JPS6144718A - ジルコニア微粉末の製造方法 - Google Patents

ジルコニア微粉末の製造方法

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JPS6144718A
JPS6144718A JP16428484A JP16428484A JPS6144718A JP S6144718 A JPS6144718 A JP S6144718A JP 16428484 A JP16428484 A JP 16428484A JP 16428484 A JP16428484 A JP 16428484A JP S6144718 A JPS6144718 A JP S6144718A
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武彦 鈴木
Shigemi Osaka
大坂 重美
Norikazu Aikawa
規一 相川
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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】 本発明はジルコニア微粉末の製造方法に関する。更に詳
述すれば本発明はジルコニウム塩含有水溶液または該ジ
ルコニウム塩と安定化剤であるイツトリウム、カルシウ
ム、マグネシウム等の金属の塩を混合した水溶液をアン
モニア等のアルカリ性物質で処理して水酸化物を共沈さ
せる水酸化物共沈法において該沈殿生成反応を流通式反
応方式で、連続的に行い、かつ反応中のPHを一定に保
つことにより組成および粒子径の均一なジルコニア微粉
末を製造する方法に関する。
ジルコニアは単斜晶系、正方晶系および立方晶系の3種
類の結晶構造があり、耐蝕性、強靭性、酸素イオン伝導
性等地の材料にない特性を有していることから、酸素セ
ンサー、電子部品、高温耐久部材等いろいろな用途に応
用され、素材として今後増々重要視されることが予想さ
れる。
従来、ジルコニウム塩と安定化剤の塩との混合水溶液を
アンモニア等のアルカリ性物質で処理し、各元素の水酸
化物を共沈させてこの水酸化物を仮焼することによりジ
ルコニア微粉末をえる方法は広く知られている。 特公
昭54−に開示されている、従来の共沈法は回分式反応
方式で行なわれており、ジルコニウム塩と安定化剤の塩
との混合水溶液にアンモニア水を所定のPHとなるまで
添加し、水酸化物を沈殿させるというものである。この
回分式でジルコニア微粉末を製造する方法では次の欠点
がさけられない。
(1)オキシ塩化ジルコニウムあるいは硝酸ジルコニウ
ム等のジルコニウム塩水溶液とアンモニア水等のアルカ
リとの中和による沈殿生成反応により水酸化ジルコニウ
ムをえる場合、反応時の溶液のPHによってえられるジ
ルコニア粉末の粒子径が変わる。それ数回分式反応方式
で該中和沈殿生成反応を行う場合、反応開始時と終了時
の溶液のPHが大きく異なり、反応時の溶液のPHに経
時的に依存する粒径の水酸化ジルコニウムかえられるこ
とになり粒径分布の巾の広い粉末となる。
(II)オキシ塩化ジルコニウムあるいは硝酸ジルコニ
ウム等のジルコニウム塩水溶液に安定化剤であるイツト
リウム、カルシウム、マグネシウム等の水溶性塩を添加
した混合水溶液からアンモニア水等のアルカリにより水
酸化物を共沈させる中和共沈反応においては各成分が沈
殿するPI−1域がそれぞれ異なるため、従来の回分式
反応方式のように反応開始時と終了時の溶液のPHが大
きく異なる場合には各成分の水酸化物は分別的に沈殿し
、えられる沈殿物組成が不均一となる。
ジルコニウムイオンはP)(が酸性域でも沈殿が完了す
るが、イツトリウムイオンやカルシウムイオンあるいは
マグネシウムイオンは沈殿が完了するには溶液のPHが
アルカリ性となる必要がある。従って従来の回分式反応
