JPH08333116A - Powder - Google Patents

Powder

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JPH08333116A
JPH08333116A JP7113789A JP11378995A JPH08333116A JP H08333116 A JPH08333116 A JP H08333116A JP 7113789 A JP7113789 A JP 7113789A JP 11378995 A JP11378995 A JP 11378995A JP H08333116 A JPH08333116 A JP H08333116A
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JP
Japan
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powder
ceria
rare earth
particles
earth element
Prior art date
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Application number
JP7113789A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Suda
明彦 須田
Toshio Kamitori
利男 神取
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
Hideo Sofugawa
英夫 曽布川
Masayuki Fukui
雅幸 福井
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Priority to EP95119403A priority patent/EP0715879A1/en
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To obtain powder containing ceria, having high specific surface area and hardly causing lowering of specific surface area at high temperature. CONSTITUTION: This powder comprises particles in which ceria forms a solid solution with an oxide of rare earth element excluding cerium or zirconia, and >=50wt.% of the particles are composed of particles having particle diameter in a range of <=100nm particle. The powder can be produced by rubbing ceria powder and powder of a compound including rare earth element excluding cerium or zirconium in a pulverizing apparatus in which pulverizing media exist in a state in which pulverizing media or pulverizing media and a member of the pulverizing apparatus rub together in the pulverizing apparatus.

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、触媒等に利用すること
ができる、セリアと希土類元素の酸化物またはジルコニ
アとが互いに固溶した粒子よりなる粉末に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a powder which can be used as a catalyst and which comprises particles in which ceria and an oxide of a rare earth element or zirconia are in solid solution with each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】セリアは、雰囲気の変化により酸素を吸
蔵および放出する機能(酸素ストアレージ能)を有する
ため、内燃機関等からの排ガス浄化用触媒における助触
媒等に利用されている。また、比表面積を高めるために
セリアを粉末状態から使用して触媒等に利用されてい
る。
2. Description of the Related Art Ceria is used as a co-catalyst or the like in a catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine or the like because it has a function of storing and releasing oxygen (oxygen storage capacity) depending on a change in atmosphere. Further, in order to increase the specific surface area, ceria is used in a powder state and used as a catalyst or the like.

【0003】例えば、排ガス浄化用触媒における助触媒
にセリア粉末が利用される場合、該触媒は高温で使用さ
れており、しかも高温での浄化活性を高くする必要性が
生じている。そのため、セリア粉末は高比表面積を有
し、かつ高温で使用しても比表面積が低下しない(耐熱
性が高い)ことが要求されている。
For example, when ceria powder is used as a co-catalyst in an exhaust gas purifying catalyst, the catalyst is used at a high temperature, and it is necessary to enhance the purifying activity at a high temperature. Therefore, it is required that the ceria powder has a high specific surface area and that the specific surface area does not decrease even when used at high temperature (high heat resistance).

【0004】このように、セリア粉末の比表面積を高く
し、耐熱性を向上させるために、セリアにジルコニアや
希土類元素(セリウムを除く)の酸化物を固溶させるこ
とが提案されている。
As described above, in order to increase the specific surface area of the ceria powder and improve the heat resistance, it has been proposed to dissolve zirconia or an oxide of a rare earth element (excluding cerium) in ceria.

【0005】従来、セリアにジルコニアや希土類元素の
酸化物を固溶させる方法としては、 セリア粉末に、ジルニウムや希土類元素を含む溶液を
含浸させた後、熱処理する方法(含浸法)、あるいは
セリウム化合物とジルコニウムや希土類元素の化合物と
を溶液状態で混合し、両者を共沈させた後、熱処理する
方法(共沈法)等がある。
Conventionally, as a method of forming a solid solution of zirconia or an oxide of a rare earth element in ceria, a method of impregnating ceria powder with a solution containing zirnium or a rare earth element, followed by heat treatment (impregnation method), or a cerium compound And a compound of zirconium or a rare earth element are mixed in a solution state, and both are coprecipitated, followed by heat treatment (coprecipitation method).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】特開平4−55315
号公報には、上記の共沈法について記載があり、水溶
性のジルコニウム塩を水溶性のセリウム塩に混合し、共
沈させ、その後この共沈物を熱処理する方法が示されて
いる。この方法では、共沈物を熱処理することにより、
共沈物中のセリウムとジルコニウムとが酸化物となり、
互いに固溶し合う。
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-55315
The publication describes the above coprecipitation method, and discloses a method in which a water-soluble zirconium salt is mixed with a water-soluble cerium salt to cause coprecipitation, and then the coprecipitate is heat-treated. In this method, by heat treating the coprecipitate,
Cerium and zirconium in the coprecipitate become oxides,
They form a solid solution with each other.

【0007】しかし、熱処理により粒成長が起こり、ま
た粒子が強く凝着あるいは焼結して、独立した微粒子状
の粉末を得ることが困難である。また、セリアとジルコ
ニアとの固溶は十分ではなく、固溶していない成分が相
当量残留している。また、固溶を促進させるために、更
に高い温度で熱処理すると、粉末の比表面積が低下す
る。
[0007] However, it is difficult to obtain independent fine-grained powder due to grain growth caused by heat treatment and strong particle adhesion or sintering. Further, the solid solution of ceria and zirconia is not sufficient, and a considerable amount of the components which are not solid solution remain. Further, if heat treatment is performed at a higher temperature in order to promote solid solution, the specific surface area of the powder decreases.

【0008】また、特開平4−284847号公報に
は、含浸法または共沈法により、セリアとジルコニ
アまたは希土類元素の酸化物とが固溶した粉末を製造す
ることが示されている。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-284847 discloses that a powder in which ceria and zirconia or an oxide of a rare earth element are formed as a solid solution is produced by an impregnation method or a coprecipitation method.

【0009】しかし、共沈法では、セリウム等の元素が
分解して析出する水溶液のpHが異なるため、共沈物は
不均一な組成となり、熱処理前の段階で固溶が十分では
ない。また、含浸法では、セリア粉末にジルコニウム等
を含む溶液を含浸させる場合と、ジルコニア等の粉末に
セリウム化合物を含む溶液を含浸させる場合とがある
が、いずれの場合にも、出発原料となる粉末(含浸させ
る基材)の1次粒子が大きいため、粒子全体における組
成が不均一となり、固溶が促進しにくい。そのため、共
沈法、含浸法とも熱処理により固溶を起こさせている。
共沈法では500〜900℃、含浸法では700〜12
00℃の温度で熱処理しているが、固溶は十分ではな
い。また、共沈法、含浸法とも、粉末を熱処理すること
により粒子間にネックが形成され、このネックより固溶
が促進されるが、それに伴い粒成長や粒子の焼結が促進
されて、粉末の比表面積が低下する。また、粒子が一旦
大きく粒成長すると、容易に粉砕することはできない。
However, in the coprecipitation method, the pH of the aqueous solution in which elements such as cerium are decomposed and deposited is different, so that the coprecipitate has a non-uniform composition and the solid solution is not sufficient before the heat treatment. In the impregnation method, there are cases of impregnating the ceria powder with a solution containing zirconium and the like, and cases of impregnating the powder containing zirconia with a solution containing a cerium compound. Since the primary particles of (the base material to be impregnated) are large, the composition of the entire particles becomes non-uniform, and it is difficult to promote solid solution. Therefore, solid solution is caused by heat treatment in both the coprecipitation method and the impregnation method.
Coprecipitation method 500 ~ 900 ℃, impregnation method 700-12
Although it is heat-treated at a temperature of 00 ° C, solid solution is not sufficient. Further, in both the coprecipitation method and the impregnation method, a neck is formed between the particles by heat-treating the powder, and a solid solution is promoted from this neck, but the grain growth and the sintering of the particles are promoted accordingly, and the powder The specific surface area of is reduced. Also, once the particles grow large, they cannot be easily crushed.

