JPS6259529A - チタン含有易焼結性ペロブスカイトおよびその固溶体の原料粉末の製造方法 - Google Patents

チタン含有易焼結性ペロブスカイトおよびその固溶体の原料粉末の製造方法

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JPS6259529A
JPS6259529A JP60195768A JP19576885A JPS6259529A JP S6259529 A JPS6259529 A JP S6259529A JP 60195768 A JP60195768 A JP 60195768A JP 19576885 A JP19576885 A JP 19576885A JP S6259529 A JPS6259529 A JP S6259529A
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JP60195768A
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Shinichi Shirasaki
信一 白崎
Kyoji Odan
恭二 大段
Kosuke Ito
伊藤 幸助
Masaru Kurahashi
優 倉橋
Motoharu Hanaki
花木 基治
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National Institute for Research in Inorganic Material
Ube Corp
Original Assignee
National Institute for Research in Inorganic Material
Ube Industries Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ペロブスカイト型構造化合物(以下。
ペロブスカイトという)およびその固溶体の原料粉末の
製造方法に関するものである。
ペロブスカイトおよびその固溶体は、圧電体。
誘電体、半導体、センサー、オプトエレクトロニクス材
料等の機能性セラミックスとして広範囲に利用されてい
る。最近はこの機能性セラミックスの高度化が進展し、
その要請に対応できる易焼結性、均一性、高嵩密度で、
且つ低コストのペロブスカイトおよびその固溶体の原料
粉末が多量に効率的に製造できる技術の開発が要望され
ている。
〔従来の技術および問題点〕
従来、ペロブスカイトおよびその固溶体の原料粉末の製
造方法としては、乾式法と湿式法が知られている。
乾式法は構成原料成分の化合物を乾式で混合し。
これを仮焼する方法である。しかし、この方法では、均
一組成の原料粉末が得難いため、優れた機能性を持つペ
ロブスカイトおよびその固溶体を得難いし、また焼結性
も十分ではない。
また従来の湿式法はその構成成分のすべてを一緒にした
混合溶液を作り、これにアルカリ等の沈殿形成液を添加
して共沈させ、この共沈物を乾燥。
仮焼させる方法(以下共沈法と言う)である。
この共沈法によると、均一性の優れた粉末が得易いが、
その均一性なるが故に、沈殿生成時、乾燥時または仮焼
時に粒子が凝結して二次粒子を形成し易く、易焼結性に
なりにくい欠点があった。
また、共沈法では各成分の該沈殿形成液に対する沈殿形
成能が同じでない場合は1例えば酸成分は100チ沈殿
を生成するが、他の成分は全部沈殿を生成し得ないこと
が起り、所望組成となし難いことがある。
更に、ペロブスカイトおよびその固溶体には。
鉛(酸素12配位金属元素、A成分)とチタン(酸素6
配位金属元素、B成分)を同時に含むものが極めて多い
。このようなものを工業的に製造する場合、チタン原料
として安価な四塩化チタンを使用することが望ましい。
しかし、これを共沈法に使用すると、四塩化チタン中の
塩素イオンが鉛イオンと反応して白色沈殿を生成するた
め、使用し難い。この場合、四塩化チタンに代え、オキ
シ硝酸チタン(Ti0(NO3)z :]を使用すれば
この沈殿の生成は防ぐことができるが、オキシ硝酸チタ
ンは高価であるため、工業的生産としては実用的でない
また原料として塩化物を使用すると、塩素の除去に多大
な労力と時間を要する。
一方、これらのペロブスカイトおよびその固溶体を製造
するに当りその成分含有金属のアルコキシドを使用する
場合がある(特開昭59−39725号公報)。1.か
じながら、この方法も共沈法で製造しているため、共沈
法の前記欠点を有し、しかも原料すべてがアルコキシド
であるため高価で経済的ではなく、工業的製法とは言え
なかった。
〔発明の目的〕
本発明は従来の共沈法、アルコキシド法などの欠点をな
くすべくなされたもので、その目的は。
湿式法によって、易焼結性、均一性、低コスト。
高嵩密度の四つの要件を満足したペロブスカイトおよび
その固溶体原料粉末を効率よく製造することができる方
法を提供するにある。
〔発明の構成〕
本発明−者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果1
本発明に到った。
本発明は1チタンを含有する一般式A (B、 Tt)
O3(ただし、Aは酸素12配位金属元素の1種または
2種以上を、Bはチタン以外の酸素6配位金属元素の1
種または2種以上を示す。)で表わされるペロブスカイ
ト型構造化合物およびその固溶体の原料粉末の製造に際
し。
(1)  チタンのアルコキシドの溶液およびB成分の
金属元素を含んだ化合物の水溶液を沈殿形成液と接触さ
せてチタン成分およびB成分の沈殿を生成させ1次いで
A成分の金属元素を含んだ化合物の水溶液を添加してA
成分の沈殿を生成させるか9あるいはチタン成分および
B成分とA成分との沈殿の生成を前記と順序を代えて沈
殿を生成させ。
または。
(2)A成分の金属元素を含んだ化合物とB成分の金属
元素を含んだ化合物の混合水溶液を沈殿形成液と接触さ
せてA成分およびB成分の沈殿を生成させ2次いでチタ
ンのアルコキシドの溶液を添加してチタン成分の沈殿を
生成させ。
次いで、得られた沈殿物を洗浄、ろ別、乾燥後。
400〜1000℃で仮焼することを特徴とするチタン
含有易焼結性ペロブスカイトおよびその固溶体の原料粉
末の製造方法に関するものである。
本発明によると、従来の共沈法における欠点を解消する
ことができる。
前記一般式A (B 、 Ti) 03のA成分の酸素
12配位金属としては9例えばPb、Ca、Ba、Sr
およびLa等の希土類元素が挙げられる。またB成分の
酸素6配位金属元素としては1例えばZ r 9M !