方式により酸性である該混合水溶液にアンモニア水を加
えて溶液のPHが8〜12位にまで水酸化物を順次沈殿
させる場合は水酸化ジルコニウムがまず沈殿しついで安
定化剤の水酸化物が沈殿するので雨水酸化物の混合は専
ら撹拌によって行なわれることになり、当然組成の均一
性は不充分であり、場合によっては粉体化した後に湿式
混合などの操作が必要である。
本発明者らは、以上の問題点を解決し組成および粒子径
の均一性に優れたジルコニア微粉末をえるべく鋭意研究
を行った結果、該中和沈殿生成反応を流通式反応方式に
よ沙連続的に行った場合に上記目的に適うすぐれた結果
かえられることを知見し本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の如く特定される。
(1)  ジルコニウム塩の水溶液またはジルコニウム
塩とイツトリウム、カルシウムおよびマグネシウムのう
ちの少なくとも1種の金属を含む混合水溶液にアンモニ
ア水を加えて沈殿を形成させる際に該沈殿生成反応を流
通式反応方式で反応時中のPHを一定に保ちつつ連続的
に行うことにより沈殿を形成させ、えられる該沈殿物を
分離、乾燥、焼成することを特徴とするジルコニア微粉
末の製造方法。
以下に本発明をさらに具体的に説明する。
まず、上記反応条件を充足しうる反応操作の一例をあげ
る。
即ち、ジルコニウム塩および安定化剤の混合された水溶
液とアンモニア水等のアルカリ性物質とをそれぞれ別々
に定量ポンプ等を利用し定量的に反応器に送り、反応器
内のPHを一定値の範囲に調整しながら反応を行い、か
つ反応器内の液量が一定となるよう水酸化物を含む反応
生成液を流出させながら中和沈殿生成反応を連続的に行
う方法である。この方法によれば、PHおよび反応物、
生成物の濃度、さらに滞留時間、混合状態等の反応操作
条件を定常状態に保って反応が可能であるため、きわめ
て粒子径の均一性の高い微粉末がえられ、しかも反応器
内のPHをジルコニウムイオンと安定化剤のイオンが共
沈しうる値にほぼ一定に設定しうるため組成的にもきわ
めて均一な沈殿が生成し、かくして見られる微粉末は組
成的にもすぐれて均一化されたものとなる。安定化剤の
沈殿領域は主としてアルカリ側であるので安定化剤を含
む場合は反応器内のPHをアルカリ側に設定する。たと
えばイツトリアを1〜2モルチ含有する場合は約PH8
〜9に設定するとよい。しかしながらジルコニウム水酸
化物の沈殿を目的とする場合にはPHは3.0〜13.
0の範囲が可能であり、安定化剤をも共沈させるために
はPHを7.5〜12.5の範囲に調節する必要がある
。また沈殿生成反応中のPH調整は±0.5の範囲が好
ましく、とくに均一な粒径および組成のものを目的とす
る場合には±0.2の範囲に調整するのが好ましい。
反応器の型式は連続操作が可能であれば特に制限はない
が、反応液の濃度が高くなると粘度が上るので混合状態
が均一に保ちやすい撹拌槽型反応器がのぞましい。
反応方法は、まず最初に反応器に純水を所定虐 量■し次いでアンモニアあるいは塩酸等で希望のPHに
調整する。その後アンモニア水と酸性水溶液である該反
応液を同時に定量ポンプ等を使用し定量的に反応器に注
入する。反応器に設置したPH計の制御によって両者の
流量比を一定に保つか、あるいは別に用意した酸あるい
はアルカリの添加によって反応器内のPHを一定に保つ
反応液量が一定となるように定量ポンプあるいはオーバ
ーフロー等により反応生成液を流出させる。流出液中の
水酸化物を濾過、水洗し、ついでこの水酸化物を有機溶
媒の使用あるいは噴霧、乾燥等により脱水乾燥し800
〜1000℃の範囲での焼成を経て粉体化する。
水溶液濃度は薄い方が微粒子化、反応操作性の点で有利
であるが生産性を上げるため■液濃度を高めても良い。
しかし液濃度が高くなると反応生成液が粘稠となり液の
流動性が悪くなるので、ZrO2換算で2モル/l程度