【0010】このように、粒子中でセリアとジルコニア
または希土類元素の酸化物との2相以上が共存し、未固
溶成分が多く残留するため、セリアとジルコニアまたは
希土類元素の酸化物とが十分に固溶することがない。し
かも、比表面積の大きな粒子よりなる粉末を得られてい
ない。セリアにジルコニアまたは希土類元素の酸化物が
固溶した粉末で最も微細な粉末でも1000nm以上の
粒径の粒子が80重量%以上存在するものしか得られて
いない。そのため、セリア粉末における高比表面積で、
かつ高温での比表面積の低下が少ないという要求は満た
されていない。
As described above, since two or more phases of ceria and zirconia or an oxide of a rare earth element coexist in the particles and a large amount of undissolved components remain, ceria and an oxide of zirconia or a rare earth element are sufficient. It never dissolves in. Moreover, a powder composed of particles having a large specific surface area has not been obtained. Among the finest powders of ceria in which zirconia or an oxide of a rare earth element is solid-dissolved, only those having 80% by weight or more of particles having a particle diameter of 1000 nm or more are obtained. Therefore, with a high specific surface area in ceria powder,
Moreover, the requirement that the specific surface area is not reduced at high temperature is not satisfied.

【0011】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、比表面積が高く、高温での比表面積
の低下が少ない、セリアを含有する粉末を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a powder containing ceria, which has a high specific surface area and a small decrease in specific surface area at high temperature.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の粉末は、セリウ
ムを除く希土類元素およびジルコニウムのうちの少なく
とも1種の酸化物と、セリアとが互いに固溶した粒子よ
り構成され、50重量%以上の粒子の粒径が100nm
以下の範囲にあることを特徴とするものである。
The powder of the present invention is composed of particles in which at least one oxide of rare earth elements other than cerium and zirconium and ceria are solid-soluted with each other, and the content of the powder is 50% by weight or more. Particle size is 100 nm
It is characterized by being in the following range.

【0013】[0013]

【作用】本発明の粉末は、50重量%以上の粒子の粒径
が100nm以下の範囲にあり、粒径が非常に小さいも
のであるため、粉末本来の比表面積が高い。しかも、セ
リアにセリウムを除く希土類元素およびジルコニウムの
うちの少なくとも1種の酸化物が十分に固溶しているた
め、高温で使用しても粉末の比表面積の低下が少ない。
従って、例えば、触媒として使用した場合、高温で使用
しても活性が高い状態を維持することができる。
In the powder of the present invention, 50% by weight or more of the particles have a particle size in the range of 100 nm or less, and the particle size is very small, so that the original specific surface area of the powder is high. Moreover, since the oxide of at least one of rare earth elements other than cerium and zirconium is sufficiently dissolved in ceria, even if it is used at high temperature, the decrease in the specific surface area of the powder is small.
Therefore, for example, when it is used as a catalyst, it can maintain a high activity even when used at high temperature.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明の粉末は、比表面積が高く、かつ
高温で使用しても比表面積の低下が少ないものである。
従って、例えば、触媒として使用した場合、高温におい
ても酸素ストアレージ能等の活性が高いものである。
EFFECTS OF THE INVENTION The powder of the present invention has a high specific surface area, and even if it is used at a high temperature, the specific surface area is not significantly reduced.
Therefore, for example, when it is used as a catalyst, it has high activity such as oxygen storage capacity even at high temperatures.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明をより具体的にした発明(その
他の発明)を詳細に説明する。
EXAMPLES The invention (other inventions) which makes the present invention more specific will be described in detail below.

【0016】(その他の発明の説明)本発明の粉末は、
セリウムを除く希土類元素およびジルコニウムのうちの
少なくとも1種の酸化物と、セリアとが互いに固溶した
粒子より構成され、50重量%以上の粒子の粒径が10
0nm以下の範囲にあるものである。
(Description of Other Inventions) The powder of the present invention comprises:
An oxide of at least one kind of rare earth element other than cerium and zirconium and ceria are solid-solved with each other, and the particle size of 50% by weight or more is 10
It is in the range of 0 nm or less.

【0017】本発明において、希土類元素とは、Sc、
Y、ランタノイド(La、Pr、Nd等)、アクチノイ
ド(Ac、Th、Pa等)の周期律表第III a族に属す
る元素であり、セリウムを除く。
In the present invention, the rare earth elements are Sc,
Y, lanthanoids (La, Pr, Nd, etc.) and actinides (Ac, Th, Pa, etc.) are elements belonging to Group IIIa of the periodic table, and exclude cerium.

【0018】セリウムを除く希土類元素およびジルコニ
ウムのうちの少なくとも1種の酸化物(以下、希土類元
素等の酸化物とする)と、セリアとが互いに固溶した粒
子中の固溶量はいずれの範囲でもよい。
At least one oxide of rare earth elements other than cerium and zirconium (hereinafter referred to as an oxide of a rare earth element or the like) and ceria are in solid solution with each other. But it's okay.

【0019】また、本発明の粉末は、50重量%以上の
粒子の粒径が100nm以下の範囲にある。上記範囲よ
り粒径が大きなものが増えると、比表面積が低下する。
更に、80重量%以上の粒子の粒径が50nm以下であ
ることが望ましい。この範囲であれば更に粉末の比表面
積が大きくなる。
In the powder of the present invention, 50% by weight or more of the particles have a particle size of 100 nm or less. When the number of particles having a particle size larger than the above range increases, the specific surface area decreases.
Further, it is desirable that the particle diameter of 80% by weight or more is 50 nm or less. Within this range, the specific surface area of the powder is further increased.

【0020】なお、本発明で定義する粒径とは、電子顕
微鏡、または粒度分布測定器等により測定したものであ
る。粒径を測定するために適した粒径分布を求める原理
としては、例えば光子相関法が挙げられる。
The particle size defined in the present invention is measured by an electron microscope, a particle size distribution measuring instrument or the like. As a principle for obtaining a particle size distribution suitable for measuring the particle size, for example, the photon correlation method can be mentioned.

【0021】次に、本発明の粉末を製造する方法につい
て述べる。
Next, a method for producing the powder of the present invention will be described.

【0022】セリウムを除く希土類元素およびジルコニ
ウムのうちの少なくとも1種を含む化合物(以下、希土
類元素等の化合物とする)と、セリア粉末とを、粉砕メ
ディアが存在する粉砕装置中で、該粉砕メディア同士ま
たは該粉砕メディアと粉砕装置の部材とが互いに摩擦し
あう状態で粉砕することにより、セリウムを除く希土類
元素およびジルコニウムのうちの少なくとも1種の酸化
物とセリアとが互いに固溶した粒子により構成される粉
末を製造する方法がある。
A compound containing at least one of rare earth elements other than cerium and zirconium (hereinafter referred to as a compound such as a rare earth element) and ceria powder are crushed in a crushing apparatus in which crushing media exist. By crushing one another or the crushing media and a member of the crushing device in friction with each other, particles of at least one oxide of rare earth elements other than cerium and zirconium and ceria are solid-solved with each other. There is a method for producing the powder.

【0023】この製造方法では、セリア粉末と、希土類
元素等の化合物とを摩擦力を利用して粉砕するため、セ
リアに、希土類元素等の酸化物を十分に固溶させること
ができる。
In this manufacturing method, the ceria powder and the compound such as the rare earth element are crushed by utilizing the frictional force, so that the oxide such as the rare earth element can be sufficiently dissolved in the ceria.

【0024】この理由については明確ではないが、以下
のように推察される。
The reason for this is not clear, but it is presumed as follows.

