JPS5957916A - ビスマス―タングステン系化合物材料及びその製造法 - Google Patents

ビスマス―タングステン系化合物材料及びその製造法

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JPS5957916A
JPS5957916A JP16746482A JP16746482A JPS5957916A JP S5957916 A JPS5957916 A JP S5957916A JP 16746482 A JP16746482 A JP 16746482A JP 16746482 A JP16746482 A JP 16746482A JP S5957916 A JPS5957916 A JP S5957916A
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bismuth
tungsten
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melt
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Kenji Suzuki
謙爾 鈴木
Shuji Masuda
増田 修二
Yukihiro Oota
進啓 太田
Mika Ookubo
美香 大久保
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Japan Science and Technology Agency
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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Research Development Corp of Japan
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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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、新規なビスマス−タングステン系非品質化合
物材料及びその製造法に関する。
近年エレクトロニクス及びその関連技術の発展に伴って
、酸化ビスマス(B1203)を主とする酸化物系セラ
ミクス及びその単結晶の研究が活発に行なわれており、
特に光−電気、音−電気、雰囲気ガス−電気、光音偏光
、X線分光等の分野における変操索子材料として、又触
媒材料として研究が行なわれている。Bf 203とW
 Osとの安定な化合物としては、数種の結晶体につい
て2〜3の文献に記載されているのみで、これ等の単結
晶化の研究はさかんに行なわれているものの、非晶質化
合物に付いての研究は行なわれていない。
本発明は、従来全く知られていないビスマス−タングス
テン系非晶質酸化物を提供するものである。即ち、本発
明は、(Bi 20a ) +−x ・(WO3) x
  (但し0.9≧x >Q)なる組成を有する新規な
ビスマス−タングステン系非晶質化合物材料及び(Bi
 20s ) +−x ・(WOa ) x(但し×は
上記に同じ)に相当する酸化ビスマスと酸化タングステ
ンとの混合物を加熱溶解した後、超急冷することを特徴
とするビスマス−タングステン系非晶質化合物材料の製
造方法に係るものである。
本発明のビスマス−タングステン系非晶質酸化物は、光
−電気応答素子、光癌気分解の電極、強誘電体、キャパ
シター、触媒、イオン伝導体、酸素センサー等として有
用である。
尚、本発明においては、゛ビスマスータングステン系非
晶質化合物”とは、非晶質単独の場合のみならず、非晶
質中に多結晶相を含む場合及び高温安定相が室温におい
ても生成している場合をも包含するものとする。
本発明のビスマス−タングステン系非晶質酸化物は、以
下の様にして製造される。
本発明において使用する原料は、酸化ビスマスと酸化タ
ングステンとの混合物であり、その組成割合は、(WO
3) x ・(Bi 203) +−x (但し0.9
≧x〉0)となる量比である。上記組成比較の原料混合