 +W、 Ta、 Fe、 Go、 Ni、 Zn+ 
Nb、 Sn、 Cr、 Mn等が挙げられる。
本発明においてペロブスカイトおよびその固溶体におけ
るB成分の2種以上の元素の組合せは。
T1  とZr  の組合せのように等原子価数のもの
の組合せ、まだ任意にその割合を変えたもの(A成分の
場合も同様)、またB位置全体で電気的中2   3+
   1  6◆  1 −Fe  と−w+−My2′″とスNb5“のような
もの己5′z)己 でもよく、更にA成分の位置またはB成分の位置におい
て、過剰または不足の電荷を有し、これらの電荷を陽イ
オン欠陥、陰イオン欠陥によって補償するような1例え
ば、B成分のT141とw”との組合せ(陽イオン欠陥
補償)、A成分La3+とB a”との組合せ(陽イオ
ン欠陥補償)等であってもよい。また本発明におけるペ
ロブスカイトおよびその固溶体としては、A成分のB成
分とチタンとの和に対するモル比を1.0より高い値も
しくは低い値にずらして、B位置またはA位置に空孔を
導入した不定比性ペロブスカイトも含む。
ペロブスカイトおよびその固溶体の構成成分であるA、
B成分の金属元素を含んだ化合物の水溶液を作成するた
めの成分化合物としては、特に限定されないがそれらの
水酸化物、炭酸塩、オキン塩、硫酸塩、硝酸塩等の無機
塩、酢酸塩、しゅう酸塩等の有機酸塩、酸化物、金属な
どがある。これらが水に可溶でない場合は鉱酸を添加し
て可溶としてもよい。
チタンのアルコキシドとしては1例えばチタンメトキン
ド、チタンエトキシド、チタンブローポキシド、チタン
ブトキシドなどを挙げることができる。これらの中でも
価格的にはチタングロポキシド、チタンブトキシドが好
適である。
沈殿形成液としてはアンモニア、炭酸アンモニウム、苛
性アルカリ、シゅう酸等が挙けられる。
構成成分の沈殿を生成させるにあたっては、沈殿形成液
を攪拌しながら、沈殿形成液に、各構成成分の水溶液を
添加してもよく、その反対の順序で添加してもよい。添
加に際しては液を十分に攪拌しながら行うことが好まし
い。
また沈殿の生成に際し2例えばA成分あるいはA成分と
B成分の混合物の沈殿を生成した後、以後の工程を妨害
する陰イオンを除去するために。
ろ過し、沈殿物を新しい水またはアルコール中に分散し
、新しい沈殿形成液を添加した後、チタンのアルコキシ
ド溶液を添加して沈殿を生成させてもよい。
更にまた1例えばチタンのアルコキシドの沈殿を生成し
た後、沈殿形成液の種類と濃度を適当に選ぶことによっ
て、B成分さらにA成分の沈殿を生成してもよい。
またA成分、チタン成分、B成分のほか、ペロブスカイ
トの焼結性や特性を制御するだめの微量成分を添加する
場合はA成分、B成分の溶液を調製する際、それを添加
させてもよい。丑だ、必要に応じて前記したようにA成
分、B成分およびチタンのアルコキシドの沈殿の生成を
多段にしてもよく、更に交互に沈殿させてもよい。
前記方法により得られた沈殿物は通常の方法により洗浄
、ろ別、乾燥する。乾燥は7大気圧下で行っても減圧下
で行ってもよい。
仮焼温度としては、過度に低いと沈殿物の脱水。
熱分解が不十分であり、また過度に高いと粉末が粗大化
するので1通常、仮焼温度は400〜1000℃の範囲
が好適である。
〔実施例〕
以下に実施例および比較例を示し、さらに詳しく本発明
について説明する。
実施例1 硝酸鉛(pb(No3)2:]  66.2ろ?とオキ
シ硝酸ジルコニウムCZrO(NO3)2−2H20”
l 26.7 S2を溶解した水溶液1tを、攪拌した
3N−アシ・モニア水1を中に滴下して、共沈物を作っ
た。との共沈物の分散した溶液を攪拌しつつチタンテト
ライソプロポキッド「Ti[ocH(cH3)2]4J
2 (3,427を含有するエタノール溶液を滴下して
鉛、ジルコニウム、チタンの水酸化物の均密沈殿を得た
。この沈殿物を洗浄、ろ別、乾燥後、700゛Cで2時
