KR20070032366A - Yttrium-zirconium mixed oxide powder - Google Patents

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Abstract

하기 물리-화학적 파라미터를 갖는, 응집된 1차 입자 형태의 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말: - BET 표면적: 40 내지 100 m2/g, - dn = 3 내지 30 nm, dn = 평균, 수-관련(number-related) 1차 입자 직경, - 화학 분석으로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된 이트륨 함량이, 혼합 산화물 분말에 대해 5 내지 15 중량%, - TEM-EDX로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된, 분말 내에서의 함량에 상응하는 각각의 1차 입자의 이트륨 함량이 ±10%, - X-선 회절로 측정된, 혼합 산화물 분말에 대한 실온에서의 함량으로서 - 단사정계 산화 지르코늄이 <1 내지 10 중량%, - 정방계 산화 지르코늄이 10 내지 95 중량%이며, - 1300℃에서 2시간 가열 후 단사정계 산화 지르코늄의 함량이 1 중량% 미만, - 탄소 함량이 0.2 중량% 미만. 이는 유기 산화 지르코늄 전구물질 및 무기 산화이트륨 전구물질을 함유하는 유기 용매의 용액을 원자화하고, 연소 기체/공기 화염에서 연소하여, 기체 및 고체 생성물을 분리하여 제조된다. 이는 세라믹 베이스 물질로 사용될 수 있다.Nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder in the form of agglomerated primary particles with the following physical-chemical parameters:-BET surface area: 40 to 100 m 2 / g,-d n = 3 to 30 nm, d n = average , Number-related primary particle diameter, yttrium content measured by chemical analysis and calculated by yttrium oxide Y 2 O 3 , 5 to 15% by weight relative to mixed oxide powder,-measured by TEM-EDX Yttrium content of each primary particle corresponding to the content in the powder, calculated as yttrium oxide Y 2 O 3 , ± 10%, content at room temperature for the mixed oxide powder, measured by X-ray diffraction As-monoclinic zirconium oxide <1 to 10% by weight,-tetragonal zirconium oxide to 10 to 95% by weight,-monoclinic zirconium oxide content after heating for 2 hours at 1300 ° C. is less than 1% by weight,-carbon content Less than 0.2% by weight. It is prepared by atomizing a solution of an organic solvent containing an organic zirconium oxide precursor and an inorganic yttrium precursor and burning it in a combustion gas / air flame to separate gas and solid products. It can be used as a ceramic base material.

나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물, 단사정계, 정방계Nano-scale yttrium-zirconium mixed oxides, monoclinic, tetragonal

Description

이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말{YTTRIUM-ZIRCONIUM MIXED OXIDE POWDER}Yttrium-zirconium mixed oxide powder {YTTRIUM-ZIRCONIUM MIXED OXIDE POWDER}

본 발명은 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말, 그의 제조 및 용도에 관한 것이다.The present invention relates to yttrium-zirconium mixed oxide powders, their preparation and use.

산화 지르코늄은 온도에 따라 단사정계(monoclinic), 정방계(tetragonal) 및 입방계(cubic)의 3가지 결정 구조로 존재할 수 있다.Zirconium oxide may exist in three crystal structures, depending on the temperature, monoclinic, tetragonal, and cubic.

용융물로부터 출발해, 입방계 결정은 약 2680℃에서 형성되고, 약 2370℃에서는 정방계 구조가 형성되는 것으로 추측된다. 정방계로부터 단사정계 상으로의 변화는 약 1170℃에서 일어나고, 약 3 내지 5%의 부피 증가가 수반된다. 이러한 부피 증가는 정방계/-단사정계 전이 온도 이상에서 생성되는 구조 성분에 응력 및 균열을 야기할 수 있다.Starting from the melt, it is assumed that cubic crystals are formed at about 2680 ° C and tetragonal structures are formed at about 2370 ° C. The change from tetragonal to monoclinic phase occurs at about 1170 ° C. and is accompanied by a volume increase of about 3 to 5%. This volume increase can cause stresses and cracks in the structural components produced above the tetragonal / monoclinic transition temperature.

산화이트륨, 산화칼슘, 산화세륨 또는 산화마그네슘으로 도핑하여 산화 지르코늄의 정방계 구조를 안정화함으로써, 상기 상전이를 억제할 수 있다.The phase transition can be suppressed by doping with yttrium oxide, calcium oxide, cerium oxide or magnesium oxide to stabilize the tetragonal structure of zirconium oxide.

이트륨-안정화된, 정방계 산화 지르코늄은 약 3 몰%의 산화이트륨으로 도핑된 산화 지르코늄인 것으로 이해된다. 부분적 이트륨-안정화 산화 지르코늄은 약 3 내지 8 몰%의 이트륨으로 도핑된 산화 지르코늄이며, 정방계 내포물을 갖는 입방계 매트릭스로 구성되는 것으로 이해된다. 완전 이트륨-안정화 산화 지르코늄은 약 8 몰%의 이트륨으로 도핑된 산화 지르코늄이며, 입방계 결정 구조를 갖는 것으로 이해된다.Yttrium-stabilized tetragonal zirconium oxide is understood to be zirconium oxide doped with about 3 mol% yttrium oxide. Partially yttrium-stabilized zirconium oxide is zirconium oxide doped with about 3 to 8 mol% yttrium and is understood to consist of a cubic matrix with tetragonal inclusions. Fully yttrium-stabilized zirconium oxide is zirconium oxide doped with about 8 mol% yttrium and is understood to have a cubic crystal structure.