【0025】粉砕メディア同士または該粉砕メディアと
粉砕装置の部材とが摩擦する状態で原料粉末を粉砕する
ため、原料粉末が受ける粉砕エネルギーは大きく、微視
的には粉砕される粒子の温度が粉砕物(原料粉末)全体
の平均温度よりも高くなる。また、上記粉砕時に粒子が
受ける応力によりセリア粒子中への元素の拡散が促進さ
れる。また、粉砕された原料粒子が互いに強く摩擦され
る。これらの作用により、セリア粒子表面に無定形相が
でき、その無定形相を通じて内部の結晶格子内に各元素
(セリウムを除く希土類元素およびジルコニウムのうち
の少なくとも1種の元素および酸素)が有効に取り込ま
れて、固溶が促進されると考えられる。なお、粉砕され
る粒子の温度は高くなるが、粉砕物全体の平均温度は急
激に高くなることはないため、粒成長や粒子の焼結は抑
制される。
Since the raw material powder is pulverized in a state where the pulverizing media are in friction with each other or the pulverizing media and the member of the pulverizing apparatus, the pulverizing energy received by the raw material powder is large, and microscopically the temperature of the pulverized particles is pulverized. The temperature becomes higher than the average temperature of the whole product (raw material powder). Further, the stress applied to the particles during the pulverization promotes the diffusion of the element into the ceria particles. Further, the crushed raw material particles are strongly rubbed with each other. Due to these effects, an amorphous phase is formed on the surface of the ceria particle, and each element (rare earth element except cerium and at least one element of zirconium and oxygen) is effectively contained in the internal crystal lattice through the amorphous phase. It is considered that they are taken in and solid solution is promoted. It should be noted that although the temperature of the crushed particles increases, the average temperature of the entire crushed product does not increase rapidly, so grain growth and particle sintering are suppressed.

【0026】なお、原料として希土類元素等の化合物が
酸化物の場合は、酸化物の状態でセリア中に固溶し、酸
化物以外のものである場合には、粉砕時に、雰囲気中に
存在する酸素(分散媒を存在させて粉砕する場合には、
分散媒中に存在する酸素も関与する)と希土類元素等の
化合物とが反応して、希土類元素等の酸化物に変化し、
セリア中に固溶する。
When a compound such as a rare earth element is an oxide as a raw material, it is solid-solved in ceria in an oxide state, and when it is other than an oxide, it is present in the atmosphere during pulverization. Oxygen (When pulverizing with a dispersion medium present,
Oxygen present in the dispersion medium also participates) and a compound such as a rare earth element react to change to an oxide such as a rare earth element,
Dissolves in ceria.

【0027】粉砕の際に、原料であるセリア粉末と希土
類元素等の化合物とが摩擦により微細な粒子となる。セ
リア粉末の粒子中に希土類元素等の酸化物が固溶すると
粒子自体は大きくなるが、粉砕によってこの粒子は微細
な粒子となる。従って、粉砕を続けることにより、セリ
アと希土類元素等の酸化物とが互いに固溶した粒子は、
50重量%以上の粒子の粒径が100nm以下の範囲の
微細なものとなる。
During the pulverization, the raw material ceria powder and the compound such as the rare earth element become fine particles due to friction. When an oxide of a rare earth element or the like forms a solid solution in the particles of ceria powder, the particles themselves become large, but the particles become fine particles by pulverization. Therefore, by continuing the pulverization, particles in which ceria and an oxide such as a rare earth element form a solid solution with each other,
50% by weight or more of the particles have a particle size of 100 nm or less and are fine.

【0028】また、熱処理を行わないため、粒成長や粒
子の焼結がなく、比表面積の高い粒径の小さい微細な粒
子を得ることができる。
Further, since no heat treatment is performed, there is no grain growth or sintering of the grains, and it is possible to obtain fine grains having a large specific surface area and a small grain size.

【0029】原料である希土類元素等の化合物の形状
は、特に制限はなく、粉末状でも、塊状でも、あるいは
水溶液の形でもよい。更に、粉砕メディアまたは粉砕装
置の部材を希土類元素等の化合物で構成し、粉砕による
摩擦によって生じる磨耗片を上記希土類元素等の化合物
の原料としてもよい。
The shape of the raw material compound such as a rare earth element is not particularly limited, and may be in the form of powder, lump, or aqueous solution. Further, the crushing media or the member of the crushing device may be made of a compound such as a rare earth element, and the wear pieces generated by friction due to the crushing may be used as a raw material of the compound such as the rare earth element.

【0030】原料である希土類元素等の化合物として
は、酸化物、水酸化物、あるいは塩等が挙げられる。な
お、酸化物以外の形では、粉砕時に、雰囲気中に存在す
る酸素と希土類元素等の化合物とが反応して、希土類元
素等の酸化物に変化し、セリア中に固溶する。なお、原
料の粉砕時に分散媒を存在させる場合には、分散媒中の
酸素も上記の酸化物の生成に関与する。
Examples of the compound such as a rare earth element as a raw material include oxides, hydroxides, salts and the like. In the case of a form other than the oxide, oxygen existing in the atmosphere reacts with a compound such as a rare earth element during pulverization to be converted into an oxide such as a rare earth element, which is solid-dissolved in ceria. When the dispersion medium is present when the raw material is pulverized, oxygen in the dispersion medium also contributes to the formation of the oxide.

【0031】また、原料であるセリア粉末も、特に制限
はない。しかし、粉砕効率を向上させるためには、1次
粒子径が小さく、2次凝集の度合いが弱い、微細な多孔
質の粒子が望ましい。
The ceria powder as a raw material is not particularly limited. However, in order to improve the pulverization efficiency, fine porous particles having a small primary particle diameter and a weak degree of secondary aggregation are desirable.

【0032】粉砕メディアが存在する粉砕装置は、原料
粉末を摩擦力により粉砕し、かつ粉砕させるためのもの
である。該粉砕装置としては、アトリッション型ミル
(横型媒体攪拌ミル)等が挙げられる。
The crushing device having the crushing media is for crushing the raw material powder by frictional force and crushing it. Examples of the crushing device include an attrition type mill (horizontal medium stirring mill).

【0033】粉砕メディアは、ボール、ロッド、ローラ
ー(粉砕装置の部材に接触するもの)等を指し、粉砕装
置の部材は、粉砕装置の容器、攪拌プロペラ、攪拌棒、
攪拌ディスク、ローラー(粉砕装置の部材には接触しな
いもの)等を指す。
The crushing media refer to balls, rods, rollers (which come into contact with the members of the crushing device), etc., and the members of the crushing device include the container of the crushing device, the stirring propeller, the stirring rod,
A stirring disk, a roller (one that does not come into contact with the members of the crushing device), etc.

【0034】粉砕メディアが存在する粉砕装置を使用
し、該粉砕メディア同士または該粉砕メディアと粉砕装
置の部材とが互いに摩擦しあう状態で原料を粉砕するこ
とにより、原料を摩擦力により粉砕することができる。
Using a crushing device having crushing media, crushing the raw materials by frictional force by crushing the raw materials in a state where the crushing media or the crushing media and the members of the crushing device rub each other. You can

【0035】すなわち、粉砕メディアまたは粉砕装置の
部材が回転や振動し、粉砕メディア同士または該粉砕メ
ディアと粉砕装置の部材とが互いに摩擦しあうことによ
り、粉砕装置中に存在する原料の粒子に衝撃力や剪断力
を与えることができる。
That is, the crushing media or members of the crushing device rotate or vibrate, and the crushing media or the crushing media and the members of the crushing device rub against each other, so that the raw material particles existing in the crushing device are impacted. Force and shear force can be applied.

【0036】原料の粒子に与える衝撃力や剪断力は強い
方が望ましい。強い衝撃力や剪断力の付与により凝着の
少ない独立した超微粒子を得ることができる。通常のボ
ールミルのように粉砕メディアに加わる主な加速度が重
力による自然落下によるものである方法よりも、例えば
モーター等の回転力をより有効に利用し、重力加速度の
10〜100倍程度の遠心加速度を利用する形式の粉砕
器を利用する方法が望ましい。特に、この粉砕器を利用
する方法において、遠心加速度を重力加速度の100倍
以上とすると、粉砕メディアがより原料の粒子をより細
かく、しかも高い頻度で粉砕を行うことができるので、
望ましい。
It is desirable that the impact force and the shearing force applied to the raw material particles are strong. By applying strong impact force or shearing force, independent ultrafine particles with less adhesion can be obtained. A centrifugal acceleration of about 10 to 100 times the gravitational acceleration is made more effectively by using the rotational force of a motor, for example, more effectively than a method in which the main acceleration applied to the crushing media is due to the natural fall due to gravity like a normal ball mill. A method utilizing a crusher of the type utilizing In particular, in the method using this crusher, if the centrifugal acceleration is 100 times or more the gravitational acceleration, the crushing media can crush the raw material particles more finely and more frequently,
desirable.

