For example, when lanthanum calcium manganite or lanthanum strontium manganite is taken as an example, the sintering temperature of these perovskite type complex oxides is preferably 1300 ° C. or higher, and more preferably 1400 ° C. When the ratio of the metal elements exceeds 0.50, the sintered body is significantly likely to be compacted even in the temperature range of 1400 ° C. or less, and the porosity of the sintered body is significantly reduced. It has become difficult to manufacture a porous sintered body having the same. Therefore,
The ratio of the number of moles of metal elements contained in the additive substance is 0.
It is preferably 5 or less.

【0019】こうした観点から見て、前記添加物質に含
まれる金属元素の比率は0.4以下とすることが更に好
ましい。
From this point of view, it is more preferable that the ratio of the metal element contained in the additive substance is 0.4 or less.

【0020】ここで、ペロブスカイト型複合酸化物以外
に析出する結晶相を構成する物質は、添加した金属によ
って異なる。
Here, the substances forming the crystal phase other than the perovskite type complex oxide differ depending on the added metal.

【0021】また、前記した添加金属元素のうち、多孔
質焼結体の熱サイクルによる寸法収縮を防止するという
観点からは、更にジルコニウム、インジウム、モリブデ
ン、タングステン、珪素、スズ、アンチモンおよび銀か
らなる群より選ばれた一種以上の金属元素が好ましい。
即ち、これらの金属元素の添加量を前記比率で0.20
添加したときに、熱サイクル1回当たりの前記寸法収縮
率を0.01%以下とすることができた。ただし、「熱
サイクル1回当たりの寸法収縮率」とは、多孔質焼結体
を焼結させた後、最初の熱サイクルから10回目の熱サ
イクルまでの各寸法収縮率の平均値を指すものとする。
From the viewpoint of preventing the dimensional shrinkage of the porous sintered body due to the heat cycle among the above-mentioned additional metal elements, it further comprises zirconium, indium, molybdenum, tungsten, silicon, tin, antimony and silver. One or more metal elements selected from the group are preferred.
That is, the addition amount of these metal elements is 0.20 at the above ratio.
When added, the dimensional shrinkage ratio per thermal cycle could be 0.01% or less. However, the "dimensional shrinkage rate per thermal cycle" refers to the average value of each dimensional shrinkage rate from the first thermal cycle to the tenth thermal cycle after sintering the porous sintered body. And

【0022】更には、ジルコニウム、インジウム、ス
ズ、アンチモンおよび銀からなる群より選ばれた一種以
上の金属元素が好ましい。即ち、これらの金属元素の添
加量を前記比率で0.20添加したときに、熱サイクル
1回当たりの前記寸法収縮を0.005%以下とするこ
とができた。この観点から、更には、ジルコニウム、イ
ンジウムおよび銀からなる群より選ばれた一種以上の金
属元素が好ましい。
Further, one or more metal elements selected from the group consisting of zirconium, indium, tin, antimony and silver are preferable. That is, when the addition amount of these metal elements was 0.20 at the above ratio, the dimensional shrinkage per thermal cycle could be 0.005% or less. From this viewpoint, one or more metal elements selected from the group consisting of zirconium, indium and silver are more preferable.

【0023】また、多孔質焼結体を耐熱性電極、高温電
極ないし通気性電極として使用する場合には、多孔質焼
結体の電気伝導度を向上させることが必要である。この
観点からは、多孔質焼結体の電気伝導度を向上させるた
めには、前記した各添加金属元素のうち、インジウムお
よび銀からなる群より選ばれた一種以上の金属元素を採
用することが好ましい。特に銀を使用すると、多孔質焼
結体の電気伝導度が、第二相が析出しない場合と比較し
ても顕著に向上するという、驚くべき結果を得た。
When the porous sintered body is used as a heat resistant electrode, a high temperature electrode or a breathable electrode, it is necessary to improve the electric conductivity of the porous sintered body. From this viewpoint, in order to improve the electric conductivity of the porous sintered body, it is preferable to employ one or more metal elements selected from the group consisting of indium and silver among the above-mentioned additive metal elements. preferable. In particular, when silver is used, the surprising result is obtained in which the electric conductivity of the porous sintered body is significantly improved as compared with the case where the second phase is not precipitated.

【0024】また、本発明者は、焼成後にペロブスカイ
ト型複合酸化物を構成する金属元素を含有する化合物群
に対して、マンガン、ランタン、ニッケルを更に添加し
てみた。ただし、マンガン、ニッケルは、ペロブスカイ
ト型複合酸化物のBサイトに置換されうる金属元素であ
り、ランタンは、ペロブスカイト型複合酸化物のAサイ
トに置換されうる金属元素である。従って、ペロブスカ
イト型複合酸化物を構成すべき前記化合物群と、これに
添加する添加物質との総和において、AサイトとBサイ
トとがほぼ1:1となるモル比率である場合には、第二
相は析出しない。
The inventor of the present invention further added manganese, lanthanum and nickel to the group of compounds containing the metal element constituting the perovskite type complex oxide after firing. However, manganese and nickel are metal elements that can be substituted at the B site of the perovskite complex oxide, and lanthanum is a metal element that can be substituted at the A site of the perovskite complex oxide. Therefore, in the case where the A site and the B site have a molar ratio of about 1: 1 in the total sum of the compound group that should constitute the perovskite complex oxide and the additive substance added to the compound group, No phase precipitates.

【0025】そこで、本発明の多孔質焼結体を製造する
ためには、焼成後にペロブスカイト型複合酸化物を構成
すべき化合物群と、マンガン、ニッケルおよびランタン
からなる群より選ばれた一種以上の金属元素を含む添加
物質との混合物を焼成する際に、ペロブスカイト型複合
酸化物のモル数を1.00としたとき、添加物質に含ま
れる金属元素のモル数を0.02以上とすることによっ
て、添加物質に含まれる金属元素を析出させる必要があ
る。
Therefore, in order to produce the porous sintered body of the present invention, one or more compounds selected from the group consisting of compounds that should constitute the perovskite type complex oxide after firing and the group consisting of manganese, nickel and lanthanum. When the number of moles of the perovskite type complex oxide is set to 1.00 when firing the mixture with the additional substance containing the metal element, the number of moles of the metal element contained in the additional substance is set to 0.02 or more. It is necessary to precipitate the metal element contained in the additive substance.

【0026】そして、このような添加金属元素を使用し
た場合にも、前述したものと同様に、やはり多孔質焼結
体を前述の熱サイクルに供したときに、多孔質焼結体の
寸法の収縮が顕著に抑制されることを見いだした。
Even when such an additive metal element is used, as in the case of the above-mentioned one, when the porous sintered body is also subjected to the above-mentioned thermal cycle, the size of the porous sintered body is changed. It was found that the contraction was significantly suppressed.