이트륨-안정화 산화 지르코늄은 예를 들어, 습식-화학법 및 발열 반응(pyrogenic reaction)에 의해 수득할 수 있다.Yttrium-stabilized zirconium oxide can be obtained, for example, by wet-chemistry and pyrogenic reactions.

US 6703334는 정방계 및(또는) 입방계 결정 구조를 갖는 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분말의 제조 방법에 대해 기술하고 있는데, 이 방법에서는 탄산지르코늄 입자와 이트륨 화합물을 함께 반응시키고, 여기서 상기 두 반응 파트너들은 고체이거나, 하나는 고체이고 하나는 액체이거나, 하나는 고체이고 하나는 기체이고, 그 다음, 이로부터 생성된 생성물은 소성된다. 생성된 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분말의 입자 크기 및 비표면적에 대한 정보는 제시되지 않았다.US 6703334 describes a method for preparing yttrium-stabilized zirconium oxide powders having tetragonal and / or cubic crystal structures, in which zirconium carbonate particles and yttrium compounds are reacted together, wherein the two reaction partners Solid, one solid and one liquid, one solid and one gas, and the resulting product is then calcined. Information on the particle size and specific surface area of the resulting yttrium-stabilized zirconium oxide powder was not presented.

US 5155071은 응집된 1차 입자 형태인 부분적 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분말을 청구하고 있으며, 여기서 응집체는 150 nm 미만의 평균 직경을 갖고, 이트륨은 산화지르코늄 내에 균일하게 분산되어 있다. 부분적 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분말은, 지르코늄 전구물질과 이트륨 전구물질로 구성되는 균일한 혼합물을 연소함으로써 제조된다. 중요한 특징은, 일반적으로 사염화 지르코늄인 산화 지르코늄 전구물질은 기화성이지만 이트륨 전구물질은 기화성이 아닌 온도에서는, 상기 반응이 수행되지 않는다는 점이다. 따라서, 이트륨 전구물질은 고체 형태로 연소반응에 공급한다. 이 방법의 단점은, 낮은 BET 표면적만을 갖는 분말이 수득된다는 점이다. 또한, 이트륨의 분산이 균일하지는 않지만, 이트륨 농도가 상이한 영역이 존재하는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 부분적 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분 말의 소결 거동에 관한 정보는 제시되지 않았다.US 5155071 claims partially yttrium-stabilized zirconium oxide powder in the form of aggregated primary particles, where the aggregates have an average diameter of less than 150 nm and yttrium is uniformly dispersed in zirconium oxide. Partially yttrium-stabilized zirconium oxide powders are prepared by burning a uniform mixture consisting of a zirconium precursor and a yttrium precursor. An important feature is that the zirconium oxide precursor, which is generally zirconium tetrachloride, is vaporizable but the yttrium precursor is not vaporizable, the reaction is not carried out. Thus, the yttrium precursor supplies the combustion reaction in solid form. The disadvantage of this method is that a powder with only a low BET surface area is obtained. In addition, it was found that although the yttrium dispersion is not uniform, there exist regions having different yttrium concentrations. Moreover, no information is given on the sintering behavior of partially yttrium-stabilized zirconium oxide powders.

뵈에르(Beoer) 등(Freiberger Forschungsheft 1998, A841, pages 281-295)은 지르코늄 알콕시화물의 균일 용액을 이트륨(II) 아세틸아세토네이트와 함께, 매우 높은 산소 과량 및 매우 짧은 화염내 체류 시간(약 1 ms)으로 산수소 화염 내로 분무하여 수득된 이트륨-안정화 산화 지르코늄에 대해 기술하고 있다. 이트륨 함량에 따라, 30 m2/g의 BET 표면적을 갖는 구형 입자 형태의 정방계 또는 입방계 산화 지르코늄이 얻어진다. 이 방법은 높은 산소 과량이며 비싼 이트륨 전구물질로 인해 경제적이지 않다.Beierer et al. (Freiberger Forschungsheft 1998, A841, pages 281-295) described a homogeneous solution of zirconium alkoxide with yttrium (II) acetylacetonate, with very high oxygen excess and very short flame residence time (about 1 yttrium-stabilized zirconium oxide obtained by spraying into an oxyhydrogen flame in ms). Depending on the yttrium content, square or cubic zirconium oxide in the form of spherical particles with a BET surface area of 30 m 2 / g is obtained. This method is not economical due to high oxygen excess and expensive yttrium precursors.