【0037】また、遠心力を利用しない粉砕器、例えば
ボールの振動を利用する粉砕器でも、上記と同様の粉砕
力を発生させて原料を粉砕するのがよい。
Also, in a crusher that does not use centrifugal force, for example, a crusher that uses vibration of balls, it is preferable to generate the same crushing force as described above to crush the raw material.

【0038】なお、粉砕メディアまたは粉砕装置の部材
を希土類元素等の化合物で作製し、粉砕時の摩擦によっ
て生じる磨耗片を希土類元素等の化合物の原料として用
いる方が、セリア中に希土類元素等の酸化物がより多く
固溶するため望ましい。
It is to be noted that it is better to prepare the grinding media or the member of the grinding apparatus from a compound such as a rare earth element and use the wear pieces produced by friction during grinding as a raw material for the compound such as a rare earth element. It is desirable because more oxide forms a solid solution.

【0039】50重量%以上の粒子の粒径が100nm
以下の範囲の粒子よりなる粉末を製造するためには、長
時間粉砕するか、粉砕する原料の割合を少なくすること
より達成できる。
50% by weight or more of particles have a particle size of 100 nm
In order to produce a powder consisting of particles in the following range, it can be achieved by pulverizing for a long time or by reducing the proportion of the pulverized raw material.

【0040】通常の粉末を使用する場合、、ボールミル
を使用して粉砕する場合には100時間以上の粉砕、ダ
イノーミルを使用して粉砕する場合には10時間以上の
粉砕により、50重量%以上の粒子の粒径が100nm
以下の範囲の粒子よりなる粉末を製造することができ
る。
When using a normal powder, when crushing using a ball mill, crushing for 100 hours or more, and when crushing using a Dyno mill, crushing for 10 hours or more, 50% by weight or more is obtained. Particle size is 100 nm
A powder consisting of particles in the following ranges can be produced.

【0041】また、ダイノーミルを使用して湿式粉砕す
る場合、原料の濃度を17g/l以下とすると3〜4時
間以上の粉砕、湿式粉砕以外では粉砕装置中の原料の割
合を150g/l以下とすると10時間以上の粉砕によ
り、50重量%以上の粒子の粒径が100nm以下の範
囲の粒子よりなる粉末を製造することができる。
In the case of wet pulverization using a dyno mill, if the raw material concentration is 17 g / l or less, the pulverization is performed for 3 to 4 hours or longer. Except for the wet pulverization, the proportion of the raw material in the pulverizer is 150 g / l or less. Then, by pulverizing for 10 hours or more, it is possible to produce a powder composed of particles in which 50% by weight or more of the particles have a particle diameter of 100 nm or less.

【0042】上記の粉砕装置を用いて原料を粉砕する前
に原料であるセリア粉末を還元雰囲気で熱処理する、あ
るいはセリア粉末と希土類元素等の化合物とを上記粉砕
装置で粉砕する際にセリア粉末を還元雰囲気で熱処理す
るのがよい。この処理により、セリアの少なくとも一部
が3価の状態(CeO2-x (0<X<0.5))とな
る。この状態で希土類元素等の化合物が存在すると、セ
リア結晶中に希土類元素等の酸化物が取り込まれて、固
溶が促進する。
Before the raw material is pulverized by using the above pulverizer, the raw material ceria powder is heat-treated in a reducing atmosphere, or when the ceria powder and a compound such as a rare earth element are pulverized by the pulverizer, the ceria powder is removed. It is better to heat-treat in a reducing atmosphere. By this process, at least a part of ceria becomes trivalent (CeO 2-x (0 <X <0.5)). If a compound such as a rare earth element is present in this state, an oxide such as a rare earth element is taken into the ceria crystal and solid solution is promoted.

【0043】特に、セリアを還元雰囲気で熱処理するこ
とにより、セリアの結晶粒子中から酸素が放出されて、
酸素欠陥を発生する。この欠陥の存在が、セリア中に希
土類元素等の酸化物の固溶を更に促進させるものと考え
られる。
In particular, when ceria is heat-treated in a reducing atmosphere, oxygen is released from the crystal particles of ceria,
Generate oxygen defects. It is considered that the presence of this defect further promotes solid solution of an oxide such as a rare earth element in ceria.

【0044】なお、上記熱処理により原料粒子の粒成長
や焼結が生じることがあるが、上記粉砕装置を用いた粉
砕によって粒成長したものや焼結したものを解砕するこ
とができるため、製造する粉末の比表面積の低下は少な
い。
The heat treatment may cause grain growth and sintering of the raw material particles. However, since the grain growth and sintering of the raw material particles can be crushed by the crushing apparatus, the production can be performed. The specific surface area of the powder is small.

【0045】上記還元雰囲気でセリア粉末を熱処理する
には、例えば、以下の方法等がある。
The heat treatment of the ceria powder in the above reducing atmosphere may be performed, for example, by the following method.

【0046】黒鉛が内部に存在する炉、例えばヒータ、
断熱材等が黒鉛製の炉、または黒鉛粉末を配置した炉中
にセリア粉末を配置し、油回転ポンプで得られる程度
(10-2torr)以上の真空度で熱処理する。この方法の
場合、望ましくは、油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等
でさらに高い真空度を得るのがよい。
A furnace in which graphite is present, eg a heater,
The ceria powder is placed in a furnace in which the heat insulating material is made of graphite, or a furnace in which graphite powder is placed, and heat treatment is performed at a vacuum degree of not less than that obtained by an oil rotary pump (10 -2 torr). In the case of this method, it is desirable to obtain an even higher vacuum degree with an oil diffusion pump, a turbo molecular pump, or the like.

【0047】通常の炉において、炉内に還元性のガス、
例えばCOガス、H2 ガス、CH4、C2 4 等の炭化
水素ガスを流通させ、または封入させた状態でセリア粉
末を配置して熱処理する。
In a normal furnace, a reducing gas,
For example, CO gas, H 2 gas, hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 4 or the like is circulated or sealed, and the ceria powder is arranged and heat-treated.

【0048】熱処理温度としては、300℃〜1200
℃の範囲が望ましく、さらに望ましくは、500〜80
0℃の範囲がよい。なお、原料粒子の粒成長や焼結を防
止することにより上記粉砕装置を用いた粉砕の効率を向
上させることができる。そのため、熱処理温度は低い方
がよい。
The heat treatment temperature is 300 ° C. to 1200 ° C.
It is preferably in the range of ℃, more preferably 500-80
A range of 0 ° C is preferable. By preventing the grain growth and sintering of the raw material particles, it is possible to improve the efficiency of crushing using the crushing device. Therefore, the heat treatment temperature should be low.

【0049】また、粉砕する前にセリア粉末を還元雰囲
気で熱処理する場合、セリア粉末単独に還元雰囲気での
還元処理を行ってもよいが、以下のような状態で熱処理
するのがよい。
When the ceria powder is heat-treated in a reducing atmosphere before being crushed, the ceria powder may be subjected to a reduction treatment in a reducing atmosphere, but the heat treatment is preferably performed in the following state.