物を加熱溶融し、これを超急冷する。加熱溶融は、これ
等原料混合物が充分に溶融する温度以上で行なえば良く
、好ましくは溶融温度よりも50〜200℃以上特に好
ましくは80〜150′CJ以上高い温度で加熱する。
加熱時の雰囲気に対する制限は特に無く、通常空気中で
行う。
次いで原料混合物の融液を超急冷する。超急冷は、本発
明方法の必須の要件であって、これによりはじめて非晶
質新規化合物を収得することが出来る。
超急冷は通常104〜b 度で行う。この超急冷は、上記冷却速度で冷却出来る手
段であれば広い範囲で8穆の手段が採用出来、高速回転
中のロール表面上に原料混合物の融液を噴霧して液体状
態の原子配置にて固化せしめる方法を代表例として挙げ
ることが出来る。
以下図面を参照しつつ本発明方法の実施に際し使用され
る融解原料混合物の急冷装置の一例を説明する。
第1図は、架台(1)上に設置された急冷装置本体(3
)の正面図を示す。急冷装置は、誘電加熱用コイル(5
)、(5)・・・・、原料加熱用チューブ(7)、該チ
ューブ(7)の支持体(9)、融解原料噴出用のノズル
(11)、急冷用ロール(13)、ノズル(11)の冷
却用ノズル(15)、渦流防止エアノズル(17)、ノ
ズル(11)の微調整気候(19)、エアシリンダー(
?1)、冷却された材料の受は箱(23)、冷却材料取
出口(25)等を主要構成部としている。
冷却用ロール(13)の内部に該ロール冷却用のファン
を設置し且つロール表面側端部に空気吹込み口を設ける
ことにより、融解原料の急冷を安定して行なうことが出
来る。第2図は、支持体(9)の詳細を示す。第2図に
おいて、支持体(9)は、バルブ(27)を備えた冷却
水導入路(29)、冷却水排出路(31)、ニードルバ
ルブ(33)を備えたブローエア導入路(35)、ロー
ル(13)の表面とノズル(11)との間隔微調整機構
(37)及び原料融液を均一に押出す為の整流用目皿(
39)を備えている。
第1図及び第2図に示す急冷装置(3)を使用して本発
明方法を実施する場合、まず所定組成の原料混合物を融
液吹出し用ノズル(11)を有するチューブ(7)内に
収納する。このチューブ(7)は、高温正化雰囲気状態
で充分耐久性のある材質で作られ、たとえば白金、白金
−ロジウム、イリジウム、窒化ケイ素、窒化ボロン等で
作られたものが好ましい。尚、原料a′!aと直接接触
しない部分の材質は、高融点のセラミックス、ガラス、
金属でも良い。ノズル口の形状は、目的製品に応じて適
宜に決定され、たとえば細い線状材料の場合は円い形状
で、巾の広い製品の場合はスリット状の形状のものを使
用する。ノズル口の形状は、楕円形その他の形状であっ
ても良い。チューブ(7)内に収納された原料混合物は
、次いでその融点以上の濡洩に加熱され、融液とされた
後、ノア”/1z(11)(7)口部から高速回転して
いるロール(13)の面上に一定ガス圧にて吹出され、
ロール表面上で急冷せしめられる。ノズル口とロール面
における原料融液の吹出し角度は、目的化合物の1】が
約3IllI11以下の場合はロール面に対して垂直で
良く、またその巾が約3n+n+以上の場合はロール面
@線に対して06〜45°である。これ等の吹出し角度
調整tR桐は、装置自体に所定の角度を設定可能なfj
l <Nとして組み込むことも出来るが、好ましくはノ
ズル自体を加工しておくのが良い。
原料混合物の加熱方法は、特に制限されないが、通常発
熱体を有する炉、誘電加熱炉または集光加熱炉で行う。
原料融液の温度は、その融点より50〜200℃好まし
くは80〜150℃程度古い温度とするのが良い。この
際融点にあまり近過ぎると、融液を0−ル面上に吹き出
している間にノズル附近で冷却固化する恐れがあり逆に
あまりにも高(なりすぎると、O−ル面上での急冷が困
難となる傾向がある。
ロール面上に融液を吹き出すために使用づる加圧用ガス
としては、不活性ガスが好ましく、たとえばアルゴン、
窒素、ヘリウム等でも良いが、融液原料を酸化状態に維
持する為には、乾燥圧縮空気が好ましい。ガス圧は、ノ
ズル口の大きさにもよるが、通常0・1〜2・Oko/
 C1!+2好ましくは0・5〜1・Okg/ am2
程度である。また原料融液を吹き出す際のノズル口とロ
ール面間の距離は、0−01〜1・OIIIm程度が良