후아레즈(Juarez) 등(Journal of the European Ceramic Society 20 (2000), pages 133-138)은 니트레이트-시트레이트 겔 내에서 니트레이트 및 시트레이트 이온의 발열 산화환원 반응으로 수득되는, 이트륨-안정화 산화 지르코늄 분말에 대해 기술하고 있다. 분쇄 이후, 생성된 분말은 125 nm의 입자 크기 및 약 20%의 단사정계 산화 지르코늄 함량을 갖는다. 겔은 옥시염화 지르코늄과 산화이트륨을 질산에 용해하고, 염소를 제거한 다음, 시트르산 및 수산화암모늄으로 pH를 7로 맞추어 수득된다. 그 다음, 용액을 핫 플레이트 상에서 200 내지 250℃로 가열한다. 그 온도에서, 니트레이트와 시트레이트 이온 간의 발열 반응이 개시된다. 그 다음, 탄소-함유 불순물을 350℃에서 1시간에 걸쳐 제거한 후, 600℃에서 소성한다. 이 방법은 그다지 경제적이지 않고, 규모 증가에는 적합치 않다.Juarez et al. (Journal of the European Ceramic Society 20 (2000), pages 133-138) are yttrium-stabilized, obtained by exothermic redox reactions of nitrate and citrate ions in nitrate-citrate gels. Zirconium oxide powders are described. After grinding, the resulting powder has a particle size of 125 nm and monoclinic zirconium oxide content of about 20%. The gel is obtained by dissolving zirconium oxychloride and yttrium acid in nitric acid, removing chlorine, and then adjusting the pH to 7 with citric acid and ammonium hydroxide. The solution is then heated to 200-250 ° C. on a hot plate. At that temperature, an exothermic reaction between nitrate and citrate ions is initiated. The carbon-containing impurities are then removed at 350 ° C. over 1 hour and then calcined at 600 ° C. This method is not very economical and is not suitable for scale up.

EP-A-1285881은 1 내지 600 m2/g의 BET 표면적을 가질 수 있고, 0.05 중량% 미만의 클로라이드를 함유하며, 실온에서 보관하는 동안이나 어닐링(약 900℃) 동안 단사정계 상에 어떠한 변화도 나타나지 않는, 정방계 이트륨-산화 지르코늄 혼합 산화물 분말을 청구하고 있다. 혼합 산화물 분말은 산화 지르코늄 전구물질과 산화이트륨 전구물질을 함께(2-성분 노즐) 또는 별도로(3-성분 노즐)로, 담체 기체의 도움에 의해 산수소 화염 내에서 원자화함으로써 제조된다. 2-성분 노즐을 사용할 때에 산화 지르코늄 내에 이트륨이 더 균일하게 분산되는 것으로 밝혀졌지만, 더 높은 BET 표면적 및(또는) 보다 높은 산화이트륨 함량을 얻을 수는 없는 것으로 나타났다(실시예 1 내지 3).EP-A-1285881 can have a BET surface area of 1 to 600 m 2 / g, contain less than 0.05% by weight of chloride, and change any phase on monoclinic during storage at room temperature or during annealing (about 900 ° C.). It also claims a tetragonal yttrium-zirconium oxide mixed oxide powder, which is not shown. Mixed oxide powders are prepared by atomizing a zirconium oxide precursor and a yttrium oxide precursor together (two-component nozzle) or separately (three-component nozzle) in an oxyhydrogen flame with the aid of a carrier gas. It was found that yttrium was more uniformly dispersed in zirconium oxide when using a two-component nozzle, but it was found that higher BET surface area and / or higher yttrium content could not be obtained (Examples 1 to 3).

본 발명의 목적은, 이트륨이 산화 지르코늄 내에 가능한한 균일하게 분산되고, 소결 후에 소량의 단사정계 산화 지르코늄만이 나타나거나 단사정계 산화지르코늄이 나타나지 않는, 나노-규모의 이트륨-안정화 산화 지르코늄을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a nano-scale yttrium-stabilized zirconium oxide in which yttrium is dispersed as uniformly as possible in zirconium oxide, and after sintering only small amounts of monoclinic zirconium oxide or monoclinic zirconium oxide do not appear. will be.

본 발명의 추가의 목적은, 이 분말의 저렴한 제조 방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an inexpensive method for producing this powder.

본 발명은 하기 물리-화학적 파라미터를 갖는, 응집된 1차 입자 형태의 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말을 제공한다:The present invention provides nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powders in the form of aggregated primary particles having the following physical-chemical parameters:

- BET 표면적: 40 내지 100 m2/g, BET surface area: 40 to 100 m 2 / g,

- dn = 3 내지 30 nm, dn = 평균, 수-관련(number-related) 1차 입자 직경,d n = 3 to 30 nm, d n = mean, number-related primary particle diameter,

- 화학 분석으로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된 이트륨 함량이, 혼합 산화물 분말에 대해 5 내지 15 중량%, A yttrium content measured by chemical analysis and calculated as yttria Y 2 O 3 , from 5 to 15% by weight relative to the mixed oxide powder,