【0050】セリア粉末と希土類元素等の化合物とを通
常の混合装置(ボールミル等)を用いて混合することに
よりセリア粉末と希土類元素等の化合物とを共存させた
状態か、またはセリウム塩と希土類元素等の化合物とを
共沈させることによりセリア粉末と希土類元素等の化合
物とを共存させた状態でセリア粉末を還元雰囲気で熱処
理するのがよい。この条件で熱処理する場合、熱処理の
過程でも固溶が進行する。なお、セリウム塩と希土類元
素等の化合物とを共沈させることによりセリア粉末と希
土類元素等の化合物とを共存させた状態でセリア粉末を
還元雰囲気で熱処理する場合、まず共沈の過程でセリウ
ム塩が水酸化セリウムに変化し、その後の熱処理中にお
いてセリア粉末に変化する。
Ceria powder and a compound such as a rare earth element are mixed by using an ordinary mixing device (ball mill or the like) so that the ceria powder and a compound such as a rare earth element are allowed to coexist, or a cerium salt and a rare earth element are mixed. It is preferable to heat-treat the ceria powder in a reducing atmosphere in the state where the ceria powder and the compound such as the rare earth element coexist by coprecipitating the compound such as. When heat treatment is performed under this condition, solid solution progresses during the heat treatment process. When heat-treating the ceria powder in a reducing atmosphere in the state where the ceria powder and the compound such as the rare earth element coexist by coprecipitating the cerium salt and the compound such as the rare earth element, first, the cerium salt in the process of coprecipitation Changes to cerium hydroxide and changes to ceria powder during the subsequent heat treatment.

【0051】なお、セリア粉末と希土類元素等の化合物
とを共存させた状態でセリア粉末に還元状態で熱処理す
る場合、セリア粉末単独で熱処理するのと同様な条件で
行えばよい。
When the ceria powder and the compound such as the rare earth element are coexisted in the reduced state of the ceria powder, the heat treatment may be performed under the same condition as the heat treatment of the ceria powder alone.

【0052】このように、セリア粉末を還元雰囲気で熱
処理することにより、セリアと希土類元素等の酸化物と
の固溶が促進する。
By heat-treating the ceria powder in a reducing atmosphere in this way, solid solution of ceria and oxides such as rare earth elements is promoted.

【0053】また、原料粉末を上記粉砕装置で粉砕する
際に、還元剤を添加するのがよい。この還元剤も、セリ
アを還元し、セリア中への希土類元素等の酸化物の固溶
が促進する。なお、この固溶の促進はメカノケミカル現
象によるものと考えられる。
Further, it is preferable to add a reducing agent when the raw material powder is pulverized by the pulverizing apparatus. This reducing agent also reduces ceria and promotes solid solution of oxides such as rare earth elements in ceria. It is considered that the promotion of this solid solution is due to a mechanochemical phenomenon.

【0054】上記還元剤としては、セリアを少なくとも
部分的に還元して、CeO2-X (0<X<0.5)とす
ることができるものがよい。具体的には、メタノール、
エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、エチ
レングリコール等のグリコール類、グリセリン類、アセ
トアルデヒド等のアルデヒド類等が挙げられる。なお、
本発明で得られた粉末を触媒として利用する場合には、
有害となる物質を相当量含むもの、あるいは後処理であ
る乾燥や1000℃以上での熱処理により有害物質を生
成させる物質は還元剤としては適さない。
As the above-mentioned reducing agent, a reducing agent capable of at least partially reducing ceria to CeO 2−x (0 <X <0.5) is preferable. Specifically, methanol,
Examples thereof include alcohols such as ethanol and isopropanol, glycols such as ethylene glycol, glycerin, and aldehydes such as acetaldehyde. In addition,
When the powder obtained in the present invention is used as a catalyst,
A substance containing a considerable amount of a harmful substance, or a substance that produces a harmful substance by post-treatment such as drying or heat treatment at 1000 ° C. or higher is not suitable as a reducing agent.

【0055】セリアに他の元素を固溶させる方法として
は、例えば、他の元素が金属や金属よりも柔らかい塩で
ある場合、メカニカルアロイングと呼ばれる手法が行わ
れている。この手法は、原料粉末を機械的に大きな力を
加え、粉末を構成する粒子を機械的に組成変形させ、異
種元素同士を物理混合させるものである。
As a method for forming a solid solution with another element in ceria, for example, when the other element is a metal or a salt softer than the metal, a method called mechanical alloying is used. In this method, a large mechanical force is applied to the raw material powder to mechanically change the composition of the particles constituting the powder, and the different elements are physically mixed.

【0056】しかし、上記のように還元剤を添加する方
法では、セリアに対する他の元素の固溶現象はメカニカ
ルアロイングによる手法とは若干異なる。単純な力では
固溶を起こしにくい物質を還元剤の作用(メカノケミカ
ル現象)を利用して固溶を促進させるものである。
However, in the method of adding a reducing agent as described above, the solid solution phenomenon of other elements in ceria is slightly different from the method of mechanical alloying. A substance that does not easily form a solid solution with simple force is promoted by utilizing the action of a reducing agent (mechanochemical phenomenon).

【0057】セリアとジルコニアとの共存系に関する報
告(Solid State Ionics 3/4(1981)p477
〜481)では、1200℃においてセリアは立方晶の
まま約20mol%ジルコニアを固溶し、正方晶ジルコ
ニアは約20mol%セリアを固溶する。ジルコニア2
0〜80mol%の範囲では、立方晶のセリア固溶体と
正方晶ジルコニア固溶体との2相共存となる。1200
℃以下の温度では、両者の固溶範囲が徐々に狭くなる。
1000℃以下では、ジルコニアが単斜晶に変態し、立
方晶のセリアと2相共存を保つ。
Report on coexisting system of ceria and zirconia (Solid State Ionics 3/4 (1981) p477
.About.481), at 1200.degree. C., about 20 mol% zirconia is solid-dissolved in the ceria while the tetragonal zirconia is about 20 mol% ceria. Zirconia 2
In the range of 0 to 80 mol%, cubic ceria solid solution and tetragonal zirconia solid solution coexist in two phases. 1200
At temperatures below ℃, the solid solution range of both gradually narrows.
At 1000 ° C. or lower, zirconia transforms into monoclinic crystal and maintains two-phase coexistence with cubic ceria.

【0058】しかし、本発明において、上記のようにセ
リア粉末を還元雰囲気で熱処理するか、あるいは原料の
粉砕時に還元剤を存在させると、セリアの一部がCeO
2-X(0<X<0.5)の状態となる。この状態でセリ
アと希土類元素等の酸化物とが互いに固溶すると、セリ
アが立方晶を保ったまま正方晶の希土類元素等の酸化物
が固溶し、しかも任意の組成の固溶体の形をとることが
できる。従って、固溶量が増大すると共に、セリアの一
部がCeO2-X (0<X<0.5)の状態となれば、希
土類元素等の酸化物がほぼ全率で固溶する。
However, in the present invention, if the ceria powder is heat-treated in a reducing atmosphere as described above, or if a reducing agent is present when the raw material is pulverized, part of the ceria is CeO 2.
The state becomes 2-X (0 <X <0.5). In this state, when ceria and an oxide such as a rare earth element form a solid solution with each other, the oxide of a rare earth element such as a tetragonal crystal forms a solid solution while the ceria keeps a cubic crystal, and takes the form of a solid solution having an arbitrary composition. be able to. Therefore, if the amount of solid solution increases and part of the ceria is in the state of CeO 2−x (0 <X <0.5), oxides of rare earth elements and the like will form solid solution at almost all rates.

【0059】なお、上記のようにセリアを還元させる場
合、還元効率を向上させるために、セリア粉末は微細で
多孔質の粒子よりなるものがよい。
When the ceria is reduced as described above, the ceria powder is preferably fine and porous particles in order to improve the reduction efficiency.

【0060】原料粉末を粉砕する方法としては、湿式に
よる粉砕がよい。
As a method for pulverizing the raw material powder, wet pulverization is preferable.

【0061】例えばエタノール等の分散媒を用い、セリ
ア粉末と、希土類元素等の化合物とをこの分散媒中に分
散させ(スラリー状態とする)、粉砕する。分散媒とし
ては、エタノール等の液体状の還元剤とすると、セリア
中への希土類元素等の酸化物の固溶が促進するので、望
ましい。
For example, using a dispersion medium such as ethanol, ceria powder and a compound such as a rare earth element are dispersed (made into a slurry state) in this dispersion medium and pulverized. A liquid reducing agent such as ethanol is preferable as the dispersion medium because it promotes solid solution of an oxide such as a rare earth element in ceria.