間仮焼して、 Pb(ZrO,5T’i0.S )O3
組成の粉末を得た。この粉末をボールミルにより粉砕し
た。この粉末を走査型電子顕微鏡により観察し。
たところ、約0.2μmの均一粒径を有し、X線回折法
で組成変動を測定した結果、殆んど変動が認められなか
った。
この粉末を1t/crAで成型し、鉛蒸気と酸素雰囲気
下、1100℃で2時間焼結した結果、その密度は7.
9 s y/ccで理論密度にほぼ等しいPZT緻密焼
結体が得られた。
実施例2 オキシ硝酸ジルコニウム[I ZrO(NO3)2−2
H20]26.72+9を水500罰に溶解lまた水溶
液と1チタンテトライングロポキンド28.42 ii
’を含有するエタノール溶液を、攪拌した3N−アンモ
ニア水1を中に同時に滴下して共沈物を作った。この共
沈物の分散した溶液を攪拌しつつ、硝酸鉛66.2 ”
、 f/を溶解した水溶液500mJを滴下して。
鉛、ジルコニウム、チタンの水酸化物の均密沈殿を得た
。この沈殿物を洗浄、ろ別、乾燥後、750℃で2時間
仮焼して、 Pb(ZrO,5Tio、5) 03組成
の粉末を得た。この粉末をエタノールによる湿式ボール
ミルにより粉砕した。脱媒後、粉末を走査型電子顕微鏡
により観察したところ約0.25μmの均一粒径を有し
、X線回折法で組成変動を測定した結果、殆んど変動が
認められなかった。
この粉末を1t/−で成型し、鉛蒸気と酸素雰囲気下1
150″Cで2時間焼結した結果、その密度は7.96
であった。
実施例ろ 硝酸鉛[: Pb(No3)2 ) 60.28 S’
 、硝酸ランタン(La(NO3)3−6H20) 7
.79 ?、オキシ硝酸ジルコニウム(ZrO(NO3
)2 ・2H20]3198 !7を1tに溶解した水
溶液を攪拌した2N−アンモニア水1を中に滴下して、
共沈物を作った。この共沈物の分散した溶液を攪拌しつ
つ、チタンテトライソプロポキシド「Ti(OCH(O
H3)2)4J 19.612を含有するエタノール溶
液を滴下して、鉛、ランタン1ジルコニウム、チタンの
水酸化物の均密沈殿を得た。この沈殿物を洗浄、ろ別、
乾燥後。
700’Cで2時間仮焼して+ (Pbo、g l L
a(1,6g )(Zro、6s Tio、3s )O
.977503の組成の粉末を得た。
この粉末をエタノールによる湿式ボールミルにより粉砕
した。脱媒後、粉末を走査型電子顕微鏡により観察した
ところ約o−1ttmの均一粒径を有し。
X線回折法で組成変動を測定した結果端んど変動が認め
られなかった。
この粉末を1.St/−で成型し、酸素ガスと鉛蒸気の
混合雰囲気下、常圧1120℃で30時間実施例4 硝酸鉛66.23 f!を溶解した水溶液500m/を
攪拌した3 N−アンモニア水1を中に滴下して共沈物
を作った。この沈殿物の分散した溶液を攪拌しつつ、オ
キ/硝酸ジルコニウム26.7 ’+ 7を水500m
1に溶解した水溶液と、チタンテトライソプロポキシド
28.42 ?を含有するエタノール溶液を滴下して、
鉛、ジルコニウム、チタンの水酸化物の均密沈殿を得た
。この沈殿物を洗浄、ろ別。
乾燥後、750℃で2時間仮焼して、 P b (Zr
63 Ti6.5)O3組成の粉末を得た。この粉末を
エタノールに、:る湿式ボールミルにより粉砕した。脱
媒後、粉末を走査型電子顕微鏡により観察したととる約
0.27μmの均一粒径を有し、X線回折法で組成変動
を測定した結果、殆んど変動が認められなかった。
この粉末を1t/cIAで成型し、鉛蒸気と酸素雰囲気
下11”IO’Cで2時間焼結した結果、その密度は7
.98であった。
比較例1 硝酸鉛〔Pb(NO3)2〕66.2己2とオキシ硝酸
ジルコニウムCZrO(NO3)2−2H20:] 2
6.73 ?を1tに溶解した水溶液とチタンテトライ
ソプロポキシド「Ti(OCR(CH3)2:LJ 2
8.42 ?を含有するエタノール溶液を攪拌]また3