- TEM-EDX로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된, 분말 내에서의 함량에 상응하는 각각의 1차 입자의 이트륨 함량이 ±10%,The yttrium content of each primary particle corresponding to the content in the powder, measured by TEM-EDX and calculated by yttrium oxide Y 2 O 3 , is ± 10%,

- X-선 회절로 측정된, 혼합 산화물 분말에 대한 실온에서의 함량으로서As a content at room temperature for the mixed oxide powder, measured by X-ray diffraction

- 단사정계 산화 지르코늄이 <1 내지 10 중량%, Monoclinic zirconium oxide <1 to 10% by weight,

- 정방계 산화 지르코늄이 10 내지 95 중량%,10 to 95% by weight of tetragonal zirconium oxide,

- 1300℃에서 2시간 가열 후 단사정계 산화 지르코늄의 함량이 1 중량% 미만, -After heating for 2 hours at 1300 ℃ monoclinic zirconium oxide content is less than 1% by weight,

- 탄소 함량이 0.2 중량% 미만.A carbon content of less than 0.2% by weight.

X-선 회절 평가는 리에트벨트(Rietveld)에 따라 수행된다. X-ray diffraction evaluation is performed according to Rietveld.

보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 혼합 산화물 분말의 BET 표면적은 45 내지 65 m2/g일 수 있다.More preferably, the BET surface area of the mixed oxide powder according to the present invention may be 45 to 65 m 2 / g.

또한, 본 발명에 따른 혼합 산화물 분말은 0.5 내지 0.9의 dn/da 비율을 갖는 것이 바람직할 수 있고, 여기서 dn은 평균, 수-관련 1차 입자 직경이고, da는 표면에 걸쳐 평균한 평균 1차 입자 직경이다.It may also be desirable for the mixed oxide powders according to the invention to have a d n / d a ratio of 0.5 to 0.9, where d n is the average, water-related primary particle diameter, and d a is the average over the surface One average primary particle diameter.

본 발명에 따른 혼합 산화물 분말은 200 nm 미만의 평균 응집체 직경을 갖는 것이 또한 바람직할 수 있다.It may also be desirable for the mixed oxide powders according to the invention to have an average aggregate diameter of less than 200 nm.

또한, 본 발명에 따른 혼합 산화물 분말은 1.1을 초과하는 OEM 표면적/BET 표면적 비율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. OEM 표면적은 OEM = 6000/(da x Rho)(여기서, da = 표면에 걸쳐 평균된 입자 직경, Rho = 6.05 g/cm3 산화 지르코늄에 대한 밀도)로 나타내어진다. OEM 표면적/BET 표면적의 비율이 1.2를 초과하는 것이 특히 바람직할 수 있다.It may also be desirable for the mixed oxide powders according to the invention to have an OEM surface area / BET surface area ratio of greater than 1.1. The OEM surface area is expressed as OEM = 6000 / (d a x Rho), where d a = particle diameter averaged across the surface, Rho = 6.05 g / cm 3 zirconium oxide. It may be particularly desirable for the ratio of OEM surface area / BET surface area to exceed 1.2.

본 발명에 따른 혼합 산화물 분말은 미세구멍(micropore)을 갖지 않고, 2 내지 30 nm 범위의 중간구멍(mesopore)의 함량이 0.2 ml/g 미만인 것이 또한 바람직할 수 있다.It may also be desirable for the mixed oxide powders according to the invention to have no micropores and to have a mesopore content of less than 0.2 ml / g in the range of 2 to 30 nm.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 혼합 산화물 분말의 제조 방법을 제공하고, 이 방법에서The invention also provides a process for the preparation of the mixed oxide powder according to the invention, in which

- 각각 유기 용매 또는 유기 용매 혼합물에 용해된 유기 산화 지르코늄 전구물질 및 무기 산화이트륨 전구물질을, 후속적으로 바람직한 지르코늄 및 이트륨의 비율에 따라 혼합하고,Organic zirconium oxide precursors and inorganic yttrium oxide precursors dissolved in organic solvents or organic solvent mixtures, respectively, subsequently mixed according to the desired ratio of zirconium and yttrium,

- 이 용액 혼합물을 공기(원자화 공기) 또는 불활성 기체로 원자화하고, -Atomizing this solution mixture with air (atomic air) or inert gas,

- 이를 연소 기체 및 공기(1차 공기)를 함유하는 기체 혼합물과 혼합하여, 화염 내에서 반응 공간으로 연소되도록 하고, It is mixed with a gas mixture containing combustion gas and air (primary air), allowing it to combust into the reaction space in flames,

- 뜨거운 기체 및 고체 생성물을 냉각한 다음, 고체 생성물을 기체로부터 분리하고, Cooling the hot gas and the solid product, then separating the solid product from the gas,

여기서,here,

- 용액 중의 산화 지르코늄 전구물질의 함량은 15 중량% 이상, 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 내지 30 중량%이고, The content of the zirconium oxide precursor in the solution is at least 15% by weight, at most 35% by weight, preferably 20-30% by weight,

