JPS5815067A - 常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法 - Google Patents

常温においてδ相を主体とするBi↓2O↓3組成物特定用途とその製造法

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JPS5815067A
JPS5815067A JP56108248A JP10824881A JPS5815067A JP S5815067 A JPS5815067 A JP S5815067A JP 56108248 A JP56108248 A JP 56108248A JP 10824881 A JP10824881 A JP 10824881A JP S5815067 A JPS5815067 A JP S5815067A
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bi2o3
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安井 至
英一 太田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は常温においてδ相を主体とするBi20g組成
物、特定用途とその製造法並びにその製造装置に関する
酸化ビスマスBi2O3は多形を有し、通常α、β、γ
、δの4種の相が存在するとされている。このうちδ相
は欠陥蛍石構造をとり、その酸素空格子が存在するため
酸素イオン伝導性がある。一般に酸素イオン伝導体とし
て知られているZrO□−CaO系、Z r 02−Y
2O3系あるいはZrO2−8c+OJの固体電解質と
比較するとJ −B 120sはイオン伝導性が高く、
したがってより低温域での酸素センサーなどに応用でき
ると考えられるが、無添加のδ−BizOsはその安定
に存在する範囲が730℃からB l 20sの融点で
ある825℃ときわめて狭く、低温域での実用化は不可
能であった。
従来、Bi2O3のδ相を安定化させ、低温(300〜
500℃)の範囲で固体電解質として利用する試みがな
されてきた。すなわち、添加物としてY、03、La2
O3、Gd2O3、N b20.、MoO3、wo、等
を加えて、プレスし加熱して焼結したものを常温まで放
冷して試料を作成し、その試料の相の同定とイオン伝導
度の測定がなされた。しかし、安定化に要する最小の添
加量はY2O,の場合で20モル%、WO,で22モル
%であり、イオン伝導度はδ相のイオン伝導度を低温ま
で補外した値と比較すると大@(2桁程度)に低下して
しまうという欠点があった。
本発明は前記のごとき欠点を解消したものであって、比
較的低い温度(350’C以下)においてイオン伝導性
の高いδ相を主体とするBi2O3組成物を提供するも
のである。
即ち、本発明の要旨は、(1)  B12o3を主成分
とし添加物としてB2O3,5i02、wo3、Ge0
t、p、o、 、 Mo5s、V、O,、TeO2、N
b2O5、Ta2Q5、TiO□、Y2O3およびAt
203のうち少なくとも一種を2〜15モル%含有し、
常温でδ相を主体とする組成物。(2) BizOsを
主成分とし、添加物としてB2O3、S ioz 、 
WO3、G e 0H1P20.、MoO3、■、03
、Te01、Nb、O,、T at OH、T i O
x、Y、O,およびA42Q、のうち少なくとも一種を
2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体とする組成物
より成る酸素センサー。(3) BizOsと添加物と
してのB2O3,5i01、WO,、GeO2、p、o
、、MoO3、P2O3、TeO2、Nb、0.、Ta
2O,、TiO2、Y、O,およびAt、O,の・うち
少なくとも一種を添加した混合物を溶融させ、その溶融
物を急冷させるようにしたことを特徴とする常温でδ相
を主体とする組成物の製造法。(41Bi、03と添加
物とし”てのB2O3、Sin、、WO,、GeO2、
P2O3、MoO3、P2O3、TeO2、N b、O
,、Ta205、TiO2、Y、03およびAtto、
のうち少なくきも一種を添加した混合物を溶融させる溶
融炉と、その溶融物を圧延しながら急冷させる一対の冷
却されたあるいは室温に放置されたローラより成ること
を特徴とする常温でδ相を主体とする組成物の製造装置
に関する。
ここでBttO3への添加物としてはB、03、SiO
++、WO8、GeO2、P2O3、MoO3、P2O
3、TeO2、Nb、O,、Ta205 、 Ti1t
、Y2O3およびAj20.のうち一種のみであっても
、またこれらから選ばれた二種以上のものであってもよ
い。Bi2O,への添加物の割合としては、2〜15モ
ル%含有されていることが好ましく、2モル%以下では
常温でB 1203のδ相が得られなく、15モル%以
上ではBi□Osのδ相は得られるがイオン伝導度が低
くなり好ましくない。
常温においてδ相を主体とするBi2O3組成物を製造
する装置としては例えば第1図に示すように、原料を溶
融するるつぼ1、電気炉4、および水冷等により冷却さ
れたあるいは室温に放置された一対のローラ3等より構
成されている。
前記のような装置において予めBi2O5とB、O,、
S i 02、wo、、GeO2等より選ばれた添加物
を混合し、溶融し小片状にした原料をるっぽ1に供給し
、電気炉4により例えば800〜900 ’Cに溶融し
、溶融物2とし、シャッター5を開き、例えば3000
〜5000rpmで回転する室温に放置されたローラ3
に供給し、圧延しながら急冷してδ相を主体とする組成
物を製造し、ガイド6に沿ってコレクター7に集める。
実施例1 特級試薬Bi’203に特級試薬B 203を用い旧2
0395モル% B、0.5モ/I/%の試料およびB
i20g90モル%、B、0.10モル%の試料を作成
しそれぞれの試料をアルミするつぼにて約900”Cで
溶融し、グラファイト製の型に流し込んで直径5龍程度
の棒状の試料とした。これら試料を第1図に示すような
電気炉で溶融した。この際図面中1としては先端部に白
金の丙ばりのある石英チューブを用い、石英チューブ中
の溶融物を空気圧で押し出してローラに供給しながら急