【0062】また、湿式法により粉砕する場合、原料を
分散させる状態は、特に制限はないが、セリア粉末より
も希土類元素等の化合物が微細に分散しているのがよ
い。この状態であれば、セリア粒子に希土類元素等の化
合物の粒子が接触する面積が高く、しかもセリア中に希
土類元素等の酸化物が固溶しやすい。
When milling by the wet method, the state of dispersing the raw materials is not particularly limited, but it is preferable that the compound such as rare earth element is finely dispersed than the ceria powder. In this state, the area in which the particles of the compound such as a rare earth element come into contact with the ceria particles is high, and moreover, the oxide of the rare earth element or the like is easily dissolved in the ceria.

【0063】粉砕時間は、粉砕の効率により異なるが、
粉砕のエネルギーが高い粉砕方法では、より粉砕時間が
短くなる。
The crushing time depends on the efficiency of crushing,
The crushing method with high crushing energy shortens the crushing time.

【0064】本発明により得られた粉末を通常のガンマ
アルミナ等のミクロンオーダーの粒径の粉末と混合して
触媒等として使用する場合、通常の加熱乾燥を行うのが
よい。
When the powder obtained by the present invention is used as a catalyst or the like by mixing it with a powder having a particle size on the order of micron such as normal gamma-alumina, it is preferable to carry out normal heat drying.

【0065】しかし、本発明者の一部が開発した触媒の
製造方法(特願平6−81951号)のように、超微粒
子状の他成分の粉末と組み合わせて使用する場合、混合
した後の粉末は、乾燥凝集を避けるために、そのまま乾
燥せずに超微粒子状の他成分の粉末と組み合わせる(混
合する)のがよい。しかし、超微粒子状の他成分の粉末
と組み合わせる前に本発明で得られた粉末を乾燥するこ
とが避けられない場合には、凍結乾燥、超臨界乾燥等を
行う、あるいは乾燥粉末をスラリー状に戻し、超音波分
散や軽い再粉砕を行うのがよい。
However, when used in combination with powders of other components in the form of ultrafine particles, as in the method for producing a catalyst developed by some of the present inventors (Japanese Patent Application No. 6-81951), after mixing, In order to avoid dry agglomeration, the powder is preferably combined (mixed) with the powder of other component in the form of ultrafine particles without being dried as it is. However, if it is unavoidable to dry the powder obtained in the present invention before combining it with the powder of the other components in the form of ultrafine particles, freeze drying, supercritical drying, or the like is performed, or the dry powder is made into a slurry. It is better to reconstitute, ultrasonically disperse or lightly regrind.

【0066】この触媒の製造方法(特願平6−8195
1号)では、触媒成分と、微粒子状のアルミナ粉末と、
微粒子状のシリカ粉末等のアミルナ粒子の焼結を阻止す
る物質と、必要に応じて添加するアルミナと反応して固
溶体や化合物を生成しない物質とを混合することにより
触媒を製造する方法である。上記触媒成分、またはアル
ミナと反応して固溶体や化合物を生成しない物質とし
て、本発明の粉末を利用することができる。
Production method of this catalyst (Japanese Patent Application No. 6-8195)
No. 1), a catalyst component, finely divided alumina powder,
It is a method for producing a catalyst by mixing a substance that prevents sintering of amylna particles such as finely divided silica powder, and a substance that does not form a solid solution or a compound by reacting with alumina that is added as necessary. The powder of the present invention can be used as a substance that does not react with the catalyst component or alumina to form a solid solution or a compound.

【0067】このように、本発明では、還元剤を添加す
ることによりセリア中に希土類元素等の酸化物をより多
く固溶させることができる。
As described above, in the present invention, by adding the reducing agent, a larger amount of oxide such as a rare earth element can be dissolved in ceria.

【0068】本発明の粉末は、セリアと希土類元素等の
酸化物とが十分に固溶しているため、触媒、特に高温で
使用する触媒、自動車用排ガス触媒等に利用することが
できる。
Since the powder of the present invention has a sufficient solid solution of ceria and an oxide such as a rare earth element, it can be used as a catalyst, particularly a catalyst used at high temperature, an exhaust gas catalyst for automobiles and the like.

【0069】例えば、本発明の粉末を酸素を吸蔵、放出
する機能が必要な用途(触媒等)に利用すると、以下の
ような機能を発揮する。
For example, when the powder of the present invention is used for an application (catalyst or the like) which requires a function of occluding and releasing oxygen, the following functions are exhibited.

【0070】本発明の粉末中のセリアが有する機能は、
酸素を吸蔵、放出することにより酸素分圧を調節するも
のである。酸化雰囲気では酸素を吸蔵し、還元雰囲気で
は酸素を放出することにより触媒活性を高める助触媒と
しての機能がある。触媒中では、上記の酸素の吸蔵、放
出を迅速に行う必要がある。本発明の粉末を構成する粒
子は、セリアにジルコニアまたは希土類元素の酸化物が
十分に固溶し、しかも粒径が小さいため比表面積が高く
なっている。従って、高温で使用しても高い比表面積を
維持し、酸素の吸蔵、放出を迅速に行うことができる。
The function of ceria in the powder of the present invention is
The oxygen partial pressure is adjusted by storing and releasing oxygen. It has a function as a co-catalyst that enhances catalytic activity by storing oxygen in an oxidizing atmosphere and releasing oxygen in a reducing atmosphere. In the catalyst, it is necessary to rapidly store and release the above oxygen. The particles constituting the powder of the present invention have a high specific surface area because ceria has a sufficient solid solution of an oxide of zirconia or a rare earth element and has a small particle size. Therefore, a high specific surface area can be maintained even when used at high temperatures, and oxygen can be occluded and released rapidly.

【0071】例えば、触媒に利用する場合、従来のセリ
ア粉末と同様に、アルミナ等と混合して触媒を調製する
ことができ、得られた触媒はセリア中に希土類元素の酸
化物またはジルコニアが十分に固溶しているため、耐熱
性が高く、また比表面積が大きいことにより活性が高
い。例えば、本発明者の一部が開発した触媒の製造方法
(特願平6−81951号)において、本発明の粉末を
利用することができる。
For example, when used as a catalyst, the catalyst can be prepared by mixing with alumina or the like as in the conventional ceria powder, and the obtained catalyst contains a rare earth element oxide or zirconia sufficiently in ceria. It has a high heat resistance because it is a solid solution, and it has high activity due to its large specific surface area. For example, the powder of the present invention can be used in a method for producing a catalyst developed by a part of the present inventors (Japanese Patent Application No. 6-81951).

【0072】なお、本発明の粉末は、比表面積が大きい
ものであり、比表面積を測定するには、窒素等のガスを
用いたBET法により測定する方法、あるいは水銀圧入
法によって30Å程度まで計測される細孔径と細孔容積
とから算出する方法がある。
The powder of the present invention has a large specific surface area. To measure the specific surface area, the BET method using a gas such as nitrogen or the mercury injection method is used to measure up to about 30Å. There is a method of calculating from the pore diameter and the pore volume.

【0073】以下、本発明の実施例を説明する。Examples of the present invention will be described below.

【0074】なお、以下の実施例で示している粒子の粒
径は、光子相関法を用いた粒度分布測定器により測定し
たものであり、重量割合による存在頻度の最大のものの
粒径である。
The particle diameters of the particles shown in the following examples are those measured by a particle size distribution measuring instrument using the photon correlation method, and are the particle diameters of the particles having the highest existence frequency by weight ratio.

【0075】(実施例1)分散媒(還元剤としても兼ね
る)として1500ccのエタノールを用い、このエタ
ノールと、1次粒子の粒径6nm、2次粒子の粒径10
μm、比表面積100m2 /gのセリア粉末100gと
を、横型媒体攪拌ミル(Willey A. Bachofen AG 社製Dy
no mill )中に導入して、粉砕を行った。粉砕の際、ミ
ルの内壁、ボールおよび攪拌翼はジルコニア製とし、4
000r.p.m.で攪拌翼を回転させた。40時間粉砕を行
い、粉末を製造した。
Example 1 1500 cc of ethanol was used as a dispersion medium (also serving as a reducing agent), and this ethanol was used together with primary particles having a particle size of 6 nm and secondary particles having a particle size of 10 nm.
μm and 100 g of ceria powder having a specific surface area of 100 m 2 / g and a horizontal medium stirring mill (Dy manufactured by Willey A. Bachofen AG)
No mill) and crushed. During milling, the inner wall of the mill, balls and stirring blades should be made of zirconia.
The stirring blade was rotated at 000 rpm. Grinding was performed for 40 hours to produce a powder.