までの濃度とするのが好ましい。水溶液供給速度あるい
は平均滞留時間については該中和沈殿生成反応がいわゆ
る高速反応に属するため反応の面から特に制約はなく、
反応器内の混合状態が均一に保てる範囲内であればよい
かくして見られる粉体の一次粒子径は0.05μ以下で
粒子径もそろっており、また安定化剤、酸化イツトリウ
ム(Y20g )、酸化カルシウム(Cab) 、酸化
マグネシウム(MgO)などの分散もきわめて均一であ
り、高密度、高強度、高靭性ジルコニア成形体用粉体と
して非常にすぐれたものである。
以下本発明をさらに具体的に実施例によって説明する。
実施例1 撹拌器付反応槽に水300 QCを入れシールレスポン
プによりオーバーフロー管を通し循環させた。これに塩
酸を加えPH5,0とした。オキシ塩化ジルコニウムの
濃度が0.3モル/lの水溶液を毎分50ccの割合で
、またアンモニア水(28重量%水溶液)を毎分40c
cの割合でそれぞれ撹拌子反応槽に定量ポンプで注入し
ながらオーバーフロー管配管よシ反応液の一部を流出さ
せる流通式方式により中和沈殿生成反応を行った。
反応槽内のPHは両液の注入波速を微調整することによ
りPHを5.0 :t: 0.2に保ちつつ反応を行っ
た。流出液中の水酸化物を沖過により分離し水洗するこ
とによシ塩化アンモニウムを除去し、次いでアセトンで
洗滌し水分を除去した。これを120℃で20時間乾燥
した後800℃で1時間焼成することKより平均粒径0
.08μ、o、07〜0.09μの範囲のものが80%
以上であり、比表面積127d / 、!i’のジルコ
ニア微粉末かえられた。
実施例2 撹拌器付反応槽に水300 ccを入れ、シールレスポ
ンプによりオーバーフロー管を通し循環させた。これに
アンモニア水を加えPH8,0とした。オキシ塩化ジル
コニウムの濃Fl カ0.3 モル/ljの水溶液を毎
分50CCの割合で、またアンモニア水(28重量%水
溶液)を毎分5occの割合で撹拌子反応槽に注入しな
がら以下PHを8.0±0.2に保ちつつ沈殿生成反応
させること以外実施例1におけるのと同様な操作により
、平均粒径0.04μ、0.03〜O,OSμの範囲の
ものが85−以上であシ比表面積が23.、l/liの
ジルコニア微粉末をえた。
実施例3 Y、03として3モルチを含有するように塩化イツトリ
ウムおよびオキシ塩化ジルコニウムの混合水溶液を調製
した。液濃度はZ ratとして0.2モル/lとした
。撹拌器付種型反応器に水300代を入れさらにアンモ
ニア水を加えてPHを8.5とした。これに上記混合水
溶液を液量毎分50CCの割合で、またアンモニア水(
28重量%水溶液)を毎分50ccの割合で定量ポンプ
を用いそれぞれ撹拌下注加した。反応器内の液量がほぼ
一定となるように別の定量ポンプで反応液を搬出しなが
ら中和共沈反応を連続的に行った。反応中PHが85±
0.2となるように該混合水溶液およびアンモニア水の
液量を微調整しながら中和共沈反応を行った。搬出液中
の水酸化物を濾過により母液より分離し、次いで水洗す
ることによシ塩化アンモニウムを除去した。
見られた水酸化物をn−ブタノール中に分散し、溶液温
度が105℃になるまで常圧蒸留を行うことにより脱水
を行い次いでこの脱水された酸化物を含むルーブタノー
ル分散液を噴霧乾燥させ流動性のよい粉体をえた。この
粉体を850℃1時間焼成することにより凝集塊の認め
られないイノ19フ3 微粉末がえられた。この微粉体の平均粒子径は0、03
μであり、0.02〜0.04μのものが80−以上で
あり比表面積は4 7 m” / 11であった。
この微粉体は分析電子顕微鏡による分析結果によればY
,0,をきわめて均一に分散含有しておりかつ粒径のよ
く揃った、焼結性にすぐれた微粉体であった。
実施例4 CaOとして8モルチ含有するように塩化カルシウム(
 cacl12 6H2 o )およびオキシ塩化ジル