【0027】添加物質に含まれる金属元素のモル数の比
率を0.02未満とすると、これらの金属元素がペロブ
スカイト型複合酸化物の結晶相に対して固溶するし、前
記寸法収縮に対する耐久性の向上も顕著ではない。
When the ratio of the number of moles of metal elements contained in the additive substance is less than 0.02, these metal elements form a solid solution with the crystal phase of the perovskite type complex oxide, and the durability against the dimensional shrinkage. Improvement of is not remarkable.

【0028】このうち、ランタンについては、ニッケル
やマンガンとは性質が異なるので、言及する必要があ
る。即ち、ランタンマンガナイトの原料粉末中にランタ
ンを添加すると、ランタンはペロブスカイト型複合酸化
物のAサイトに挿入されるが、このランタンの量を過剰
にすると、水酸化ランタンが第二相として析出し、この
ために多孔質焼結体が崩壊する。
Of these, lanthanum has different properties from nickel and manganese, so it is necessary to mention it. That is, when lanthanum is added to the raw material powder of lanthanum manganite, the lanthanum is inserted into the A site of the perovskite type complex oxide, but when the amount of this lanthanum is excessive, lanthanum hydroxide precipitates as the second phase. Therefore, the porous sintered body collapses.

【0029】しかし、本発明者は、ランタンを過剰に添
加し、水酸化ランタンを第二相として析出させた場合で
あっても、この水酸化ランタンの析出量がある範囲内で
あれば、多孔質焼結体の前記寸法収縮を顕著に減少させ
うるのと共に、多孔質焼結体の崩壊も生じないことを発
見した。ただし、このためには、添加物質に含まれる金
属元素のモル数の比率を0.02以上とし、かつ0.0
4以下とすることが必要であった。これが0.04を越
えると、多孔質焼結体の組織が吸水し、崩壊するおそれ
が生じた。
However, even if the lanthanum is added in excess and the lanthanum hydroxide is deposited as the second phase, the present inventor has found that if the amount of the lanthanum hydroxide deposited is within a certain range, It was discovered that the dimensional shrinkage of the porous sintered body can be significantly reduced, and the porous sintered body does not collapse. However, for this purpose, the ratio of the number of moles of the metal element contained in the additive substance is 0.02 or more, and 0.0
It was necessary to set it to 4 or less. If this exceeds 0.04, the structure of the porous sintered body may absorb water and collapse.

【0030】また、添加物質に含まれる金属元素として
マンガンまたはニッケルを使用した場合には、添加物質
に含まれる金属元素のモル数の比率は、0.05以上と
することが好ましく、0.10以上とすることが更に好
ましい。特に、これが0.10以上である領域では、熱
サイクル1回当たりの前記寸法収縮を0.002%以下
と、顕著に減少させることができた。
When manganese or nickel is used as the metal element contained in the additive substance, the ratio of the number of moles of the metal element contained in the additive substance is preferably 0.05 or more. It is more preferable to set the above. In particular, in the region where it was 0.10 or more, the dimensional shrinkage per thermal cycle could be remarkably reduced to 0.002% or less.

【0031】また、前記化合物群に含まれる金属元素の
モル数を1.00としたときの前記添加物質に含まれる
金属元素のモル数の比率が0.50を越えると、前述し
たような理由から、焼成時に成形体がきわめて焼結し易
くなり、製造が困難になってきた。従って、前記添加物
質に含まれる金属元素の比率は0.5以下とすることが
好ましい。
Further, if the ratio of the number of moles of the metal element contained in the additive substance exceeds 0.50 when the number of moles of the metal element contained in the compound group is set to 1.00, the reason as described above is caused. Therefore, the molded body becomes extremely easy to sinter during firing, which makes manufacture difficult. Therefore, the ratio of the metal element contained in the additive substance is preferably 0.5 or less.

【0032】こうした観点から見て、前記添加物質に含
まれる金属元素のモル数の比率は0.4以下とすること
が更に好ましい。
From this viewpoint, it is more preferable that the ratio of the number of moles of the metal element contained in the additive substance is 0.4 or less.

【0033】また、多孔質焼結体を耐熱性電極、高温電
極ないし通気性電極として使用する場合には、多孔質焼
結体の電気伝導度を向上させることが必要である。この
観点からは、多孔質焼結体の電気伝導度の低下を防止す
るために、前記した各添加金属元素のうち、マンガン、
ニッケルを採用することが好ましい。
When the porous sintered body is used as a heat resistant electrode, a high temperature electrode or a breathable electrode, it is necessary to improve the electric conductivity of the porous sintered body. From this point of view, in order to prevent the decrease in the electrical conductivity of the porous sintered body, among the above-mentioned additional metal elements, manganese,
It is preferable to employ nickel.

【0034】本発明においては、ペロブスカイト型複合
酸化物以外に第二相が析出しているが、この第二相は、
前記した金属元素からなる金属単体である場合があり、
またはこの金属を含有する化合物である場合もある。ま
た、ペロブスカイト型複合酸化物を焼成後に構成すべき
化合物群に対して、少なくとも前記金属元素を含む添加
物質を添加するが、この添加物質としては、金属単体で
もよく、前記金属元素を含有する化合物であってもよ
い。
In the present invention, the second phase is precipitated in addition to the perovskite type complex oxide.
In some cases, it may be a simple metal composed of the above metal elements,
Alternatively, it may be a compound containing this metal. Further, an additive substance containing at least the metal element is added to the compound group to be formed after firing the perovskite type composite oxide, and the additive substance may be a simple metal or a compound containing the metal element. May be

【0035】また、ペロブスカイト型複合酸化物を構成
すべき化合物群としては、各金属元素の酸化物、炭酸
塩、硝酸塩、硫酸塩を例示することができる。また、ペ
ロブスカイト型複合酸化物に対して前記の添加物質を混
合することもできる。
Examples of compounds that should constitute the perovskite type complex oxide include oxides, carbonates, nitrates and sulfates of each metal element. Further, the above-mentioned additive substance can be mixed with the perovskite complex oxide.

【0036】[0036]

【実施例】本発明に係る多孔質焼結体を製造するには、
好ましい態様においては、ペロブスカイト型複合酸化物
の出発原料である化合物群の各粉末と、前記添加物質の
粉末とを混合して混合粉末を製造し、この混合粉末を焼
成して合成物を製造し、この合成物を粉砕する。この合
成物に対して、適当な有機バインダーおよび/または造
孔剤を添加して成形し、成形体を得る。
EXAMPLE To manufacture a porous sintered body according to the present invention,
In a preferred embodiment, each powder of the compound group that is a starting material of the perovskite-type composite oxide is mixed with the powder of the additive substance to produce a mixed powder, and the mixed powder is fired to produce a synthetic product. , Crush this compound. An appropriate organic binder and / or a pore-forming agent is added to this synthetic product and the product is molded to obtain a molded product.