- 각각의 경우, 1차 공기량의 50% 내지 150%에 상응하는 양으로 반응 공간 공기(2차 공기) 또는 불활성 기체를 추가로 도입하고, In each case, additionally introducing reaction space air (secondary air) or an inert gas in an amount corresponding to 50% to 150% of the amount of primary air,

- 사용된 공기에 존재하는 산소/연소 기체의 연소에 필요한 산소의 비율로 정의되는 람다는 2 내지 4.5이고, Lambdas defined as the ratio of oxygen required for the combustion of oxygen / combustion gases present in the air used are from 2 to 4.5,

- 화염내 전구물질의 체류 시간은 5 내지 30 ms, 바람직하게는 10 내지 20 ms이고, The residence time of the precursor in the flame is from 5 to 30 ms, preferably from 10 to 20 ms,

- 공기에 의한 연소 기체의 연소 후에 수득한 잔류 기체량 중의 전구물질 용액의 함량이 0.003 내지 0.006 부피%, 바람직하게는 0.004 내지 0.005 부피%이다.The content of the precursor solution in the amount of residual gas obtained after combustion of the combustion gases with air is from 0.003 to 0.006% by volume, preferably 0.004 to 0.005% by volume.

유기 산화 지르코늄 전구물질로서 지르코늄(IV) 에탄올레이트, 지르코늄(IV) n-프로판올레이트, 지르코늄(IV) 이소프로판올레이트, 지르코늄(IV) n-부탄올레이트, 지르코늄(IV) tert-부탄올레이트 및(또는) 지르코늄(IV) 2-에틸헥사노에이트를 바람직하게 사용할 수 있다.Zirconium (IV) ethanolate, zirconium (IV) n-propanolate, zirconium (IV) isopropanolate, zirconium (IV) n-butanolate, zirconium (IV) tert-butanolate and / or as organic zirconium oxide precursors Zirconium (IV) 2-ethylhexanoate can be used preferably.

지르코늄 화합물은 일반적으로, 1 내지 5 중량%의 하프늄 화합물을 함유한다. 그러나, 지르코늄 화합물은 99 중량% 이상의 순도 정도로 제조될 수도 있다.Zirconium compounds generally contain 1 to 5% by weight of hafnium compounds. However, zirconium compounds may be prepared to a degree of purity of 99% by weight or more.

무기 산화이트륨 전구물질과 같이, 질산이트륨, 염산이트륨, 탄산이트륨 및(또는) 황산이트륨을 바람직하게 사용할 수 있다.Like inorganic yttrium precursors, yttrium nitrate, yttrium hydrochloride, yttrium carbonate and / or yttrium sulfate may be preferably used.

질산이트륨 사수화물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.Particular preference is given to using yttrium nitrate tetrahydrate.

원칙적으로 무기 산화이트륨 전구물질 및 유기 산화 지르코늄 전구물질이 가용성이라면, 임의의 유기 용매를 사용할 수 있다. 적합한 유기 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, tert-부탄올, 2-프로판온, 2-부탄온, 디에틸 에테르, tert-부틸 메틸 에테르, 테트라히드로푸란, 에틸 아세테이트, 톨루엔 및(또는) 벤진이다.In principle, any inorganic solvent can be used provided the inorganic yttrium precursor and the organic zirconium oxide precursor are soluble. Suitable organic solvents are methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol, 2-propanone, 2-butanone, diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate, toluene And / or benzine.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 혼합 산화물 분말의 충전제로서, 담체로서, 촉매적 활성 성분으로서, 연료 전지에서, 치과 재료로서, 멤브레인의 제조를 위한, 실리콘 및 고무 산업에서의 첨가제로서, 액체 시스템의 유변학적 특성을 조정하기 위해, 열보호 안정화를 위해, 표면 코팅 산업에서, 착색 안료로서의 용도에 관한 것이다.The invention also provides a filler of the mixed oxide powder according to the invention, as a carrier, as a catalytically active component, in a fuel cell, as a dental material, as an additive in the silicone and rubber industry, for the preparation of membranes, as liquid systems It relates to the use as color pigments in the surface coatings industry, for thermal protection stabilization, in order to adjust their rheological properties.

분석:analysis:

DIN 66131에 따라 측정한 BETBET measured according to DIN 66131

TEM/EDX: 에너지 분산 X-선 분석(EDX)TEM / EDX: Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX)

TEM: Jeol 2070-F; EDX: Noran Voyager 4.2.3TEM: Jeol 2070-F; EDX: Noran Voyager 4.2.3

영상 분석: 1차 입자 및 응집체 크기를 영상 분석으로 측정했다. 히타치(Hitachi)의 H 7500 TEM 장치 및 SIS의 MegaView II CCD 카메라로 영상 분석을 수행했다. 평가를 위한 영상 배율은 3.2 nm의 픽셀 밀도로 30,000:1이었다. 평가한 입자의 수는 1000 초과였다. ASTM3849-89에 따라 제조했다. 검출에 대한 하한은 50 픽셀이었다.Image Analysis: Primary particle and aggregate sizes were measured by image analysis. Image analysis was performed with Hitachi's H 7500 TEM device and SIS's MegaView II CCD camera. The image magnification for evaluation was 30,000: 1 with a pixel density of 3.2 nm. The number of particles evaluated was more than 1000. Prepared according to ASTM3849-89. The lower limit for detection was 50 pixels.

