JPH10167726A - 希土類酸化物 - Google Patents

希土類酸化物

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JPH10167726A JP8326700A JP32670096A JPH10167726A JP H10167726 A JPH10167726 A JP H10167726A JP 8326700 A JP8326700 A JP 8326700A JP 32670096 A JP32670096 A JP 32670096A JP H10167726 A JPH10167726 A JP H10167726A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 スラリー特性、特に粘度を安定に保つことの
できる希土類酸化物を提供する。 【解決手段】 希土類酸化物粒子表面に希土類水酸化物
層を有し、希土類水酸化物層の平均厚さが5nm以上被覆
酸化物の平均粒子径の1/10以下であり、かつ希土類水酸
化物被覆希土類酸化物の平均粒子径が 0.1〜 100μm で
ある希土類酸化物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する利用分野】セラミックス、特に構造用セ
ラミックス、電子用セラミックス、窒化硅素、窒化アル
ミニウム、サイアロン、ジルコニア等の焼結助材や希土
類酸化物焼結体の原料として有用な希土類酸化物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】セラミックス、特に構造用セラミック
ス、電子用セラミックス、窒化硅素、窒化アルミニウ
ム、サイアロン、ジルコニア等の焼結助材として希土類
元素の酸化物が利用されている。これらセラミックスの
製造に際し、原料の混合、成型方法として粉末原料を溶
媒等と共にボールミル、メディアミル等の分散機や混合
機等でスラリー化して利用されることが多くなってきた
が、最近は安全性や環境問題の点から有機溶媒の代わり
に水を用いるようになってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水を溶媒とし
た場合、スラリー特性、特に粘度の安定性が問題とな
る。スラリーの粘度は鋳込み成型等では成型品の歩留ま
り、製品寸法等の製品品質に大きな影響を与える。ま
た、スラリー特性は原料粉末と共に混合される分散剤や
バインダの種類や量等に大きく影響され、経時変化も大
きいので、一度に多量のスラリーを調整できないとか、
成形法別に処方を変える必要があるとか様々な問題点を
持っていた。本発明は、このような課題を解決して、ス
ラリー特性、特に粘度を安定に保つことのできる希土類
酸化物を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】このスラリー特性、特に
粘度の経時変化について検討を重ねた結果、希土類酸化
物と分散剤やバインダ等の有機物との反応に因るもので
あることを突き止め、反応機構を検討した結果、粘度安
定化対策として希土類酸化物の表面にその水酸化物層を
形成しておけばよいことを見出し、諸条件を確立して本
発明を完成したもので、その要旨は、希土類酸化物粒子
表面に希土類水酸化物層を有することを特徴とする希土
類酸化物にあり、更に詳しくは、希土類水酸化物層の平
均厚さが5nm以上被覆酸化物の平均粒子径の1/10以下で
あり、かつ希土類水酸化物被覆希土類酸化物の平均粒子
径が 0.1〜 100μm である希土類酸化物にある。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において希土類元素とは、Sc、Y及び原子番号57〜
71までのランタニド(La、Nd を除く)のCe、Pr、Pm、Sm、E
u、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選択される1種または
2種以上の混合物である。本発明の特徴は、希土類酸化
物の粒子表面に希土類水酸化物層を有することである。
また、希土類酸化物粒子の表面を被覆する希土類水酸化
物層の厚さは5nm以上被覆酸化物の平均粒子径の1/10以
下であり、5nm未満ではスラリーの安定化が得られず、
被覆酸化物の平均粒子径の1/10以下を超えると焼結時の
反応性などに問題があるので好ましくない。かつ希土類
水酸化物被覆希土類酸化物の平均粒子径が 0.1〜 100μ
m 、好ましくは0.1 μm から50μm 、より好ましくは0.
