JPS63218514A - ジルコニウムを含むペロブスカイトセラミツクス粉末の製造方法 - Google Patents

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、ジルコニウムを含むペロブスカイトセラミッ
クス粉末の製造方法に関する。

ペロブスカイトセラミックスは、圧電体、オプトエレク
トロニクス材料、誘電体、半導体、センサーなどの機能
性セラミックスとして広範囲の分野で利用されている。

（従来の技術） 重要なペロブスカイト系機能性セラミックスには、その
成分中にジルコニウムを含むものが極めて多い。一方、
ペロブスカイト系機能性セラミックス粉末の製造方法と
しては、最も一般的には、構成成分、例えばチタンの酸
化物やバリウムの炭酸塩などを混合し、仮焼することよ
りなる所謂、乾式法が用いられることが多い。これらに
用いられる原料粉末の中で、ジルコニア原料粉末は極め
て凝集し易い。この様なジルコニア原料粉末を使用して
乾式法でペロブスカイトセラミックス粉末を製造しても
平均粒径は１〜２μｍ以上のものとなる。この程度の粒
度のペロブスカイトセラミックス粉末を成形、焼結して
も高密度且つ高度な機能を有する機能性セラミックスを
得ることは難しい。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来法の欠点を解決する方法として、本発明者は、
先に、ジルコニアの湿式合成においてジルコニア単一で
沈殿を形成するのではなく他の成分を一部混入する事に
より分散性の良いサブミクロン級の変成ジルコニア原料
粉末を製造し、これをＰＬＺＴなとのペロブスカイトセ
ラミックス粉末に用いる方法を発明し特許出願した。（
特願昭６０−２１０７７１　）　Ｌ／かし、この方法で
は変成ジルコニア原料粉末合成時と、ペロブスカイトを
形成させるための固相反応時の２回にわたり仮焼が必要
となり、工程が多く、かつペロブスカイトセラミックス
粉末の粒の成長がおこり粒径の大きな粉末になる傾向が
あった。

本発明の目的はこの問題点を解消するペロブスカイトセ
ラミックス粉末を製造する方法を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明者らは前記目的を達成すべく組成が均一であり、
粉末の粒径も小さく、しかもできるだけ工程の簡略化さ
れたペロブスカイトセラミックス粉末の製造法について
鋭意研究の結果、ペロブスカイトセラミックス粉末の製
造においてジルコニウム溶液と他の構成成分の適量とか
ら合成した変成ジルコニウム共沈体を原料として用い、
この変成ジルコニウム共沈体とへロブスカイト組成の残
りの構成成分とを混合後、仮焼するとペロブスカイト単
−相が得られることを見出した。この方法によれば仮焼
工程が１回ですみ、従来法と比較して、工程の少ない簡
便なペロブスカイトセラミックス粉末の製造法が提供で
きる。