산화이트륨 및 산화 지르코늄의 함량을 X-선 형광 분석 및(또는) 화학 분석으로 측정했다.The contents of yttrium oxide and zirconium oxide were measured by X-ray fluorescence analysis and / or chemical analysis.

사용한 전구물질 용액:Precursor solution used:

용액 Zr-1: Octa-Soligen

Figure 112007011878725-PCT00001
지르코늄 18: 25.4 중량%의 산화지르코늄, 39.6 중량%의 옥탄산, 3.5 중량%의 2-(2-부톡시에톡시)-에탄올, 31.5 중량%의 화이트 스피리트(white spirit)에 상응하는 지르코늄 옥토에이트.Solution Zr-1: Octa-Soligen
Figure 112007011878725-PCT00001
Zirconium 18: zirconium octoate corresponding to 25.4 wt% zirconium oxide, 39.6 wt% octanoic acid, 3.5 wt% 2- (2-butoxyethoxy) -ethanol, 31.5 wt% white spirit .

용액 Zr-2 : Tyzor

Figure 112007011878725-PCT00002
NPZ: 28.8 중량%의 산화지르코늄, 41.2 중량%의 테트라프로판올레이트, 30 중량%의 1-프로판올에 상응하는 지르코늄 테트라프로판올레이트.Solution Zr-2: Tyzor
Figure 112007011878725-PCT00002
NPZ: zirconium tetrapropanol corresponding to 28.8 wt% zirconium oxide, 41.2 wt% tetrapropanolate, 30 wt% 1-propanol.

용액 Y-1: 30.7 중량%의 Y(NO3)3*4H2O, 69.3 중량%의 아세톤 Solution Y-1: 30.7 wt% Y (NO 3 ) 3 * 4H 2 O, 69.3 wt% acetone

용액 Y-2: 33.8 중량%의 Y(NO3)3*6H2O, 66.2 중량%의 메탄올Solution Y-2: 33.8 wt% Y (NO 3 ) 3 * 6H 2 O, 66.2 wt% methanol

실시예 1:Example 1:

312 g/h(산화지르코늄에 기초하여) 양의 용액 Zr-1 및 7.0 g/h(산화이트륨에 기초하여) 양의 용액 Y-1을 혼합했다. 혼합물은 안정하게 유지되었고, 침전물은 형성되지 않았다.A solution Zr-1 in an amount of 312 g / h (based on zirconium oxide) and a solution Y-1 in an amount of 7.0 g / h (based on yttrium oxide) were mixed. The mixture remained stable and no precipitate formed.

그 다음, 용매를 포함하는 총량 1300 g/h의 혼합물을 공기 (3.5 Nm3/h)로 원자화했다. 이로부터 생성된 액적은 5 내지 15 ㎛의 액적 크기 스펙트럼 d30을 나타냈다. 액적을 수소(1.5 Nm3/h)와 1차 공기(12.0 Nm3/h)로부터 형성된 화염에서 반응 공간으로 연소시켰다. 15.0 Nm3/h의 (2차) 공기를 반응 공간으로 추가로 도입했다. 그 다음, 뜨거운 기체와 고체 생성물을 냉각 라인에서 냉각했다. 이로부터 생성된 이트륨-안정화 산화 지르코늄을 필터에서 분리했다. The total amount of the mixture 1300 g / h including the solvent was then atomized with air (3.5 Nm 3 / h). The resulting droplets showed a droplet size spectrum d 30 of 5 to 15 μm. The droplets were burned into the reaction space in a flame formed from hydrogen (1.5 Nm 3 / h) and primary air (12.0 Nm 3 / h). 15.0 Nm 3 / h (secondary) air was further introduced into the reaction space. The hot gas and solid product were then cooled in a cooling line. The resulting yttrium-stabilized zirconium oxide was separated in a filter.

실시예 2는 동일하게 수행했지만, Zr-2 및 Y-1 성분으로 수행했다. 사용량은 표 1에 나타냈다. Example 2 was carried out in the same manner, but with Zr-2 and Y-1 components. The usage amount is shown in Table 1.

실시예 3은 실시예 1과 동일하게 수행했다. 사용한 성분의 양은 표 1에 나타냈다. Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1. The amount of the used component is shown in Table 1.

실시예 4는 실시예 1과 동일하게 수행했지만, 성분 Zr-2 및 Y-1으로 수행했다. 사용량은 표 1에 나타냈다. Example 4 was carried out in the same manner as in Example 1, but was carried out with components Zr-2 and Y-1. The usage amount is shown in Table 1.

실시예 5 및 6은 실시예 1과 동일하게 수행했지만, 용액 Zr-2 및 Y-2를 화염에 별도로 공급했다. Examples 5 and 6 were carried out in the same manner as in Example 1, but the solutions Zr-2 and Y-2 were separately supplied to the flame.