5 μm から10μm であり、100 μm を越えると母材への
分散性や焼結性が悪くなるので好ましくない。
【0006】次に本発明の希土類水酸化物被覆希土類酸
化物粒子の製造方法を述べる。本発明品のベースとなる
希土類酸化物粒子の平均粒径は 0.1〜50μmで、原料の
塩(蓚酸塩、炭酸塩、水酸化物)を焼成して直接生成さ
せるのが一般的であるが、凝集物やより大きな粒径の粒
子をジェットミルやビーズミルなどの粉砕機、解砕機で
製造してもよい。この希土類酸化物に水酸化物層を生成
させるには種々の方法がある。例えば、水和法で目的の
酸化物を水と反応させ表面を水酸化物に改質する方法で
ある。水との反応は通常の状態では起こらないが(酸化
物がLa2O3 、Nd2O3 以外)、高温(80℃以上)の水や水
蒸気と反応させることにより酸化物表面だけを水酸化物
に改質することができる。このとき、水酸化物層の厚さ
はその反応時間、温度に依存する。その他に、コーティ
ング法でベース酸化物を分散させたスラリーに生成させ
たい希土類塩の溶液(硝酸塩、塩化物、硫酸塩)を添加
後、それらに水酸化物の生成に必要な量のアルカリを添
加し酸化物表面に水酸化物を析出させる方法がある。こ
の場合、水酸化物層の厚さは添加する希土類塩の量によ
り調節できる。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウムなどの水溶液やアンモニアの水溶液、ガ
スが利用できる。本発明においては、水酸化物層の均質
性に優れると予想されるため水和法により水酸化物層を
生成させた。
【0007】スラリーは、希土類酸化物、窒化ケイ素や
窒化アルミニウムなどの主剤、分散剤(ポリカルボン酸
ナトリウム塩、同アンモニウム塩、ポリエチレンオキサ
イド等)、バインダー(ポリビニルアルコール、メチル
セルロース等)と溶媒(水)を共にボールミルで混合分
散して調整される。この際、セラミックススラリーの粘
度変化が特に重要で、通常の希土類酸化物を使用した安
定性の悪いスラリーはこの混合分散工程でゲル化してし
まい製品になり得ない。そのため、スラリー濃度を下げ
る、混合時間を短くする等の措置が必要があるが、これ
らの措置は製品品質の均一化、歩留りなどに悪影響を及
ぼす。そこで、本発明者等が、その原因を追求した結
果、スラリー中の希土類酸化物と分散剤、バインダーな
どの有機物との反応が原因であることが判明した。そし
て、通常の希土類酸化物の代わりに、希土類水酸化物被
覆希土類酸化物を使用すると、上記反応を抑えることが
でき、スラリーが長期間ゲル化しなかった。以下に、そ
の効果を具体的に説明する。
【0008】本発明の希土類水酸化物被覆希土類酸化物
(以下本発明品という)の特性は、本発明品単独または
分散剤を添加した水系スラリーにおいて、分散効果、ス
ラリー粘度安定効果とも高く、スラリー濃度10〜50重量
%において、スラリー温度50℃(緩撹拌下)で約30日間
はゲル化することなく安定である。また、焼結用バイン
ダーとして水溶性高分子であるポリビニルアルコール、
セルロース誘導体等の使用は低濃度であれば問題はな
い。これに対して、上記と同条件では、粒径範囲0.5 〜
10μmの通常の希土類酸化物単独水系スラリーは約1日
程度でゲル化し、また通常の希土類酸化物及び分散剤の
水系スラリーは約1時間でゲル化してしまう。
【0009】更に、本発明品の特性を利用した分野とし
て、セラミックス−本発明品−水系スラリー及びセラミ
ックス−本発明品−分散剤−水系スラリーの分散効果お
よびスラリー粘度安定効果を挙げることができる。本発
明品の添加率はセラミックスの種類やその目的によって
も異なるが、スラリー濃度10〜50重量%において、セラ
ミックス 100重量部当たり3〜10重量部がよい。3重量
部未満では添加効果がなく、10重量部を越えてもゲル化
