JPH11116242A - チタン酸バリウム粉末の製造方法 - Google Patents

チタン酸バリウム粉末の製造方法

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JPH11116242A
JPH11116242A JP28511797A JP28511797A JPH11116242A JP H11116242 A JPH11116242 A JP H11116242A JP 28511797 A JP28511797 A JP 28511797A JP 28511797 A JP28511797 A JP 28511797A JP H11116242 A JPH11116242 A JP H11116242A
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barium
ion
paa
titanium
barium titanate
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達二 佐野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高価な設備を用いないで、チタンとバリウムを
原子レベルで混合した組成物を得、特別な粉砕工程を必
要としないセラミック微粉末を得ることを目的とする。 【解決手段】チタンイオンとバリウムイオンを含む水溶
液にPAAを添加し、攪拌した後、水分を蒸発させ、乾
燥したゲル状物質を得る。この物質を500℃以下の比
較的低い温度で炭化させ、次に700〜1100℃の比
較的高温で焼成する方法である。この製造方法に採用に
より、特別の高価な製造設備を必要とせずに、高純度の
チタン酸バリウムを微粉末で得ることを可能とするもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は平均粒径が小さく、
かつ/または、二次凝集の少ない高純度のチタン酸バリ
ウム粉末の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】セラミック電子部品の小型化、大容量化
の要求に対し、セラミック基体は薄層化、多層化の傾向
にあり、これに使用するセラミック粉末、特にチタン酸
バリウム粉末は微粒子化および高純度化を求められてい
る。
【0003】チタン酸バリウム粉末の製造方法として
は、固相法、共沈法、水熱法、およびペチーニ法が知ら
れている。
【0004】(1)固相法は炭酸バリウムと二酸化チタ
ンをボールミル等により混合し、仮焼き、粉砕、焼成を
行う方法である。粉体同士を混合するため、原子レベル
での均一混合が難しく、粉砕時に不純物の混入が不可避
であり、微粉末のチタン酸バリウムを得るためには長時
間の粉砕が必要であることから、さらに不純物の混入が
増大する問題点がある。
【0005】(2)共沈法はチタンイオンとバリウムイ
オンを含む水溶液にシュウ酸を加え、シュウ酸チタニル
バリウムの沈殿物を得、乾燥、焼成する方法である。チ
タンとバリウムを原子レベルで混合する点では有効な手
段であるが、上記沈殿物は粒径が数十μmと大きいた
め、焼成において、硬い凝集粉末の集合体となり、微粉
末を得るためには結局、粉砕工程が必要となるという問
題点がある。また、共沈法で作ることのできるセラミッ
ク粉末は共沈組成物に依存するため、限定される。
【0006】(3)水熱法はチタンイオンとバリウムイ
オンを含む水溶液を高圧容器に入れ、水熱反応により、
チタン酸バリウムを合成し、乾燥、解砕する方法であ
る。チタンとバリウムを原子レベルで混合する点では
(2)と同様に有効な手段であるが、高温高圧に耐える
高価な反応装置が必要であり、濾過および乾燥を炭酸ガ
ス遮断の雰囲気で行う必要がある。また、得られた粒子
は二次凝集が進んでいるため、解砕工程が必須となると
いう問題点がある。
【0007】(4)ペチィーニ法は米国特許3,330,697
に開示されている方法で、チタンイオンとバリウムイオ
ンを含む水溶液に複数のカルボキシル基を含む有機化合
物を添加し、金属錯体とし、複数の水酸基を有するアル
コールとのエステル化反応により、高分子化することで
ゲルを得、乾燥、焼成を行う。この方法はチタンとバリ
ウムを原子レベルで混合する点では(2)、(3)と同
様に有効な方法であるが、チタン酸バリウムを製造する
バッチ毎に、エステル化反応工程を経なければならな
い。また、このエステル化反応により発生する有機溶剤
を含む反応液の処理を行わなければならないという問題
点もある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたものであり、高価な設備を用いない