본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 분말은, 이트륨 및 지르코늄 성분에 대해 1차 입자와 대개 유사한 조성을 나타냈다. 이 수치들은 분말 분석으로부터의 수치와 잘 부합되었다.The powders of Examples 1-4 according to the invention exhibited a composition generally similar to the primary particles for the yttrium and zirconium components. These values were in good agreement with those from powder analysis.

본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 분말은, 특유의 OEM 표면적/BET 표면적 비율을 나타냈다. 이 비율은 비교예 및 경쟁 샘플의 분말에 비해, 1.1을 초과하는 더 높은 수치였다.The powders of Examples 1 to 4 according to the invention exhibited a distinctive OEM surface area / BET surface area ratio. This ratio was higher than 1.1, compared to the powders of the comparative and competing samples.

비교예 5 및 6의 분말은 특히, 본 발명에 따른 분말에 비해 불균일한 혼합 산화물 성분 분산을 나타냈다. 또한, 1300℃에서의 열처리 후에, 이들은 여전히 뚜렷한 양의 단사정계 산화지르코늄을 함유했다. The powders of Comparative Examples 5 and 6 exhibited nonuniform mixed oxide component dispersions, in particular compared to the powders according to the invention. In addition, after the heat treatment at 1300 ° C., they still contained a clear amount of monoclinic zirconium oxide.

Figure 112007011878725-PCT00003
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Figure 112007011878725-PCT00004
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Claims (11)