く、より好ましくは0・05〜0・5IIIIll程度
テアル。o−01mIIlよりも小さな場合、パドル量
が非常に少なくなり、均一な材料が得られず、一方1・
oIIIRよりも大きい場合、パドル量が過剰になった
り、又組成融液の界面張力により形成されるパドル厚さ
以上の場合には、パドルが形成され難くなる傾向が生ず
る場合がある。
ロールの材質は、熱伝導性の良い銅及びその合金、硬質
クロムメッキ店を有する上記材料、さらには鋼、ステン
レス等である。ロールの周速度を51/秒〜35m/秒
、好ましくは1011/秒〜20信/秒とし、原料融液
を急冷することにより目的とする良質の非晶質化合物材
料が得られる。
この際ロール周速度が5m/秒以下の場合には、非晶質
化し難い傾向が生じるので、あまり好ましくない。ロー
ル周速度が35m/秒よりも大きくなると、得られる目
的物材料の形状が非常に薄膜化し、すべて鱗片状もしく
は細粉状となるが、材料構造的にはやはり本発明の非晶
質化合物材料である。
融液原料を回転ロール面上へ吹き出す雰囲気として減圧
下乃至高真空下、又は不活性ガス雰囲気中で本発明化合
物の製造を行なう場合には、高温状態での原料融液の還
元が発生し、組成原子中の酸素原子の減少が起り、得ら
れる材料に紫色もしくは黒色等の着色が発生する。しか
し乍ら、この着色生成物も物性的には本発明化合物であ
り、着色された状態で使用可能である。
原料混合物をチューブ内で加熱rfJ融せしめるに際し
ては、該混合物をすべて完全に融液化することが必要で
ある。しかし乍ら、該混合物が完全に融液化する前に、
一部数液化したものが、ノズル先端から流出してしまう
恐れがあるため、ノズル先端を局部的に冷却して融液の
流出を防止することが好ましい。ノズルを局部的に冷却
する代表的手段は、ノズル先端に冷却用ガスを吹きつけ
る手段であり、ガスとしてはアルゴン、ヘリウム、窒素
等の不活性ガスでも良いが、乾燥圧縮空気がより好まし
い。
本発明に係る新規なる非晶質化合物材料は、通常50〜
10μm程度の厚さであり、非常にもろい材11である
。このためロール面で急冷され、固体化された後、でき
る限り材料に応力が加えられない状態にすることが好ま
しい。応力付加となる原因の一つに大気中でのロール回
転により発生する風切り現象からくるロール表面空気層
の大きな乱流がある。この乱流を防止するとともに急冷
却づ゛べき電融原料混合物とロール面との密着性をより
良好どするために、風切り防止用向流吹出しノズル即ち
第1図に示す渦流防止エアノズル(17)を設置するか
、ロール内部にファンを固定設置する。t1者の場合は
、ロールの自転によりロール表面側端部に設(プられた
口径可変式の空気導入口よりロール内部へ発生ずる乱流
をすい込み、ロール軸正面より排出し、ロール表面上空
気をロール内部へ移動せしめ、これにより溶融物をロー
ル面へより押しつけi′97Mさせ、さらに空気の吹込
み移動によりロール自体をも空冷することが出来る。ま
た得られる材料の寸法均一性を保持させるために、ロー
ル表面に回転方向とは直角に材料切断用の溝を設けてお
【)ば、一定寸法で切断された材料が19られる。
本発明のヒスマスータングスデン系化合物は、その原料
混合比により化合物の原子配列i造が大きく変化し、具
体的には以下の如くに大別される。
先ず、0.5≦X≦0.8の場合には非晶質化合物10
0%のものが得られ、0.3≦x <Q、 5の範囲で
はδ−81203多結晶相少端と非晶質化合物との混合
物が得られ、また0、8<X≦0.9ではW O3を含
む非晶質化合物が得られる。
更に、O<X<0.3の範囲ではδ−Bi203多結晶
相及び(Bf 203 ) +−x ・(WO3) x
固溶体多結晶相を含む混合物が得られる。第3図に本発
明材料の生成範囲を示す。
使用する急冷装置の急冷用ロールの周速度が、5+n/
秒〜35m/秒の範囲内では、各組成域において得られ
る材料の構造自体には大きな変化は認められない。
尚、本発明材料の構造の同定に際しては、X線回折及び
偏光顕微鏡により結晶性の何無の確認及びIN造解析を
行ない、走査型電子′Jr1微鏡により極少部分の観察
を行なった。
以下実施例により本発明の特徴とするところをより一層
明らかにする。
実施例 Bi203(純度99.9%)及びWO3(純度99.