【0076】なお、本実施例では、ジルコニア製のミル
の内壁、ボールおよび攪拌翼より磨耗によって破片がセ
リア粉末中に混入することによりセリア粉末とジルコニ
アとが混合される。
In this embodiment, the ceria powder and the zirconia are mixed by the fragments mixed into the ceria powder due to abrasion from the inner wall of the zirconia mill, the balls and the stirring blades.

【0077】(実施例2)実施例1において、セリア粉
末の粉砕時に比表面積50m2 /gのジルコニア粉末2
0gを添加し、粉砕時間を25時間とした以外は、実施
例1と同様にして粉砕を行い、粉末を製造した。
(Example 2) In Example 1, zirconia powder 2 having a specific surface area of 50 m 2 / g when crushing ceria powder 2
Pulverization was performed in the same manner as in Example 1 except that 0 g was added and the pulverization time was 25 hours to produce a powder.

【0078】(実施例3)1次粒子の粒径6nm、2次
粒子の粒径10μm、比表面積100m2 /gのセリア
粉末100gを水に分散し、この分散水と硝酸ジルコニ
ル2水塩90gの水溶液と混合した。次に、この混合水
溶液にアンモニアを加えて中和し、乾燥させた。その
後、実施例1におけるセリア粉末をこの乾燥物に代え、
粉砕時間を16時間とした以外は実施例1と同様にして
粉砕を行い、粉末を製造した。
Example 3 100 g of ceria powder having a primary particle diameter of 6 nm, a secondary particle diameter of 10 μm and a specific surface area of 100 m 2 / g was dispersed in water, and this dispersed water and zirconyl nitrate dihydrate 90 g Of water. Next, ammonia was added to the mixed aqueous solution to neutralize it and dried. After that, the ceria powder in Example 1 was replaced with this dried product,
Pulverization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pulverization time was 16 hours to produce a powder.

【0079】(実施例4)実施例3における横型媒体攪
拌ミルの内壁、ボールおよび攪拌翼をサイアロン製と
し、硝酸ジルコニル2水塩の添加量を155gとし、粉
砕時間を50時間とした以外は、実施例3と同様にして
粉砕を行い、粉末を製造した。
Example 4 The inner wall, balls and stirring blades of the horizontal medium stirring mill in Example 3 were made of Sialon, the addition amount of zirconyl nitrate dihydrate was 155 g, and the grinding time was 50 hours, except that Pulverization was performed in the same manner as in Example 3 to produce a powder.

【0080】(実施例5)1次粒子の粒径6nm、2次
粒子の粒径10μm、比表面積100m2 /gのセリア
粉末100gを、ヒータおよび内壁が黒鉛製の炉中で、
油拡散ポンプを用いて真空を保ちながら700℃で2時
間熱処理した。その後、実施例1におけるセリア粉末を
この熱処理物に代え、エタノールを1500ccの水に
代え、粉砕時間を20時間とした以外は実施例1と同様
にして粉砕を行い、粉末を製造した。
Example 5 100 g of ceria powder having a primary particle size of 6 nm, secondary particle size of 10 μm and a specific surface area of 100 m 2 / g was placed in a furnace having a heater and an inner wall made of graphite.
It heat-processed at 700 degreeC for 2 hours, maintaining a vacuum using an oil diffusion pump. Then, the ceria powder in Example 1 was replaced with this heat-treated product, ethanol was replaced with 1500 cc of water, and crushing was performed in the same manner as in Example 1 except that the crushing time was 20 hours, to produce a powder.

【0081】(実施例6)実施例5の粉砕前の熱処理に
おいて、原料として実施例3の粉砕前の乾燥物を用い、
熱処理温度を1100℃とした以外は、実施例5と同様
にして混合物を熱処理した。その後、実施例4における
粉砕前原料をこの熱処理物に代え、粉砕時間を10時間
とした以外は実施例4と同様にして粉砕を行い、粉末を
製造した。
(Example 6) In the heat treatment before crushing of Example 5, the dried product of Example 3 before crushing was used as a raw material.
The mixture was heat-treated in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature was 1100 ° C. Then, the raw material in Example 4 was replaced with the heat-treated product, and the pulverization was performed in the same manner as in Example 4 except that the pulverization time was 10 hours, to produce a powder.

【0082】(実施例7)硝酸セリウム水溶液と硝酸ジ
ルコニル2水塩水溶液とを混合し、アンモニアを滴下し
て中和することにより共沈物を得、更にこの共沈物を乾
燥した。その後、実施例3におけるセリア粉末をこの乾
燥物に代えた以外は、実施例3と同様にして粉砕を行
い、粉末を製造した。
Example 7 An aqueous cerium nitrate solution and an aqueous zirconyl nitrate dihydrate solution were mixed, and ammonia was added dropwise to neutralize the mixture to obtain a coprecipitate, which was further dried. Then, crushing was performed in the same manner as in Example 3 except that the dried material was used instead of the ceria powder in Example 3, to produce a powder.

【0083】(比較例)1次粒子の粒径6nm、2次粒
子の粒径10μm、比表面積100m2 /gのセリア粉
末100gに硝酸ジルコニル2水塩水溶液を含浸し、そ
の後、大気中、700℃で熱処理して、ジルコニア含有
量が20mol%である粉末を製造した。
Comparative Example 100 g of ceria powder having a primary particle diameter of 6 nm, a secondary particle diameter of 10 μm and a specific surface area of 100 m 2 / g was impregnated with an aqueous zirconyl nitrate dihydrate solution, and then 700 atmosphere. Heat treatment was performed at 0 ° C. to produce a powder having a zirconia content of 20 mol%.

【0084】なお、実施例1〜7および比較例において
上記で示した以外のCeとZrとの比の粉末も製造し
た。
Powders having ratios of Ce and Zr other than those shown above in Examples 1 to 7 and Comparative Example were also manufactured.

【0085】(粉末の評価試験)実施例1〜7で得られ
た粉末について、X線回折による各回折ピークのシフト
から格子定数を算出することによりセリア中のジルコニ
ウムの固溶状態を観測したところ、いずれの粉末も、ジ
ルコニアが均一に固溶したものであった。
(Evaluation Test of Powder) With respect to the powders obtained in Examples 1 to 7, the solid solution state of zirconium in ceria was observed by calculating the lattice constant from the shift of each diffraction peak by X-ray diffraction. Each of the powders was a solid solution of zirconia.

【0086】また、実施例3の粉砕前の粉末および得ら
れた粉末(粉砕後の粉末)について、光子相関法により
粒度分析を行った。その結果を図1(粉砕前のセリア粉
末)と図2(粉砕後の粉末)に示す。なお、図1、図2
の縦軸の頻度は光子相関法を用いた粒度分布測定器によ
り測定した重量割合による存在頻度である。また、実施
例3以外の粉末(実施例1、2、4〜7の粉末)も図2
とほぼ同様な粒度分布であった。
Further, the particle size of the powder before grinding and the obtained powder (the powder after grinding) of Example 3 were analyzed by the photon correlation method. The results are shown in FIG. 1 (ceria powder before crushing) and FIG. 2 (powder after crushing). 1 and 2
The frequency on the vertical axis of is the existence frequency according to the weight ratio measured by the particle size distribution analyzer using the photon correlation method. Further, powders other than that of Example 3 (powder of Examples 1, 2, 4 to 7) are also shown in FIG.
The particle size distribution was almost the same as.