で、チタンとバリウムを原子レベルで混合した組成物を
得、特別な粉砕または解砕工程を必要としないセラミッ
ク微粉末を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は下記
(1)〜(5)の方法により達成できる。
【0010】(1)チタンイオンおよびバリウムイオン
を含む水溶液にポリアクリル酸(PAA)を添加、攪拌
した後、これを乾燥し、焼成することを特徴とするチタ
ン酸バリウム粉末の製造方法。
【0011】(2)前記水溶液を酢酸酸性とすることを
特徴とする(1)記載のチタン酸バリウム粉末の製造方
法。
【0012】(3)前記水溶液にポリアクリル酸を添加
した後、水素イオン濃度(pH)を1〜10に調整し、
乾燥、焼成することを特徴とする(1)および(2)記
載のチタン酸バリウム粉末の製造方法。
【0013】(4)前記チタンイオンおよびバリウムイ
オンの合計と添加するポリアクリル酸のカルボキシル基
のモル比を1:1.5〜1:200で配合することを特
徴とする(1)〜(3)記載のチタン酸バリウム粉末の
製造方法。
【0014】(5)チタンイオンおよびバリウムイオン
を含む水溶液にポリアクリル酸(PAA)を添加、攪拌
した後、これを乾燥した乾燥生成物(乾燥ゲル)を50
0℃以下で炭化させ、さらに700〜1100℃の温度
で焼成することを特徴とする(1)〜(4)記載のチタ
ン酸バリウム粉末の製造方法。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明はチタンイオンとバリウム
イオンを含む水溶液にPAAを添加し、攪拌した後、水
分を蒸発させ、乾燥したゲル状物質を得る。この物質を
500℃以下の比較的低い温度で炭化させ、次に700
〜1100℃の比較的高温で焼成する方法である。この
製造方法に採用により、特別の高価な製造設備を必要と
せずに、高純度のチタン酸バリウムを微粉末で得ること
を可能とするものである。
【0016】チタンイオンの原料はPAAと配位結合を
形成するのもであれば、特に限定しないが、四塩化チタ
ンまたはチタニウムアルコキシドが有用である。
【0017】バリウムイオンの原料はPAAと配位結合
を形成するものであれば、特に限定しないが、有機酸
塩、特に酢酸塩が有用である。
【0018】これらのイオンを溶解する水溶液は沈殿物
を生じないようにpHを調整するため、酸性の物質を添
加する。酸性の物質は特に限定しないが焼成後、粉末内
に残留しない物質が好ましく、有機酸例えば酢酸が有用
である。
【0019】PAAの平均分子量は特に制限しないが、
1000〜300000が好ましい。平均分子量が10
00未満の場合、ゲル化し難くなり、300000を超
えるとチタンイオンとバリウムイオンにPAAを添加し
たとき、混合水溶液の一部に不溶解物が生成し、均一な
ゲルを作製し難くなる。
【0020】上記混合水溶液はpH調整剤により、pH
を調整する。pH調整剤としては焼成した後、粉末内に
残留しない物質が好ましく、pHを下げる調整剤として
は有機酸例えば酢酸の水溶液、pHを上げる調整剤とし
てはアンモニア、水酸化第4級アンモニウムまたはエチ
レンジアミン、ジエチレントリアミン、ポリエチエンイ
ミン等の脂肪族系ポリアミンの水溶液が有用である。
【0021】好ましいpHの範囲は1〜10であり、よ
り好ましくは2〜6、さらに好ましくは2.5〜5であ
る。
【0022】pHが低すぎるとキレート形成が十分に進
まず、逆にpHが高すぎるとチタンイオンおよびバリウ
ムイオンがそれぞれ別々に水酸化物を形成し、得られる
乾燥ゲルの組成が不均一となる。
【0023】チタンイオンとバリウムイオンの合計とP
AA中のカルボキシル基のモル比の好ましい範囲は1:
1.5〜1:200であり、より好ましくは1:15〜
1:100、さらに好ましくは1:50〜1:100で
ある。
【0024】モル比が1:1.5未満の場合はキレート
形成が不十分であり、逆にモル比が1:200を超えた
場合、必要となるPAAの量が多くなり、コストアップ
となる。
【0025】焼成工程は特に限定しないが、有機物を予
め、比較的低温で炭化させ、その後、所定の温度で焼成
することが好ましい。炭化温度は500℃以下が好まし
く、焼成温度は700〜1100℃が好ましい。
【0026】炭化温度が500℃を超えた場合、チタン
酸バリウムの焼結が進む。また、焼成温度が700℃未
満の場合、十分に結晶化しない、一方、1100℃を超
えた場合、粒子同士の焼結が起こり、微細粒子が得られ
難い。
【0027】
【実施例】
[実施例1]pH1、チタンイオン濃度が2.6mmo
l/gの四塩化チタンの塩酸水溶液とpH2、バリウム
イオン濃度が0.87mmol/gの塩化バリウムの酢