【0037】この成形体の焼成温度は、1300°C〜
1600°Cとすることが好ましい。焼成温度を130
0°C未満とすると、焼結が完全に完了しない。160
0°Cよりも高くすると、多孔質焼結体の組織が緻密に
なりすぎ、その気孔率が低下する。
The firing temperature of this molded body is 1300 ° C to
The temperature is preferably 1600 ° C. Baking temperature to 130
If the temperature is lower than 0 ° C, sintering will not be completed completely. 160
If the temperature is higher than 0 ° C, the structure of the porous sintered body will be too dense and the porosity will decrease.

【0038】本発明に係る多孔質焼結体を構成するペロ
ブスカイト型複合酸化物および第二相の組成について、
更に説明する。複合酸化物の組成自体は、公知のものに
対して適用することができるが、特に、Bサイトが少な
くともマンガンによって占められているものが好まし
い。更に好ましくは、複合酸化物のAサイトが、希土類
元素及びアルカリ土類金属元素からなる群より選ばれた
1種以上の金属元素によって占められている。更に好ま
しくは、複合酸化物のAサイトが、セリウムを除く希土
類元素、及びイットリウムからなる群より選ばれた一種
以上の金属元素と、カルシウム及びストロンチウムから
なる群より選ばれた1種以上の金属元素とによって、占
められている。
Regarding the composition of the perovskite-type composite oxide and the second phase constituting the porous sintered body according to the present invention,
Further description will be made. The composition itself of the composite oxide can be applied to a known composition, but it is particularly preferable that the B site is occupied by at least manganese. More preferably, the A site of the composite oxide is occupied by at least one metal element selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth metal elements. More preferably, the A site of the composite oxide is one or more metal elements selected from the group consisting of rare earth elements other than cerium and yttrium, and one or more metal elements selected from the group consisting of calcium and strontium. It is occupied by and.

【0039】本発明で好ましく使用できる複合酸化物を
例示する。この複合酸化物は、次の一般式(I)の組成
を有するものが好ましい。
The complex oxides that can be preferably used in the present invention are exemplified. This composite oxide preferably has a composition represented by the following general formula (I).

【化1】R1-X X MnO3 (I)Embedded image R 1-X A X MnO 3 (I)

【0040】ここで、R、Aが複合酸化物のAサイトを
占め、Mnが複合酸化物のBサイトを占める。
Here, R and A occupy the A site of the composite oxide, and Mn occupies the B site of the composite oxide.

【0041】Rは、セリウムを除く希土類元素、及びイ
ットリウムからなる群より選ばれた一種の金属元素であ
る。この群とは、イットリウム、ランタン、プラセオジ
ム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウ
ム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びル
テチウムからなる群である。Rとしては、ランタン、プ
ラセオジム、ネオジム、サマリウム、ジスプロシウム、
ガドリニウム及びイットリウムからなる群より選ばれた
ものが、特に好ましい。Aは、カルシウム及びストロン
チウムからなる群より選ばれた1種以上の金属である。
R is a kind of metal element selected from the group consisting of rare earth elements other than cerium and yttrium. This group is the group consisting of yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. As R, lantern, praseodymium, neodymium, samarium, dysprosium,
Those selected from the group consisting of gadolinium and yttrium are particularly preferred. A is one or more metals selected from the group consisting of calcium and strontium.

【0042】この組成においては、Aサイトの5%以
上、50%以下(x=0.05〜0.50)をカルシウ
ムまたはストロンチウムによって置換する。
In this composition, 5% or more and 50% or less (x = 0.05 to 0.50) of the A site is replaced with calcium or strontium.

【0043】また、次の一般式(II)の組成を有する
複合酸化物も好ましい。
Further, a complex oxide having a composition represented by the following general formula (II) is also preferable.

【化2】R1-X X Mn1-Z z 3 (II)Embedded image R 1-X A X Mn 1-Z E z O 3 (II)

【0044】ここで、R、Aが複合酸化物のAサイトを
占め、Mn、Eが複合酸化物のBサイトを占める。R
は、セリウムを除く希土類元素、及びイットリウムから
なる群より選ばれた1種の金属元素である。Aは、カル
シウム及びストロンチウムからなる群より選ばれた1種
以上の金属である。
Here, R and A occupy the A site of the composite oxide, and Mn and E occupy the B site of the composite oxide. R
Is a metal element selected from the group consisting of rare earth elements other than cerium and yttrium. A is one or more metals selected from the group consisting of calcium and strontium.

【0045】この組成においては、アルミニウム、コバ
ルト、銅、マグネシウム、クロム、ニッケル、鉄、チタ
ン及び亜鉛からなる群より選ばれた一種以上の金属原子
Eによって、複合酸化物のBサイトのマンガン原子の一
部を置換している。
In this composition, at least one metal atom E selected from the group consisting of aluminum, cobalt, copper, magnesium, chromium, nickel, iron, titanium and zinc is used to convert the manganese atom at the B site of the composite oxide. Some have been replaced.

【0046】Bサイトにおけるマンガン原子以外の金属
原子Eの置換割合は、0.02%以上、20%以下(z
=0.0002〜0.20)とする。この置換割合を
0.02%以上とすることにより、熱サイクルによる収
縮抑制効果が一層顕著となる。しかし、20%を超える
と、多孔質焼結体の電気伝導度が低下する傾向がある。
The substitution ratio of the metal atom E other than the manganese atom at the B site is 0.02% or more and 20% or less (z
= 0.0002 to 0.20). By setting the substitution ratio to 0.02% or more, the effect of suppressing shrinkage due to the thermal cycle becomes more remarkable. However, if it exceeds 20%, the electric conductivity of the porous sintered body tends to decrease.

【0047】この組成においては、更に、Aサイトの5
%以上、50%以下(x=0.05〜0.50)をカル
シウムまたはストロンチウムによって置換する。この置
換量が5%未満であると、多孔質焼結体の電気伝導度が
低下する傾向がある。
Further, in this composition, 5 of A site is added.
% Or more and 50% or less (x = 0.05 to 0.50) is replaced by calcium or strontium. If this substitution amount is less than 5%, the electric conductivity of the porous sintered body tends to decrease.

【0048】また、他の好ましい組成においては、複合
酸化物のAサイトが、カルシウム及びストロンチウムか
らなる群より選ばれた一種以上の第一の金属元素、セリ
ウムを除く希土類元素とイットリウムからなる群より選
ばれた二種以上の第二の金属元素によって占められてお
り、Aサイトのうち5〜70%が第一の金属元素によっ
て占められており、複合酸化物のBサイトにマンガンが
含有されている。
In another preferred composition, the A site of the composite oxide is selected from the group consisting of at least one first metal element selected from the group consisting of calcium and strontium, a rare earth element other than cerium, and yttrium. It is occupied by two or more selected second metal elements, 5 to 70% of the A site is occupied by the first metal element, and the B site of the composite oxide contains manganese. There is.

【0049】この複合酸化物の組成は、好ましくは下記
一般式(III)式によって表されるものである。
The composition of this composite oxide is preferably represented by the following general formula (III).