この粉末を成形して焼結すると高密度のペロブスカイト
セラミックスを得ることができた。

本発明は、この知見に基すいて完成したものである。

本発明の要旨は、ベロアスカイト化合物（一般式Ａ　Ｂ
　Ｏ３で表され、Ａ成分は酸素１２配位金属元素、Ｂ成
分は酸素６配位金属元素）を構成するジルコニウム以外
の少なくとも一成分の適量とジルコニウム溶液との混合
溶液（水溶液またはアルコール溶液）を作り、これと沈
殿形成剤とを混合して変成ジルコニウム共沈体を形成し
、さらにこれと目的とするペロブスカイト組成の残りの
構成成分の化合物を混合し５００〜１３００℃で仮焼す
ることを特徴とするジルコニウムを含むペロブスカイト
セラミックス粉末の製造方法である。ここで変成ジルコ
ニウム共沈体とは、ペロブスカイトセラミックスを構成
する一部の成分とジルコニウムの共沈体であり、この共
沈体には、ペロブスカイト構造を形成するに必要なジル
コニウム分の全てを含んでいる。この共沈体を仮焼せず
に目的とするベロアスカイト組成の残りの構成成分の化
合物を混合し５００〜１３００℃で１回で仮焼すること
によってジルコニウムを含むペロブスカイトセラミック
ス粉末を得ることに本発明の特徴がある。前記一般式Ａ
ＢＯａで示されるペロブスカイト化合物のＡ成分である
酸素１２配位金属元素の具体例としては、鉛、バリウム
、カルシウム、ストロンチウムおよびランタンなどの希
土類元素が挙げられ、それらから選ばれた少なくとも一
種を使用する。また日成分である酸素６配位金属元素の
具体例としては、ジルコニウムの他、チタン、マグネシ
ウム、スカンジウム、ハフニウム、トリウム、タングス
テン、ニオブ、タンタル、モリブデン、マンガン、コバ
ルト、ニッケル、カドミウム、アルミニウム、錫、ヒ素
、ビスマスなどが挙げられ、それから選ばれた少なくと
も一種を使用する。なお、本発明においては、これらの
Ａ成分とＢ成分のモル比が１、Ｏより高い値あるいは低
い値のものも含む。また、ペロブスカイト型機能性セラ
ミックスにおいては、その焼結性や特性を改善するため
に一般に微量の助剤を添加するのが通例であり、これら
の助剤は変成ジルコニウム共沈体を形成する工程あるい
は該共沈体と残りの成分を混合する工程のどちらかの工
程で適当に添加すればよい。ジルコニウム溶液としては
水溶液またはアルコール溶液が用いられ、これを製造す
るための化合物としてはオキシ塩化ジルコニウム、オキ
シ硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニ
ウム、および金属ジルコニウムなどが挙げられる。ジル
コニウム溶液に溶解するペロブスカイト化合物の構成成
分の種類とは、ペロブスカイトセラミックスに共通に含
有されている成分であることが好ましく、その量は構成
成分の添加によって得られるジルコニウム共沈体の凝集
を抑制することができる量であればよい。沈殿形成剤と
しては、例えば、アンモニア、炭酸アンモニウム、苛性
アルカリ、蓚酸、蓚酸アンモニウムやアミン、オキシン
等の有機化合物が挙げられる。また、変成ジルコニウム
共沈体と混合しペロブスカイトセラミックスを形成する
原料（主として酸化物）の粒度はサブミクロン級のもの
を使用する。ただし、酸化鉛のごとき鉛化合物を使用す
る場合には、粗大粒径のものであっても得られるペロブ
スカイトセラミックス粉末の特性にほとんど影響を与え
ない。これらの化合物の仮焼時の温度は、鉛を含む場合
、バリウムやストロンチウムを含む場合、またニオブや
タンタルを含む場合とて、５００〜１３００℃の範囲で
大幅に変化する。要は、固相反応がほぼまたは完全に完
了する最低温度以上で、顕著な粒成長が生じない最高温
度範囲内であることが必要である。例えば、鉛を構成成
分として含む場合は、１１００℃以上で鉛の蒸発がおこ
るため、仮焼温度はこれ以下に保持して行うのが好まし
い。

（実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 四塩化チタン水溶液（濃度０．８１４４　ｍｏ１／ｊ）
　２４６　ｇとオキシ硝酸ジルコニウム水溶液（濃度１
．１９６７ｍｏＡ／Ｌ）　８３６　ｇとを混合しこの混
合水溶液を攪拌下、ｌ０Ｎ−アンモニア水Ｘｔ中に徐々
に添加してＴｉＪ＋とＺｒＪ＋の水酸化物共沈体を得た
。これを洗浄後、−酸化鉛３１９．７　ｇと酸化ランタ
ン２３．１　ｇ及び二酸化チタン２７．０　ｇを添加し
ボールミルにてエタノール溶媒で混合した。乾燥後７０
０℃で２時間仮焼し−，Ｐｂｏ−ｏｔＬａｏ、ｏｓ（Ｚ
ｒｏ、ｅ５Ｔｉｏ、ａｓ）ｏ−ｏｔｖ５０ａ粉末を得た
。この粉末の平均粒径は　０．１μｍ前後と微粒であっ
た。また粒度分布にも優れ、組成的に均一であった。該
粉末を２　ｔｏｎ／ｃｍ２で直径１２開、厚さ１．５ｍ
ｍの円板に成形し、１２００℃、１０時間常圧雰囲気焼
結したところ密度は７．９０３／ｃｍ３のものが得られ
た。これは理論密度に極めて近い値である。光透過率を
測定したところ６９χ（測定波長６００ｎｍ）と高かっ
た。また、二次電気光学係数も９．ＯＸ　１０−１６　
ｍ２／Ｖ２と良好であった。

実施例２ オキシ硝酸チタン水溶液（濃度０．６５３２　ｍｏＥ／
Ｚ）７．６５６　ｇとオキシ硝酸ジルコニウム水溶液（
濃度１．１９６７ｍｏｆｆｉ／Ａ）　２０．８９１　ｇ
とを混合しこの混合水溶液を攪拌下ｌ０Ｎ−アンモニア
水　ｌＬ中に徐々に添加してＴｉＪ＋とＺｒＪ＋の水酸
化物共沈体を得た。これを洗浄後、−酸化鉛２１．２０
４　ｇと酸化マグネシウム０．５０４　ｇ　、五酸化ニ
オブ３．３２３　ｇ炭酸ストロンチウム０．７３８　ｇ
　、二酸化チタン２．５９７　ｇを添加しボールミルに
てエタノール溶媒で混合した。