9%)を所定の組成で配合し、均一に混合した後、85
0℃で30分間仮焼して組成物原料とした。(ミ1られ
だ組成物原料を白金デユープ(直径10mmx長さ15
0mIIl)に充填し、誘電加熱コイル内に設置して、
発振管繊条電圧13V、陽極電圧10 K V、格子電
流120〜15QmA、陽極電流1.2〜1.8への条
件下に誘電加熱した。完全に融液化した原料を急冷用回
転ロール表面上に乾燥圧縮空気により吹き出し、急冷さ
せた。
第1表及び第2表に組成及び製造時の諸条件を示す。第
1表及び第2表中試料No、1〜20及び29は、リボ
ン状の本発明の非晶質酸化物材料を示す。又、No、2
4は、薄片状となっているが、形状に対する制約の少な
い触媒等の用途には使用可能である。
尚、ノズル形状Aとあるのは、0 、2 mmx 4 
mmのスリット状ノズルを示し、ノズル形状Bとあるの
は径0.2mmの円形ノズルを示す。
参考例1 (B I 203 ) +−x ” (WO3) xに
おいて×=0.7に相当する上記実施例の試料N003
.5.6及び7についてのX線回折結果を第4図に示す
。急冷用ロールの周速度が5.18m/秒(No、3)
から34.54n+/秒(No、7>の範囲内で得られ
た材料の原子配列構造には、大きな変化がないことが明
らかである。
参考例2 (B l 203 ) +−x ” (WO3) xに
おいてX−〇、7に相当する上記実施例の試料NO34
の示差熱分析結果を第5図に示す。
第5図において、7’cは結晶化温度、TCIはガラス
転位点を夫々示す。
参考例3 (Bi 203)+−x ・(WOa )xにおいてX
−0,70に相当する上記実施例の試料N003の外観
を示す写真を参考図面■として示す。
参考例4 上記実施例の試料N003の走査型電子顕微鏡写真<2
0000倍)を参考図面■として示す。
参考例5 (Bi 203)+−x ・(WO3)xにおいてX−
0,70に相当する上記実施例の試料N003の赤外線
吸収スペクトルを第6図として示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法において使用される融解原料の急
冷装置の一例の正面図、第2図は、第1図の急冷装置の
一部拡大詳細図面、第3図は、本発明材料の組成範囲を
示す図面、第4図は、本発明材料の若干のX線回折図面
、第5図は、本発明による一材料の示差熱分析図、第6
図は、本発明による他の一材料の赤外線吸収スペクトル
を夫々示す。 (1)・・・・・・架台、(3)・・・・・・急冷装置
本体、(5)、(5’)・・・・・・誘電加熱用コイル
、(7)・・・・・・原料加熱用チューブ、(9)・・
・・・・原料加熱用チューブの支持体、(11)・・・
・・・融解原料噴出用ノズル、(13)・・・・・・急
冷用ロール、(15)・・・・・・ノズル(11)の冷
却用ノズル、(17)・・・・・・渦流防止エアノズル
、(19)・・・・・・ノズル(11)の微調整機構、
(21)・・・・・・エアシリンダー、(23)・・・
・・・冷却された材料の受は箱、(25)・・・・・・
冷却材料取り出口、(27)・・・・・・バルブ、(2
9)・・・・・・冷却水導入路、(31)・・・・・・
冷却水排出路、(33)・・・・・・ニードルバルブ、
(35)・・・・・・ブローエア導入路、(37)・・
・・・・ロール(13)とノズル(11)との間隔微調
整[、(39)・・・・・・整流用目皿。 (以 上) 代理人 弁理士 三 枝 英 二 ″゛−7′

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ (Bf 203) +−x ” (WO3) x 
     (但し0.9≧×〉O)なる組成を有するビスマス−
    タングステン系非晶質化合物材料。 ■ 0.8≧×≧0.5である特許請求の範囲第1項の
    ビスマス−タングステン系非晶質化合物材料。 ■ 0.5>x≧0.3である特許請求の範囲第1項の
    ビスマス−タングステン系非晶質化合物材料。 ■ 0.9≧x >Q、(3である特許請求の範囲第1
    項のビスマス−タングステン系非晶質化合物材料。 ■ 酸化ビスマスと酸化タングステンとの混合物を加熱
    溶解した後、融解物を超急冷することを特徴とする(B
     l 203 ) +−x ・(WO3) x(但し0
    .9≧x〉0)なる組成を有するビスマス−タングステ
    ン系非晶質化合物材料の製造法。 ■ 104〜b る特許請求の範囲第5項のビスマス−タングステン系非
    晶質化合物材料の製造法。 ■ 原料融解物を固体に接触させることにより超急冷す
    る特許請求の範囲第5項又は第6項のビスマス−タング
    ステン系非晶質化合物材料の製造法。 ■ スリンl−状、円形又は楕円形の吹出し口を設けた
    ノズルを備えた加熱用チューブに原料混合物を投入し、
    該混合物の融点よりも50〜200℃高い温度で加熱溶
    融させた後、5m/秒〜35m/秒の周速度で回転する
    ロール表面上に上記ノズルを経て該融解物を吹き出して
    超急冷させる特許請求の範囲第5項乃至第7項のいずれ
    かに記載のビスマス−タングステン系非晶質化合物材料
    の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115254187A (zh) * 2022-08-03 2022-11-01 江苏理工学院 一种介孔型非晶态钨酸铋光催化材料的制备方法及应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115254187A (zh) * 2022-08-03 2022-11-01 江苏理工学院 一种介孔型非晶态钨酸铋光催化材料的制备方法及应用
CN115254187B (zh) * 2022-08-03 2023-06-30 江苏理工学院 一种介孔型非晶态钨酸铋光催化材料的制备方法及应用

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