N−アンモニア水1を中に同時に滴下して、鉛、ジルコ
ニウム。
チタンの水酸化物の沈殿を得た。この沈殿物を洗浄、ろ
別、乾燥後、750’Cで2時間仮焼し、ポ−ルミルで
粉砕し、 P’b(Zr(1,5Ti6.5 ) 03
の組成の粉末を得た。この粉末を走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、約0.7μmの粒径であり、X線回
折法で組成変動を測定したところ若干の変動が認められ
た。
この粉末を1t/crAで成型し、鉛蒸気と酸素雰囲気
下、1200℃で2時間焼結した結果、その密度は7.
40であった。
比較例2 市販のP 1) O、TIa203 、Z r 02お
よびTlO2lO2全粉末Pbo、9+ hao、09
 ) (Zro、as Tie、35 )O.9775
03の組成になるように配合し、ボールミルで混合後、
800でで2時間仮焼し、再びボールミルで粉砕した。
この粉末を走査型電子顕微鏡で観察しだところ、二次粒
子を含んだ平均粒子径約1.0μmの不揃いの粒子から
構成されていた。またX線回折法による組成変動の測定
を行なった結果、かなりの変動が確認された。
この粉末を実施例ろと同一条件で常圧焼結した結果、は
とんど透光性は認められなかった。
〔発明の効果〕
本発明の方法によると、従来の共沈法における全成分を
同時に共沈させる方法とは異なり、チタンのアルコキシ
ドを使用して遂次に沈殿を生成させるため、高度に相互
分散した状態の緻密な沈殿物が得られる結果、仮焼によ
り微細でしかも凝結を起しに<<、高嵩密度の易焼結性
の粉末を得ることができる。
更に1次のような優れた効果を奏す。
(1)  最初に沈殿させる成分を適切に選択すること
によって、以後生成する沈殿の粉末特性を制御し易くす
ることができる。更に、沈殿形成液の程類。
濃度をその成分の沈殿生成に適したものとなし得。
全成分・を完全、高収率に沈殿させることが可能である
。これにより所望組成で易焼結性粉末が極めて容易に得
られる。
(2)チタンのアルコキシドは比較的安価であり。
オキシ硝酸チタンを原料とする場合よりも工業的に安価
に製造することができる。
また本プロセスでは各相が高度に相互分散しており、従
ってこのものを仮焼したものは十分な均一性が達成され
る。プロセスが簡単であることに由来して、低コストで
得られる等の優れた効果を有する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  チタンを含有する一般式A(B、Ti)O_3(ただ
    し、Aは酸素12配位金属元素の1種または2種以上を
    、Bはチタン以外の酸素6配位金属元素の1種または2
    種以上を示す。)で表わされるペロブスカイト型構造化
    合物およびその固溶体の原料粉末の製造に際し、 (1)チタンのアルコキシドの溶液およびB成分の金属
    元素を含んだ化合物の水溶液を沈殿形成液と接触させて
    チタン成分およびB成分の沈殿を生成させ、次いでA成
    分の金属元素を含んだ化合物の水溶液を添加してA成分
    の沈殿を生成させるか、あるいはチタン成分およびB成
    分とA成分との沈殿の生成を前記と順序を代えて沈殿を
    生成させ、または、 (2)A成分の金属元素を含んだ化合物とB成分の金属
    元素を含んだ化合物の混合水溶液を沈殿形成液と接触さ
    せてA成分およびB成分の沈殿を生成させ、次いでチタ
    ンのアルコキシドの溶液を添加してチタン成分の沈殿を
    生成させ、 次いで、得られた沈殿物を洗浄、ろ別、乾燥後、400
    〜1000℃で仮焼することを特徴とするチタン含有易
    焼結性ペロブスカイトおよびその固溶体の原料粉末の製
    造方法。
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