を促進してしまう。粘度安定性は、各種条件により異な
るが、目安として、上記スラリー濃度、本発明品添加率
において、スラリー温度50℃(緩撹拌下)で約30日間は
ゲル化することなく安定である。セラミックスとして
は、希土類酸化物、構造用セラミックス、電子用セラミ
ックス、ジルコニア、窒化ケイ素、サイアロン、アルミ
ナ、チタン酸バリウム、及び窒化アルミニウムなどが適
用される。また、焼結用バインダーとして水溶性高分子
であるポリビニルアルコール、セルロース誘導体等の使
用は低濃度であれば問題はない。
【0010】本発明の作用は、水を溶媒とするスラリー
中で本発明の焼結助剤として添加している希土類水酸化
物被覆希土類酸化物粒子表面の−OH基と分散剤やバイ
ンダの分子末端−OH基や陰イオンが電気的に反発して
主剤であるセラミック粒子と分散剤やバインダとの間で
起こるゲル化を阻止し、その結果スラリー粘度が経時的
に上昇せず、安定化するものと推考される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施形態を実施例を挙げて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 (物性評価測定方法) (1)希土類水酸化物層の厚さ X線光電子分光法にて粒子表面よりAr でエッチングす
ることにより測定でき、その厚さはSiO2換算の値として
評価する。 (2)希土類酸化物粒子の粒子径 希土類酸化物粒子の粒子径は、試料を水中で超音波によ
り分散後、マイクロトラック社のレーザ回析法の粒度分
布測定装置により測定した。以下に、測定法を述べる。
試料10mgにを50mlビーカーに採取し、0.2wt%のヘキサメ
タリン酸ナトリウムの水溶液40mlを添加後、超音波ホモ
ジナイザーで40w ×3分間分散を行い測定液とし、機器
の測定手順に従い測定した。 (3)希土類水酸化物被覆希土類酸化物スラリーの粘度
安定性 本発明の希土類水酸化物被覆希土類酸化物の特性評価方
法として、本品スラリーを調整し、スラリー粘度の経時
的安定性を測定した。水に本品を分散剤と共に分散さ
せ、ゆっくり撹拌しながら一定温度下に保持し、スラリ
ーの状態変化を観察した。
【0012】(実施例1)水酸化物層生成法として水和
法を用いて以下の通り試料1を製造した。平均粒子径1.
0 μm の酸化イットリウム1.0kg と2.0kg の純水をビー
カーで撹拌しながらスラリー化させた。そのビーカーを
密閉し90℃のオーブンに入れ24時間加熱を行なった。加
熱終了後冷却し、濾過、乾燥を経て水酸化物被覆希土類
酸化物を製造した。得られた試料の水酸化物層の厚さを
X線光電子分光法で測定すると平均20nmであった。次い
で、この試料132重量部に対し、水40重量部、分散剤の
セルナD305 (中京油脂社製商品名)1.5 重量部の割合
で添加し、十分撹拌してスラリーを調整した。スラリー
寿命は温度を50℃に保ち加速試験をすることにより評価
した。その状態変化を観察したところ10日間スラリー状
態を保持した。
【0013】(実施例2)水酸化物層生成法として水和
法を用いて以下の通り試料2を製造した。平均粒子径1.
0 μm の酸化イットリウム1.0kg をトレーに充填し、耐
圧容器に入れ120 ℃の飽和水蒸気で7時間加熱した。加
熱終了後冷却し、乾燥を経て水酸化物被覆希土類酸化物
を製造した。得られた試料の水酸化物層の厚さをX線光
電子分光法で測定すると平均10nmであった。次いで、こ
の試料2を試料1の代わりとして使用した以外は実施例
1と同条件でスラリーを調整し、スラリーの状態変化を
観察したところ5日間スラリー状態を保持した。
【0014】(実施例3)水酸化物層生成法として水和
法を用いて以下の通り試料3を製造した。平均粒子径1.