하기 물리-화학적 파라미터를 갖는, 응집된 1차 입자 형태의 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말:Nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder in the form of aggregated primary particles having the following physical-chemical parameters: - BET 표면적: 40 내지 100 m2/g, BET surface area: 40 to 100 m 2 / g, - dn = 3 내지 30 nm, dn = 평균, 수-관련(number-related) 1차 입자 직경,d n = 3 to 30 nm, d n = mean, number-related primary particle diameter, - 화학 분석으로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된 이트륨 함량이, 혼합 산화물 분말에 대해 5 내지 15 중량%, A yttrium content measured by chemical analysis and calculated as yttria Y 2 O 3 , from 5 to 15% by weight relative to the mixed oxide powder, - TEM-EDX로 측정되고 산화이트륨 Y2O3으로 계산된, 분말 내에서의 함량에 상응하는 각각의 1차 입자의 이트륨 함량이 ±10%,The yttrium content of each primary particle corresponding to the content in the powder, measured by TEM-EDX and calculated by yttrium oxide Y 2 O 3 , is ± 10%, - X-선 회절로 측정된, 혼합 산화물 분말에 대한 실온에서의 함량으로서As a content at room temperature for the mixed oxide powder, measured by X-ray diffraction - 단사정계 산화 지르코늄이 <1 내지 10 중량%, Monoclinic zirconium oxide <1 to 10% by weight, - 정방계 산화 지르코늄이 10 내지 95 중량%,10 to 95% by weight of tetragonal zirconium oxide, - 1300℃에서 2시간 가열 후 단사정계 산화 지르코늄의 함량이 1 중량% 미만, -After heating for 2 hours at 1300 ℃ monoclinic zirconium oxide content is less than 1% by weight, - 탄소 함량이 0.2 중량% 미만.A carbon content of less than 0.2% by weight. 제1항에 있어서, BET 표면적이 45 내지 65 m2/g임을 특징으로 하는 나노-규 모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말. The nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder according to claim 1, wherein the BET surface area is 45 to 65 m 2 / g. 제1항 또는 제2항에 있어서, dn/da = 0.5 내지 0.9(여기서, dn은 평균, 수-관련 1차 입자 직경이고, da는 표면에 걸쳐 평균한 평균 1차 입자 직경임)임을 특징으로 하는, 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말.3. The method of claim 1, wherein d n / d a = 0.5 to 0.9, where d n is the average, number-related primary particle diameter, and d a is the average primary particle diameter averaged over the surface Nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder, characterized in that). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 응집체 직경이 200 nm 미만임을 특징으로 하는 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말.The nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the average aggregate diameter is less than 200 nm. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, OEM 표면적/BET 표면적의 비율이 > 1.1이고, OEM 표면적이 OEM = 6000/(da x Rho)(여기서, da = 표면에 걸쳐 평균된 1차 입자 직경, Rho = 6.05 g/cm3 산화 지르코늄에 대한 밀도)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는, 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ratio of OEM surface area / BET surface area is> 1.1 and OEM surface area is OEM = 6000 / (d a x Rho) where d a = averaged over the surface. Nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder, characterized by primary particle diameter, Rho = 6.05 g / cm 3 density for zirconium oxide. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 미세구멍(micropore)을 갖지 않고, 2 내지 30 nm 범위의 중간구멍(mesopore)의 함량이 0.2 ml/g 미만임을 특징으로 하는, 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말.The nano-scale according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it does not have micropores, and the content of mesopores in the range of 2 to 30 nm is less than 0.2 ml / g. Yttrium-zirconium mixed oxide powder. - 각각 유기 용매 또는 유기 용매 혼합물에 용해된 유기 산화 지르코늄 전구 물질 및 무기 산화이트륨 전구물질을, 후속적으로 바람직한 지르코늄과 이트륨의 비율에 따라 혼합하고,Organic zirconium oxide precursors and inorganic yttrium oxide precursors dissolved in organic solvents or organic solvent mixtures, respectively, subsequently mixed according to the desired ratio of zirconium and yttrium, - 이 용액 혼합물을 공기(원자화 공기) 또는 불활성 기체로 원자화하고, -Atomizing this solution mixture with air (atomic air) or inert gas, - 이를 연소 기체 및 공기(1차 공기)와 혼합하여, 상기 혼합물을 화염 내에서 반응 공간으로 연소되도록 하고,It is mixed with combustion gas and air (primary air) to cause the mixture to burn into the reaction space in a flame, - 뜨거운 기체 및 고체 생성물을 냉각한 다음, 고체 생성물을 기체로부터 분리하고, Cooling the hot gas and the solid product, then separating the solid product from the gas, 여기서,here, - 용액 중의 산화 지르코늄 전구물질의 함량(ZrO2로 계산된)은 15 중량% 이상, 35 중량% 이하이고, The content of zirconium oxide precursors (calculated as ZrO 2 ) in the solution is at least 15% by weight and at most 35% by weight, - 각각의 경우, 1차 공기량의 50% 내지 150%에 상응하는 양으로 반응 공간 공기(2차 공기) 또는 불활성 기체를 추가로 도입하고, In each case, additionally introducing reaction space air (secondary air) or an inert gas in an amount corresponding to 50% to 150% of the amount of primary air, - 사용된 공기에 존재하는 산소/연소 기체의 연소에 필요한 산소의 비율로 정의되는 람다는 2 내지 4.5이고, Lambdas defined as the ratio of oxygen required for the combustion of oxygen / combustion gases present in the air used are from 2 to 4.5, - 화염내 전구물질의 체류 시간은 5 내지 30 ms이고, The residence time of the precursor in the flame is between 5 and 30 ms, - 공기에 의한 연소 기체의 연소 후에 수득한 기체량 중의 전구물질 용액의 함량이 0.003 내지 0.006 부피%The content of the precursor solution in the amount of gas obtained after combustion of the combustion gas by air is 0.003 to 0.006% by volume 임을 특징으로 하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 나노-규모 이트륨- 지르코늄 혼합 산화물 분말의 제조 방법.Method for producing a nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder according to any one of claims 1 to 6, characterized in that. 제7항에 있어서, 유기 산화 지르코늄 전구물질이 지르코늄(IV) 에탄올레이트, 지르코늄(IV) n-프로판올레이트, 지르코늄(IV) 이소프로판올레이트, 지르코늄(IV) n-부탄올레이트, 지르코늄(IV) tert-부탄올레이트 및(또는) 지르코늄(IV) 2-에틸헥사노에이트로 구성된 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 방법. 8. The zirconium oxide precursor of zirconium (IV) ethanolate, zirconium (IV) n-propanolate, zirconium (IV) isopropanolate, zirconium (IV) n-butanolate, zirconium (IV) tert- And butanolate and / or zirconium (IV) 2-ethylhexanoate. 제7항 또는 제8항에 있어서, 무기 산화이트륨 전구물질이 질산이트륨, 염산이트륨, 탄산이트륨 및(또는) 황산이트륨으로 구성된 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 방법. The method of claim 7 or 8, wherein the inorganic yttrium precursor is selected from the group consisting of yttrium nitrate, yttrium hydrochloride, yttrium carbonate and / or yttrium sulfate. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 용매가 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, tert-부탄올, 2- 프로판온, 2-부탄온, 디에틸 에테르, tert-부틸 메틸 에테르, 테트라히드로푸란, 에틸 아세테이트, 톨루엔 및(또는) 벤진으로 구성된 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 방법. 10. The organic solvent of claim 7, wherein the organic solvent is methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol, 2-propanone, 2-butanone, diethyl ether, tert. -Butyl methyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate, toluene and / or benzine. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 나노-규모 이트륨-지르코늄 혼합 산화물 분말의 충전제로서, 담체로서, 촉매적 활성 성분으로서, 연료 전지에서, 치과 재료로서, 멤브레인의 제조를 위한, 실리콘 및 고무 산업에서의 첨가제로서, 액체 시스템의 유변학적 특성을 조정하기 위해, 열보호 안정화를 위해, 표면 코팅 산업에서, 착색 안료로서의 용도.The filler of the nano-scale yttrium-zirconium mixed oxide powder according to claim 1, as a carrier, as a catalytically active component, in a fuel cell, as a dental material, for the preparation of a membrane And as additives in the rubber industry, as color pigments, in the surface coating industry, for thermal protection stabilization, to adjust the rheological properties of liquid systems.
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