【0087】図1および図2より、粉砕処理によってほ
とんどの粒子が粉砕され、約20nmの粒径のものが最
も多いことが分かる。この結果、実施例1〜7の粉末
は、いずれも70重量%以上の粒子の粒径が100nm
以下であった。
It can be seen from FIGS. 1 and 2 that most of the particles are crushed by the crushing treatment, and most of them have a particle size of about 20 nm. As a result, all of the powders of Examples 1 to 7 had a particle size of 70% by weight or more and a particle size of 100 nm.
It was below.

【0088】このように、実施例1〜3のように、横型
媒体攪拌ミルの内壁、ボールおよび攪拌翼をジルコニア
製とした場合、内壁、ボールおよび攪拌翼が磨耗するこ
とにより発生するジルコニア粉末がセリア粉末中に固溶
した。また、粉砕時間が長くなるほど固溶量が増加し
た。
As described in Examples 1 to 3, when the inner wall of the horizontal medium stirring mill, the balls and the stirring blades are made of zirconia, the zirconia powder generated by the abrasion of the inner wall, the balls and the stirring blades is Dissolved in ceria powder. Moreover, the amount of solid solution increased as the pulverization time increased.

【0089】また、実施例2、3のように、添加するジ
ルコニア粉末または硝酸ジルコニル2水塩の量を調整す
ることにより、ジルコニアの固溶量を大きくすることが
できた。
Further, as in Examples 2 and 3, by adjusting the amount of zirconia powder or zirconyl nitrate dihydrate to be added, the solid solution amount of zirconia could be increased.

【0090】また、実施例4のように、横型媒体攪拌ミ
ルの内壁、ボールおよび攪拌翼を耐磨耗性の高いサイア
ロン製とした場合、セリア粉末中にサイアロンの混入が
少ないため、セリア中のジルコニア固溶量が粉砕時間の
影響を受けにくい。従って、製造する粉末の組成の設定
が容易であった。
When the inner wall of the horizontal medium agitating mill, the balls and the agitating blades are made of sialon having high abrasion resistance as in Example 4, since the sialon is less mixed in the ceria powder, The amount of zirconia solid solution is less affected by the grinding time. Therefore, it was easy to set the composition of the powder to be produced.

【0091】なお、実施例4において、硝酸ジルコニル
2水塩に代えてジルコニア粉末を用いても可能であっ
た。
In Example 4, zirconia powder could be used instead of zirconyl nitrate dihydrate.

【0092】また、実施例1においてCeとZrとの比
を変化させて得られた粉末中のジルコニア含有率(粉末
中のセリアとジルコニアとの合計量を100mol%と
した場合のジルコニアの含有量)と、粉末の格子定数と
の関係を図3に示す。
The zirconia content in the powder obtained by changing the ratio of Ce and Zr in Example 1 (the content of zirconia when the total amount of ceria and zirconia in the powder is 100 mol%) 3) and the lattice constant of the powder are shown in FIG.

【0093】図3より、ジルコニア含有率と格子定数と
の関係は、破線で示したように、レガードの法則に従う
明確な関係があった。これは、粉末中に含まれるジルコ
ニアがほとんどすべてセリア中に固溶していることを示
している。
From FIG. 3, the relationship between the zirconia content and the lattice constant had a clear relationship according to the Regard's law, as indicated by the broken line. This indicates that almost all zirconia contained in the powder is in solid solution in ceria.

【0094】また、実施例2により得られた粉末につい
て、水銀圧入法により粉砕前後における細孔分布と比表
面積を測定した。その結果を図4(粉砕前のセリア粉
末)と図5(粉砕後の粉末)に示す。図4、図5とも実
線は比表面積を示し、破線は細孔容積を示す。
With respect to the powder obtained in Example 2, the pore distribution and specific surface area before and after pulverization were measured by the mercury porosimetry method. The results are shown in FIG. 4 (ceria powder before crushing) and FIG. 5 (powder after crushing). 4 and 5, the solid line shows the specific surface area, and the broken line shows the pore volume.

【0095】図4、図5より、粉砕により比表面積が
2.5倍増加していることが分かる。
From FIGS. 4 and 5, it can be seen that the specific surface area is increased by 2.5 times due to the pulverization.

【0096】また、比較例の粉末では、添加したジルコ
ニアのうち約20%がセリア中に固溶し、残りの80%
は固溶せずにジルコニア単体として存在していた。ま
た、95重量%以上の粒子の粒径が5000nm以上で
あった。
Further, in the powder of the comparative example, about 20% of the added zirconia was dissolved in ceria, and the remaining 80% was added.
Existed as a simple substance of zirconia without solid solution. The particle size of 95% by weight or more of the particles was 5000 nm or more.

【0097】また、実施例3と比較例の粉末(どちらも
粉末中のCeとZrとの重量比はCe:Zr=5:5で
ある)を、それぞれ2.5重量倍のガンマアルミナと混
合し、さらにガンマアルミナ100g当たり1gの白金
とロジウム0.2gとを添加した。これにより2種類の
触媒を製造した。
Further, the powders of Example 3 and the comparative example (both the weight ratio of Ce and Zr in the powder is Ce: Zr = 5: 5) are mixed with 2.5 times by weight of gamma alumina. Then, 1 g of platinum and 0.2 g of rhodium were added per 100 g of gamma alumina. This produced two types of catalysts.

【0098】これらの触媒を、自動車の排ガス中に10
00℃、5時間保持した(耐久試験)後、CO、NO、
炭化水素(HC)の浄化率を測定した。CO、NO、炭
化水素(HC)の浄化率が50%となる温度(50%浄
化温度)を図6に示す。
These catalysts were added to automobile exhaust gas in an amount of 10
After holding at 00 ° C for 5 hours (durability test), CO, NO,
The purification rate of hydrocarbons (HC) was measured. FIG. 6 shows the temperature at which the purification rate of CO, NO, and hydrocarbons (HC) reaches 50% (50% purification temperature).

【0099】図6より、本実施例の粉末を用いた触媒の
方が、比較例の粉末を用いた触媒より耐久試験後におけ
る各成分の50%浄化温度が低く、高活性であることが
分かる。
From FIG. 6, it can be seen that the catalyst using the powder of this example has a lower 50% purification temperature of each component after the endurance test and higher activity than the catalyst using the powder of the comparative example. .

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

【図1】本発明の実施例における粉砕前の粉末の粒度分
布を示す線図
FIG. 1 is a diagram showing a particle size distribution of powder before pulverization in an example of the present invention.

【図2】本発明の実施例における粉砕後の粉末の粒度分
布を示す線図
FIG. 2 is a diagram showing a particle size distribution of powder after pulverization in Examples of the present invention.

【図3】本発明の実施例の粉末中のジルコニア含有率と
格子定数との関係を示す線図
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the zirconia content in the powder of the example of the present invention and the lattice constant.

【図4】本発明の実施例における粉砕前の粉末の細孔径
と比表面積および細孔容積との関係を示す線図
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the pore diameter, the specific surface area and the pore volume of the powder before pulverization in Examples of the present invention.

【図5】本発明の実施例における粉砕後の粉末の細孔径
と比表面積および細孔容積との関係を示す線図
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the pore size, the specific surface area and the pore volume of the powder after pulverization in the examples of the present invention.

【図6】本発明の実施例および比較例の粉末を用いた触
媒の耐久試験後における排ガス成分の50%浄化温度を
示す線図
FIG. 6 is a diagram showing a 50% purification temperature of exhaust gas components after a durability test of catalysts using the powders of Examples of the present invention and Comparative Examples.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽布川 英夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 福井 雅幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hideo Sofukawa, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture, Nagakage 1 1st side street, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Fukui, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture No. 41 Nagamichi Yokomichi 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セリウムを除く希土類元素およびジルコ
ニウムのうちの少なくとも1種の酸化物と、セリアとが
互いに固溶した粒子より構成され、50重量%以上の粒
子の粒径が100nm以下の範囲にあることを特徴とす
る粉末。
1. A particle comprising at least one oxide of rare earth elements other than cerium and zirconium, and ceria, which are solid-solved with each other, and 50% by weight or more of the particles have a particle size of 100 nm or less. A powder characterized by being.
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