酸水溶液をTi/Baの原子比が1になるように秤量、
混合し、酢酸水溶液(水:酢酸=100ml:25m
l)で希釈し、チタンイオンおよびバリウムイオンの濃
度が0.322mmol/gになるように調整した。
【0028】この水溶液に平均分子量が約30000で
あるPAAの40%水溶液を金属イオンとPAA中のカ
ルボキシル基の数が1:8.4になるように加え、攪拌
した。この混合液を乾燥し、乾燥ゲルを得、500℃で
炭化を行った。さらに、炭化物を880℃で16時間焼
成し、チタン酸バリウムの粉末を得た。
【0029】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、面間隔(d)が約2.0Åの
ところに存在する立方晶の(200)面からの回折ピー
クが非対称性を示すことから、立方晶と正方晶の混在が
認められた。
【0030】さらに走査電子顕微鏡で得られた粉末を観
察したところ、粒径は0.4〜0.7μmであった。
【0031】[実施例2]pH1、チタンイオン濃度が
2.6mmol/gの四塩化チタンの塩酸水溶液とpH
2、バリウムイオン濃度が0.80mmol/gの塩化
バリウムの酢酸水溶液をTi/Baの原子比が1になる
ように秤量、混合し、酢酸水溶液(水:酢酸=100m
l:25ml)で希釈し、チタンイオンおよびバリウム
イオンの濃度がともに0.301mmol/gになるよ
うに調整した。
【0032】この水溶液に平均分子量が約30000で
あるPAAの40%水溶液を金属イオンとPAA中のカ
ルボキシル基の数が1:40になるように加え、攪拌し
ながらpHが6になるようにアンモニア水を滴下した。
この混合液乾燥し、乾燥ゲルを得、300℃で炭化を行
った。さらに、炭化物を900℃で2時間焼成し、チタ
ン酸バリウムの粉末を得た。
【0033】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、dが約2.0Åのところに存
在する立方晶の(200)面からの回折ピークが非対称
性を示すことから、立方晶と正方晶の混在が認められ
た。
【0034】さらに走査電子顕微鏡で得られた粉末を観
察したところ、粒径は0.2〜0.5μmであった。
【0035】[実施例3]pH2、チタンイオン濃度が
0.56mmol/gのチタニウムイソプロポキシドの
酢酸水溶液に酢酸バリウム粉末をTi/Baの原子比が
1になるように秤量、添加し、酢酸水溶液(水:酢酸=
100ml:10ml)で希釈し、チタンイオンおよび
バリウムイオンの濃度がともに0.224mmol/g
になるように調整した。
【0036】この水溶液を水で10倍に希釈し、平均分
子量が約30000であるPAAの40%水溶液を金属
イオンとPAA中のカルボキシル基の数が1:80にな
るように加え、攪拌しながらpHが5になるようにアン
モニア水を滴下した。この混合液乾燥し、乾燥ゲルを
得、300℃で炭化を行った。さらに、炭化物を100
0℃で2時間焼成し、チタン酸バリウムの粉末を得た。
【0037】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、dが約2.0Åのところに存
在する立方晶の(200)面からの回折ピークが対称性
を示すことから、立方晶であることが確認できた。
【0038】さらに走査電子顕微鏡で粉末を観察したと
ころ、粒径は0.12〜0.16μmであった。
【0039】[実施例4]pH2、チタンイオン濃度が
0.56mmol/gのチタニウムイソプロポキシドの
酢酸水溶液に酢酸バリウム粉末をTi/Baの原子比が
1になるように秤量、添加し、酢酸水溶液(水:酢酸=
100ml:10ml)で希釈し、チタンイオンおよび
バリウムイオンの濃度がともに0.224mmol/g
になるように調整した。
【0040】この水溶液を水で10倍に希釈し、平均分
子量が約30000であるPAAの40%水溶液を金属
イオンとPAA中のカルボキシル基の数が1:80にな
るように加え、攪拌しながらpHが3になるようにアン
モニア水を滴下した。この混合液乾燥し、乾燥ゲルを
得、300℃で炭化を行った。さらに、炭化物を100
0℃で2時間焼成し、チタン酸バリウムの粉末を得た。
【0041】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、dが約2.0Åのところに存
在する立方晶の(200)面からの回折ピークが対称性
を示すことから、立方晶であることが確認できた。
【0042】さらに走査電子顕微鏡で粉末を観察したと
ころ、粒径は0.09〜0.14μmであった。
【0043】[実施例5]pH2、チタンイオン濃度が
0.56mmol/gのチタニウムイソプロポキシドの