コニウムの混合水溶液を調製した。液濃度はZrO2と
して0.2モル/lIとした。pHn 12±0.2と
する以外は実施例3におけると同様に反応を行い共沈水
酸化物をえた。なおこの際のアンモニア水の液量は毎分
60ccの割合であった。実施例3におけるのと同様な
脱水乾燥工程を経て900℃で1時間焼成することによ
り凝集塊の認められないCaO 8モルチ含有ジルコニ
ア微粉末かえられた。この微粉体の平均粒子径は0.0
4μであった。この微粉体の分析電子顕微鏡による分析
結果によればCaOはきわめて均一に分散されておりか
つ粒径外布巾がせまく焼結性にすぐれた粉体であった。
実施例5 Mg0として7モルチ含有するように塩化マグネシウム
( MgC1t6 H,O )およびオキシ塩化ジルコ
ニウムの混合水溶液を調製した。液濃度はZrO2とし
て0.2モル/lとした。PHを10,5±0、2とす
る以外実施例3におけると同様に反応を行い共沈水酸化
物をえた。なおこの際のアンモニア水の液量は毎分55
CCの割合であった。
実施例3におけるのと同様な脱水乾燥工程を経て950
℃で1時間焼成することにより凝集塊の認められないM
g0 7モルチ含有ジルコニア微粉末がえられた。この
微粉末の平均粒子径は005μであった。この微粉体の
分析電子顕微鏡による分析結果によればMgOはきわめ
て均一に分散されておりかつ粒径外布巾がせまく焼結性
にすぐれた粉体であった。
比較例1 従来の中和共沈法によるジルコニア微粉末を次のように
調製した。
オキシ塩化ジルコニウム6 4. 5 9および塩化イ
ツトリウム364gを水11にとかしZrO2として0
. 2モル/lの混合水溶液を調製した。
調製後の水溶液のP)(は1.1であった。該混合水溶
液にアンモニア水を撹拌下部下し生成する水酸化物をえ
、溶液のPHが85となったところでアンモニア水の滴
下を停止した。該水酸化物を沖過水洗後ルーブタノール
中に分散し、溶液温度が105°Cになるまで常圧蒸留
を行うことにより脱水を行った。次いで液相中の生成物
を遠心分離により回収し、乾燥後850℃1時間焼成す
ることにより凝集塊の認められないY,0。
3モルチ含有ジルコニア微粉末かえられた。
えられた微粉末の平均粒子径は0.06μであシ、電子
顕微鏡写真による粒子径分布測定によると0.03μか
ら0.2μまでのかな9広い粒子径分布であった。また
分析電子顕微鏡の分析結果によればY、030分布は粒
子毎にかなり変動していた。
特許出願人    日本触媒化学工業株式会社手続補正
書(自発) 昭和60年7月22日 特許庁長官 志 賀   学 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第164284号 2、発明の名称 ジルコニア微粉末の製造方法 3、補正をする者

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ジルコニウム塩の水溶液またはジルコニウム塩と
    イットリウム、カルシウムおよびマグネシウムのうちの
    少なくとも1種の金属を合む混合水溶液にアンモニア水
    を加えて沈澱を形成させる際に、該沈殿生成反応を流通
    式反応方式で反応時中のPHを一定に保ちつつ連続的に
    行うことにより沈殿を形成させ、えられる該沈殿物を分
    離、乾燥、焼成することを特徴とするジルコニア微粉末
    の製造方法。
  2. (2)沈殿生成反応がPH6.0〜13.0の範囲内で
    行われることを特徴とする特許請求の範囲(1)記載の
    方法。
JP16428484A 1984-08-07 1984-08-07 ジルコニア微粉末の製造方法 Granted JPS6144718A (ja)

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