冷した。ローラはステンレスに硬質クロムメッキをした
もので直径50關であり、3000〜5000rpmで
回転させた。液滴状でローラに供給した場合には、大き
さ10 X 10 mm程度で厚さ10〜40μの薄膜
が得られ、その厚さはローラの回転数によりこの範囲内
で制御できた。
Bi2O3に5モル%の8203を添加した場合のX線
回折図形を第2図に示す。この回折図形はガラス製試料
ホルダに、得られた薄膜状試料をならべθ−θ型X線回
折計で測定したものである。この回折図形を指数付けし
てみるとδ相の(111)およびその高次の回折である
(222)、(333)のみが表われているこきが判明
し、薄膜の表面がほぼ(111)面に完全に配向してい
ることを示している。
BizOsに10モル%のB2O3を添加した場合のX
線回折図形を第3図に示す。この回折図形には(333
)面に相当するピークが得られなかったが、はぼ完全に
配向していることがわかる。
この試料を実用に供する際、どのような温度範囲で使用
できるかを確認するため示差熱分析を行なった。第4図
にその結果を示す。335℃付近に大きな発熱ピーク、
さらに465℃付近に発熱ピークが得られた。これらの
ピークが何であるかを検討するために第4図中領域I、
■、璽においてそれぞれ290℃、390℃、480℃
の温度に各45分間保持し熱処理をした場合のX線回折
像を第5図(a、b、c)に示す。領域■では試料中に
含まれているガラス相部分が一部結晶化し試料の配向性
は改良された(第5図−a)。領域■ではガラス相の一
部がδ相とγ相とに変化しく第5図−b)、領域lでは
ほぼγ相となった(第5図−C)。したがって、試料の
実用範囲は335℃以下である。
実施例2 添加物としてWO5を用い、Bi2O395モル%、W
O35モル%とし実施例1と同様にして薄膜状の試料を
作成した。そのX線回折図形を第6図に示す。この回折
図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試料が得られ
たことがわかる。Bi20390モル%、wos 10
モル%においても同様のものが得られた。
実施例3 添加物としてS i Ozを用い、Bi20390モル
%、5i0210モル%とし実施例1と一様にして薄膜
状の試料を作成した。そのX線回折図形を第7図に示す
。この回折図形よりほぼ完全に配向したδ相の薄膜状試
料が得られたことがわかる。Bi20B95モル%、5
i025モル%のものについても同様のものが得られた
実施例1〜3において、各試料の300℃におけるイオ
ン伝導度はlXl0−I〜lXl0−”Ω−’ cm−
’の範囲に入り、これらは実用化されている酸素センサ
ー用固体電解質である( Z rO□)o、o (Y2
O3)0.1の300℃におけるイオン伝導度的2×1
O−IlΩ−’ 6n−’よりも1000倍程良い値で
ある。その他派加物としてGeへ、P、05、Y0O8
、■、04、TeO2、Nb2O,、Ta10B、T 
i 02、Y2O3、A4.Osを2〜15モル%含有
させたものについても同様の結果が得られた。
以上のとおり、本発明のBi20Bを主成分とするδ相
主体の組成物はイオン伝導性が高く、ローラにより薄膜
形状に成形することによりその表面はδ相の(111)
面に配向し、酸素センサー等として優れているという著
効を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造装置の1例である。 第2図および第3図は実施例1の820.を5モル%お
よび10モル%添加した場合のXa回折図、第4図は第
3図の試料の示差熱分析図、第5図−a、第5図−b、
第5図−Cは第3図の試料を夫々290’C1390℃
、480℃に45分間熱処理した結果を示すX線回折図
、 第6図は実施例2のWO3を添加した場合のX線回折図
、 第7図は実施例3の5iOzを添加した場合のX線回折
図である。 第1図中、 1・・る゛つぼ      5・・シャッター2・・・
溶融物     6・・ガイド3・・ローラ     
 7・・コレクター4・・・電気炉       であ
る。 第1図 第3121 第4回 2/70 DTA C71n’e Of ft1enched Y
()Bt203−IO3f竿5 m −(1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 旧203を主成分とし、添加物きしてB209.
    5i02、WOs、GeO2、P2O3、Mo5s 、
      V2O5、TeO2、N b 20!l、Ta20
    5、TiO2、Y2O5およびA403のうち少なくと
    も一′種を2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体と
    する組成物。 2、 8izOaを主成分とし、添加物としてB2O5
    、Sin、 、WO3、GeO2、P2O5、Mo0g
     、  V20!I、TeO2、Nb2O5、Ta20
    1、T i O2、Y2O,および120、のうち少な
    くとも一種を2〜15モル%含有し、常温でδ相を主体
    とする組成物より成る酸素センサー。 3、  Bi20aと添加物としてのBtOs、5iC
    )+、WO,、GeO2、Pt0a 、  Mo5s、
    P2O3、TeO2、Nb20B 、 Ta20B 、
     T i02、Y2O,およびAt2o3のうち少な・
    くとも一種を添加した混合物を溶融させ、その溶融物を
    急冷させるようにしたことを特徴とする常温でδ相を主
    体とする組成物の製造法。 4、  B 120sと添加物としての8203.5i
    02、WO,、GeO2、P2O5、Mo0B、■、0
    3、T e 02、Nb2O,、Ta206、TiO2
    、Y2O3および120.のうち少なくとも一種を添加
    した。混合物を溶融させる溶融炉と、その溶融物を圧延
    しながら急冷させる一対の冷却されたあるいは室温に放
    置されたローラより成ることを特徴とする常温でδ相を
    主体とする組成物の製造装置。
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