乾燥後７００℃で２時間仮焼し、Ｐｂｏ、　９５ｓｒｏ
、　ａｓ（Ｍｇｔｚ３Ｎｂ２ｚ３）ｏ−ａ７ｓＴｉｏ、
　３７５Ｚｒａ、　２５０３．粉末を得た・この粉末の
平均粒径は０．２μｍ前後と微粒であった。

また、粒度分布にも優れ、組成的にも均一であった。

該粉末を２　ｔｏｎ／ｃｍ２のプレス圧で直径１２　ｍ
ｍ厚さ１．５　ｍｍの円板に成形し、１２６０℃で酸化
鉛雰囲気下で２時間焼結し、密度が−７，７０３／ｃｍ
３の焼結体を得た。この焼結体の円板の両面に市販の電
極用の銀ペーストを塗布し焼きつけた。

次いでこれをシリコンオイル中に′浸漬し１００℃で３
　ＫＶ／ｍｍの直流電界を３０分間印加する方法で分極
を行った。圧電特性の測定結果は次のとおりで良好な圧
電特性が得られた。

電気機械結合係数　　Ｋｐ　　　　６５．１　（χ）Ｋ
３１　　　４０．０　（Ｘ） 比誘電率　　　　　ε３３／ε、　　５４００圧電定数
　　　　　　ｄａ１３５０（ＸＩＯ−１２ｍ／ｖ）機械
的品質定数　　　Ｑｍ　　　　６０誘電損失　　　　　
ｔａｎδ　　３．２（％）比較例 市販の一酸化鉛２１．２０４　ｇ　、二酸化チタン２．
９９６ｇ、二酸化ジルコニウム３．０８１　ｇ　、五酸
化ニオブ３．３２３　ｇ　、酸化マグネシウム０．５０
４　ｇ　、および炭酸ストロンチウム０．７３８　ｇを
ボールミルにて、エタノール溶媒で混合した。乾燥後、
９００℃で２時間仮焼して、粒径０．５．ｕｍのＰｔ１
ｏ、　９５ｓｒ０．０５（Ｍｇ１ｚａＮｂｚａ）ｏ、　
ａｔｓＴｉｏ、　ａｔ５Ｚｒ０．２５０３粉末を得た。

この粉末を２　ｔｏｎ／ｃｍ２のプレス圧で直径１２　
ｍｍ厚さ１．５ｍｍで円板に成形し、１２６０℃で酸化
鉛雰囲気下で２時間焼結した結果、密度が７．５２３／
ｃｍ３．の焼結体を得た。この焼結体の円板の両面に市
販の電極用の銀ペーストを塗布し焼き付けた。次いでこ
れをシリコンオイル中に浸漬し１００℃で３にＶ／ｍｍ
の直流電界を３０分間印加する方法で分極を行った。圧
電特性の測定結果は次の通りであった。

電気機械結合係数　　Ｋｐ　　　　５９．０　（Ｘ）Ｋ
３１　　３６．０　（χ） 比誘電率　　　　ε３３／ε０　　４９００圧電定数　
　　　　　ｄ　３１　　３００　（ｘｌＯ−１２ｍ／ｖ
）機械的品質係数　　　迫ｍ　　　　６２誘電損失　　
　　　　ｔａｎδ　３．３（％）（発明の効果） 本発明のジルコニウムを含むペロブスカイトセラミック
ス粉末の製造法は次に示す効果を奏する。

１）変成ジルコニウム共沈体を原料として用いることに
より、従来より粒径の小さく粒度分布の優れたペロブス
カイトセラミックス粉末が得られた。

２）本発明のペロブスカイトセラミックス粉末を焼結す
れば高密度の焼結体が得られ、この電気特性は優れたも
のであった。

３）従来の変成ジルコニアを用いる乾式法と比較して仮
焼回数が１回ですむため工程が簡略化され、その結果低
コスト化が達成された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ペロブスカイト化合物（一般式ＡＢＯ＿３で表わされ
   、Ａ成分は酸素１２配位金属元素、Ｂ成分は酸素６配位
   金属元素を表わす。）を構成するジルコニウム以外の少
   なくとも一成分の適量とジルコニウム溶液との混合液を
   作りこれと沈殿形成剤とを混合して変成ジルコニウム共
   沈体を形成し、さらにこれと目的とするペロブスカイト
   組成の残りの構成成分の化合物を混合し５００〜１３０
   ０℃で仮焼することを特徴とするジルコニウムを含むペ
   ロブスカイトセラミックス粉末の製造方法。