【化3】R1-X X MnO3 (III)Embedded image R 1-X A X MnO 3 (III)

【0050】ここで、R、Aが複合酸化物のAサイトを
占め、Mnが複合酸化物のBサイトを占める。
Here, R and A occupy the A site of the composite oxide, and Mn occupies the B site of the composite oxide.

【0051】Aは、カルシウム及びストロンチウムから
なる群より選ばれた一種以上の第一の金属元素である。
Rは、セリウムを除く希土類元素、及びイットリウムか
らなる群より選ばれた二種以上の第二の金属元素であ
る。この群とは、イットリウム、ランタン、プラセオジ
ム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウ
ム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテ
チウムからなる群である。第二の金属元素Rは、ランタ
ン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ジスプロシ
ウム、ガドリニウム、イットリウムからなる群より選ば
れたものが好ましい。
A is one or more first metal elements selected from the group consisting of calcium and strontium.
R is a rare earth element other than cerium, and two or more second metal elements selected from the group consisting of yttrium. This group is a group consisting of yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium. The second metal element R is preferably selected from the group consisting of lanthanum, praseodymium, neodymium, samarium, dysprosium, gadolinium, and yttrium.

【0052】第一の金属元素Aによる置換割合Xは、A
サイトのうち5〜70%(x=0.05〜0.70)と
する。多孔質焼結体の電気伝導度の観点からは、カルシ
ウムまたはストロンチウムの置換量を、50%以下とす
ることが好ましい。
The substitution ratio X by the first metal element A is A
5 to 70% (x = 0.05 to 0.70) of the sites. From the viewpoint of electric conductivity of the porous sintered body, the substitution amount of calcium or strontium is preferably 50% or less.

【0053】また、複合酸化物の組成は、好ましくは下
記一般式(IV)式によって表されるものである。
The composition of the composite oxide is preferably represented by the following general formula (IV).

【化4】R1-X X Mn1-z z 3 (IV)Embedded image R 1-X A X Mn 1-z E z O 3 (IV)

【0054】A、Rは、上記した元素である。Eは、ア
ルミニウム、コバルト、銅、マグネシウム、クロム、ニ
ッケル、鉄、チタン及び亜鉛からなる群より選ばれた一
種以上の第三の金属元素であり、Bサイトの残部がマン
ガンによって占められている。
A and R are the above-mentioned elements. E is one or more third metal elements selected from the group consisting of aluminum, cobalt, copper, magnesium, chromium, nickel, iron, titanium, and zinc, and the rest of the B site is occupied by manganese.

【0055】第一の金属元素Aによる置換割合Xは、A
サイトのうち5〜70%(x=0.05〜0.70)と
する。この置換量が5%未満であると、多孔質焼結体の
電気伝導度が低下する傾向がある。第一の金属元素Aに
よる置換割合は、50%以下とすることが好ましい。
The substitution ratio X by the first metal element A is A
5 to 70% (x = 0.05 to 0.70) of the sites. If this substitution amount is less than 5%, the electric conductivity of the porous sintered body tends to decrease. The substitution ratio of the first metal element A is preferably 50% or less.

【0056】Rは、前記したように、セリウムを除く希
土類元素、及びイットリウムからなる群より選ばれた二
種以上の第二の金属元素である。第二の金属元素のう
ち、1種類をランタンとした場合、Aサイトにおけるラ
ンタンの割合は、1〜94%とすることが好ましい。ま
た、この場合において、他の第二の金属元素Rの割合
は、Aサイトのうち1〜80%とするのが好ましく、2
0〜50%とするのが更に好ましい。
As described above, R is a rare earth element other than cerium and two or more second metal elements selected from the group consisting of yttrium. When one of the second metal elements is lanthanum, the proportion of lanthanum at the A site is preferably 1 to 94%. In this case, the proportion of the other second metal element R is preferably 1 to 80% of the A site, and 2
It is more preferable to set it to 0 to 50%.

【0057】第三の金属元素Eによる置換割合は、0.
02%〜40%とすることが好ましい。これを0.02
%以上とすることにより、熱サイクルによる収縮抑制効
果が一層顕著となる。
The substitution ratio of the third metal element E is 0.
It is preferably set to 02% to 40%. 0.02 for this
When it is at least%, the effect of suppressing shrinkage due to the thermal cycle becomes more remarkable.

【0058】ペロブスカイト型複合酸化物は、非化学量
論的組成をとりうるので、多孔質焼結体の製造工程にお
いて不可避的に混入する若干の不純物に由来する複合酸
化物の組成変動は、許容される。
Since the perovskite type complex oxide can have a non-stoichiometric composition, the composition variation of the complex oxide due to some impurities inevitably mixed in the manufacturing process of the porous sintered body is allowed. To be done.

【0059】本発明の多孔質焼結体は、特に、熱サイク
ルに対して安定な高温電極材料として好ましく使用でき
る。こうした高温電極材料としては、核融合炉、MHD
発電等における電極材料がある。
The porous sintered body of the present invention can be particularly preferably used as a high temperature electrode material which is stable against heat cycles. Examples of such high-temperature electrode materials include fusion reactors, MHD
There are electrode materials for power generation.

【0060】また、本発明の多孔質焼結体は、その耐熱
性および通気性から、SOFC用の空気極材料として、
特に好適に使用できる。更に、自己支持型の空気極基体
の材料として用いることが好ましい。こうした空気極基
体は、単電池の母材として用いられるものであり、空気
極基体上に、固体電解質膜、燃料電極膜、インターコネ
クター、セパレータなどの各構成部分が積層される。こ
の際、空気極基体の形状は、両端が開口した円筒形状、
一端が開口し、他端が閉塞された有底円筒形状、平板形
状などであってよい。このうち、上記したいずれかの円
筒形状のものが、熱応力がかかりにくく、ガスシールが
容易なので、特に好ましい。
Further, the porous sintered body of the present invention is used as an air electrode material for SOFC because of its heat resistance and air permeability.
It can be used particularly preferably. Further, it is preferably used as a material for a self-supporting air electrode substrate. Such an air electrode base is used as a base material of a single cell, and each component such as a solid electrolyte membrane, a fuel electrode membrane, an interconnector and a separator is laminated on the air electrode base. At this time, the air electrode substrate has a cylindrical shape with both ends open,
The shape may be a bottomed cylindrical shape with one end open and the other end closed, a flat plate shape, or the like. Among them, any one of the above-mentioned cylindrical shapes is particularly preferable because thermal stress is hardly applied and gas sealing is easy.

【0061】多孔質焼結体の気孔率は、10〜40%と
することが好ましい。また、これをSOFC用の空気極
材料として用いる場合には、更に気孔率を15〜40%
とすることが好ましく、25〜35%とすると一層好ま
しい。この場合は、空気極の気孔率を15%以上とする
ことで、ガス拡散抵抗を小さくし、気孔率を40%以下
とすることで、ある程度の強度も確保することができ
る。
The porosity of the porous sintered body is preferably 10 to 40%. When it is used as an air electrode material for SOFC, the porosity is further increased to 15-40%.
Is preferable, and it is more preferable that it is 25 to 35%. In this case, by setting the porosity of the air electrode to 15% or more, the gas diffusion resistance is reduced, and by setting the porosity to 40% or less, it is possible to secure some strength.