酢酸水溶液に酢酸バリウム粉末をTi/Baの原子比が
1になるように秤量、添加し、酢酸水溶液(水:酢酸=
100ml:10ml)で希釈し、チタンイオンおよび
バリウムイオンの濃度がともに0.224mmol/g
になるように調整した。
【0044】この水溶液を水で10倍に希釈し、平均分
子量が約150000であるPAAの40%水溶液を金
属イオンとPAA中のカルボキシル基の数が1:80に
なるように加え、攪拌しながらpHが5になるようにア
ンモニア水を滴下した。この混合液乾燥し、乾燥ゲルを
得、300℃で炭化を行った。さらに、炭化物を100
0℃で2時間焼成し、チタン酸バリウムの粉末を得た。
【0045】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、dが約2.0Åのところに存
在する立方晶の(200)面からの回折ピークが対称性
を示すことから、立方晶であることが確認できた。
【0046】さらに走査電子顕微鏡で粉末を観察したと
ころ、粒径は0.14〜0.16μmであった。
【0047】[実施例6]pH2、チタンイオン濃度が
0.56mmol/gのチタニウムイソプロポキシドの
酢酸水溶液に酢酸バリウム粉末をTi/Baの原子比が
1になるように秤量、添加し、酢酸水溶液(水:酢酸=
100ml:10ml)で希釈し、チタンイオンおよび
バリウムイオンの濃度がともに0.224mmol/g
になるように調整した。
【0048】この水溶液を水で10倍に希釈し、平均分
子量が約5000であるPAAの40%水溶液を金属イ
オンとPAA中のカルボキシル基の数が1:80になる
ように加え、攪拌しながらpHが5.5になるようにア
ンモニア水を滴下した。この混合液乾燥し、乾燥ゲルを
得、300℃で炭化を行った。さらに、炭化物を100
0℃で2時間焼成し、チタン酸バリウムの粉末を得た。
【0049】X線回折装置を用い、この粉末の結晶構造
を測定し、X線回折パターンよりチタン酸バリウムであ
ることを確認した。また、dが約2.0Åのところに存
在する立方晶の(200)面からの回折ピークが対称性
を示すことから、立方晶であることが確認できた。
【0050】さらに走査電子顕微鏡で粉末を観察したと
ころ、粒径は0.10〜0.13μmであった。
【0051】
【発明の効果】以上より、本発明は水熱合成用の高価な
反応設備を必要としないで、一般的な設備で製造が可能
であることから、簡便に高純度のチタン酸バリウムの微
粉末を得ることができる。
【0052】さらに、PAAを金属のキレート剤として
使用するため、金属イオンの組み合わせを任意に制御す
ることが可能であり、電気特性の向上のため微量金属イ
オンを添加することも可能である。
【0053】また、本製造法は濾過工程を必要としない
ため、金属が濾過液に溶出しないことにより、組成のず
れが発生しない。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンイオンおよびバリウムイオンを含
    む水溶液にポリアクリル酸(PAA)を添加、攪拌した
    後、これを乾燥し、焼成することを特徴とするチタン酸
    バリウム粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記水溶液を酢酸酸性とすることを特徴
    とする請求項1記載のチタン酸バリウム粉末の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記水溶液にポリアクリル酸を添加した
    後、水素イオン濃度(pH)を1〜10に調整し、乾
    燥、焼成することを特徴とする請求項1および2記載の
    チタン酸バリウム粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記チタンイオンおよびバリウムイオン
    の合計と添加するポリアクリル酸のカルボキシル基のモ
    ル比を1:1.5〜1:200で配合することを特徴と
    する請求項1〜3記載のチタン酸バリウム粉末の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 チタンイオンおよびバリウムイオンを含
    む水溶液にポリアクリル酸(PAA)を添加、攪拌した
    後、これを乾燥した乾燥生成物(乾燥ゲル)を500℃
    以下で炭化させ、さらに700〜1100℃の温度で焼
    成することを特徴とする請求項1〜4記載のチタン酸バ
    リウム粉末の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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