5 μm の酸化ジスプロシウム1.0kg と2.0kg の純水をビ
ーカーで撹拌しながらスラリー化させた。そのビーカー
を密閉し90℃のオーブンに入れ24時間加熱を行なった。
加熱終了後冷却し、濾過、乾燥を経て水酸化物被覆希土
類酸化物を製造した。得られた試料の水酸化物層の厚さ
をX線光電子分光法で測定すると平均20nmであった。次
いで、この試料3を試料1の代わりとして使用した以外
は実施例1と同条件でスラリーを調整し、スラリーの状
態変化を観察したところ、20日間スラリー状態を保持し
た。
【0015】(実施例4)水酸化物層生成法として水和
法を用いて以下の通り試料4を製造した。平均粒子径1.
5 μm の酸化ジスプロシウム1.0kg をトレーに充填し、
耐圧容器に入れ120 ℃の飽和水蒸気で7時間加熱した加
熱終了後冷却し乾燥を経て水酸化物被覆希土類酸化物を
製造した。得られた試料の水酸化物層の厚さをX線光電
子分光法で測定すると平均10nmであった。次いで、この
試料4を試料1の代わりとして使用した以外は実施例1
と同条件でスラリーを調整し、スラリーの状態変化を観
察したところ10日間スラリー状態を保持した。
【0016】(実施例5)試料1をジルコニア粉末100
重量部に対して5重量部になるように添加し、固形分濃
度50重量%のスラリーを調整した。このスラリーを50℃
に保温し寿命試験にかけたところ30日間スラリー状態を
保持した。
【0017】(実施例6)分散剤を用いない以外は実施
例1と同条件でスラリーを調整しスラリーの状態を観察
したところ10日以上スラリー状態を保持した。
【0018】(比較例1)試料1の代わりに試料5とし
て粒子表面に平均厚さ3nmの水酸化イットリウム層を有
する平均粒子径1.0 μm の酸化イットリウムを使用した
以外は実施例1と同条件でスラリーを調整し、スラリー
の状態変化を観察したところ、1時間後にゲル化した。
【0019】(比較例2)試料1の代わりに試料6とし
て粒子表面に平均厚さ3nmの水酸化イットリウム層を有
する平均粒子径 5.0μm の酸化イットリウムを使用した
以外は実施例1と同条件でスラリーを調整し、スラリー
の状態変化を観察したところ、2時間後にゲル化した。
【0020】(比較例3)試料1の代わりに試料7とし
て平均厚さ3nmの水酸化ジスプロシウム層を有する平均
粒子径1.5 μm の酸化ジスプロシウムを使用した以外は
実施例1と同条件でスラリーを調整しスラリーの状態変
化を観察したところ1日でゲル化した。
【0021】(比較例4)酸化イットリウムに水酸化物
被覆処理を施さない以外は同じ酸化イットリウムを実施
例5と同条件でスラリーを調整しスラリーの状態を観察
したところ3日間でゲル化した。
【0022】
【発明の効果】本発明品は、水を溶媒とする本発明品ス
ラリー中でよく分散し、かつスラリー粘度安定性が高い
ので、本発明品−分散剤系スラリー、セラミックス−本
発明品系スラリーおよびセラミックス−本発明品−分散
剤系スラリーに対しても分散効果、粘度安定性効果が高
く、セラミックス成形品の品質向上、歩留り向上に大き
く寄与しており、産業上その利用価値は極めて高い。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類酸化物粒子表面に希土類水酸化物層
    を有することを特徴とする希土類酸化物。
  2. 【請求項2】希土類水酸化物層の平均厚さが5nm以上平
    均粒子径の1/10以下である請求項1に記載の希土類酸化
    物。
  3. 【請求項3】希土類水酸化物被覆希土類酸化物の平均粒
    子径が 0.1〜 100μmである請求項1または2に記載の
    希土類酸化物。
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