【0062】以下、更に具体的な実験結果について説明
する。 (実験用試料の製造)出発原料として、La2 3 、C
aCO3 およびMn3 4 の各粉末を、ペロブスカイト
型複合酸化物を構成する化合物群として選択した。ただ
し、これらの化合物群の配合比率は、各金属元素のモル
比率に換算して、La:Ca:Mn=0.8:0.2:
1.0となるようにした。これは、La0.8 Ca0.2
nO3 の組成に対応する。
Hereinafter, more specific experimental results will be described. (Production of Experimental Sample) As a starting material, La 2 O 3 , C
Each powder of aCO 3 and Mn 3 O 4 was selected as a compound group constituting the perovskite type complex oxide. However, the compounding ratio of these compound groups is La: Ca: Mn = 0.8: 0.2: in terms of the molar ratio of each metal element.
It was set to 1.0. This is La 0.8 Ca 0.2 M
Corresponds to the composition of nO 3 .

【0063】この化合物群の粉末に対して、ZrO2
In2 3 、MoO3 、Nb2 5 、WO3 、Si
2 、SnO2 、Sb2 3 、Ag2 O、NiO、Mn
3 4 またはLa2 3 の各添加物質の粉末を秤量し、
混合した。この添加物質の混合比率は、前記したLa
0.8 Ca0.2 MnO3 1.00モルに対して、0.0
2、0.05、0.10、0.20、0.30、0.4
0、0.50または0.60モルとした。ただし、La
2 3 を添加した場合には、この添加比率を0.01、
0.02、0.04、0.06または0.20とした。
For powders of this compound group, ZrO 2 ,
In 2 O 3, MoO 3, Nb 2 O 5, WO 3, Si
O 2 , SnO 2 , Sb 2 O 3 , Ag 2 O, NiO, Mn
3 O 4 or La 2 O 3 Each additive substance powder is weighed,
Mixed. The mixing ratio of this additive substance is the above-mentioned La.
0.8 Ca 0.2 MnO 3 1.00 mol, 0.0
2, 0.05, 0.10, 0.20, 0.30, 0.4
It was 0, 0.50 or 0.60 mol. However, La
When 2 O 3 is added, the addition ratio is 0.01,
It was set to 0.02, 0.04, 0.06 or 0.20.

【0064】この混合粉末を乾燥し、コールドアイソス
タティックプレス法により、1tf/cm2 の圧力で成
形し、成形体を作製した。この成形体を、大気中、15
80℃で10時間熱処理し、合成品を製造した。
This mixed powder was dried and molded by a cold isostatic press method at a pressure of 1 tf / cm 2 to prepare a molded body. This molded body was placed in the atmosphere for 15
Heat treatment was performed at 80 ° C. for 10 hours to produce a synthetic product.

【0065】この合成品をトロンメルで8〜12時間粉
砕し、平均粒径約6μmの合成粉末を得た。次に、この
合成粉末に、水と有機バインダー(アクリル系バインダ
ー)とを加え、混合し、水分40%のスラリーを調製
し、スプレードライヤーで造粒した。この造粒粉末と、
造孔剤(アクリルパウダー)とを乾式混合し、乾式プレ
ス成形し、縦50mm、横25mm、厚さ6mmの平板
形状の成形体を製造した。この成形体を1200°C〜
1600°Cで5時間焼成し、各多孔質焼結体を得た。
ただし、各多孔質焼結体の気孔率が約30%となるよう
に、焼成温度を変更した。各多孔質焼結体の気孔率は、
水置換法によって測定した。
This synthetic product was crushed with a trommel for 8 to 12 hours to obtain a synthetic powder having an average particle size of about 6 μm. Next, water and an organic binder (acrylic binder) were added to and mixed with this synthetic powder to prepare a slurry having a water content of 40%, and granulated with a spray dryer. With this granulated powder,
A pore-forming agent (acrylic powder) was dry-mixed and dry-press molded to produce a flat plate-shaped molded body having a length of 50 mm, a width of 25 mm and a thickness of 6 mm. This molded body is 1200 ° C
It was fired at 1600 ° C for 5 hours to obtain each porous sintered body.
However, the firing temperature was changed so that the porosity of each porous sintered body was about 30%. The porosity of each porous sintered body is
It was measured by the water displacement method.

【0066】各多孔質焼結体を加工して、縦4mm、横
3mm、長さ40mmの四角柱形状の試料を製造した。
この各試料を使用して、熱サイクル収縮率および電気伝
導度を、後述するようにして測定した。
Each porous sintered body was processed to produce a quadrangular prism-shaped sample having a length of 4 mm, a width of 3 mm and a length of 40 mm.
Using each of these samples, thermal cycle shrinkage and electrical conductivity were measured as described below.

【0067】(結晶相および化学組成の測定)各多孔質
焼結体から前記試料を切り出したときの切りしろの一部
を樹脂中に埋め、樹脂を研磨し、走査型電子顕微鏡およ
びEDX(X線分光分析装置)によって、析出相の大き
さを測定し、また各金属元素の種類を同定した。また、
多孔質焼結体の切りしろの残部をアルミナ乳鉢内で粉砕
し、X線回折装置を使用して結晶相を測定し、蛍光X線
および誘導結合プラズマ原子分光分析法によって化学組
成を同定した。
(Measurement of Crystalline Phase and Chemical Composition) Part of the cut margin when the sample was cut out from each porous sintered body was embedded in the resin, the resin was polished, and the scanning electron microscope and EDX (X The size of the precipitation phase was measured by a line spectroscopy analyzer), and the type of each metal element was identified. Also,
The remainder of the cut portion of the porous sintered body was ground in an alumina mortar, the crystal phase was measured using an X-ray diffractometer, and the chemical composition was identified by fluorescent X-ray and inductively coupled plasma atomic spectroscopy.

【0068】この結果、添加物質中の金属元素に対し
て、実際に多孔質焼結体中から検出した第二相の結晶相
は、表1に示すような関係があった。
As a result, the crystal phase of the second phase actually detected in the porous sintered body was related to the metal element in the additive substance as shown in Table 1.

【0069】[0069]

【表1】 [Table 1]

【0070】走査型電子顕微鏡による観察およびX線回
折装置による観察の結果、表1に示したもの以外の結晶
相は同定できなかった。また、EDXによる測定の結
果、ニッケル、マンガンおよびランタン以外の金属元素
は、複合酸化物中には固溶しておらず、添加した金属元
素すべてが析出したものと考えられる。
As a result of observation with a scanning electron microscope and observation with an X-ray diffractometer, no crystal phase other than those shown in Table 1 could be identified. In addition, as a result of measurement by EDX, it is considered that the metal elements other than nickel, manganese, and lanthanum were not in solid solution in the composite oxide, and all the added metal elements were precipitated.

【0071】また、走査型電子顕微鏡写真、X線分光分
析装置およびX線回折装置による測定の結果、ニッケ
ル、マンガンおよびランタンのペロブスカイト型複合酸
化物への固溶範囲は、前記モル数の比率で0.02以下
であった。
As a result of measurement with a scanning electron microscope photograph, an X-ray spectroscopic analyzer and an X-ray diffractometer, the solid solution range of nickel, manganese and lanthanum in the perovskite type complex oxide is shown by the above molar ratio. It was 0.02 or less.

【0072】各多孔質焼結体について、そのセラミック
ス組織の走査型電子顕微鏡写真を、図1〜図12にそれ
ぞれ示す。ただし、図1は、ジルコニアを添加した場合
の多孔質焼結体のセラミックス組織を示す。グレーの部
分にはMn3 4が析出しており、ZrO2 が薄いグレ
ーに析出している。図2は、インジウムを添加した場合
を示し、白い部分が析出したインジウムである。図3
は、モリブデンを添加した場合を示し、グレーの部分が
CaMoO4 である。図4は、ニオブを添加した場合を
示し、白い部分がLaNbO4 である。図5は、タング
ステンを添加した場合を示す。図6は、珪素を添加した
場合を示す。図7は、スズを添加した場合を示す。図8
は、アンチモンを添加した場合を示し、白い部分がLa
3 Sb3 1 1 またはCa2 La3 Sb3 1 4 を示
す。図9は、銀を添加した場合を示し、白い部分はAg
を示し、グレーの部分はMn3 4 を示す。図10は、
ニッケルを添加した場合を示し、黒い部分はMn3 4
を示し、グレーの部分はNiMn2 4 を示す。図11
は、マンガンを添加した場合を示し、黒い部分がMn3
4 を示す。図12は、ランタンを添加した場合を示
し、白い部分がLa(OH)3 を示す。
Scanning electron micrographs of the ceramic structure of each porous sintered body are shown in FIGS. 1 to 12, respectively. However, FIG. 1 shows the ceramic structure of the porous sintered body when zirconia is added. Mn 3 O 4 is precipitated in the gray portion, and ZrO 2 is precipitated in the light gray. FIG. 2 shows the case where indium was added, and the white part is the deposited indium. FIG.
Shows the case where molybdenum was added, and the gray portion is CaMoO 4 . FIG. 4 shows the case where niobium was added, and the white portion is LaNbO 4 . FIG. 5 shows the case where tungsten is added. FIG. 6 shows the case where silicon is added. FIG. 7 shows the case where tin is added. FIG.
Shows the case where antimony was added, and the white part is La.
3 Sb 3 O 11 or Ca 2 La 3 Sb 3 O 14 is shown. Fig. 9 shows the case where silver is added, and the white part is Ag.
, And the gray portion shows Mn 3 O 4 . Figure 10
The case where nickel is added is shown, and the black portion is Mn 3 O 4
, And the gray part indicates NiMn 2 O 4 . Figure 11
Shows the case where manganese was added, and the black part is Mn 3
Indicates O 4 . FIG. 12 shows the case where lanthanum was added, and the white portion shows La (OH) 3 .

【0073】(熱サイクル収縮率の測定)前記した各試
料を、大気中にて、200℃/時間の温度上昇速度で6
00℃まで昇温させた。この後、600℃と1000℃
との間で、200℃/時間の昇降温速度にて10回熱サ
イクルをかけ、室温まで降温した。この際、各熱サイク
ルにおいて、600℃と1000℃では各々30分間ご
と、一定温度を保持した。その後、マイクロメータを用
いて各試料の寸法を測定し、熱サイクル前後の寸法収縮
率を計算した。最初の熱サイクル10回あたりの寸法収
縮率を、図13に示す。ただし、図13においては、各
金属元素のモル比率を0.20とした場合の測定結果を
示す。また、La0.8 Ca0.2 MnO3 単体の最初の1
0回の熱サイクル後の前記寸法収縮率は、0.19%で
ある。
(Measurement of Thermal Cycle Shrinkage) Each of the above-mentioned samples was subjected to 6 at a temperature rising rate of 200 ° C./hour in the atmosphere.
The temperature was raised to 00 ° C. After this, 600 ℃ and 1000 ℃
Between the and, a heat cycle was performed 10 times at a temperature rising / falling rate of 200 ° C./hour, and the temperature was lowered to room temperature. At this time, in each heat cycle, at 600 ° C. and 1000 ° C., a constant temperature was maintained every 30 minutes. Thereafter, the dimensions of each sample were measured using a micrometer, and the dimensional shrinkage before and after the heat cycle was calculated. FIG. 13 shows the dimensional shrinkage rate per 10 initial thermal cycles. However, FIG. 13 shows the measurement results when the molar ratio of each metal element is 0.20. In addition, the first 1 of La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 simple substance
The dimensional shrinkage after 0 thermal cycles is 0.19%.

【0074】この結果からわかるように、本発明の多孔
質焼結体およびその製造方法によれば、熱サイクルによ
る寸法収縮率を顕著に減少させうることがわかる。な
お、ランタンについては、0.20、0.06のモル比
率で添加すると、多孔質焼結体の崩壊が生じた。そし
て、ランタンのモル比率を0.04とすると、前記寸法
収縮率は0.04%であった。
As can be seen from these results, according to the porous sintered body of the present invention and the method for producing the same, the dimensional shrinkage ratio due to the heat cycle can be remarkably reduced. When lanthanum was added at a molar ratio of 0.20 and 0.06, the porous sintered body collapsed. The dimensional shrinkage was 0.04% when the molar ratio of lanthanum was 0.04.

【0075】また、図14には、マンガン、銀およびタ
ングステンについて、それぞれ金属元素の添加比率を前
述のように種々変更したときの、熱サイクルを最初に1
0回かけたときの多孔質焼結体の寸法収縮率を示す。こ
の結果からわかるように、金属元素の添加比率を0.0
2以上とすることによって、顕著に前記寸法収縮率が減
少しており、0.05以上とすると一層前記寸法収縮率
が減少し、0.10以上とすると、特に銀については寸
法収縮がほとんど見られなくなった。更にこれを0.2
0以上とすると、マンガンおよびタングステンについて
も、これ以上添加比率を上昇させても、前記寸法収縮率
の変化は、ほとんど見られなくなることがわかった。
Further, in FIG. 14, the thermal cycle when manganese, silver and tungsten are variously changed as described above with respect to the respective addition ratios of the metal elements is first shown as 1.
The dimensional shrinkage ratio of the porous sintered body when applied 0 times is shown. As can be seen from this result, the addition ratio of the metal element is 0.0
When it is 2 or more, the dimensional shrinkage is remarkably reduced, and when it is 0.05 or more, the dimensional shrinkage is further reduced. I can no longer. 0.2 more
It was found that when the ratio is 0 or more, the manganese and tungsten hardly show the change in the dimensional shrinkage ratio even if the addition ratio is further increased.

【0076】こうした全体の傾向は、他の金属元素、即
ち、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、ニオブ、
珪素、スズ、アンチモンおよびニッケルについてもほぼ
同様であった。特に、このうち、ニッケルおよびインジ
ウムについては、銀とほぼ同様のグラフとなり、ジルコ
ニウムおよびアンチモンについては、マンガンとほぼ同
様のグラフとなった。また、スズについては、タングス
テンとほぼ同様のグラフとなった。ランタンについて
は、やはりモル比率で0.02添加すると前記寸法収縮
率が顕著に減少したが、これが0.04を越えると、多
孔質焼結体が吸水して劣化しはじめることが判明した。
しかし、これが0.02〜0.04の範囲内では、多孔
質焼結体は安定であった。
The overall trend is that other metal elements, namely zirconium, indium, molybdenum, niobium,
The same was true for silicon, tin, antimony and nickel. In particular, of these graphs, nickel and indium have almost the same graph as silver, and zirconium and antimony have almost the same graph as manganese. For tin, the graph was almost the same as for tungsten. Regarding lanthanum, when the molar ratio of 0.02 was added, the dimensional shrinkage ratio was remarkably reduced. However, when the lanthanum content exceeds 0.04, it was found that the porous sintered body starts to absorb water and start to deteriorate.
However, in the range of 0.02 to 0.04, the porous sintered body was stable.

【0077】(電気伝導度の測定)表2に示す各金属元
素を0.20添加した多孔質焼結体から切り出した前記
の四角柱形状の各試料について、酸化雰囲気中で、直流
四端子法によって1000℃で電気伝導度を測定した。
この結果を表2に示す。
(Measurement of Electric Conductivity) With respect to each of the above-mentioned square pole-shaped samples cut out from the porous sintered body to which 0.20 of each metal element shown in Table 2 was added, a direct current four-terminal method was performed in an oxidizing atmosphere. The electrical conductivity was measured at 1000 ° C.
The results are shown in Table 2.

【0078】[0078]

【表2】 [Table 2]

【0079】表2からわかるように、銀を添加した場合
には、添加金属元素がないLa0.8 Ca0.2 MnO3
比較しても、顕著に電気伝導度が向上していた。これ
は、表1に示すように、銀が析出していたことに起因し
ているものと考えられる。また、インジウムを添加した
場合にも、やはりLa0.8 Ca0.2 MnO3と比較して
ほぼ同等の電気伝導度が得られた。これも、インジウム
金属の析出によるものと考えられる。
As can be seen from Table 2, when silver was added, the electrical conductivity was remarkably improved as compared with La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 containing no added metal element. It is considered that this is due to the precipitation of silver as shown in Table 1. Also, when indium was added, the electric conductivity was almost the same as that of La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 as well. This is also considered to be due to the deposition of indium metal.

【0080】また、表2に示した金属元素のうち、マン
ガン、銀およびインジウムについて、それぞれ金属元素
の添加比率を前述のように種々変更したときの、前記電
気伝導度の値を表3に示す。
Further, among manganese, silver and indium among the metal elements shown in Table 2, the values of the electric conductivity when various addition ratios of the metal elements are changed as described above are shown in Table 3. .

【0081】[0081]

【表3】 [Table 3]

【0082】この結果からわかるように、マンガンを添
加した場合には、その電気伝導度は、La0.8 Ca0.2
MnO3 の電気伝導度とほぼ同等であり、しかも添加量
にはほとんど依存していない。しかし、銀を添加した場
合には、銀の添加比率を増大させるほど、試料の電気伝
導度が向上していくことがわかる。このため、電気伝導
度および前記寸法収縮率の観点からみて、銀の添加比率
は、0.20以上、0.50以下とすることが、より一
層好ましいと言える。また、インジウムについても、そ
の添加比率が0.20程度では、La0.8 Ca0.2 Mn
3の電気伝導度とほぼ同等であったが、これが0.3
0以上となると、試料の電気伝導度が更に多くなること
が判明した。従って、この観点から見ると、インジウム
の添加比率は、0.30以上、0.50以下とすること
が、より一層好ましいと言える。上限の0.50の理由
は、次項の(気孔率の測定)で述べるように、金属元素
の添加量が0.50を越えると、気孔率が急激に低下す
るためである。
As can be seen from these results, when manganese is added, its electric conductivity is La 0.8 Ca 0.2.
It has almost the same electrical conductivity as MnO 3 and almost no dependence on the amount added. However, when silver is added, it can be seen that the electrical conductivity of the sample improves as the addition ratio of silver increases. Therefore, from the viewpoint of the electrical conductivity and the dimensional shrinkage ratio, it can be said that the addition ratio of silver is more preferably 0.20 or more and 0.50 or less. Also, with respect to indium, when the addition ratio is about 0.20, La 0.8 Ca 0.2 Mn
It was almost equal to the electrical conductivity of O 3 , but this was 0.3.
It was found that when the value was 0 or more, the electrical conductivity of the sample was further increased. Therefore, from this viewpoint, it can be said that the addition ratio of indium is more preferably 0.30 or more and 0.50 or less. The reason for the upper limit of 0.50 is that, as described in the next section (Measurement of Porosity), when the addition amount of the metal element exceeds 0.50, the porosity sharply decreases.

【0083】(気孔率の測定)前記した製造方法に従っ
て多孔質焼結体を製造した。ただし、添加金属元素とし
てはマンガンまたは銀を選択し、焼成温度を1400℃
に固定した。そして、得られた多孔質焼結体の気孔率を
測定した。この結果を図15に示す。この結果、特に金
属元素の添加比率が0.50を越えると、多孔質焼結体
の焼結が進行して気孔率が10%以下となり、緻密体に
接近することが判明した。この点から見て、金属元素の
添加比率を0.50以下とすることが必要である。更
に、SOFCの空気電極の用途においては、この気孔率
が10%未満となると、機能を果たせなくなるので、こ
の観点からも金属元素の添加比率を0.50以下とする
ことが必要である。
(Measurement of Porosity) A porous sintered body was manufactured according to the manufacturing method described above. However, manganese or silver is selected as the additive metal element, and the firing temperature is 1400 ° C.
Fixed to. Then, the porosity of the obtained porous sintered body was measured. The result is shown in FIG. As a result, it was found that, particularly when the addition ratio of the metal element exceeds 0.50, the sintering of the porous sintered body proceeds and the porosity becomes 10% or less, and the porous body approaches a dense body. From this point of view, it is necessary to set the addition ratio of the metal element to 0.50 or less. Further, in the application of the air electrode of SOFC, if the porosity is less than 10%, the function cannot be achieved, and from this viewpoint, it is necessary to set the addition ratio of the metal element to 0.50 or less.

【0084】また、インジウム、ジルコニウム、ニッケ
ルを使用した場合にも、これと同様の結果が得られた。
Also, when indium, zirconium and nickel were used, the same result was obtained.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、前
記熱サイクルによる寸法収縮を抑制できる新たな多孔質
焼結体を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a new porous sintered body capable of suppressing the dimensional shrinkage due to the heat cycle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、ジルコニアを添加した場合の多孔質焼
結体のセラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真で
ある。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when zirconia is added.

【図2】インジウムを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 2 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when indium is added.

【図3】モリブデンを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when molybdenum is added.

【図4】ニオブを添加した場合の多孔質焼結体のセラミ
ックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when niobium is added.

【図5】タングステンを添加した場合の多孔質焼結体の
セラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 5 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when tungsten is added.

【図6】珪素を添加した場合の多孔質焼結体のセラミッ
クス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 6 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when silicon is added.

【図7】スズを添加した場合を示の多孔質焼結体のセラ
ミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body showing the case where tin is added.

【図8】アンチモンを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 8 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when antimony is added.

【図9】銀を添加した場合の多孔質焼結体のセラミック
ス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 9 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when silver is added.

【図10】ニッケルを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 10 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when nickel is added.

【図11】マンガンを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 11 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when manganese is added.

【図12】ランタンを添加した場合の多孔質焼結体のセ
ラミックス組織を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 12 is a scanning electron micrograph showing a ceramic structure of a porous sintered body when lanthanum is added.

【図13】添加した各金属元素と多孔質焼結体の熱サイ
クルによる寸法収縮率との関係を示すグラフであり、各
金属元素のモル数の比率は0.20である。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between each added metal element and the dimensional shrinkage rate of the porous sintered body due to the heat cycle, and the molar ratio of each metal element is 0.20.

【図14】マンガン、銀またはタンクステンのモル数の
比率と、多孔質焼結体の熱サイクルによる寸法収縮率と
の関係を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the ratio of the number of moles of manganese, silver or tank steel and the dimensional shrinkage rate of the porous sintered body due to the heat cycle.

【図15】マンガンまたは銀のモル数の比率と、多孔質
焼結体の気孔率との関係を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the molar ratio of manganese or silver and the porosity of the porous sintered body.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ペロブスカイト型複合酸化物相と、銀、ジ
ルコニウム、インジウム、モリブデン、ニオブ、タング
ステン、珪素、スズおよびアンチモンからなる群より選
ばれた一種以上の金属またはその化合物からなる結晶相
とを備えていることを特徴とする、多孔質焼結体。
1. A perovskite-type composite oxide phase and a crystal phase comprising one or more metals selected from the group consisting of silver, zirconium, indium, molybdenum, niobium, tungsten, silicon, tin and antimony or a compound thereof. A porous sintered body characterized by being provided.
【請求項2】前記ペロブスカイト型複合酸化物のBサイ
トにマンガンが含有されていることを特徴とする、請求
項1記載の多孔質焼結体。
2. The porous sintered body according to claim 1, wherein manganese is contained in the B site of the perovskite type composite oxide.
【請求項3】前記ペロブスカイト型複合酸化物のAサイ
トにランタンが含有されていることを特徴とする、請求
項1または2記載の多孔質焼結体。
3. The porous sintered body according to claim 1, wherein the A site of the perovskite type complex oxide contains lanthanum.
【請求項4】ペロブスカイト型複合酸化物相と、ランタ
ン、マンガンおよびニッケルからなる群より選ばれた一
種以上の金属またはその化合物からなる結晶相とを備え
ていることを特徴とする、多孔質焼結体。
4. A porous calcination comprising a perovskite type complex oxide phase and a crystal phase made of one or more metals selected from the group consisting of lanthanum, manganese and nickel or a compound thereof. Union.
【請求項5】前記ペロブスカイト型複合酸化物のBサイ
トにマンガンが含有されていることを特徴とする、請求
項4記載の多孔質焼結体。
5. The porous sintered body according to claim 4, wherein manganese is contained in the B site of the perovskite type composite oxide.
【請求項6】前記ペロブスカイト型複合酸化物のAサイ
トにランタンが含有されていることを特徴とする、請求
項4または5記載の多孔質焼結体。
6. The porous sintered body according to claim 4, wherein lanthanum is contained in the A site of the perovskite type composite oxide.
【請求項7】ペロブスカイト型複合酸化物または焼成後
にペロブスカイト型複合酸化物を構成する金属元素を含
有する化合物群と、銀、ジルコニウム、インジウム、モ
リブデン、ニオブ、タングステン、珪素、スズおよびア
ンチモンからなる群より選ばれた一種以上の金属元素を
含む添加物質との混合物を焼成する工程を有することを
特徴とする、多孔質焼結体の製造方法。
7. A compound group containing a metal element forming a perovskite type complex oxide or a perovskite type complex oxide after firing, and a group consisting of silver, zirconium, indium, molybdenum, niobium, tungsten, silicon, tin and antimony. A method for producing a porous sintered body, comprising a step of firing a mixture with an additive substance containing one or more selected metal elements.
【請求項8】前記ペロブスカイト型複合酸化物のモル数
と、前記添加物質に含まれる金属元素のモル数との比率
を1.00:0.02〜0.50とすることを特徴とす
る、請求項7記載の多孔質焼結体の製造方法。
8. The ratio of the number of moles of the perovskite type complex oxide to the number of moles of the metal element contained in the additive substance is set to 1.00: 0.02 to 0.50. The method for producing a porous sintered body according to claim 7.
【請求項9】ペロブスカイト型複合酸化物または焼成後
にペロブスカイト型複合酸化物を構成する金属元素を含
有する化合物群と、マンガンおよびニッケルからなる群
より選ばれた一種以上の金属元素を含む添加物質との混
合物を焼成する工程を有しており、前記ペロブスカイト
型複合酸化物のモル数と、前記添加物質に含まれる金属
元素のモル数との比率を1.00:0.02〜0.50
とすることを特徴とする、多孔質焼結体の製造方法。
9. A compound group containing a metal element constituting a perovskite type complex oxide or a perovskite type complex oxide after firing, and an additive substance containing one or more metal elements selected from the group consisting of manganese and nickel. Of the perovskite-type composite oxide and the ratio of the number of moles of the metal element contained in the additive substance to the ratio of 1.00: 0.02 to 0.50.
And a method for producing a porous sintered body.
【請求項10】ペロブスカイト型複合酸化物または焼成
後にペロブスカイト型複合酸化物を構成する金属元素を
含有する化合物群と、ランタンを含む添加物質との混合
物を焼成する工程を有しており、前記ペロブスカイト型
複合酸化物のモル数と、前記添加物質に含まれる金属元
素のモル数との比率を1.00:0.02〜0.04と
することを特徴とする、多孔質焼結体の製造方法。
10. A step of firing a mixture of a perovskite-type composite oxide or a group of compounds containing a metal element constituting the perovskite-type composite oxide after firing and an additive substance containing lanthanum, the perovskite comprising: The ratio of the number of moles of the type composite oxide to the number of moles of the metal element contained in the additive substance is 1.00: 0.02 to 0.04, and the production of a porous sintered body. Method.
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